text:  虚拟现实技术--第十节 虚拟现实技术
  第十节 虚拟现实技术• 一、 虚拟现实的概念与分类• a) 虚拟现实(简称VR. Virtual Reality)， 又译虚拟实在、 灵境、 临境等。
  • d) 它的最重要目标就是真实的体验和方便自然的人机交互， 能够达到或部分达到这样目标的系统统称为虚拟现实系统。
  • e) 虚拟现实系统的基本特征可以用三个"I"来描述:• ·沉浸性(Immeision):人能沉浸到计算机系统创建的环境中， 人由观察者变为全身心的投入者， 成为虚拟现实系统的一部分， 虚拟场景可随着人的视点作全方位的运动。
  • ·交互性(Interaction):人能通过键盘、 鼠标以及各种传感器与多维化信息的环境发生交互， 人如同在真实的环境中与虚拟环境中的对象发生交互关系。
  为达到这个目标， 高速计算和处理必不可少。
  • 想象性(Imagination):人可从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性上的认识， 进而使人能深化概念、 产生新意和想象， 主动地寻求探索接收信息， 而不是被动地接收， 因此能发挥创造性。
  作为虚拟世界的创造者， 想象力已经成为虚拟现实系统设计中的最关键问题之一。
  二、 虚拟现实造型语言VRML• (一)什么是VRML• 1) 虚拟现实造型语言VRML(VirtulalReality Modeling Language)， 它可以说是让虚拟现实环境界面在WWW网页上得以实现的实际系统工具。
  • 2) VRML正在把对Web的感受从以页面为中心的模式转变为交互、 三维、 动态、 逼真的世界， 这就是第二代Web。
  • 3)VRML是一种基于文本的通用语言， 是一种在网络上使用的描述三维环境的场景描述语言， 是HTML的3D(三维)模拟。
  它定义了3D应用中大多数常见概念， 如光源、 视点、 动画、雾化、 材质属性、 纹理映射等。
  VRML语言的诞生， 尤其是新的VRML2.0标准， 被称为第二代Web语言， 它改变了原来WWW上单调、 平面的缺点， 将人的行动作为浏览的主体， 所有的表现都将随操作者行为而改变。
  表中给出第二代Web与当代的Web比较，从中可以看出第二代Web的优越之处。
  • 5） 从性质上说， VRML应该是与HTML语言平行， 而不同于Java及ActiveX。
  • 6） 在VRML中， 提供一个被称为PROTO的外部API(应用程序接口)， 它使开发者可以通过此API使用其它程序及脚本语言在VRML中建立各种附加功能。
  (二)VRML2.0的特点•VRML本质上是一种面向Web、 面向对象的三维造型语言， 而且是一种解释性语言。
  VRML的对象称为节点， 子节点的集合可以构成复杂的景物。
  节点可以通过"实例"得到复用， 对它们赋以名字， 进行定义后， 即可建立动态的虚拟世界。
  VRML2.0提供了以下对VRML1.0扩展和增强:••
  • (1)增强的静态世界:VRML2.0不仅支持数据和过程的三维表示， 而且能提供带有音响效果的节点， 用户能走进视听效果十分逼真的虚拟世界。
  • (2)交互性:用户使用虚拟对象表达自己的观点， 能与虚拟对象交互， 能产生碰墙会反弹的交互感受。
  • (3)动画:创建各种运动的物体， 如自动打开的门、 走动的机器人。
  • (4)脚本:通过脚本， 你不仅能让虚拟世界中的生命和对象动起来， 而且能赋予它们一定程度的智能， 如机器人能抛接球。
  • (5)原型:通过构造新的VRML物体原型， 可创建多个实例。
  如创建不同颜色的机器人。
  • (6)VRML2.0版的交互性与声音使得它自身的内容更加丰富多彩， 而多用户共享同一环境更是VRML的关键所在。
  通过此特性， 多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的交谈， 在网上建立一个真正的三维世界。
  (四)利用VRML设计Web页面考虑的若干问题•要利用VRML技术建立全新的Web页面， 要考虑许多问题， 如服务器/客户机系统的速度， 传输带宽， 浏览器兼容性等。
  一般来说， 需要从以下几个角度考虑:
  • (1)透明性。
  VRML的作用原理VRML文件是以扩展名为.wrl结尾的一种用来描述几何形体的ASCII文本文件， 它不需要任何编译， 直接由浏览器解释执行。
