劉星

【摘? 要】 數(shù)字音頻技術（Digital Audio Technology）和虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality Technology）是當今快速發(fā)展的領域，它們在各自領域內已經取得了顯著的進展。然而，將數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實結合起來，探索它們的交叉點，研究與探討跨學科應用的多領域合作研發(fā)的可行性依然屬于創(chuàng)新性研發(fā)內容。文章旨在研究數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實的交叉點，探索其在不同領域的創(chuàng)新和發(fā)展，如教育、醫(yī)療、娛樂和仿真訓練等。文章通過數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實相結合的特點，結合同類參考文獻的合理分析，分析兩大領域之間相結合的特點，在已有研究的基礎上挖掘創(chuàng)新點，著眼于提升學習者的學習參與度、增強式沉浸感以及延伸拓展應用領域。

【關鍵詞】 數(shù)字音頻；虛擬現(xiàn)實；學習參與度；跨學科應用；交互式學習

一、數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)新應用

虛擬現(xiàn)實技術是基于其交互性特征創(chuàng)造出的令人沉浸的人機交互體驗，體現(xiàn)在通過模擬現(xiàn)實世界或創(chuàng)造3D虛構環(huán)境來提供視覺、聽覺和觸覺相結合的綜合性體驗。因此其特征體現(xiàn)在沉浸式體驗、交互性與實時渲染三個方面。數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實的跨學科應用在教育領域具有巨大的潛力。通過將數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實二者相結合，可以創(chuàng)造出逼真而豐富的學習環(huán)境，提供更具吸引力和有效性的教學體驗。學生可以通過沉浸式的虛擬場景和音頻交互與教材內容進行互動，誘發(fā)求知欲，從而提升學生的學習參與度，激發(fā)學生學習興趣，提高學習成效。

二、探索交叉應用與跨界合作

將數(shù)字音頻技術和虛擬現(xiàn)實技術相結合，探索二者的交叉點，可以引發(fā)許多創(chuàng)新和發(fā)展機會。首先，立體空間的音頻定位和聲音傳播技術可以為虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的聽覺體驗增添真實感。通過精確計算聲音的位置和傳播路徑，用戶可以感受到聲音從特定方向和距離傳來，立體化的環(huán)繞聲效果增強了環(huán)境的逼真度，為創(chuàng)造學習對象的沉浸感提供了必要的前提條件。其次，實時音頻渲染技術在虛擬現(xiàn)實中發(fā)揮著重要作用。依附于計算機的發(fā)展，傳統(tǒng)的音頻渲染方法曾因設備功能所限無法滿足其實時性和互動性的需求，而虛擬現(xiàn)實場景需要即時的音頻響應反饋。因此，研究人員開發(fā)了各種實時音頻渲染算法和技術，如ASIO（Audio Stream Input Output）驅動技術減少了音頻流信號的延遲以適應不同虛擬現(xiàn)實平臺和硬件設備；空氣衰減模擬對于現(xiàn)實中的聲音現(xiàn)象進行模擬，使得聽起來遠近分明達到環(huán)境更加逼真的效果，提供高質量的音頻體驗直接表現(xiàn)在用戶感官上即為身臨其境的體驗感。這種音頻的空間感與虛擬空間的視覺3D效果交互帶來的臨場感是帶來沉浸度的必要條件之一。

