VR技術在隱性知識挖掘與轉化中的機理研究

〔摘 要〕VR技術是利用計算機模擬真實世界從而形成模擬環(huán)境的技術。本文在結合VR技術理論的基礎上，針對隱性知識顯性化條件的分析，重點論述了VR系統(tǒng)和技術在隱性知識顯性化上的技術要素，并結合VR系統(tǒng)的各種實際應用案例，探索虛擬學習社區(qū)在隱性知識管理中的某些應用。

〔關鍵詞〕VR技術；VR系統(tǒng)；隱性知識挖掘；隱性知識轉化

〔中圖分類號〕TP391.7 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2012）10-0019-04

在浩如煙海的知識中，顯性知識只占20%左右，而隱性知識則占80%，顯性知識可以說只是冰山一角，隱性知識是智力資本，是大樹供給營養(yǎng)的樹根，顯性知識不過是樹上的果實[1]。而在知識管理中存在著兩個極端，一端是“獲取”，另一端是“連接能力”。以“連接能力”為重點的知識管理，帶動一系列針對隱性知識的對話、討論和交流，強調的是人與人之間的情境。VR技術，通過建立VR系統(tǒng)，試圖找出隱性知識管理、轉換的新途徑。這種多情景，多維度再現(xiàn)的隱性知識將像已有的顯性知識一樣，被妥善的存貯起來，這在知識轉移中堪稱是顯著的進步。

1 VR系統(tǒng)與VR技術概述

20世紀末才興起的嶄新的信息技術—虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality又稱靈境技術）。它有效的融入了計算機圖形學、數(shù)學圖像處理、多媒體技術、網(wǎng)絡技術、傳感器與測量器、仿真與人工智能等多個信息技術分支，促進了計算機技術的發(fā)展。而虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是在先進的硬件設施及軟件工具結合下，設計出合理的硬件、軟件以及交互手段，使參與者能夠交互的觀察和操縱系統(tǒng)生成的虛擬世界。利用計算機模擬的三維環(huán)境對真實現(xiàn)場進行仿真，應用者可以真實的感受現(xiàn)實環(huán)境，并且控制瀏覽方向，操縱場景中的對象進行人機交互。

1.1 VR技術的基本概念

VR技術是利用計算機模擬真實世界從而形成模擬環(huán)境的技術，是通過計算機對各種復雜的信息加工處理，進行可視化操作并且與之交互的一種方式[2]。虛擬現(xiàn)實是對真實世界的模擬，它一方面能對現(xiàn)實環(huán)境做逼真的描述，另一方面還能使得人們在觀察虛擬環(huán)境的時候猶如身臨其境，可以與之進行互動。所以，它能完全模擬出人的感覺和思維，并記錄下人的隱性知識，同時把這些隱性知識傳遞給他人。

它有3個主要的特征分別是沉浸、交互、構想，其中沉浸是感受，交互是手段，構想是目標。

1.2 VR技術的發(fā)展現(xiàn)狀

美國是VR技術的發(fā)源地，研究水平處于國際VR技術的前沿水平。

目前，研究主要集中在感知、用戶見面、后臺軟件和硬件4個方面。著名的美國宇航局的Ames實驗室主要研究在約翰遜空間中心的空間站操縱的實時仿真，運用了大量了座艙模擬技術，并形成了空間站VR訓練系統(tǒng)。國內VR技術起步較晚，只有少數(shù)重點院校和技術部門有所研究，與國外發(fā)達國家有一定差距。如北京航空航天大學計算機系研究了虛擬環(huán)境中物體物理特征的表示與處理，并實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡設計。浙江大學CADCG國家重點實驗室開發(fā)出一套左面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，其中包括一種新的快速漫游算法和遞進網(wǎng)格的快速生成算法。這些強有力的技術是VR技術應用到隱性知識的挖掘中的技術保障。

1.3 VR技術在隱性知識管理中的優(yōu)勢

在知識管理中存在知識的轉化，包括顯性知識的聚眾結合產生新的顯性知識、顯性知識內化為隱性知識、隱性知識社會化為隱性知識、隱性知識外化為顯性知識。通過這種知識的不斷轉移，主要對除顯性知識的聚眾結合產生新的顯性知識之外的3種知識轉移為管理手段，將知識分為不同途徑進行管理，進而達到學習、交流與傳播的目的。

