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中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2015）18-0284-01
一、虛擬現實技術的概念及其特點
虛擬現實技術是指在電子計算機技術、多媒體技術以及數字技術等多種技術的基礎上，模擬虛構出與真實世界相似的一個虛擬空間，模擬的現實能夠檢測出周邊環境的變化，并能夠對這樣的變化及時作出反饋。雖然這種模擬現實技術的發展越來越成熟，在很多發達國家的應用很普遍，但就整個世界范圍來看，這種技術的應用范圍有待進一步地拓展。
首先，這一技術體驗的過程具有真實性。虛擬現實技術的開發就是立足于人們真實的感官基礎之上的，它能夠通過對人體心理特點以及感官的分析，在計算機上繪制出立體的三維圖像，所以當真人通過這一設備體驗時其真實的情感能夠準確被分析，有種身臨其境之感，整個體驗過程讓人具有很強的真實感；其次，虛擬現實技術應用具有很強的互動性。整個虛擬現實技術的應用離不開電腦設備，鍵盤和鼠標都是體驗者進行互動的工具，這些傳感設備能夠準確感知人體變化；最后，虛擬現實技術具有很強的感知性。反應裝置是虛擬現實設備中所必須配套的，而這種感知具有多樣性，不僅是視覺上的感知，更能對聽覺以及觸覺進行感知。
二、虛擬現實技術在商業展示應用中的要求
1.更加注重模型的真實性。在虛擬設計中不能僅僅為了追求經濟利益，一味夸大商品的性能。目前有些廠家在運用模擬現實技術推廣商品時，忽略注重模型的真實性。由于模擬出來的商品模型與實際商品的差距過大，使得越來越多的消費者對這一類商品失去了信心。因而在今后的模型設計中，需要更加注重商品的真實性和可靠性，對模型進行更加準確的衡量和測繪。
2.建立相應的系統服務平臺。要想模擬現實技術更加成熟，就必須支持相關工具開發，并建立相應的系統服務平臺，從而提高整個系統開發利用的效率。很多設備的性能較低，虛擬現實系統相配備的計算機難以滿足相關用戶的需求，因而降低對商品的興趣。建立相應的服務平臺，在用戶遇到問題時及時給予解決，提高系統服務效率。
三、虛擬現實技術在商業產品設計中的應用
1.商品外形和包裝的設計。為了盡可能地降低企業的生產成本，很多企業在進行商品的設計時，都會預先在計算機上設計好模型或者是通過虛擬現實技術虛擬設計產品的外形和包裝，并多次對產品的外形進行升級改造，讓專業的設計師分析改進。
2.檢測產品的布局和結構。虛擬現實技術不僅僅是進行模擬，還能對整個產品的結構進行直觀的觀察。很多的產品設計結構復雜多樣，很難通過肉眼去觀察，通過計算機得出來的數據更為合理可靠。日益成熟的虛擬現實技術已經能夠將整個產品的內部構造清晰地表達出來，這對后來的產品生產工作都能起到很好地促進作用，實現生產和布局的科學化以及合理化。
3.商品后期宣傳。傳統的對虛擬現實技術的應用眼光僅僅停留在產品的設計以及檢測中，忽略了其在產品宣傳過程中的重要作用。產品的宣傳工作直接影響到后期產品的銷量以及經濟效益的大小。通過運用虛擬現實技術，更好地為社會大眾展示某一類商品的功效和用途，使得表達更為具體直觀。就拿現在的展館和樓盤為例，很多的樓盤都會采用虛擬現實技術，對樓盤進行模擬，可以通過模擬售樓等形式提前預測某一樓盤的銷售情況。分析銷售過程中可能會存在的問題，對樓盤也能進行后期的宣傳，從而提高銷量。
四、結語
模擬現實技術作為新世紀發展起來的一種新型技術，其在商業展示中發揮了節約成本、提高經濟效益等多方面的作用。如今的社會，人們對產品的要求越來越高，商業發展的規模越來越大，其該技術的發展前景十分廣闊。我們要清楚地了解到該項技術如何發揮在商業展示中的作用，不斷發展創新，實現這一技術的新突破。
參考文獻：
[1]費正濤.關于虛擬現實技術在商業產品中運用的研究綜述[J].科技資訊，2015（03）.
關鍵詞：虛擬現實技術；工業；設計；應用
在計算機技術模擬的三維立體空間之中，用戶可以強烈地感受到視覺、聽覺、觸覺的模擬，在將虛擬現實技術應用于工業設計領域時，突顯出虛擬現實技術不可比擬的應用優勢和性能，它可以無障礙、無阻滯地實現對三維立體空間的事物的觀察和操作，生動地模擬出實際的工業生產場景，可以良好地應用于制造、裝配、安全監測、建筑、室內設計等領域，具有極其重要的現實功能和意義.
1虛擬現實技術的工業設計綜述
虛擬現實技術以計算機網絡技術、現代信息技術為依托，實現虛擬現實技術與現代先進制造技術的整合，是一種基于高度逼真的模擬化人機界面技術，可以達到基于自然技能和真實體驗的人機交互系統.虛擬現實技術的工業設計具有其特殊的性能和特征，具體表現為：（1）網絡化.在網絡技術為支撐的、并行式的設計結構系統之中，實現了對設計、工程分析、生產制造三者的統一和集成.它可以快速地響應市場需求，在虛擬的制造環境中生成數字樣機，并對其進行預測和評估.（2）交互性.在虛擬現實技術的工業設計之中，建構三維立體的虛擬數字模型，給人以真實的體驗，在身臨其境的感覺中對其加以修改和操作，較好地實現了人機的交互.（3）高效性.在虛擬現實技術的工業設計之中，可以較好地減少對設計的修改，節約了設計成本，也提升了設計精度，由此可見，虛擬現實技術的工業設計可以極大地提升資金使用效能.虛擬現實技術對于工業設計的影響是多方面的，我們可以從不同的角度看待虛擬現實技術在工業設計中的應用優勢：（1）變革了工業設計理念.在虛擬現實技術應用于工業設計領域時，工業設計師不僅參與工業的設計階段，還滲透到企業的生產和銷售階段，需要全程對自己的設計負責，這種理念的轉變是前所未有的，虛擬現實技術在工業設計中的應用不僅體現于工業產品的外形設計，還體現于工程設計，這就需要設計師立于更高的、更為全面的角度，生成優良的新產品設計，并使之涵括除了工業設計專業之外更為廣泛的領域，更好地實現與其他經營、銷售等團隊的精誠合作和交流.（2）創新了工業設計方法.傳統的二維式的平面圖設計方法已經被替代，在虛擬現實技術的應用之下，可以使工業設計方法更為立體化和三維化，可以使人們體驗和感受到不同視角的立體效果圖，在用戶任意旋轉、放大、收縮的模型修改過程中，充分體現工業設計方法的多維化轉變.
2虛擬現實技術的分類及應用領域
2.1虛擬現實技術的分類
虛擬現實技術又被稱為“虛擬生產”、“虛擬貿易”、“虛擬網絡”，它基于“人是信息環境的主體”的理念和意識，強調人在虛擬現實系統中的主導作用，它的分類，具體包括以下幾種：（1）分布式虛擬現實技術.不同的用戶基于計算機網絡實現鏈接，共同參與和體驗虛擬經歷，這些不同的用戶可以對同一個虛擬世界進行互動、操作和交流，以更好地實現網絡協同，達到共同體驗的工作目標.（2）增強現實性的虛擬現實技術.它是實現對真實世界的模擬和高度仿真，可以極為有效地增強用戶在真實場景下所無法感知或不便于感知的體驗，如：戰斗機飛行員的平視顯示器，可以更好地引領飛行員將武器瞄準數據投射到穿透式的屏幕之上，獲悉敵機的導航偏差.（3）沉浸式的虛擬現實技術.運用特定的設備隔離用戶的視覺和聽覺，使用戶可以全身心地投入和沉浸于系統之中，利用位置跟蹤器、數據手套、手控設備等，實現沉浸式的虛擬現實技術的體驗.（4）桌面虛擬現實技術.運用個人計算機和低端工作站，實現對現實世界的高度仿真和模擬，并以計算機屏幕為觀察窗口，借助于各種輸入設備，全方位、多角度地實現與虛擬仿真世界的交互、操作和修改，在這個系統之中，個體沒有與外界相隔離，會受到外界的干擾和影響，因而缺乏真切的現實體驗和感受.
