南京科技職業(yè)學(xué)院 岳遠(yuǎn)騰 安珊珊

基于數(shù)字媒體技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)的分析與研究

南京科技職業(yè)學(xué)院 岳遠(yuǎn)騰 安珊珊

虛擬現(xiàn)實(shí)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(yīng)用廣泛涉及多個(gè)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(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究特點(diǎn)，典型應(yīng)用，發(fā)展趨勢(shì)等方面結(jié)合數(shù)字媒體技做相關(guān)分析。

虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)字媒體；虛擬教室

一、引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR），是由美國(guó)VPL Research Inc.公司的J.Lainer 在1989年創(chuàng)造的一個(gè)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(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境。

而現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)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(yīng)包括一切與之相關(guān)的具有自然模擬、逼真體驗(yàn)的技術(shù)與方法。它要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)酷似客觀環(huán)境又超越客觀時(shí)空、能沉浸其中又能駕馭其上的和諧人機(jī)環(huán)境，也就是一個(gè)由多維信息所構(gòu)成的可操作的空間。它的最重要的目標(biāo)就是真實(shí)的體驗(yàn)和方便自然的人機(jī)交互，能夠達(dá)到或部分達(dá)到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較晚。近幾年，由于虛擬現(xiàn)實(shí)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(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)發(fā)展十分迅速。它作為新興技術(shù)廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，如虛擬地理系統(tǒng)，虛擬娛樂(lè)文化，虛擬醫(yī)院等，具體分析如下：

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面

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

2.軍事方面

90年代起，發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)進(jìn)行軍事訓(xùn)練。如無(wú)人機(jī)，無(wú)人坦克的出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)有效的減少實(shí)戰(zhàn)中的人員、物資損失，避免節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)。英國(guó)軍方和國(guó)防部認(rèn)為，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要在武器系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)、指揮大規(guī)模軍事演習(xí)及武器操作訓(xùn)練三大方面發(fā)揮重大作用。

3.航空航天應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提前讓飛行員得到仿真的練習(xí)，不用真正進(jìn)入的宇宙飛船等，在訓(xùn)練艙中模擬艙外景象。飛行員面對(duì)屏幕進(jìn)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(guò)程風(fēng)險(xiǎn)未知，所以虛擬現(xiàn)實(shí)就有效的減少經(jīng)費(fèi)和事故發(fā)生。

4.科學(xué)研究和計(jì)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(shí)技術(shù)是虛擬環(huán)境建立的核心內(nèi)容，為科學(xué)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(shí)技術(shù)在醫(yī)療方面有兩方面的作用。對(duì)于患者通過(guò)虛擬環(huán)境場(chǎng)景，緩解他們的壓力和疼痛。對(duì)于醫(yī)生模仿手術(shù)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)，幫助醫(yī)生鑒定手術(shù)的成功性，應(yīng)對(duì)各類急診患者的治療有很高的實(shí)驗(yàn)價(jià)值。對(duì)于剛?cè)肼殘?chǎng)的醫(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(shí)的建模

虛擬現(xiàn)實(shí)的建模方法有四種，分別是幾何建模，運(yùn)動(dòng)建模，物理建模和行為建模。

幾何建模有人工和自動(dòng)兩種方法，其中人工的四種方法分別是：

1.利用電腦軟件進(jìn)行建模，如 OpenGL Java3D；

2.直接從商品圖形庫(kù)中選購(gòu)所需的幾何圖形；

3.使用常用的建模軟件來(lái)建模， 如 AutoCAD， 3DMAX等；

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

對(duì)象及其在虛擬場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)在全球坐標(biāo)系中的位置就是運(yùn)動(dòng)建模。虛擬相機(jī)就是運(yùn)動(dòng)建模，它可以設(shè)置觀察模式。

虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)中粒子用于動(dòng)態(tài)的，運(yùn)動(dòng)的物體建模。分形建模則利用簡(jiǎn)單的操作完成復(fù)雜物體的建模，一般運(yùn)用在虛擬現(xiàn)實(shí)中靜態(tài)遠(yuǎn)景的建模。

