“虚拟现实”是来自英文“Virtual Reality”,简称VR技术。最早由美国的乔·拉尼尔在20世纪80年代初提出。虚拟现实技术(Ⅵ)是集计算机技术、传感器技术、人类心理学及生理学于一体的综合技术,其是通过利用计算机仿真系统模拟外界环境,主要模拟对象有环境、技能、传感设备和感知等,为用户提供多信息、三维动态、交互式的仿真体验。

虚拟现实主要有3个特点:沉浸感(Immersive)、交互性(Interactive)、想象性(Imagination)。沉浸感是指计算机仿真系统模拟的外界环境十分逼真,用户完全投入三维虚拟环境中,对模拟环境难分真假,虚拟环境里面的一切看起来像真的,听起来像真的,甚至闻起来等都像真的,与现实世界感觉一模一样令人沉浸其中。交互性是指用户可对虚拟世界物体进行操作并得到反馈,如用户可在虚拟世界中用手去抓某物体,眼睛可以感知到物体的形状,手可以感知到物体的重量,物体也能随手的操控而移动。想象性是指虚拟世界极大地拓宽了人在现实世界的想象力,不仅可想象现实世界真实存在的情景也可以构想客观世界不存在或不可发生的情形。根据用户沉浸程度和参与方式的不同,虚拟现实可分为4类:非沉浸式虚拟现实、沉浸式虚拟现实、分布虚拟现实系统及增强虚拟现实系统。

(1)逼真式的体验教学。VR虚拟现实技术最大的优势在于开放自由的教学空间,解决了课堂互动,答疑解惑,动手实操等问题。例如:运用VR职业模拟体验,可以让幼儿体验美食大厨、上班族和便利店店员,幼儿们不仅需要像在真实生活中那样完成工作内容,更重要的是作为一种职业冒险类模拟体验游戏,幼儿们将会在游戏过程中体验到更多置身未来难以适应的困惑感,幼儿们就可以在游戏过程中获得很多人生感悟。同时,将头盔式VR装备应用于幼儿课程教学中,教师课前将教程编排好,应用情景式教学内容设置给将给幼儿带来沉浸式的教学体验,学习就像看电影,从一定程度上增加了学习的乐趣,补充了教学素材。例如:当谈到去草原看看,虚拟的场景就立刻切换到草原,幼儿在虚拟的草原中和教师的带领下,可以观察草原上各种动物,并与教师进行交流讨论,有效地激发学习兴趣,还能够有效地创建学习情景、支持合作、促进交流、促进知识表达和应用,从而有效地构建一个非常优良的学习环境,让幼儿学到更多的东西。此外,VR虚拟现实技术还是助力师生教学过程的强大利器,幼儿可以在课堂上模仿老教师同步操作,教师知识点讲到哪,学生立即动手实际操作,手、脑、眼、耳同步调用,增强知识点记忆,有效的提高学习的效率,运用更逼真的视听刺激,提高幼儿的重视程度,同时在模拟中训练幼儿对灾害的应急处理能力。例如:美国就利用VR将飓风、地震等自然现象一致同步到幼儿园日常教学中,在幼儿进行模拟的过程中,将传统的教学元素如幻灯片的图形和数据嵌入在虚拟环境中,让幼儿置身于真实的情境中,在紧张的心理下,快速做出正确的决定,这样幼儿们面对安全威胁就能够更加从容的应对。

(2)交互性的构想教学。VR虚拟现实技术可以采用移动设备与APP软件相结合的方式。幼儿APP有视+AR、AR、4D书城、幻视、尼奥照照等,另外有多种增强现实图书都有相配套的APP,例如:《机器人跑出来了》、《实验跑出来了》、《恐龙争霸赛来了》等,通过手机在现实世界上叠加虚拟形象的形式,实现增强现实的特殊显示效果。随着VR虚拟现实技术的性能提升和价格降低,会有更多的教育投资公司开发出更加丰富多彩的教学资源,让VR虚拟现实技术快速走进幼儿园教学课堂,在日常教学中大面积应用普及,从而颠覆传统的教育方法和教学形式,具有巨大的应用潜力与应用前景。[1]