2.2虛擬現實技術的應用領域
（1）虛擬設計.虛擬現實技術可以應用于虛擬設計領域，如：虛擬現實汽車設計.（2）教育和娛樂領域.虛擬現實技術可以使用戶體驗到真切的感官刺激，在三維立體的逼真視景之中，實現用戶自主的、個性化的體驗.（3）安全訓練.在一些高難度和危險的情境之下，可以運用虛擬現實技術進行訓練.如：應用于醫療手術訓練的虛擬現實技術系統.（4）先進制造領域.在工業設計中的先進制造領域，可以運用虛擬現實技術，完善產品的設計，優化產品的性能，更好地提升設計效能.（5）建筑與藝術設計領域.在工業建筑及藝術設計領域之中，可以運用虛擬現實技術，將抽象思維轉化為實體場景，極為有效地增強用戶的真實體驗.
3虛擬現實技術在不同工業設計中的應用實踐分析
3.1虛擬現實技術在灌裝制造生產線的應用
3.1.1虛擬灌裝生產制造線的框架設計
在將虛擬現實技術應用于制造生產線的架構之中，可以將虛擬生產線建構為以下幾大模塊內容：（1）仿真管理模塊.實現虛擬現實接口的指令數據接收與傳遞，更好地實現對虛擬環境的協調與維護.（2）工藝布局模塊.設計人員基于生產制造線的約束性條件和前提，實現虛擬環境中的布局整體設計.（3）設備模型庫模塊.在這個模塊之中，可以充分體現出虛擬設備的控制屬性和幾何屬性，使用戶沉浸于虛擬場景和立體模型之中，實現對物理制造生產線的觀察和評價.（4）任務管理模塊.通過虛擬制造生產線的任務調度，實現對工件的傳送、加工、測量、運輸、灌裝等操作.（5）分析引擎模塊.測定設備及工件的運行狀態，并實施虛擬生產線上的系統故障檢測.（6）報價模塊.這是對虛擬制造生產線的設計的價格評估.（7）虛擬現實接口.借助于虛擬外部設備，可以實現虛擬仿真，建構人與虛擬系統的接口.
3.1.2虛擬灌裝生產制造線的可視化設計
依照整體的生產能力和要求，在虛擬制造生產線的可視化設計中，要使輸送系統具有充分的存儲量和緩沖時間，能夠集成工藝流程和調度過程.同時，還要利用對象的繼承和封裝機制，生成虛擬的制造生產線環境，在三維的模型之下可以極其逼真地反映出制造生產線中的設備及工件.
3.2虛擬現實技術在航空智能制造中的應用
虛擬現實技術與航空智能制造相融合，充分展示出虛擬現實技術的“智能之窗”的地位和功效，基于我國航空制造的實際需求，可以將虛擬現實技術應用于航空制造中的工藝設計、車間執行、管理等方面，具有極其重要的現實意義.航空飛機制造的核心是工藝設計，在這個“看不見的手”之中，可以實現制造工藝的標準化、可控化、可拓展應用.具體應用項目和內容包括有：（1）沉浸式工藝審核.在航空飛機的制造虛擬現實技術應用之中，首先即要實施對航空飛機裝配工藝的審核，以飛機設計圖樣、數據模型、文件等為審核內容，協調各方面的意見和建議，全面做好工藝設計的審核和評定，工藝設計人員可以完全沉浸于虛擬、高度仿真的環境之中，不受任何干擾和影響，實現與虛擬對象的交互.（2）沉浸式工藝仿真.在虛擬現實技術的應用之下，航空飛機制造實現了“基于建模和仿真的科學設計模式”的突破，在多源信息融合的仿真虛擬環境系統之中，實現對航空制造的工藝設計仿真分析，如：航空飛機工藝數字樣機模擬、空間分析與漫游、虛擬裝配、交互虛擬實驗等.
3.3虛擬現實技術在建筑及藝術設計中的應用
在建筑設計領域之中，虛擬現實技術極大地拓展了圖形藝術設計創作方式，通過虛擬漫游技術在建筑設計中的應用，可以三維、立體地呈現城市景觀、小區景觀、室內設計、歷史性建筑的仿真模擬，它可以使設計者從多角度、自如地審視和欣賞，極大地拓展了建筑展示空間虛擬現實的漫游技術較好地解決了設計過程中的枯燥而繁瑣的溝通性缺陷，可以利用其三維建模的虛擬現實設計和全景虛擬現實展示設計，充分展示出設計者的設計創新思維，靈活地運用于不同的建筑設計項目之中.在室內設計中采用虛擬現實技術，可以虛擬出一個建筑室內空間，直觀而形象地表達和傳遞設計者的設計意圖和設計思維，它比傳統的沙盤模型具有更大的優勢性能，可以實現對設計空間的全尺寸模型設計，用戶可以任意在虛擬空間中漫游、修改和調整，使之更具有人性化和逼真化，極大地增強和提升了建筑室內空間的整體操控和設計水平.
3.4虛擬現實技術在汽車制造中的應用
虛擬現實技術可以應用于汽車制造系統之中，預先發現并解決汽車整體或零部件的問題，通過汽車三維立體模型的建構，可以使設計人員更好地體驗汽車內部的舒適度、駕駛模擬程度、故障模擬等，提升設計指標的合理性和科學性.并且，在對汽車進行虛擬開發設計的過程中，還可以實現對汽車造型、制模、沖壓、焊接、總裝等流程的三維化和虛擬化，通過網絡數據為支撐和依托，實現虛擬協通實時設計，并實施虛擬實驗檢測，預測汽車的整體安全性能和動力性能.
4結束語
綜上所述，虛擬現實技術以計算機技術和網絡信息技術為支撐，通過立體的、三維建模方式，實現對現實世界的虛擬和高度仿真，在將這種全新的技術與工業設計相嫁接時，我們可以看到這個“智能窗口”的現實功能和意義，在網絡、信息、數據等方面的集成之下，可以清晰地呈現產品的全方位細節，實現工業設計的網絡化、系統化和智能化，增強工業設計的交互性和科學性，充分利用工業設計資源庫，更好地縮短工業設計周期，提升工業設計的效能.
參考文獻：
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[關鍵詞]虛擬技術 參與性 互動性 廣告效果
[中圖分類號]TP391.9 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）12-0064-02
隨著科學技術的發展和媒介數目的增加，廣告的形式和數量也在急劇增加，鋪天蓋地的廣告充斥在人們生活的方方面面，但受眾對廣告的厭煩情緒卻在日益增加。同時，由于各類廣告之間的相互干擾和競爭，傳統媒體的廣告效益不斷下降，廣告主亟需尋求新的廣告形式，運用新技術手段增加廣告的趣味性和互動性，吸引受眾參與其中，能夠滿足其需求的虛擬現實廣告日益頻繁地出現在受眾眼前。
一、虛擬現實技術
虛擬現實（Virtual Reality）一詞最早是在20世紀80年代初提出的，其自誕生之后就被應用于諸多領域，并取得了極大的成功，在90年代開始逐漸引起人們的關注。虛擬現實技術依托計算機技術，并且融合多種相關科學技術，生成一種數字化的環境，這種數字化的環境在一定范圍內與真實環境的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面的體驗高度相似，人們還可以通過顯示器、傳感頭盔、數據手套等專業的設備進入虛擬空間，與虛擬現實技術所產生的效應上的事件或實體進行互動，讓人沉浸其中，并產生與之相互作用的親臨感和參與感，甚至還能夠讓人們去訪問現實世界中無法訪問的對象或地點。
1994年，美國科學家Burdea和Coiffet提出了虛擬現實的三個基本特征，即交互性、沉浸感和想象性，又稱為3I，Interaction、Immersion、Imagination。由于虛擬現實技術應用的領域有所不同，所以3I的偏重也各有不同。
（一）交互性
指受眾對虛擬對象的實時操作程度和從虛擬環境中得到反饋的自然程度，這決定著受眾能否更好地參與其中。
（二）沉浸感
即臨場感，指受眾作為主角存在于虛擬現實技術所創造的虛擬環境中的真實程度，受眾在其心理上和生理上都難以分辨虛擬環境的真假，處于虛擬環境中就如同處于真實環境中一般。
