基于數(shù)字媒體技術(shù)的虛擬現(xiàn)實的分析與研究

南京科技職業(yè)學院 岳遠騰 安珊珊

基于數(shù)字媒體技術(shù)的虛擬現(xiàn)實的分析與研究

南京科技職業(yè)學院 岳遠騰 安珊珊

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是21世界重要發(fā)展的一門新型的技術(shù),其研究應用廣泛涉及多個領(lǐng)域,如城市規(guī)劃、建模與繪制方法、交互方式和系統(tǒng)構(gòu)建方法，軍事仿真等方面。本文基于國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究特點，典型應用，發(fā)展趨勢等方面結(jié)合數(shù)字媒體技做相關(guān)分析。

虛擬現(xiàn)實；數(shù)字媒體；虛擬教室

一、引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR），是由美國VPL Research Inc.公司的J.Lainer 在1989年創(chuàng)造的一個名詞，通常是指用頭盔顯示器和傳感手套等一系列新型交互設(shè)備構(gòu)造出的一種計算機軟硬件環(huán)境。

而現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)已不僅僅是那些戴著頭盔顯示器和傳感手套的技術(shù)，而且還應包括一切與之相關(guān)的具有自然模擬、逼真體驗的技術(shù)與方法。它要創(chuàng)建一個酷似客觀環(huán)境又超越客觀時空、能沉浸其中又能駕馭其上的和諧人機環(huán)境，也就是一個由多維信息所構(gòu)成的可操作的空間。它的最重要的目標就是真實的體驗和方便自然的人機交互，能夠達到或部分達到這樣目標的系統(tǒng)統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢及應用

與一些發(fā)達國家相比，我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)起步較晚。近幾年，由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)遵循“低成本、高性能”原則及自身靈活性，交互性，想象性的特點，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國發(fā)展十分迅速。它作為新興技術(shù)廣泛應用在各行各業(yè)，如虛擬地理系統(tǒng)，虛擬娛樂文化，虛擬醫(yī)院等，具體分析如下：

1.計算機輔助設(shè)計方面

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計的重要手段之一，利用基于虛擬現(xiàn)實的各類軟件，如CAD，三維新等計算機軟件，我們可以制作虛擬家居，虛擬建筑，使設(shè)計方案更加有效直觀并有利于計算大數(shù)據(jù)進行修改。

2.軍事方面

90年代起，發(fā)達國家就已經(jīng)開始利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進行軍事訓練。如無人機，無人坦克的出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實有效的減少實戰(zhàn)中的人員、物資損失，避免節(jié)約訓練經(jīng)費。英國軍方和國防部認為，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要在武器系統(tǒng)性能評價、指揮大規(guī)模軍事演習及武器操作訓練三大方面發(fā)揮重大作用。

3.航空航天應用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提前讓飛行員得到仿真的練習，不用真正進入的宇宙飛船等，在訓練艙中模擬艙外景象。飛行員面對屏幕進行各種駕駛操作。我們知道宇宙飛船等現(xiàn)代化的航空器耗資巨大，發(fā)射過程風險未知，所以虛擬現(xiàn)實就有效的減少經(jīng)費和事故發(fā)生。

4.科學研究和計算的可視化方面

各種分子結(jié)構(gòu)模型，地震石油勘探數(shù)據(jù)處理等，都需要三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)建立的相關(guān)虛擬環(huán)境模型，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬環(huán)境建立的核心內(nèi)容，為科學研究探索微觀形態(tài)等方面的重要研究課題。

5.醫(yī)療方面

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療方面有兩方面的作用。對于患者通過虛擬環(huán)境場景，緩解他們的壓力和疼痛。對于醫(yī)生模仿手術(shù)平臺現(xiàn)場，幫助醫(yī)生鑒定手術(shù)的成功性，應對各類急診患者的治療有很高的實驗價值。對于剛?cè)肼殘龅尼t(yī)生，也可模擬人體器官，手術(shù)環(huán)境等，幫助他們更快的融入醫(yī)生的角色中去。

三、虛擬現(xiàn)實的建模

虛擬現(xiàn)實的建模方法有四種，分別是幾何建模，運動建模，物理建模和行為建模。

幾何建模有人工和自動兩種方法，其中人工的四種方法分別是：

1.利用電腦軟件進行建模，如 OpenGL Java3D；

2.直接從商品圖形庫中選購所需的幾何圖形；

3.使用常用的建模軟件來建模， 如 AutoCAD， 3DMAX等；

4.自制的工具軟件。借助于硬件設(shè)備進行建模，有時還采用基于圖片的幾何建模技術(shù)。

對象及其在虛擬場景中的運動在全球坐標系中的位置就是運動建模。虛擬相機就是運動建模，它可以設(shè)置觀察模式。

虛擬現(xiàn)實的物理建模方法主要有兩種：粒子技術(shù)和分形建模。在虛擬現(xiàn)實中粒子用于動態(tài)的，運動的物體建模。分形建模則利用簡單的操作完成復雜物體的建模，一般運用在虛擬現(xiàn)實中靜態(tài)遠景的建模。