隱性知識是以思維、直覺、靈感、技能等要素形成并存在于個體身上的主觀知識。混沌理論中認為人的隱性知識系統(tǒng)是非線性復雜系統(tǒng)，具有隨機性，容易產生“蝴蝶效應”等特性[3]。而以VR技術為代表的新型人機交互技術旨在探索自然和諧的人機關系，使人機界面從以視覺感知為主發(fā)展到包括視覺、聽覺、觸覺、力覺、嗅覺和動覺等多種感覺通道感知；從以手動輸入為主發(fā)展到包括語音、手勢、姿勢和視線等多種效應通道輸入。這樣VR技術就將隱藏在人腦中的知識體呈現(xiàn)出來，以多種感覺渠道準確表達，隱性知識轉移為灰色或白色顯性知識。筆者認為：伴隨不斷更新的計算機技術支持，并且，在不斷提高算法和算法規(guī)則的計算過程后，VR將隱性知識的真實呈現(xiàn)度會大大提高。

2 VR技術對隱性知識的挖掘過程

2.1 建立VR系統(tǒng)挖掘隱性知識

2.1.1 VR系統(tǒng)是形成隱性知識的沉浸環(huán)境

在VR技術中第一個特征是沉浸（Immersion），是指用戶可以沉浸于計算機生成的虛擬環(huán)境中，使用戶投入到由計算機生成的虛擬場景中的能力，用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。他所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實環(huán)境中感受到的一樣。

目前最好的人體解剖圖譜數(shù)據(jù)庫是“可視化人”數(shù)據(jù)庫，是由美國國家醫(yī)學圖書館發(fā)起的三維人體的斷層成像（computer tomography，CT）、核磁共振成像（magnetic resonance ima2ging，MRI）和解剖切面的數(shù)字化人體圖像庫[4]。虛擬人體重建的人體器官可以任意旋轉，其中的組織結構如血管等可以單獨顯示，使用者根據(jù)需要調整各器官模型和深部結構的尺寸、以及方向，便于使用者能夠直觀、全面地了解各器官之間的解剖結構和關系[5]。這種由不同知識分類構建的不同VR系統(tǒng)，把不同學科、不同知識內容、不同現(xiàn)實應用的真實場景，通過VR技術仿真讓參與者沉浸其中，這是VR系統(tǒng)的核心內容，也是隱性知識挖掘的重要準備。值得強調的是“場景模擬”的是否準確真實，應是挖掘隱性知識的前提保障。

具體說來，此應用系統(tǒng)包括效果發(fā)生器、實景仿真器、應用系統(tǒng)、幾何構造系統(tǒng)。效果發(fā)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括人們產生現(xiàn)實沉浸感受到的各類輸出裝置，例如頭盔顯示器、立體聲耳機、頭部方位探測器和數(shù)據(jù)手套等。實景仿真器是VR系統(tǒng)的核心部分，它實際上是計算機軟硬件系統(tǒng)，包括軟件開發(fā)工具及配套硬件組成，其任務是接受和發(fā)送效果發(fā)生器產生或接收的信號。應用系統(tǒng)是面向不同虛擬過程的軟件部分，它描述虛擬的具體內容，包括仿真動態(tài)邏輯、結構，以及仿真對象之間和仿真對象與用戶之間交互關系。幾何構造系統(tǒng)提供描述仿真對象物理屬性，例如形狀、外觀、顏色、位置等信息，應用系統(tǒng)在生成虛擬世界時，需要這些信息。