（三）想象性
指虛擬現實技術為受眾創造了巨大的可想象空間，可以擴寬受眾的認知領域、再現真實的環境，也可以使受眾通過邏輯判斷、聯想等方式，隨意地想象和勾勒現實世界中并不存在的環境。
如今，虛擬現實技術在軍事、醫學、考古、農業、航空航天航海、建筑設計、城市規劃、工業制造、文化藝術、房地產、娛樂業等領域都得到了廣泛的應用，改變了傳統的人機交互模式。尤其是在游戲方面，虛擬現實技術豐富的感覺能力和三維顯示使其成為理想的視頻游戲工具，游戲玩家可以通過虛擬現實技術得到更加強烈的感官刺激和更加逼真的游戲體驗。
二、虛擬現實技術在廣告中的應用形式
虛擬現實技術最開始應用在廣告中是在各種體育賽事的轉播中，但是由于它的投放形式不甚明顯，很難被受眾所發現，因而并不具備交互性和參與感。隨著虛擬現實技術的不斷發展和成熟，其廣告中的應用形式和數量不斷增加，且日益具有交互性。
（一）虛擬現實技術在互聯網廣告中的應用
隨著互聯網技術的飛速發展，互聯網廣告發展蓬勃，呈現出廣闊的發展前景。互聯網作為一個新興的媒體，與傳統媒體相比具有雙向互動傳播的特點，因而互聯網廣告與傳統媒體廣告相比最大的特點就是其互動性。在虛擬現實技術下，不僅可以讓受眾根據自己的興趣和需求來點擊廣告頁面，而且可以針對受眾的需求制作和不同的廣告信息，吸引受眾進行在線交易。
2015年，優衣庫為解決網購衣服的合身問題，推出了3D試衣間，消費者在輸入自己的性別、身高等個人信息后，可以生成一個和自己體型相似的模特，然后可以通過點擊模特的各個部位，就可以“試穿”不同款式的衣服。優衣庫的這一虛擬現實技術使受眾在接受信息之后能夠參與其中，更好地了解品牌和產品。
（二）虛擬現實技術在移動媒體廣告中的應用
4G時代的到來使以手機為代表的移動多媒體日益普及，也出現了交互頁面設計、APP和專門針對移動終端客戶端的相關游戲、廣告設計等基于移動多媒體的商業應用設計。而虛擬現實技術的加入則使得移動多媒體的廣告更加具有互動性和參與感。
2016年，阿里巴巴為大家帶來了一種新的購物理念――淘寶buy+。buy+是一款強大的科技產品，也是一種全新的購物方式，其利用強大的虛擬現實技術，100%還原真實場景，捕捉用戶的動作并觸發虛擬環境的反饋，突破時間和空間的限制，使衣物試穿、家居體驗、生活用品使用等在受眾眼前實現。簡單來說，buy+就是讓現實中的人和虛擬中的人和物進行交互，將現實世界中的場景虛擬化，成為一個可互動的商品來提升受眾的參與感。
（三）虛擬現實技術在線下廣告中的應用
線下的虛擬現實廣告是指一些采用了虛擬現實技術的廣告裝置，這種裝置帶有更多的即時性和交互性，能夠給人們帶來巨大的視覺享受，那些酷似真實的人物和場景，吸引著廣大受眾的注意力。現在這種廣告形式很受歡迎，被應用在地鐵站、公交站、大型商場、步行街等人流量大的地方，取得了良好的廣告效果。
近日，百事公司在倫敦的一個公交站牌邊上安裝了一塊采用虛擬現實技術的大屏幕，人們可以從這塊屏幕上看到迎面而來的飛碟、從下水道竄出來的怪物觸手，以及一只休閑散步的老虎等奇特景象。這一廣告牌推出后一下吸引了受眾的興趣，人們紛紛在此自拍，與此合影，甚至都不愿離開。
三、虛擬現實技術對廣告的影響
廣告為取得更好的傳播效果，往往采用最新的科技成果。應用虛擬現實技術的廣告順應了信息化社會的發展趨勢和時代潮流，是現代科技與藝術的完美結合。虛擬現實技術不僅將受眾對廣告的參與性、互動性發揮到了最大，而且還為廣告增添了新的文化內涵。
（一）使廣告信息得到更加有效的傳播
現代傳統的廣告大多都是單向告知式的，不注重與受眾的互動，就如同櫥窗廣告一般，以展示為主，不能達到很好的廣告信息傳播效果。為了使廣告在海量的信息中得到更多受眾的主動關注，需要在廣告中融入虛擬現實技術、交互藝術等新興的科技手段，激發受眾主動接觸、參與廣告的好奇心。虛擬現實的廣告有效地把握和巧妙地利用了受眾的好奇心理，使受眾能夠在不同的時間或地點參與到廣告的互動中來，加強了與受眾的交流互動，變被動為主動，讓受眾以體驗的方式來接受并記憶廣告信息，更加有效地傳播廣告信息。
（二）使受眾更加主動地參與到廣告中
雖然傳統大眾媒體廣告的覆蓋面比較廣，但廣告形式以單向式的告知為主，受眾被動地接受廣告信息，缺乏主動關注和參與的興趣。一則廣告要想使廣告信息得到更加廣泛的傳播，就要找到受眾的興趣點和痛點，進而抓住受眾的心，使受眾能夠全身心地投入廣告之中并與廣告產生情感共鳴。虛擬現實廣告以參與互動為核心，極大地提升了廣告的互動表現力，激發了受眾對廣告及品牌的好奇心，讓受眾主動與廣告進行積極地參與互動，使其在與廣告所傳達的信息產生情感共鳴的過程中主動接受廣告信息，由“心動”變為“行動”。
（三）使廣告在受眾中的投放更加精準
傳統大眾媒體廣告主要投放于電視、廣播、雜志、網絡等常見的大眾媒體上，面向的也是某一群體的受眾，其內容和形式具有明顯的大眾性，缺乏對單一受眾的針對性，雖然廣告的受眾面比較廣，但并非所有人都是廣告的目標消費者，受眾感覺廣告信息與自身需求無關，因而缺少關注廣告的興趣和動機。虛擬現實廣告通過受眾與廣告的參與互動，可以精準地識別個體受眾的興趣點和關注點，根據單個受眾的需求、興趣取向等設計有針對性的廣告形式和內容，有目的性、有節奏地進行廣告投放，并且通過受眾的實時反饋調整廣告內容，以適當的、充滿個性化的內容觸動受眾的神經，建立品牌與受眾之間的緊密聯系。
（四）使受眾對廣告有更加真實的體驗
虛擬現實廣告區別于傳統大眾媒體廣告最大的特征就是體驗性，這也是虛擬現實技術的核心。其能夠綜合地調動受眾的視覺、聽覺、嗅覺等多種感官，利用多樣化的媒介，為受眾創造出愈加逼真和美輪美奐的虛擬環境，使受眾產生真切而又強烈的情感體驗，給予受眾“親臨”的感受，將受眾的自我感受與廣告內容相融合，使其在直觀、全面地了解產品之后加深對產品及品牌的認知，迅速地作出消費行為。受眾通過對產品功能的虛擬體驗能夠更加全面、直觀地加深對品牌的認知，體味廣告的深刻內涵，感受到品牌所傳達的價值觀，在獲得廣告信息的同時也得到更加真實的視覺及情感體驗。
（五）使商業廣告更具娛樂性和藝術性
虛擬現實廣告的娛樂性基于其游戲性。互動性的游戲是虛擬現實廣告一個重要的載體，有趣、好玩、富有創造力的游戲可以激發受眾對廣告的主動關注和參與，進而促使其積極地了解產品及品牌的相關信息，與品牌產生直接的情感共鳴。如同游戲一般的虛擬現實廣告融合了音樂、動畫、影視等多種傳統或現代的藝術形式，使受眾擺脫現實生活中的種種限制和束縛，釋放自我、尋找快樂，受眾不僅不會對廣告信息產生抵觸和厭煩情緒，反而能夠全身心地融入其中，在與游戲互動的過程中不斷加深對品牌的印象，在娛樂的同時得到愉悅的心靈體驗。
四、結語
當今社會，廣告充斥在我們生活的每一個角落，一些傳統的“侵入式廣告”正在嚴重地影響著人們的正常生活，引起人們對廣告的厭煩情緒。廣告需要采用更加新穎、更具互動性和參與性的形式來吸引受眾的注意力并使其主動參與其中。虛擬現實技術與廣告的融合，讓受眾通過與廣告投放終端的實時互動，給予其更加真實的用戶體驗，使得廣告主能夠更好地展現其產品，使產品及其品牌在被受眾選擇時能夠被直觀地了解和接受，增加其產品的影響力。隨著科技的發展，虛擬現實廣告將以越來越多樣的形式出現在我們的生活之中，以其全新的受眾體驗、高度的參與互動、巨大的市場影響引發廣告業的新變革。