四、虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體技術(shù)的關(guān)系

實際上，虛擬現(xiàn)實還是最近才開始慢慢走入公眾眼簾的事物，但是虛擬現(xiàn)實雖然是一個新鮮事物，而多媒體可能很多人很久之前就了解過了，但是很多人不知道的是，多媒體和虛擬現(xiàn)實兩者之間也是有關(guān)聯(lián)的，我們可以去了解一下多媒體和虛擬現(xiàn)實之間的關(guān)系，以后擇業(yè)的話也可以去嘗試轉(zhuǎn)行，多媒體虛擬現(xiàn)實的關(guān)系。

多媒體技術(shù)為虛擬現(xiàn)實提供技術(shù)條件，數(shù)字媒體技術(shù)包含場景設(shè)計和多媒體后期處理，多媒體技術(shù)是通過現(xiàn)代計算和通信手段，綜合處理文字、聲音、圖形、圖像等信息，使抽象的信息變成可感知、可管理和可交互的一種技術(shù)。例如動畫制作，虛擬現(xiàn)實類似于提供三維的環(huán)境讓人身臨其境，就像2013春晚舞臺的全息投影技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實只算是數(shù)字媒體技術(shù)的一個分支。

由此可見，實際上多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)是密不可分的，我們以后如果想要從事虛擬現(xiàn)實行業(yè)的話，也需要懂一些多媒體的知識才可以。我們都應該知道高等教育的專業(yè)性很強，學地質(zhì)的要知道地質(zhì)結(jié)晶的種類，構(gòu)造；學物理的要明白定理的結(jié)構(gòu)；學機械的要知道齒輪之間如何轉(zhuǎn)動、如何形成傳導力的作用……在高速科技化的形成現(xiàn)有很多高校和一些機構(gòu)利用多媒體輔助教學通過計算機投影、動畫、插圖等技術(shù)從多個方面配合教師向?qū)W生傳授知識，機構(gòu)進行培訓。如果學生員工想身臨其境的體驗、實踐，或者近距離、全方位觀察一下比較珍貴的物品畫作或古董、體驗火山爆發(fā)的巖漿、發(fā)射出去的子彈在空間的過程……這在以往看似天方夜談，現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)能幫助我們夢想成真。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在校園數(shù)字媒體技術(shù)中的主要應有有虛擬教室、虛擬校園等。我們主要分析一下虛擬課堂的。什么是虛擬課堂呢？虛擬課堂就是利用網(wǎng)絡，建立遠程視頻音頻的課題。它能建立良好的網(wǎng)絡教學體系，可以滿足及時性，靈活性，大規(guī)模的學生教學的需求。通過相關(guān)的課件制作工具，軟件系統(tǒng)，課題實時互動系統(tǒng)等管理學生，在線進行教學，互動與交流。虛擬課堂的特點有：

1.成本低，花費少；

2.可實現(xiàn)大范圍的覆蓋，應用率增加；

3.課程開設(shè)和學生選擇有靈活性；

4.不受傳統(tǒng)的上課時間限制，可24小時在線；

5.管理性和教學效率都有增加；

6.可升級擴展性，有利于后續(xù)的發(fā)展。

但是目前的虛擬教室在學習的過程中也會有限制，如只有圖片，文字和聲音，在學習情境上與真實教室有差距。對一些動態(tài)的如實踐，操作，觀測，演講等學習活動比較難實現(xiàn)。在硬件方面也會受到教學信息資源匱乏和網(wǎng)絡帶寬不夠等限制。

五、結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)意義的教學體制，模式和方法的基礎(chǔ)上提供了一種新型的學習環(huán)境和數(shù)字媒體教學方法，具有廣闊的運用前景。它對優(yōu)化師資建設(shè)，素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)換也有很大的督促作用。隨著國家對基礎(chǔ)網(wǎng)絡設(shè)施建設(shè)和教學資源建設(shè)的提高，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字媒體教學中勢必帶來深遠的影響。

[1]顏鵬飛.遠程教育系統(tǒng)中虛擬教室的研究與設(shè)計[D].西安工業(yè)大學,2010.

岳遠騰（1997—），男，安徽宿州人，現(xiàn)就讀于南京科技職業(yè)學院建筑與藝術(shù)設(shè)計學院藝術(shù)設(shè)計專業(yè)。

安珊珊（1982—），女，江蘇南京人，南京科技職業(yè)學院建筑與藝術(shù)設(shè)計學院教師。