2.1.2 在沉浸環(huán)境中構建隱性知識交互平臺

從VR技術第二大特性“交互（Interaction）”性質入手打造隱性知識的交互平臺。用戶進入虛擬環(huán)境后，通過進行必要的操作，虛擬環(huán)境中的相應響應，亦與真實的一般，如在虛擬場景中拿起新式阻擊槍可以感受到它的重量，扣動扳機可以感受到它對你向后的推力，還可以聽到子彈射出槍膛的砰砰聲。交互性包含對象的可操作程度及自主參考系憑借用戶視點的變化進行虛擬交換。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在解剖學中，借助重組技術中的多層面重組等技術，可以直觀的顯示組織、血管、神經(jīng)等的整體解剖，局部解剖及斷層解剖結構，并且可以進行測量、旋轉、解剖等操作[6]。例如，德國漢堡Eppendorf大學醫(yī)學院，建立了一個名為VOXEL2MAN的虛擬人體系統(tǒng)，它包括人體每一種解剖結構的三維模型，肌肉、骨骼、血管及神經(jīng)等任一部分都是三維可視的，使用者戴上頭盔顯示器就可以模擬解剖全程。使用者可以進入VR系統(tǒng)，在虛擬場景中對其進行手術，不同的切割位置系統(tǒng)會交互呈現(xiàn)出不同的效果，如錯誤的切割會導致血管破裂，虛擬人生命跡象消失[7]。在這種交互平臺中，使用者可以從系統(tǒng)的反饋信息中激發(fā)自身隱性知識，在使用中達到學習的目的。

2.1.3 交互平臺中的隱性知識構想效果

VR系統(tǒng)中構想是最終目標，是升華的知識。“Imagination（構想）”是指通過用戶沉浸在“真實的”虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境進行各種交互作用后，綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認識，從而深化概念，萌發(fā)新意，產生認識上的飛躍。這種新知識系統(tǒng)在自動輸入之后，系統(tǒng)會將處理后的狀態(tài)實時顯示或由傳感裝置反饋給用戶，如此反復。所以VR系統(tǒng)主要是以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維的活動為根本，是一個學習——創(chuàng)造——再學習——再創(chuàng)造的過程。在這一系列的過程中，不斷挖掘用戶的隱性知識，同時，給予用戶開發(fā)新的隱性知識，但最重要的是系統(tǒng)將整個知識循環(huán)、轉化、挖掘的過程記錄下來，在創(chuàng)造新知識的同時將這些非編碼信息真實的模擬仿真，最終實現(xiàn)了知識的保存，提升了理性的認識，從而產生新的構想。這種新知識系統(tǒng)在自動輸入之后，系統(tǒng)會將處理后的狀態(tài)實時顯示或由傳感裝置反饋給用戶，如此反復。在此過程中，不斷挖掘用戶的隱性知識，同時，給予用戶開發(fā)新的隱性知識，但最重要的是系統(tǒng)將整個知識循環(huán)、轉化、挖掘的過程記錄下來，在創(chuàng)造新知識的同時將這些寶貴的非編碼信息真實的模擬仿真，最終達到了保存這些非編碼、難記錄的隱性知識的目的。

2.2 VR技術對隱性知識的挖掘途徑

虛擬現(xiàn)實技術的挖掘途徑主要分為3種：數(shù)據(jù)分析式、交互反饋式、分布——交互反饋式。這3種挖掘途徑分別根據(jù)不同的技術和挖掘思想形成，優(yōu)劣勢同時存在。

2.2.1 數(shù)據(jù)分析式挖掘途徑

在VR系統(tǒng)中經(jīng)過沉浸環(huán)境，與系統(tǒng)進行交互信息后升華出新的知識后在交互的反復認識與被認識的過程中，利用系統(tǒng)功能記錄用戶在虛擬空間中的活動，并且根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術，試圖尋找出這些數(shù)據(jù)中的普遍規(guī)律，從而將用戶在解決問題的過程中表現(xiàn)出來的隱性知識記錄并顯性化，實現(xiàn)知識共享的目的。這種數(shù)據(jù)分析式依托著已經(jīng)發(fā)展成熟的數(shù)據(jù)分析技術，所以技術相對簡單，易于實現(xiàn)。