【參考文獻】
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【關鍵詞】 虛擬現實 三維空間 Unity 3D技術 虛擬醫院漫游系統
一、引言
虛擬現實是近幾年來出現的高新技術，利用電腦虛擬出一個比較真實的三維空間，使用者能利用自身的感官系統，通過對交互式設備，對虛擬世界進行瀏覽、體驗和觀察，并能夠實時、無制約地觀察三維空間中的信息，產生一種身臨其境的感覺。如今隨著新醫改啟動以來，中國醫療衛生行業信息化的需求和發展潛力巨大，醫院規模發展的同時，“預約掛號難、對醫生不了解、找不到診室”等問題日益凸顯，因此采用虛擬現實技術設計出集導航、信息查詢為一體的虛擬系統有利于解決用戶看病的難題。
二、功能模塊設計
2.1導航
相比于平面地圖來說，虛擬醫院漫游系統采用3D地圖，用戶可以對虛擬3D醫院進行瀏覽，方向感更強，從而更方面、直觀地瀏覽醫院的全景、各個建筑具置以及各個診室的分布，快速找到看病科室的具置。同時還能為用戶選擇最優路徑，減少時間浪費等不必要的麻煩。
2.2預約掛號
掛號難、排隊慢等一直是看病的一大難題。虛擬醫院漫游系統為用戶提供掛號的功能。用戶只需在該系統中根據提示，找到對應的科室，即可選擇醫生進行掛號。同時，系統還會根據排隊人數告知用戶到達醫院的合適時間。
2.3醫生信息查詢
虛擬醫院漫游系統提供醫生信息查詢的功能。用戶根據提示在系統中找到對應的科室，即可查看該科室醫生的所有信息，如醫生職稱、學歷、擅長、坐診時間以及評價等，幫助用戶選擇合適的醫生。
2.4價格查詢
用戶在去醫院看病之前，可在系統中查看各個診室所涉及的檢查治療的價格，為用戶提供參考。這樣有利于用戶提前在就診卡中充值足夠的錢，較少不必要的麻煩。
2.5展現醫院特點
虛擬醫院漫游系統不僅有利于解決用戶看病的難題，也有利于醫院對自身的宣傳。例如，展現醫院良好的就診環境、先進的醫療設備以及知名專家等，有利于醫院的不斷發展。
三、系統設計技術
3.1 Unity 3D
Unity 3D技術是一個跨平臺的開發工具，可至Mac、Windows、Android等多個平臺，具有跨平臺性好的優點；兼容多種操作系統，讓別的開源項目可以借鑒；支持各種插件可提高代碼重復使用率。因此，Unity3D軟件對于虛擬仿真的設計和開發有著廣闊的易用性，為虛擬醫院漫游系統的建設提供了技術性支持。
3.2 建模技術
虛擬環境的建模是整個虛擬醫院漫游系統開發的基礎，主要包括三維視覺建模和三維聽覺建模，通過幾何建模、形象建模（物理建模）和具體程序實現來構建和控制虛擬場景。
3.3 場景交互技術
在虛擬醫院漫游系統中，JavaScript可實現簡單交互，虛擬人物的行走功能；另一重要交互是GUI界面交互，用戶可選擇進入不同場景，實現相應的漫游模式。
3.4 碰撞檢測技術
碰撞檢測技術是組成虛擬醫院漫游系統的重要部分，碰撞檢測的主要任務是檢測模型是否發生碰撞、報告碰撞物體和位置、報告碰撞體之間的距離。若沒有此技術，則可能發生“穿墻而入”等不符合真實世界物理規則的現象。
四、系統創新點
（1）采用虛擬現實技術，增加系統的趣味性。
（2）打破了傳統平面地圖的限制，用戶可以更直觀、方便地瀏覽醫院各個建筑、各個診室的分布情況。
（3）集預約掛號、信息查詢為一體，解決看病的難題，有助于用戶更便捷地查詢信息。
（4）為醫院樹立全方位的形象，推動醫院數字化管理，有利于醫院更好地宣傳和發展。
五、結語
該系統集導航、掛號、信息查詢等功能為一體，有利于解決當前普遍存在的就診難題。目前的虛擬現實技術發展迅速且越來越成熟，該系統具有良好的應用前景。
參 考 文 獻
[1] 趙沁平，《虛擬現實綜述》
歷史發展
其實上述兩種技術早在上世紀就嶄露頭角了。以虛擬現實技術產品為例，已知的世界上的第一臺虛擬現實產品誕生于1956年，是攝影師Morton Heilig發明的設備Sensorama（如圖1），這是一款集成體感裝置的3D互動終端，它集3D顯示器、立體聲音箱、氣味發生器以及振動座椅于一身，用戶坐在上面能夠體驗到6部炫酷的短片，內容包括《薩賓娜的日期》《我是一個可樂瓶》等，這一領先當代科技的設備帶來了新潮的體驗。當然，它看上去巨大而且笨重，更像是一臺醫療設備，同時也不是所有人都有勇氣享受這種刺激的，因此很快它就銷聲匿跡，淡出了人們的視線。
后期的虛擬現實設備又經過了多次改進，1984年，Jaron Lanier公司推出了世界上第一款商業虛擬現實設備――RB2（如圖2）。這款30多年前的設備不僅與現在主流的虛擬現實設備的外觀相近，甚至還配有體感追蹤手套，可以實現一定的交互操作。
2009年，得到眾籌資金的Oculus Rift項目重啟了當今虛擬現實項目的研發，尤其是在2014年該項目被Facebook以20億美金收購后其軟硬件開發的速度也越來越快，終于在2016年初將產品正式投入市場。同年，HTC Vive、PS VR等重磅設備紛紛發售，由此衍生的各種應用鋪天蓋地而來，關于虛擬現實的新聞一時間充斥著各大媒體，讓人真切地感受到VR真的來到了我們身邊！
由只能看視頻的冰箱大小的設備到能夠戴在頭上進行各種互動的頭盔，虛擬現實技術的發展不是一朝一夕完成的，而是幾代人共同智慧的結晶。
增強現實技術同樣也是科技逐步發展的結果，這一技術于1990年被提出，1998年第一次應用于實時直播（Sportvision開發的1st&Ten系統）。而1999年ARToolKit開源增強現實開發工具的出現（奈良先端科學技術學院的加藤弘開發）使得增強現實技術開始廣泛應用。其最初的應用還是局限于廣播電視行業，如各大電視臺引進的虛擬演播室系統，各電視臺的氣象播報節目等，往往是將虛擬的環境與真實主持人進行場景融合。2013年央視春節聯歡晚會的舞臺則將這種應用方式發揮到了極致。
技術關聯
從原理上講，虛擬現實技術是利用先進的軟硬件技術，用虛假的信息欺騙使用者的視覺、聽覺、運動甚至觸覺、嗅覺等感知，使人產生身臨其境感覺的技術。增強現實技術則是在可確定的真實環境中疊加計算機生成的虛擬信息，從而混淆觀眾感知的技術。
我們可以發現，這兩種科技有一定的關聯性：有人認為虛擬現實技術是增強現實技術的極致，因為它將所有的真實環境全部疊加、替換成了虛擬信息（如圖3）；還有些人認為增強現實技術是虛擬現實技術的分支，因其在虛擬環境中混入了部分真實信息（如圖4）。
無論認同哪種觀點，不可否認的是，虛擬現實技術與增強現實技術二者之間具有較多共通性，我們可以通過它們的技術特征（如表1）來繼續確認這點。
如果將虛擬定義為“假”，將現實定義為“真”，我們可將虛擬現實理解為“以假亂真”，將增強現實理解為“真假難辨”。
應用前景
“讀萬卷書，行萬里路”是古人對知識獲取和應用的概括，意思就是以閱讀增長才識，以體會增長見識，學以致用。在當今的課堂教學中，教師通過使用多媒體技術，將視頻、圖像、交互性課件等資源展示給學生，使學生對知識產生更深刻的理解，在課堂上就能夠增長見識。虛擬現實和增強現實技術的出現，能更深入課堂教學，帶給學生更加“真實”的體驗。課堂教學中有了這兩種技術的支持，不僅能夠“行萬里路”，甚至可以跨越時間與空間，體驗過去與未來，置身于微觀世界、宇宙洪荒。