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

實(shí)際上，虛擬現(xiàn)實(shí)還是最近才開(kāi)始慢慢走入公眾眼簾的事物，但是虛擬現(xiàn)實(shí)雖然是一個(gè)新鮮事物，而多媒體可能很多人很久之前就了解過(guò)了，但是很多人不知道的是，多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)的關(guān)系。

多媒體技術(shù)為虛擬現(xiàn)實(shí)提供技術(shù)條件，數(shù)字媒體技術(shù)包含場(chǎng)景設(shè)計(jì)和多媒體后期處理，多媒體技術(shù)是通過(guò)現(xiàn)代計(jì)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(dòng)畫制作，虛擬現(xiàn)實(shí)類似于提供三維的環(huán)境讓人身臨其境，就像2013春晚舞臺(tái)的全息投影技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實(shí)只算是數(shù)字媒體技術(shù)的一個(gè)分支。

由此可見(jiàn)，實(shí)際上多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是密不可分的，我們以后如果想要從事虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)的話，也需要懂一些多媒體的知識(shí)才可以。我們都應(yīng)該知道高等教育的專業(yè)性很強(qiáng)，學(xué)地質(zhì)的要知道地質(zhì)結(jié)晶的種類，構(gòu)造；學(xué)物理的要明白定理的結(jié)構(gòu)；學(xué)機(jī)械的要知道齒輪之間如何轉(zhuǎn)動(dòng)、如何形成傳導(dǎo)力的作用……在高速科技化的形成現(xiàn)有很多高校和一些機(jī)構(gòu)利用多媒體輔助教學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)投影、動(dòng)畫、插圖等技術(shù)從多個(gè)方面配合教師向?qū)W生傳授知識(shí)，機(jī)構(gòu)進(jìn)行培訓(xùn)。如果學(xué)生員工想身臨其境的體驗(yàn)、實(shí)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(yàn)火山爆發(fā)的巖漿、發(fā)射出去的子彈在空間的過(guò)程……這在以往看似天方夜談，現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能幫助我們夢(mèng)想成真。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在校園數(shù)字媒體技術(shù)中的主要應(yīng)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(luò)，建立遠(yuǎn)程視頻音頻的課題。它能建立良好的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系，可以滿足及時(shí)性，靈活性，大規(guī)模的學(xué)生教學(xué)的需求。通過(guò)相關(guān)的課件制作工具，軟件系統(tǒng)，課題實(shí)時(shí)互動(dòng)系統(tǒng)等管理學(xué)生，在線進(jìn)行教學(xué)，互動(dòng)與交流。虛擬課堂的特點(diǎn)有：

1.成本低，花費(fèi)少；

2.可實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋，應(yīng)用率增加；

3.課程開(kāi)設(shè)和學(xué)生選擇有靈活性；

4.不受傳統(tǒng)的上課時(shí)間限制，可24小時(shí)在線；

5.管理性和教學(xué)效率都有增加；

6.可升級(jí)擴(kuò)展性，有利于后續(xù)的發(fā)展。

但是目前的虛擬教室在學(xué)習(xí)的過(guò)程中也會(huì)有限制，如只有圖片，文字和聲音，在學(xué)習(xí)情境上與真實(shí)教室有差距。對(duì)一些動(dòng)態(tài)的如實(shí)踐，操作，觀測(cè)，演講等學(xué)習(xí)活動(dòng)比較難實(shí)現(xiàn)。在硬件方面也會(huì)受到教學(xué)信息資源匱乏和網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠等限制。

五、結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳統(tǒng)意義的教學(xué)體制，模式和方法的基礎(chǔ)上提供了一種新型的學(xué)習(xí)環(huán)境和數(shù)字媒體教學(xué)方法，具有廣闊的運(yùn)用前景。它對(duì)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(guó)家對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)和教學(xué)資源建設(shè)的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字媒體教學(xué)中勢(shì)必帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

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

岳遠(yuǎn)騰（1997—），男，安徽宿州人，現(xiàn)就讀于南京科技職業(yè)學(xué)院建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)。

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