三、深入剖析數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實的跨學科應用

（一）數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實在教育領域中的應用

學生可以通過語音交互與虛擬教師進行對話，向教師提問或參與搶答類小競賽，增強學習互動性效果提升課堂注意力與學習參與度。適度引用娛樂性的問答小游戲，可以通過音頻效果增強用戶的沉浸感和情感體驗，使游戲體驗更加真實而有趣。如答對了加分并獲取小金幣，而答錯了則會減去積分。在中小學教學設計中，建議教師可以因地制宜地采用不同的獎懲方式來激勵學生的學習參與度。跨學科應用領域中的教育領域的應用在多媒體結合上已得到了普遍體現(xiàn)，早早受益于數(shù)字音頻與圖文動畫或視頻的結合。更為真實、立體化的虛擬現(xiàn)實環(huán)境結合數(shù)字音頻可以為學生創(chuàng)造逼真的學習環(huán)境，提供更具吸引力和有效性的教學體驗。結合虛擬現(xiàn)實的E-Learning系統(tǒng)可以使得復雜的理論教學變得直觀生動。桌面式虛擬現(xiàn)實基礎學習階段適用于普及化的大眾教育領域，得益于計算機技術的突飛猛進，普通用戶的臺式電腦或便攜式電腦均可成為運行載體。采用由三維動畫軟件3dsMax構建的虛擬場景，附上豐富的貼圖素材可以很好地展示出逼真的環(huán)境效果，導入虛擬現(xiàn)實三維環(huán)境編輯軟件Virtools或VRP- Builder虛擬現(xiàn)實平臺后，學生可以通過三維虛擬場景和音頻交互設計與場景展示的內容進行互動，生動形象的角色動畫增強了學習趣味性，有助于迅速提高學習成效。利用虛擬現(xiàn)實和數(shù)字音頻可以創(chuàng)建逼真學習環(huán)境的特點，學生能夠身臨其境地體驗各種學科。以歷史為例，學生可以通過虛擬歷史場景了解中國歷史、參觀革命根據地、觀看莫高窟壁畫、圓明園遺址、深入了解古文明如各朝各代的歷史建筑與遺跡等。借助數(shù)字音頻技術聽到真實的環(huán)境音效與講解，增加對歷史事件的深入理解和記憶。在實踐過程中不斷優(yōu)化細節(jié)和用戶體驗，桌面式虛擬現(xiàn)實學習環(huán)境尤其在中小學教育領域上優(yōu)勢明顯，相較于枯燥的課本，無論在知識結構或傳播方式上，聲音加上畫面的多媒體演示課件，結合沉浸式的虛擬現(xiàn)實教育平臺將在提升學生的愛國熱情方面作出更為有效的貢獻。結合當下游戲、手機短視頻在學生中盛行的現(xiàn)狀，強化愛國主義教育無疑在當今有著重要的現(xiàn)實意義。

（二）數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療、軍事領域中的應用

隨著虛擬現(xiàn)實設備的不斷完善，數(shù)據手套（Data Glove）與視覺感知設備頭盔顯示儀（HMD）的應用，虛擬現(xiàn)實技術越來越展示出對于社會各領域的強大影響力。結合了音頻技術的虛擬現(xiàn)實技術在其他領域如醫(yī)療、軍事上也展示出了巨大的潛力。首先，在醫(yī)療模擬訓練、心理治療等方面具有廣泛應用。通過模擬真實的醫(yī)療場景和音頻反饋，醫(yī)護人員和患者可以獲得更真實和全面的體驗，提高技能水平和治療效果。通過虛擬現(xiàn)實和音頻療法，醫(yī)療專業(yè)人員可以為患者提供更好的治療體驗。