讓我們想象一下：在一堂關于問路的英語口語練習課上，當學生戴上設備，進入真正的紐約街頭，并在熙熙攘攘的異國環境中真正地體驗一次問路過程的時候，這一切對學生尤其是對偏遠地區的學生來說，將會是一次多么難忘的經歷（虛擬現實技術）。又如，語文課上，當老師帶領學生朗讀《鳥的天堂》時，教室中間生長出一棵榕樹，并在短短的時間獨木成林，學生們坐在樹林中親眼看到地板變成水面，屋頂化為天空，還有遮天蔽日的千萬只鳥在身邊飛舞……置身于鳥的天堂，又有哪位學生體會不到巴金先生當年的感受呢（增強現實技術）？
硬件配備
就在課堂上實現虛擬現實和增強現實技術教學而言，我們首先需要考慮的是硬件設備的使用。當前這兩種技術都處于起步階段，各種硬件設備的規格也參差不齊，表2是筆者整理的可用于課堂教學的部分硬件設備列表。
表格中的入門級代表實現這一技術應用的基礎硬件標準，同時也是最容易在課堂普及的設備。標準級別是增強了體驗的常見設備，具有一般的性能和R場體驗感。高端設備都是基于谷歌公司新技術標準的設備，具有更多的功能和互動性。其中Tango技術原先被稱為Project Tango，是包含了能夠實現即時定位與地圖構建技術（SLAM）的軟硬件技術。Daydream則是為集成了虛擬現實的Android N系統打造的軟硬件標準。頂尖級別是當今最頂級的民用技術產品，擁有最多的功能、強大的互動和最佳的體驗，其中VR系列產品無一例外地采用了頭戴顯示器與高性能主機通過線纜連接的方式，一方面解決了擁有強大運算能力的主機與頭盔輕量化之間的平衡，但另一方面高效率低延遲的無線連接技術還不成熟導致了線纜的存在，而延遲則是影響使用者體驗的重大因素，超過20毫秒的延遲不僅會導致體驗變差，還會讓使用者產生頭暈等不適癥狀。頂尖的AR設備則是微軟產品HoloLens一家獨大，相比谷歌眼鏡項目的退出和Magic Leap那過于科幻的產品難產，HoloLens已經推出了產品商用套裝并將所有的功能集成到了售價5000美金的頭盔中（其開發者版本售價為3000美金）。至于理想級別的設備，是筆者針對頂尖級別產品缺陷而臆想的完美配置，其中部分內容受限于當前科技水平還未實現，如無介質全息投影技術。
無論如何，精簡指令集的出現和納米工藝的提升已經將奔騰級別的運算效能濃縮到了手機大小的設備上。未來VR設備的發展趨勢應當是使用越來越輕的便攜設備去欣賞越來越真實的虛擬世界；AR設備則會向無需攜帶設備就能看到全息畫面的立體投影方向發展。
軟件開發
21世紀是信息化的時代，也是信息科技急速發展的時代。作為走在時代前沿的信息技術教學，不僅要讓學生掌握教材中的知識和技能，還要讓學生了解最新的信息技術動態，擴大知識層面，并在實踐探究中發展創造性思維。
2015年初，筆者在一堂城鄉交流課上首次應用了增強現實技術并取得了很好的課堂效果（所使用課件榮獲第十三屆NOC活動數字化學習工具評優賽項的恩歐希教育信息化發明創新獎）。當時考慮到農村地區的硬件設備不發達，從而采用了入門級別的設備解決方案，其優缺點都同樣明顯：采用臺式機加USBz像頭的硬件組合使得增強現實技術可在低配置電腦上使用，避免了新技術受限于設備無法使用的尷尬局面；但同時它帶來的開發技術壁壘也使得教師必須具有相應的專業技術才能完成課件的制作。以筆者為例，那時無論是增強現實技術還是虛擬現實技術其開發都處于起步階段，所有的技術文檔和資料都沒有中文版本，再加上自己尚沒有Windows平臺開發經驗，也沒有C++編程基礎，所以前期大約有一個月的時間都是在自學、摸索，抱著詞典翻譯和消化研究，之后在制作動畫、三維模型、軟件開發、程序排錯等方面又耗費了一個多月的時間才最終完成（如上頁圖5）。
有了這次的開發經驗，再加上自己不斷地研究和國際國內開發環境的改善，2016年初，筆者同時應用增強現實和虛擬現實技術，結合電子書包做了一次新的課堂嘗試（所使用課件榮獲第十四屆NOC活動數字化學習工具評優賽項的恩歐希教育信息化發明創新獎）。國際、國內的開發環境改善是指在這一年中，國內開始涌現出一批增強現實技術開發團隊，如太虛、視辰、亮風臺等，國外的Wikitude、Vuforia等也在技術上有了長足的進步，增添了更多功能。虛擬現實方面，Unreal、Unity、CRYENGINE等游戲引擎也紛紛宣布原生支持VR技術應用的開發。筆者此次所用的開發平臺從Visual C++轉換為Unity+C#，應用平臺也從Windows轉到了Android系統。并在AR應用中增添了掃描課本播放視頻（如圖6）、觸摸按鈕改變三維模型紋理等交互（如圖7），既簡化了學生的操作，又提高了趣味性。再加上漫游環節中虛擬現實技術的使用（如圖8），使課堂氣氛達到了。得益于三維引擎的強大功能，它在增添了粒子、大氣等大量新特性的同時又大大降低了制作難度，其硬件體驗級別也由2015年的入門級上升到了標準級。
現階段比較尷尬的情況是，從高端級別的體驗開始，技術對硬件設備的要求越來越高。到時2016年末為止，符合Daydream標準的智能設備只有谷歌Pixel以及華為Mate9、ZTE Axon7等幾款，包含Tango技術的手機目前更是只有聯想Phab 2 Pro一款。因其設備的特殊性（新的硬件或者技術規范），無意中增添了課件開發的成本。好在谷歌免費提供了Google VR SDK的GitHub下載，為應用開發提供了很多便利，并有簡單的實例代碼可供研究。同時，谷歌應用商店內置了豐富的VR/AR應用，老師們可以在課堂上依據授課內容使用（如上頁圖9）。
頂尖設備目前還比較小眾，設備擁有量很少，同時設備中采用了大量特殊硬件，如深度攝像頭、紅外基站等，導致無法成為開發主流。為改善這一情況，制造商們紛紛推出了自家設備的應用開發包并宣稱與主流三維引擎兼容，這些SDK我們都可在其官方網站上找到并下載。甚至微軟在將HoloLens的開發功能整合到Visual Studio 2015 Update 1之余，還額外提供了HoloLens虛擬機，讓沒有設備的開發人員一樣能夠制作出頂級的增強現實應用。HTC Vive還借助Steam 平臺打造了眾多VR資源，微軟同樣致力于將HoloLens融入仍在不斷升級的Windows 10中。
結束語
在1945年7月出版的《大西洋月刊》上，Vannevar Bush描繪了他的一個構想：一部可連接在普通眼鏡上的頭戴式照相機，可記錄評論、照片以及科學實驗數據。他這樣寫道：“想象一下未來實驗室里的研究者，他的雙手是自由的，他是不被束縛的……他的照相機比核桃還要小，附在普通眼鏡上……這遠不是普通的構想。”
Vannevar Bush預測，半個世紀之后，可能真的“世界已經到達一個設備具有超高可靠性并且便宜而又復雜的時代，這些東西一定會到來”。
現在，它真的來了，而且不僅僅是拍照攝像，甚至已經發展成了一套復雜的交互式設備，并將很快進入到我們的課堂教學中。無論是HTC的VIVE、微軟的HOLOLENS還是其他設備，都會在各方面改變我們的生活和學習。這是硬件的革命，也是軟件的創新，更是科技的進步！
參考文獻：
[1]Jon Axworthy.The origins of virtual reality[EB/OL].http：///wearable-tech/origins-of-virtual-reality-2535.