  当用户打开VRML文件时， 系统首先装入一个内嵌的VRML浏览器， 该浏览器将VRML语言中的信息解释成空间中目标的几何形体描述， 如长方体， 球体， 不规则的其他三维物等等， 同时它将提供实时显示， 一秒显示多次， 这样在用户的计算机上就会有一个活动场景的感觉。
  (五) VRML在教育上的应用• 就目前网络情况而言， 还不能将VRML大规模使用在教育上， 还处在VRML研究和实验的阶段， 可能的应用被分为以下四个方面:
  如果课程要求多个三维物体或空间时， 很明显VRML能起很好的辅助作用， 促进学生理解， 帮助学生记忆。
  • B. 数据可视化的功能是将大量数字数据转换为比原始数据更容易理解的各种录像。
  • C. 数据的VRML模型可通过可视系统得到， 这样的能力扩展了VRML的使用范围， 包括那些不能处理的空间目标， 但能收集定量或定性的用空间表示的数据， 例如社会科学。
  • B. 在远程教学中， 能用VRML构建虚拟的学习空间， 获得真实的经验和知识。
  • C. 未来的虚拟教室则是有风、 温度、 压力、 振动、 立体、 色彩完全的模拟环境。
  • B. 对于这样的课程需要懂得几种重要的技术:3D建模、 Internet以及与它们相关的工具。
  但这里也需要特别的设计技术，例如人与空间的关系， 要理解合作性，多用户空间认为需要社会学和心理学。
  • B. 通讯世界将允许学生和老师参与分布式的会议、 讨论、 指导。
  如同在一间教室中一样。
  VRML提供给学生观看、 修改、 浏览在线三维世界并与之交互的能力。
  • C. CyberCampus——这个用感知和虚拟现实工具制作的系统提供了一个多用户空间。
  • D. VRML技术能减轻一些远距离教学带来的孤单感问题， 学生不仅能使用课程材料， 而且能在社会空间中与其他学生和老师进行虚拟会晤。
  例： 远程教育虚拟校园的建立和实现
  远程教育虚拟校园的建立和实现••••研究背景与研究意义国内外相关问题研究现状虚拟校园的概念虚拟校园的教育学、 教育心理学意义•虚拟校园的功能虚拟校园的总体构架构建陕西师范大学虚拟校园的实践••
  • 网络发展与远程教育发展的需求• 虚拟现实技术的发展• 虚拟现实网络校园的优势背景
  •虚拟校园研究虚拟现实技术的研究三维虚拟现实技术在教育领域的应用研究••国内外相关问题研究现状
  国内外现状虚拟场景示例-美国斯坦福大学三维虚拟校园
  国内外现状ＡWABA－澳大利亚儿童虚拟娱乐学习工程
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  国内外现状中央广播电视大学物理虚拟实验
  几何光学设计实验平台
  •虚拟校园是基于计算机虚拟现实技术， 具有高度交互功能和沉浸式现实仿真功能，可以实现网络远程教育任务的智能化网络集成系统。
  虚拟校园的总设计目标是建设一个功能完善的现代远程教育支撑平台。
  依托此技术平台， 可以制作网络课件和进行实时演播。
  同时该平台还能对教学的全过程进行跟踪和检查。
  虚拟校园的概念
  •虚拟校园是以计算机3维虚拟现实技术(VR)为基础的；虚拟校园的主要任务是实现网络远程教育的使命；虚拟校园应该在视觉效果、 交互功能等现实仿真方面达到一定的高度；虚拟校园是一个网络集成系统， 它应该有一个庞大的后台知识数据库和人工智能专家系统及自动远程管理系统的支持， 以完成远程教学的授课、 答疑解惑、 教学管理、 学生成绩测评等功能。
  •••虚拟校园的特点
  •••虚拟校园营造了一种自主学习的环境。
  虚拟校园提供了一种寓教于乐的学习环境。
  虚拟校园营造了一种自我发现知识， 自我构建知识体系的学习环境。
  虚拟校园有利于远程教育中师生间的双向互动沟通与教学活动的再度整合。
  虚拟校园是信息时代现代教育技术的集中体现。
  虚拟校园提供了一种发现式教学形式。
  虚拟校园的教学提供了一种实践式教学形式。
  虚拟校园的教学提供了一种情境式教学形式。
  虚拟校园的学习是一个综合感性体验过程。
  ••••••虚拟校园的教育学、 教育心理学意义
  •给学习者提供具有3维现实真实情境感的学习环境。
  媒体环境的高度集成， 学习者可以获得视觉、听觉等多方面的感知。
  学习环境是教育思想、 学习资源、 学习策略、学习伴侣等的承载者。
  学习者与环境及虚拟人物的交互内容丰富， 感觉自然。
  学习者能充分参与到情境中， 具有主体存在感和一定的沉浸感。