(1)仿真性与开放性。VR虚拟现实技术打破了幼儿园教学空间上的限制,教师可以在任意的教学环境中进行集中教学,身处何地的教师,只要通过相关网络通信设备即可进入相同的虚拟场所进行实时的集中化教学。

(2)针对性与自主性。与现实中的幼儿园日常教学相比,VR虚拟现实技术的一大优势就是可以方便的模拟任何教学科目,借助虚拟现实技术,幼儿可以将自身置于各种复杂的学习环境中去,从而进行针对性训练,提高幼儿的综合处理能力与相关处理技能。同时,借助自身的虚拟教学系统,幼儿亦可以自发的进行多次重复活动训练,使幼儿始终处于教学的主导地位,掌握训训主动权,大大提高教学的效果。

(3)安全性和弥补性。作为幼儿园教学重中之重的安全性,虚拟的环境远比现实中安全,教师与幼儿可以大胆的在虚拟环境中尝试各种训练方案,即使创下“大祸”,也不会造成“恶果”,而是将这一切放入训练评定中去,作为最后教学考核的参考。在确保幼儿人身安全万无一失的情况下,教师可以卸去教学活动隐患的包袱,尽可能多种类的训练,从而大幅的提高幼儿的技能水平。同时,VR虚拟现实技术也弥补了传统教学所不能达到的许多方面,在表现一些空间立体化的知识,例如:大自然、天气、唱歌、音乐欣赏、色彩、主题装饰时,三维的展现形式必然使学习过程更形象,幼儿更容易接受和掌握。将VR虚拟现实技术应用于幼儿园教学中,有着无可比拟的优势,打造虚拟的训练平台,无庸质疑的将是幼儿园教学的一个趋势。[2]

一般来说,建筑师在是通过绘制透视图、动画模拟、摄影等方式来分析和感受空间的。透视图和摄影照片是对空间的瞬时截取,对空间的反映是不连续的,而摄影和动画是沿着特定方式进行的,对空间的反映缺乏主动性和实时性,通过这些技术对空间的感知和实际感受有很大差异,且这些方式基本是听觉和视觉的,而真正空间的感受是集听觉、触觉和视觉为一体的全方位的感受。VR技术在建筑设计中的引用能提高人们对空间感受的真实性,在VR模拟的虚拟环境中,人们可以自由地选择观察视角、运动路线及观察行进方式,能感受虚拟空间亮度、温度、声音的变化,甚至脚对地面的感应也能被真切感受到,用户还可根据自己的喜好调节相关参数,如用户可一边跑步一边听歌,在运动模式中也可以选择散步或骑车,通过不同的形式对空间进行感知,建筑设计师如果将VR技术带到建筑设计中就会考虑各种影响因素,设计出更科学、更贴近生活的作品。

随城镇化的发展,城市的高楼越来越高,高层建筑间的气流会形成峡风现象,风速过高会带来沙尘,污染居住环境,造成建筑局部区位气温过低,同时峡风区域会形成负压,有可能损害建筑物表面玻璃,引起安全隐患,如果能够利用好峡风现象可改善地下车库、室内的通风情况,改善居住体验。

一般来说,设计师会采用实体模型来分析峡风现象,合理规划建筑设计,可是实体模型造价昂贵且花费时间多,对数据的提取也存在误差,这些会给设计带来不利影响。建筑设计师如果引入VR技术将可以很好解决上述问题,设计师可以直接利用计算机技术根据真实环境建立气流模型,通过实时更改建筑模型使建筑物气流达到设计要求,同时计算机能提取各种数据参数,方便设计师分析,对建筑物结构和实体进行优化,得到最优方案。

建筑的落成是设计人员、施工人员等众多人员合力完成的,而建筑是为用户而建的,在以往的设计施工中往往忽略用户的参与,设计师也没有充分考虑用户可能的意见,导致在整个建筑周期中最为重要的用户却成了最不重要的因素了。设计科学合理的方案需要用户的参与,只有结合用户意愿的设计才可能是最优的方案。但用户参与设计最主要的一点是缺乏专业知识,面对繁琐的设计图纸,很难提出自己的看法。