【關鍵詞】 虛擬現實技術；遠程教育；技術接受模型；學習行為
【中圖分類號】 G420 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009―458x（2016）08―0013―08
一、研究背景
隨著信息技術的不斷進步，遠程教育已經成為打破時空界限、推動終身教育發展和社會進步的重要教育形式。同時，21世紀的遠程教育已經不僅僅是教學資源的靜態展示和遠程傳播，學習者更希望可以遠距離進行仿真訓練、互動交流，體會現場學習的真實感，這就對遠程教育提出了更高的要求。面對挑戰，人們開始著眼于將虛擬現實技術融入遠程教育。虛擬現實技術是運用計算機創造三維虛擬環境，并與使用者進行互動，從而讓使用者在生理和心理上獲得身臨其境感受的技術（Gutiérrez， Vexo， & Thalmann， 2008； 盧政營， 2009），最早由美國虛擬編程語言研究中心（VPL Research）于1989年提出，隨即引起公眾重視（趙建華， 1998）。20世紀90年代初，虛擬現實技術被引入教育領域，隨后廣泛應用于工程、語言、醫學和商業等學科教育中（McLellan， 1994； Helsel， 1992）。虛擬現實與遠程教育的結合被認為是遠程教育發展中的一個里程碑（Dede， 1994），它推動了遠程教育從二維靜態學習到三維沉浸體驗的轉變并實現了多用戶交互，有助于促進遠程教育在思想和方式上的根本性變革（Monahan， McArdle， & Bertolotto， 2008）。然而，國內遠程教育對虛擬現實技術的應用仍處于起步階段，主要存在兩個局限：一是研究成果不夠豐富，根據吳長帥等（2011）的分析，遠程教育應用僅占教育領域相關論文的13%，郭文斌和俞樹文（2014）研究發現虛擬現實在我國遠程教育研究熱點圖譜中僅排在第25位。二是技術應用效果不明，對虛擬現實技術的教學應用效果關注較少（吳長帥，等，2011），偏重于對應用前景和價值的描述，而對技術條件下的學習行為和學習效果研究不足。胡林（2004）認為使用現代教育技術并不是為了擺花架子，而是為了有利于學生學習和教學質量提高。信息技術只有被接受和持續使用，其價值才能真正發揮出來，所以本研究重點探討虛擬現實環境中的遠程學習行為影響因素，希望以教學實證研究引導教育技術的完善與發展。
二、理論基礎與研究假設
（一）理論基礎
使用者對信息技術的接受情況是信息技術應用能否成功的關鍵。為此，Davis（1989）提出了技術接受模型（Technology Acceptance Model， TAM）（圖1）用以研究信息技術接受行為的影響因素。在模型中，假設使用行為（Use Behavior）是由行為意愿（Behavioral Intention）決定的，而行為意愿與使用者的感知有用性（Perceived Usefulness）和技術使用態度（Attitude toward Using）有關。TAM模型的兩個核心變量感知有用性和感知易用性（Perceived Ease of Use）都對使用態度有影響，同時感知易用性還會影響感知有用性。外部變量（External Variables）包括系統特性、使用者介入等因素對模型中的兩個核心變量起間接作用。隨后，歷經學者們的多次修改完善（Davis & Venkatesh， 1996； Venkatesh & Davis， 2000； Venkatesh & Bala， 2008），增加外部要素變量和主觀調節變量，并在不同實證研究中形成豐富的TAM擴展模型。目前，TAM模型及其擴展模型在信息技術研究中具有較強的影響力，采用該模型進行研究的論文數量超過其它理論模型（孫建軍，等，2007）。
（二）研究假設
為了實現研究目標，研究以TAM模型為基礎，兼顧各類TAM擴展模型的要素，同時充分考慮虛擬現實技術應用于遠程教育這一特定研究情境，構建了研究模型（圖2）。
1. 使用行為的影響因素
TAM模型提出信息技術的使用行為由使用者的行為意愿決定。但對于虛擬現實技術應用于遠程教育來說，硬件條件（Hardware Condition）也可能直接影響實際使用行為。一方面，學習者對網絡教育硬件系統的安全性、快速性和可靠性的感知是其對網絡遠程教學滿意的關鍵因素（李峰，等，2009），而且會直接影響學習行為能否實現（劉志紅，等，2005）。另一方面，虛擬場景和模型可能涉及多路實時視頻流，大量數據對計算機硬件設備和網絡動態幾何模型的壓縮與傳輸技術要求較高（周忠，等， 2015），所以更需要硬件和網絡的支持才能有效發揮作用。基于以上考慮，本研究提出如下假設：
H1：行為意愿對使用行為有正向影響。
H2：硬件條件對使用行為有正向影響。
2. 行為意愿的影響因素
行為意愿的影響因素沿用了TAM模型的兩個經典變量“感知有用性”和“感知易用性”。同時，虛擬現實技術區別于其他信息技術的重要特點是其沉浸性和交互性，可以讓使用者體會身臨其境的效果并隨之感受到使用的樂趣（Gutiérrez， et al.， 2008），所以感知愉悅性對于虛擬現實技術的接納意愿相當重要。Wojciechowski和Cellary（2013）對于虛擬現實技術的應用研究也證實了這種正向關系的存在。為此，本研究采納Davis等的TAM擴展模型將“感知愉悅性”納入核心變量（Davis， Bagozzi， & Warshaw， 1992）。基于以上考慮，本研究提出如下假設：
H3：感知有用性對行為意愿有正向影響。
H4：感知易用性對行為意愿有正向影響。
H5：感知愉悅性對行為意愿有正向影響。
3. 感知易用性的影響因素
虛擬現實技術應用于遠程教育的外部變量主要可以分為主客觀兩類。首先是主觀上的自我效能感（Self Efficacy），即對自己完成任務并達到預期目標能力的判斷（Bandura， 1986），對于遠程學習來說，主要指對運用計算機和虛擬現實學習平臺能力的主觀判斷。其次，虛擬現實遠程學習平臺的軟件設計和硬件條件從客觀上也影響使用體驗。不難發現，人機互動良好的操作系統和穩定高速的硬件與網絡設備可能會讓學習更加便捷簡單，而熟練運用網絡和計算機的學習者可能會覺得學習更加輕松。基于以上考慮，本研究提出如下假設：
H6：硬件條件對感知易用性有正向影響。
H7：軟件設計對感知易用性有正向影響。
H8：自我效能感對感知易用性有正向影響。
4. 感知有用性的影響因素
根據TAM模型，感知有用性受到感知易用性和外部變量的影響。除了感知易用性之外，使用者判斷虛擬現實技術是否對遠程學習有幫助，首先取決于學習內容和學習資源的展現形式，而這些有賴于軟件功能和界面設計。王昭君（2007）研究發現遠程學習內容及其呈現方式是影響學習成績的首要因素。其次，學習者的信息化水平和技術操作能力是有差異的，這種差異可能會影響他們對技術有用性的評判。胡勇和趙鳳梅（2015）研究表明學習者自我效能感與學習滿意度顯著相關。基于以上考慮，本研究提出如下假設：
H9：感知易用性對感知有用性有正向影響。
H10：軟件設計對感知有用性有正向影響。
H11：自我效能感對感知有用性有正向影響。
5. 感知愉悅性的影響因素
虛擬現實系統直觀易用的特點給學習者提供了與現實生活較為相似的真實體驗，這種體驗有別于傳統學習，而類似于電腦游戲，容易引起學習興趣，而學習者的自我效能感越強，則可能越容易感知到虛擬現實技術所帶來的樂趣。同時，Wojciechowski和Cellary（2013）研究證實了虛擬現實系統的軟件界面設計對學習者興趣的激發有積極影響。基于以上考慮，本研究提出如下假設：
H12：感知易用性對感知愉悅性有正向影響。
H13：自我效能感對感知愉悅性有正向影響。
H14：軟件設計對感知愉悅性有正向影響。
三、模型驗證與分析
（一）量表制作與問卷調查
本研究問卷的測試題項主要參考了技術接受模型（TAM）的有關經典論著（Davis， 1989； Venkatesh， et al.， 2000； Moore & Benbasat， 1991； Ajzen， 1991），對于該模型擴展而產生的“感知愉悅性”和“自我效能感”兩個變量量表主要借鑒了Venkatesh和Bala（2008）、胡曉（2015）的研究模型與量表，并參考了Wojciechowski和Cellary（2013）對虛擬現實技術在教育應用中的實證研究。對于“硬件條件”和“軟件設計”兩個變量量表，則主要參考了李峰等（2009）、Haven和Botterill（2003）、葉步偉和馬德俊（2011）對于虛擬現實技術應用和遠程教育評價等方面的研究。變量的定義、測度項個數和來源在表1中列出，以上所有變量的測量均采用Likert5級量表進行測試，其中5表示非常贊同，1表示非常不贊同。