例如，在心理健康治療中，虛擬現(xiàn)實可以使用音樂或音效創(chuàng)造出安全且可控的環(huán)境，利用粉紅噪音、白噪音的治愈性特點，幫助患者減輕焦慮和壓力，治療失眠及輔助治療抑郁等癥狀，有效平復患者病情；而應用在軍事上則在提升效率方面卓有成效，例如在飛行模擬器仿真訓練領域，虛擬現(xiàn)實和數(shù)字音頻的結合也具有重要意義。通過精確的音頻模擬和反饋，受訓人員可以獲得更真實的體驗，有效應對各類復雜場景增強個人軍事技能和反應速度。通過三維建模設計創(chuàng)建飛行模擬器和駕駛模擬器對象，并利用虛擬現(xiàn)實技術的交互設計來提供逼真的駕駛體驗，數(shù)字音頻可以增強模擬環(huán)境的真實感。駕駛艙外的爆炸聲、劃過地面發(fā)射的高射炮、低空飛行時的地面環(huán)境……通過實時的音頻模擬反饋，受訓人員將被帶入涉及自身生存危機的虛擬戰(zhàn)場，還原戰(zhàn)場的真實性，使受訓人員更全面地面對各種突發(fā)事件，增強其應變能力，研發(fā)內容還可以根據事件模擬環(huán)境的設計需求擴展到其他平臺，如采用AR（增強現(xiàn)實）的實景畫面來輔助完成場景設計，學習者宛如置身于真實的作業(yè)環(huán)境中，操作著3D全景游戲一樣的方式來完成訓練內容，沉浸式的體驗使受訓人員全神貫注地提高操作技能和應對復雜場景的能力，虛擬現(xiàn)實戰(zhàn)場的設計對于一線作戰(zhàn)人員來說，能提高實戰(zhàn)效率，大幅度降低自身損耗，從而體現(xiàn)出軍事應用領域上的重要意義。當今國際風云突變，俄烏戰(zhàn)爭開啟的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭燒錢模式為我們帶來了些許啟示。結合實戰(zhàn)音效開發(fā)沉浸式的立體化虛擬現(xiàn)實戰(zhàn)場并培訓新兵的軍訓方式應更為廣泛地得到普及式開發(fā)，圍繞虛擬現(xiàn)實的科研體現(xiàn)在軍事上的重要亮點是可以大幅度的為國家節(jié)約高昂的軍事培訓費用與縮短新兵入門培訓時間。

（三）數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實在其他領域的應用

跨學科合作為推動數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展提供了契機。合作和交流促進了知識共享和技術進步。專業(yè)上二者相結合，社會上延伸應用到更為廣闊的領域?？鐚W科應用的多領域合作型研發(fā)為各領域的研究者和從業(yè)者提供了創(chuàng)新思路和發(fā)展方向。通過將數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實相結合，可以創(chuàng)造出新穎而豐富的體驗，除了教育、醫(yī)療、軍事等還在拓展的應用領域，通過相關的科研項目研發(fā)不斷進步，不斷提升用戶滿意度。音頻領域的專家可以借鑒虛擬現(xiàn)實領域的技術創(chuàng)新，而虛擬現(xiàn)實領域的專家則可以從音頻領域的經驗中受益。在團隊合作的推進下這種跨學科的合作可以加速技術的發(fā)展與推廣，推動數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實的融合應用的深度發(fā)展。體現(xiàn)在娛樂方面，虛擬現(xiàn)實游戲和音頻娛樂體驗將更加逼真和沉浸。音頻技術可以增強游戲場景的真實感，使用戶更加身臨其境，提升娛樂價值和用戶參與度。在探討虛擬現(xiàn)實音樂演出和體驗的案例中，通過虛擬現(xiàn)實技術，音樂愛好者可以參與身臨其境的音樂會和演出，與音樂家互動。在享受身臨其境的音頻效果的同時，還因為音頻技術的降噪與音頻混響調節(jié)等附加功能的介入，用戶可以根據自己的欣賞習慣切換不同的模式，調節(jié)均衡器增強或削弱低音等，使得用戶可以舒服地躺在自家沙發(fā)上，佩戴頭盔顯示儀在虛擬演出廳中實時觀演的同時，還可調節(jié)適用于自身的音頻設置。充分利用數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實技術將使用戶的享受程度相較于演出現(xiàn)場更勝一籌成為可能。