2.2.2 交互反饋式挖掘途徑

這是VR系統(tǒng)中更為高級的一種挖掘形式。進入系統(tǒng)的用戶根據(jù)沉浸環(huán)境對系統(tǒng)創(chuàng)設出的虛擬環(huán)境做出一定的反應后，智能主體會依據(jù)用戶的反應創(chuàng)設新的虛擬情境，在反復進行交互中利用系統(tǒng)變化參數(shù)和行為數(shù)據(jù)，實現(xiàn)知識管理。依靠這種方式知識會得到有效的傳遞：一種途徑是在人與環(huán)境的交互中，把知識由智能主體控制并傳遞；另一種途徑是通過分析用戶與智能主體交換過程數(shù)據(jù)，獲得解決問題的隱性知識，將其轉變?yōu)轱@性知識，從而實現(xiàn)知識的管理。在這種途徑中要求智能主體能夠依據(jù)用戶的交互行為做出具體的反應。

2.2.3 分布——交互反饋式挖掘途徑

以上兩種數(shù)據(jù)挖掘途徑是單個人與VR系統(tǒng)進行交互，系統(tǒng)得到活動信息后而進行數(shù)據(jù)分析的方法，但在現(xiàn)實生活中真實問題的解決往往需要多個人合作共同完成。所以這種合作化的多人隱性知識顯性化，在知識管理中更加的重要。分布——交互反饋式挖掘途徑是解決這一問題的一種理想方式。在VR系統(tǒng)中，多人依靠多套虛擬設備同時進入虛擬系統(tǒng)，不同的人操縱不同的虛擬設備，系統(tǒng)中智能主體會分別回應不同用戶，但用戶所提供的活動數(shù)據(jù)被系統(tǒng)接收后，產生效果合作后的新虛擬情境，這樣反復交互。VR系統(tǒng)中智能主體會記錄下所有參與者的活動信息，問題解決的程度和實時數(shù)據(jù)分析導致隱性知識的傳遞和顯性化。這種碰撞技術要求最高，需要強大的分析后臺支撐和高效的硬件配置，實現(xiàn)難度也較大，但新奇跡的出現(xiàn)往往是在此過程！（見圖1）

3 VR技術對隱性知識的學習過程

在隱性知識管理中，VR技術對隱性知識的學習過程主要是在顯性知識內化為隱性知識和隱性知識社會化為隱性知識的過程。就如同傳統(tǒng)中人們學習書本上的顯性知識從而加深自我隱性知識的學習過程，和通過VR系統(tǒng)記錄下的特殊技能或行為方法，以供后人通過體會、感悟、模擬后進行轉化為自我隱性知識的學習過程。

3.1 構建隱性知識管理中的虛擬學習社區(qū)

虛擬學習社區(qū)的開展是將VR技術應用到隱性知識挖掘的應用。虛擬學習社區(qū)是一個基于網(wǎng)絡的虛擬學習環(huán)境，具有共同興趣和學習目的的學習者和組織者共同構建的。基于Web2.0的開放式虛擬學習社區(qū)順應了一些讀者個性化、隨意化的知識需求，夯實了終身學習的科學理念[8]。目的是提供一個平等、自由、協(xié)作、開放的學習空間，促進知識類分、存儲與共享。隱性知識在這種自由、協(xié)作、開放的環(huán)境中得到良好的交互[9]虛擬學習社區(qū)可以為個體隱性知識的構建提供非正式化的學習環(huán)境，也為一些具體的隱性知識利用提供特定的情境，也為隱性知識的構建提供了交互的支持。

3.2 構建虛擬學習社區(qū)系統(tǒng)

虛擬學習社區(qū)利用VR技術中計算機圖形學、數(shù)學圖像處理、多媒體技術、網(wǎng)絡技術、傳感器與測量器、仿真與人工智能等創(chuàng)建出VR系統(tǒng)。

3.2.1 構建虛擬學習社區(qū)系統(tǒng)