虛擬博物館是展現虛擬現實技術情境化特色的一個代表平臺，其遠程教育功能已被國內外研究所重視（Craig， Sherman， & Will， 2009； Guttentag， 2010； 楊建杰， 等， 2015）。Young，Huang和Jang（2000），Castle（2004），Jones和Christal（2002）分別對中國臺灣清華科技館虛擬館、加拿大博物館虛擬館“My Personal Museum”和美國國立博物館虛擬館“Virtual Smithsonian”應用遠程教學的情況進行了實證調研，并獲得了積極反饋。Jones和Christal（2002）預言未來的虛擬博物館是虛擬現實與互聯網技術的產物，可以有效推動合作學習與探索學習，將被廣泛應用于各年齡段學生的遠程教育中。由此可見，虛擬博物館是虛擬現實技術與遠程教育結合的典型案例。本研究選取南京博物院數字虛擬館作為遠程學習平臺，該虛擬館利用虛擬現實技術建成了國內先進的全景高仿真漫游數字館，學習者可以利用該館學習博物館設計手法、歷史文物知識并練習導游講解，不再受時空條件限制。該系統作為“博物館經營管理”課程的遠程學習平臺正被嘗試應用于教學。本研究以參與遠程學習的旅游管理專業大二學生作為實證研究對象，讓學生利用南京博物院數字虛擬館進行博物館展示設計學習和講解訓練，隨后通過博物館布局圖繪制、陳列方案設計與講解匯報等方法考察其遠程學習效果。本研究首先選取20名參與學生進行學習感受的預調查，對問卷的題目表達、順序格式等進行修改與完善。隨后，正式通過郵件發放問卷進行大范圍的數據搜集。最終回收問卷237份，其中有效問卷213份，有效率89.9%。
（二）測量模型分析
測量模型分析的目的是檢驗模型中變量的信度和效度。信度是指量表的穩定性和一致性。效度包括收斂效度和區別效度，收斂效度反映了同一因子在不同測量項測定中的相似程度，區別效度反映了不同因子的測量項之間的區別性。本研究參考了結構方程理論與相關計算方法（Fornell & Larcker， 1981； Anderson & Gerbing， 1988； 吳明隆， 2008），以克朗巴哈系數（Cronbach alpha）作為信度檢驗指標，當測試結果大于0.70時，認為各變量信度可以接受。以變量的因子載荷、組合信度（CR）和平均萃取變差（AVE）指標檢驗變量的收斂效度，當因子載荷值高于0.70時，測度項具有較好的可靠性，當CR大于0.70時，表明各測度項具有較好的內部一致性，而AVE的可接受范圍為大于0.50。同時，當每一個變量AVE值的平方根大于各成對變量間的相關系數時，表示測量模型具有較好的區別效度。通過各研究變量的因子載荷、Cronbach alpha、CR和AVE分析結果（表2）可以看出變量因子的各項測量指標均符合要求，表明測量模型具有較好的信度和聚合效度；而區別效度矩陣中（表3）所有變量AVE值的平方根均大于矩陣內其他變量間相關系數，表示測量模型的區別效度也令人滿意。
（三）假設驗證
本研究采用逐步回歸法對模型進行驗證，由自變量與因變量的相關程度來決定每一個自變量是否進入回歸模型，最后得到最佳回歸模型（表4），選入回歸模型的自變量對因變量的預測力均顯著，反之則沒有顯著的預測力，由此可以判斷理論模型假設成立情況（表5）。這些回歸模型的F值顯著性水平均小于0.05，故拒絕F檢驗的零假設，認為各項目的均值總體上存在顯著差異。回歸模型的調整R2范圍為0.346至0.671，說明自變量對5個因變量的解釋度達34.6%至67.1%。回歸分析結果表中包含非標準化回歸系數（B）與標準化回歸系數（β），由于非標準化回歸系數包含常量，無法比較自變量的相對重要性，故采用標準化系數進行自變量重要性比較。
四、研究結論
（一）行為意愿和硬件條件影響遠程學習行為
行為意愿和硬件條件均進入模型1回歸方程，說明對虛擬現實環境中的遠程學習行為有正向影響。通過對標準化回歸系數（β）的比較發現，硬件條件的影響程度（0.524）略大于行為意愿（0.461），這一結果與研究假設一致。雖然一般的技術接納模型只考慮行為意愿對使用行為的影響（Davis， 1989；Ajzen， 1991），但對于計算機設備和網絡條件依賴性很強的虛擬現實遠程學習平臺來說，硬件條件直接決定了該遠程學習行為能否發生，影響程度甚至高于主觀的行為意愿。同時，這一結論說明隨著信息技術的發展，計算機設備的優劣對于遠程教育的應用與發展有著越來越重要的作用。
（二）感知有用性、感知易用性和感知愉悅性對學習行為意愿有積極影響
模型2中，感知有用性、感知易用性和感知愉悅性對行為意愿的正向影響均被證實。感知有用性和感知易用性與行為意愿的關系與現有TAM模型的研究結論相符，感知愉悅性的正向影響也與Wojciechowski和Cellary（2013）對于虛擬現實教育的實證研究結論一致。結合β系數研究發現，感知愉悅性對虛擬現實環境中的遠程學習意愿影響程度最高（0.495），感知有用性（0.329）和感知易用性（0.249）次之。感知愉悅性的作用超過TAM模型的兩個經典變量，這一結果看似意外，實則不然。網絡教學的表現形式與電腦游戲的戲劇化策略具有異曲同工之妙（楚學娟，等，2006），基于虛擬現實技術構筑的高仿真漫游場景更是與電腦游戲如出一轍，由此可見虛擬現實環境中遠程學習的一個主要特點就是愉悅性。而愉悅感對遠程學習者的激勵作用也已經被許多研究所證實（楊培燕，2008；陳江鴻，等，2011），被認為可以更好地保證學習者的學習動力，激發其主動探索的積極性。
（三）硬件條件、軟件設計和自我效能感影響感知易用性
模型3回歸方程證實了學習者對于虛擬現實環境中遠程學習的易用性感知受到硬件條件、軟件設計和自我效能感的顯著正向影響，影響程度由大到小依次為硬件條件（0.479）、自我效能感（0.395）和軟件設計（0.267）。該結論與任秀華等（2011）和謝愛平（2013）對于遠程學習工具的研究基本相符，但是就影響程度而言，本研究中的自我效能感對感知易用性的影響更大。按照Taylor（2003）對遠程教育發展階段的劃分，虛擬現實環境中的遠程學習屬于第五代智能靈活學習模式，在對硬件設備要求大幅提高的同時，對使用者的操作水平與互動學習能力亦有更高的要求，所以自我效能感對感知易用性的影響程度與遠程學習技術和形式的發展具有密切聯系。
（四）感知易用性和軟件設計影響對遠程學習有用性的感知
模型4中，自我效能感未能進入回歸方程，對感知有用性的正向影響不明顯，而軟件設計和感知易用性對感知有用性的影響系數分別為0.474和0.317。感知易用性對感知有用性的影響與TAM模型的結論一致，虛擬現實軟件系統設計與遠程學習效果的關系也被許多研究所證實（Barron & Henderson， 2002； Hsu， 2012），但自我效能感與遠程學習感知有用性的關系目前還存在爭議。同樣是關于網絡學習影響因素的研究，劉莉莉（2013）、胡勇和趙鳳梅（2015）認為自我效能感能有效促進遠程學習的感知有用性，胡曉（2015）研究卻得出相反的結論，而許亞鋒等（2013）則未將自我效能感與感知有用性建立假設聯系。本研究認為對感知有用性的判斷遠不如感知易用性那么直觀，一些調查對象雖然對自我效能感評價較低，但依然承認虛擬現實環境中的遠程學習是一種有效的方法。
（五）感知愉悅性主要依賴于虛擬現實學習平臺的軟件設計
模型5中，只有軟件設計的正向影響被證實（0.471），虛擬現實環境中遠程學習有趣性主要取決于系統軟件的設計，這與陳江鴻等（2011）認為網絡課程交互界面的藝術性與豐富性是激發學習者興趣的前提條件的論斷一致。同時，感知易用性和自我效能感均未能進入回歸方程。關于感知易用性對感知愉悅性影響不大的結論與Wojciechowski和Cellary（2013）的研究不一致。雖然都是對于虛擬現實技術的教育應用研究，但是前人研究的調查對象是初中生，而本研究的對象是大學生，因為技術運用能力的差別，年齡較小的測試者可能會認為簡單的學習活動比較有趣，而大學生則可能認為有挑戰性的學習才更有趣，對特別簡單的學習反而提不起興趣。自我效能感對感知愉悅性影響同樣有限，研究發現基于虛擬現實技術的特點，即便計算機運用能力較弱的學習者無法達成遠程學習目的，但他們依然對虛擬平臺所展現出的趣味性表示認同。
五、建議與展望
（一）重視硬件設施建設，保障遠程學習效果