（四）樹立正確、務實的科學研究態(tài)度

雖然數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實在教育、醫(yī)療和軍事領域均具有巨大潛力，但其應用仍處于不斷發(fā)展和探索的階段。技術的成本和可用性具有相對性特征，仍然是實施和推廣這些應用的挑戰(zhàn)之一。在軍事上結合虛擬現(xiàn)實能降低高昂的培訓成本，而針對本不發(fā)達的教育資源開發(fā)，基于本國人口規(guī)模大的特點，在教育領域應用虛擬現(xiàn)實要做到完全普及化是有一定難度的。建議以桌面式虛擬現(xiàn)實學習為主，同時設立虛擬現(xiàn)實實驗室組織學生分批分組進行體驗式學習，逐個通過虛擬現(xiàn)實頭盔及手套等設備進入虛擬實驗室參與進來，分批次完成交互性實驗，如拾取虛擬物體內容等。此外，在醫(yī)療領域治療有效性也非一成不變的，不同的人會有不同的反應，都無法一概而論。其中用戶參與度也會體現(xiàn)出參差不齊的體驗結果，人們更注重用同屬心理治療的有效方式——音樂療法來影響人的神經系統(tǒng)，達到治療的目的。即便預估的學習效果或醫(yī)療效果是積極的，結合虛擬現(xiàn)實技術的音頻療法也是需要經歷多次實驗，通過時間與數(shù)據的積累來驗證的。對這種實驗室搭建成本高難度大、實驗結果不理想、不盡人意的現(xiàn)狀，要求人們在進行新興領域探索的同時持有足夠的耐心與不輕易言敗的務實科學態(tài)度。

（五）跨學科的合作、創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

盡管數(shù)字音頻技術與虛擬現(xiàn)實技術的跨學科應用充滿機遇，但也面臨一系列挑戰(zhàn)。在技術層面，需要應對實時音頻渲染、三維實時音頻定位技術（3D Real-time Localization）等技術挑戰(zhàn)。為了提供高質量的音頻體驗，不僅需要投入更多成本以選擇適當?shù)奶摂M現(xiàn)實和音頻硬件，還需要解決音頻硬件設備與虛擬現(xiàn)實平臺之間的兼容性問題；在用戶體驗方面，面臨著如何創(chuàng)造逼真且沉浸式的音頻體驗的挑戰(zhàn)，使用戶仿佛置身于真實世界的音頻環(huán)境中，并將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬現(xiàn)實場景完美融合。解決這些挑戰(zhàn)需要廣泛的跨學科合作。這意味著將有經驗的音頻專家、虛擬現(xiàn)實開發(fā)者、教育專家、醫(yī)學專家甚至軍事專家等多領域的人才匯聚在一起，汲取相關的專業(yè)知識和技能。通過與同領域專業(yè)人士的合作，可以創(chuàng)建更真實、更專業(yè)的虛擬環(huán)境設計，從而提升學習者的沉浸感。

這種協(xié)作將有助于克服技術和用戶體驗方面的挑戰(zhàn)，并為數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實技術的跨學科應用帶來積極的推動力。

四、結語

綜上所述，數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實的跨學科應用在教育、醫(yī)療、軍事、娛樂等領域均展示出巨大的優(yōu)勢與發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^研究數(shù)字音頻和虛擬現(xiàn)實的交叉點，合理地構建專業(yè)性研發(fā)團隊，結合數(shù)字音頻技術（Digital Audio Technology）和虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality Technology）這兩門學科來制訂可行的發(fā)展目標，通過數(shù)字音頻及虛擬現(xiàn)實技術來推動各領域間的創(chuàng)新和發(fā)展，提升學習者的體驗和創(chuàng)造力。在中小學教育中有效提升學生的參與度；在醫(yī)療上治愈與恢復患者身心健康；在軍事上大幅度提升培訓效率削減培訓成本；在娛樂上足不出戶體驗高雅的生活方式等?？鐚W科合作和知識共享將是實現(xiàn)數(shù)字音頻與虛擬現(xiàn)實融合應用的關鍵，為未來的技術進步和社會發(fā)展提供重要支持。

參考文獻：

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