VR技术的特点使得设计师和用户的沟通障碍得到了解决,应用VR技术设计师可以展现给用户直观的设计方案,方便用户了解,提高用户参与积极性,增强双方交流。通过Ⅵ技术,用户不需要掌握全面的专业知识,可在虚拟设计中直观地接触整个设计方案,了解设计师的设计理念,极大地方便了与设计师的交流,计算机也可以记录用户对建筑设计的建议,方便设计师对设计方案进行改进,这是传统透视图纸无法比拟的。[3]

VR技术在建筑设计中的解决了设计师和用户的沟通问题,更为重要的是其提高了用户参与设计的积极性,保证了建筑设计方案更合理更科学。瑞典的家具卖场宜家就在广告中提出了利用VR及时进行卖场空间布局设想,为消费者自行搭配任意产品提供VR操作,方便消费者直观、理性的选购,或许在不远的将来,不需要设计师设计,而是让大众根据自己的喜好进行规划设计,VR技术的到来不只是技术的突破,可能会为各行各业创新发展提供源源不断的动力。[4]

理论教学是飞行教学的重要部分之一,而在理论教学中,对实际飞行的认知一直都是教学中的重难点。如果只是依靠教员的描述,学生的理解及认知就会停留在该问题表面,教学效果不理想。比如,在空中怎样对不同地标进行辨别、如何更好地控制驾驶杆等,若只是依靠教员的叙述,学员根本无法构造出适合自身的知识体系。但是若在理论教学阶段应用虚拟现实技术和模拟训练,学生就可以利用科技设备切身感受到自身用力大小是否合适、动作幅度是否过大。将虚拟现实技术及模拟训练应用于理论学习阶段,可有效提升理论教学的实践程度,帮助学员更好地掌握专业知识,进而提升教学效果。

受多种因素制约,学员在实际飞行训练中,学员的接受能力直接决定了其最终的飞行成绩,但并不能代表学员的学习态度。利用虚拟现实技术和模拟训练,可有效提升全体学员的训练质量,特别是对于喜爱飞行技术的学员来说,这一技术的效果尤为显著。依据相关研究发现,在模拟训练过程中,学员采用科技性较强的模拟系统训练二十个小时左右后,其飞行水平可以与有丰富实战经验的职业飞行员相媲美。

在飞行教学中应用虚拟现实技术和虚拟训练对提升飞行学员心理素质也有明显效果。中国某训练基地研发了一种抗飞行错觉的训练模拟器,该模拟器主要是对飞行员的应急能力及情绪控制能力进行培养,进而确保其后续实践安全。该系统是由多项现代技术组成的,该技术可以使学员切身体会到飞行中可能出现的错觉以及自身生理反应。在训练过程中,教员可以依据不同学生的弱项制造飞行中可能遇到的突发状况,让学生做出迅速反应,通过逼真的训练环境,可以有效提升学员心理素质,帮助其更好的攻克自身错觉,使其在后续正式飞行中遇到突发状况可以保持冷静。[5]

虚拟现实技术可以利用计算机以仿真的方式充分结合现实环境为患者创造实时反应实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界如:上下肢康复机器人、虚拟情景评估与训练系统、虚拟数字OT评估训练系统、姿势控制评估训练系统、三维步态分析系统等。虚拟现实技术应用到康复治疗中并作为康复医学发展的前沿技术积极弥补传统康复的不足,提高康复疗效。[6]

Holden医生最先成功的将虚拟现实技术运用到康复中,国内已生产部分应用了虚拟现实技术的国产康复机器人和国产虚拟互动评估训练系统等。2013年河北医科大学第二医院康复医学二科李红玲教授发表虚拟现实技术在康复医学中的应用进展。2015年北京大学第一医院康复医学科王宁华教授发表上肢康复机器人在脑功能重塑理论中的临床应用。

虚拟现实(VR),是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据,通过计算机技术产生的电子信号,将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象,

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要发展方向,是多种高科技技术的集合,是一门富有挑战性的科学研究领域,虚拟现实技术简称为VR技术,主要包括环境、感知、自然技能等方面。

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