虛擬社區(qū)系統(tǒng)的最強大的功能之一：構想學習效果。在沉浸環(huán)境和交互平臺的有效發(fā)揮作用后，人腦就會產生隱性知識的碰撞，會主動思考問題，并采取一些行動。這是隱性知識在被刺激后的反饋行為，也是自我構想的效果顯現(xiàn)。而系統(tǒng)會依照交互反饋式技術模式，對用戶的反應進行收集并分析后，變化環(huán)境參數(shù)和行為數(shù)據(jù)，創(chuàng)設新的虛擬環(huán)境，與用戶進行反復的交互，這也是隱性知識反復交互并被記錄的過程，從一個擁有真實的、可感知的沉浸環(huán)境，將細分后的知識分類數(shù)字化的同時，還可以將知識融入現(xiàn)實的操作，依靠VR系統(tǒng)的仿真還原達到讓學習者良好的沉浸其中的效果，使VR系統(tǒng)達到完美的“真實再現(xiàn)”，讓學習者沉浸其中。并且，如此反復的交互過程，使得隱性知識顯性化，產生知識和經(jīng)驗的整合，實現(xiàn)知識的螺旋式上升。

3.2.2 虛擬學習社區(qū)中的學習子系統(tǒng)

（1）學習工具系統(tǒng)

將已有顯性知識數(shù)字化記錄在系統(tǒng)之中，通過類目的分類和排序，整合出行之有效的檢索途徑。這些豐富的學習材料包括：文本、網(wǎng)絡學習資源、多媒體課件、音頻視頻資料、數(shù)字地圖等；其功能轉嫁數(shù)字圖書館的應用優(yōu)勢，增大了知識的可利用程度。見圖2：虛擬學習社區(qū)模式圖[10]。

圖2 基于Web2.0的虛擬學習社區(qū)

（2）自我學習空間

自我學習空間是區(qū)別于學習工具系統(tǒng)中自我使用各種知識文本等達到自我學習目的的一種較為高級的學習系統(tǒng)。在自我學習空間里，大量儲備一些將已有的知識通過虛擬題所需的特殊技能或隱性知識，在通過上述的過程顯現(xiàn)，并且，已經(jīng)被系統(tǒng)記錄并有效分析后編入自我學習空間系統(tǒng)：涵蓋教育游戲、虛擬實驗、虛擬實戰(zhàn)等[9]功能高于學習工具系統(tǒng)。

（3）創(chuàng)想空間

創(chuàng)想空間是與上述兩個學習系統(tǒng)相比更高級、更高效的學習系統(tǒng)，這個空間的構想理念在于挖掘潛藏在人腦中的大量而難編碼的隱性知識。在隱性知識轉化過程中，隱性知識轉化為顯性知識是重要而不曾被有效控制的一種轉化途徑。創(chuàng)想空間就是依據(jù)隱性知識互化途徑形成的一種學習系統(tǒng)，其中用戶主要依靠自身隱性知識的轉化與被轉化的過程進而達到學習的目的。同時，系統(tǒng)會記錄學習中的整個過程，將新生成的隱性知識顯性化，增加隱性知識的挖掘程度。

4 結 語

VR技術是一種發(fā)展中的3D仿真型技術。這完全符合隱性知識難以編碼的特性，根據(jù)特定的VR系統(tǒng)可以準確的挖掘出潛藏的現(xiàn)實技術處理，在虛擬的環(huán)境中達到仿真的效果。VR技術給隱性知識的轉化與管理帶來了希望的曙光，它讓我們盡享詹姆斯·卡梅隆的長篇大作《銃夢》和重溫《泰坦尼克號》的悲壯與人性的光輝！盡管如此，它還有待繼續(xù)發(fā)展與完善。并且，VR系統(tǒng)的應用設備比較昂貴，進行知識管理成本較高。此外，在VR系統(tǒng)中隱性知識挖掘涵概大量人的直覺，是系統(tǒng)中所沒有的編碼，在交互平臺中系統(tǒng)不能夠模擬人的直覺感應，這應是開發(fā)隱性知識管理中的一個“瓶頸”。但是，不可否認它在隱性知識管理中可能發(fā)揮的重要作用，相信在不久的將來，能夠實現(xiàn)VR技術在隱性知識管理中的應用。到那時，我們所青睞的就不僅僅是蘋果樹下的牛頓或者是聰明絕頂?shù)膼垡蛩固沽恕?/p>

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（本文責任編輯：王 涓）