通過對研究結論的梳理，不難發現硬件設施對于遠程教育的保障作用日益顯著，尤其是虛擬現實系統對于硬件設施的要求尤其高，其遠程呈現、遠程沉浸效果的表達均有賴于網絡傳輸技術（周忠，等，2015）。以本次測試使用的南京博物院數字虛擬館為例，該系統要求客戶端網絡帶寬大于10M，計算機內存超過4G，對于建設開發平臺的硬件要求則更高，往往需要數十萬甚至上百萬的投資。而劉志紅和何青（2005）對68所開辦現代遠程教育的院校進行的調查表明，我國遠程教育整體存在帶寬瓶頸、地址壁壘、安全性與服務質量等網絡問題。硬件與網絡條件的落后容易造成虛擬現實系統運行不流暢、仿真效果缺失、數據無法及時更新，甚至導致遠程學習無法實現。在未來的教學改革中，研發機構應該認識到虛擬現實技術在遠程教育中應用的廣闊前景，加強虛擬現實技術的研發，提高技術的易用性與普適性。各類院校應重視硬件設施對遠程教育的保障作用，加大對計算機和網絡建設的投入，建立虛擬學習實訓室和高性能計算機服務器，以滿足虛擬現實技術對顯示設備和數據存儲設備的高要求。同時，院校、研發公司和企業應加強合作，將教學需求、行業動態與硬件技術開發結合起來，實現虛擬現實技術與遠程教育聯動發展和與時俱進。
（二）優化軟件系統，提升學習愉悅性
本研究發現軟件設計影響學習者感知愉悅性，并對感知易用性和感知有用性有積極影響，而感知愉悅性對虛擬現實環境中的遠程學習意愿影響程度最高。這一結論充分說明了軟件設計與感知愉悅性的關系和其對調動學習積極性的重要性。目前，虛擬現實技術在遠程教育中應用廣泛，但也體現出交互界面單一、缺乏趣味性、缺乏交互途徑、缺乏過程性評價等共性問題（陳江鴻，等，2011），而這些問題主要依賴于軟件系統開發來解決。本研究認為未來的虛擬現實系統設計應建立風格統一、交互性強、美觀生動的界面，能有效吸引學習者的注意力。同時，應在目前以遠程呈現為主的基本功能之上，豐富教學資源庫嵌入、真實與虛擬場景切換、同步測試等功能，便于學生互動交流，舉一反三，進一步提升學生知識理解與操作運用能力。另外，應重視趣味性的植入，這方面可以借鑒電腦游戲的設計方法，因為游戲化能提高學習動力和學習投入程度（Lee & Hammer， 2011），而遠程學習與電腦游戲本來就有相似之處（楚學娟，等，2006）。引入任務激勵、角色扮演、社區互動等游戲機制可以在發揮虛擬現實技術沉浸性優勢的同時，實現學習者對所學知識積極主動的建構。
（三）注重技術研發與教育研究的結合
虛擬現實技術為遠程教育發展提供了強大的技術支持，但有了新技術并不等于有了新的教育形式，也不等于可以順理成章實現良好的教學效果。本研究重點分析了軟硬件環境對遠程學習行為的影響，證實了學習者的易用性、有用性和愉悅性感知對行為意愿有積極的影響。要發揮學習者的主體作用，除了技術改進之外，還應該配合相應的教育理論與方法。海倫?法利（2015）認為最大的挑戰是虛擬世界中教師仍然按照傳統方法進行教學，從而導致虛擬現實技術的巨大潛力無法發揮。除此之外，虛擬現實技術在教學應用中可能存在條件、生理、適應、社會（史鐵軍， 2008），部分研究對虛擬現實技術的遠程應用效果持懷疑態度（Huang， Backman， Chang， Backman， & Mcguire， 2013），這些問題都值得重視。未來應更加全面地研究教育理論與虛擬現實技術的契合性，不僅應了解技術的優勢所在，還應掌握相應的教育方法以及學生和教師在學習過程中的作用。遠程教育是大眾教育發展的時代趨勢，虛擬現實技術是信息技術進步的重要成果，本研究希望看到虛擬現實技術與遠程教育結合帶來的光明前景，然而也應清醒地認識到，虛擬現實技術在遠程教育中的應用還遠遠沒有成熟，包括技術設備、教學方法、應用條件和教學效果等都有待于進一步研究和探索。
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收稿日期：2016-01-14
關鍵詞：優化；多細節層次；遮擋屬性
中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）20-0184-02
目前虛擬仿真技術的應用越來越廣泛，比如虛擬仿真技術在煤礦安全培訓中的應用、虛擬仿真技術在醫學教育領域的應用等。在這些應用中，高品質畫面效果與系統流暢地運行總是兩個相悖的需求。要做到畫面精細美觀，就很難做到數據量很小，數據量龐大又會導致系統運行不流暢。這時候就需要考慮優化的問題，只有對系統進行優化才能很好地調和這兩個矛盾。在實際開發中，不但要在虛擬仿真環節使用優化技術還要對模型進行優化處理。由于篇幅所限，在此主要闡述虛擬仿真環節的優化。
一、LOD技術應用
1.LOD技術綜述。虛擬現實技術作為一種新型的人機交互技術具有沉浸、交互、構想三個基本特性，其中沉浸性是指使用戶投入到計算機生成的虛擬環境中的能力，是虛擬現實系統的核心。為了使用戶在使用虛擬現實系統時擁有沉浸感，必須實現圖形的實時繪制。實時繪制就是要求圖形顯示速度必須跟上視點移動速度，消除遲滯現象。當場景很簡單，例如僅有幾百個多邊形，要實現實時繪制并不困難，但是，為了得到逼真的顯示效果，場景中往往有上萬個多邊形，有時多達幾百萬個多邊形，這就對圖形實時繪制提出了很高的要求[1]。虛擬現實和交互式可視化等交互式圖形應用系統要求圖形生成速度達到實時，而計算機所提供的計算能力往往不能滿足復雜三維場景的實時繪制要求，因而研究人員提出多種圖形生成加速方法，LOD模型則是其中一種主要方法。1976年，Clark提出了細節層次（Levels of Detail，簡稱LOD）模型的概念，認為當物體覆蓋屏幕較小區域時，可以使用該物體描述較粗的模型，并給出了一個用于可見面判定算法的幾何層次模型，以便對復雜場景進行快速繪制。LOD技術在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐次簡化景物的表面細節來減少場景的幾何復雜性，從而提高繪制算法的效率。由于LOD的諸多優點和它很好地解決了虛擬仿真技術中流暢運行和界面精美的矛盾，成為虛擬仿真領域的研究熱門，并且取得了不少的成果。而Virtools中LOD屬性添加就是應用之一。
2.LOD優化系統的實現。首先在3D MAX中，將所建模型轉化為可編輯面片。Virtools中，在Level Manager下的三維物體上右鍵，選擇右鍵菜單命令Add Attributes（添加屬性），彈出Add Attribute Type的設置窗口，選擇該窗口中的LOD Object，然后單擊Add Selected按鈕即可添加LOD屬性。第二步則是設置LOD屬性面板的參數。給物體添加LOD屬性需要設置其參數，參數面板如圖1所示主要包括所選用的算法和LOD模型的選擇標準。通過LOD參數可以設置物體根據所占畫面比例進行面數增減，通俗地說就是越近越精細，越遠越粗糙。在Level Manager（層管理器）下的三維物體上雙擊打開3D Object Setup面板，雙擊Value參數的值，彈出如圖1所示的參數設置窗口。設置當對象在屏幕中的顯示占總面積的80%以上時完整顯示，隨著所占面積的縮小，剔除的面數逐漸增加，直到對象在屏幕中顯示面積為1%時，將剔除面數的98%，僅保留2%，這將極大優化系統。
二、其他優化技術
1.減少渲染數量。虛擬漫游系統的實時渲染，被遮擋的物體也會被渲染，如果將被遮擋物隱藏，當視角發生改變后，物體又不能正常顯示；在Virtools中解決這一問題的方案是給遮擋物增加遮擋屬性，那么被遮擋的物體就不會被渲染，當視角發生改變后，被遮擋的物體也能正常顯示出來。具體操作和增加LOD屬性相似，在添加屬性窗口選擇Optimizations（優化）/Ocdluder（遮擋），然后單擊Add Selected按鈕即可添加遮擋屬性。
2.減少渲染范圍。影響渲染進程的除了場景中對象的復雜程度和數量等因素，視域范圍和深度也會對渲染有所影響。如果漫游的每一幀都顯示和處理所有場景數據是效率很低而且不必要的。將場景進行分塊處理，在漫游中，只渲染攝像機能觀察到的場景分塊，對沒有進入視角的場景分塊不做調用和處理，這樣可以極大地加快系統的渲染效率。其中的優化包括了兩個方面：一方面是在建模階段對場景進行分塊處理，另一方面是在交互設計階段對不同的場景進行調用及攝像機的視野范圍進行設置即視錐體裁剪技術的運用，通過縮小渲染深度，達到減少渲染對象的數量，從而實現系統的優化。視錐體裁剪技術來優化系統的原理如圖2所示，攝像機的視野范圍可以看作是一個四棱錐，為了方便理解作者把立體空間平面化為實線所包圍的區域，渲染的范圍就是實線三角形，將攝像機的Far clip（遠裁切）參數減小，將下邊線推進到虛線的位置，渲染的范圍就縮小了，從而實現了系統的優化。如果能配合霧效，將遠景模糊處理，效果更自然。
虛擬仿真系統的優化途徑有很多，具體的系統開發中一般不會都用。根據系統開發的規模常用的有LOD技術，再結合遮擋屬性設置，如果還要進一步優化則通過減少渲染范圍配合霧效的障眼法來處理了。
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【關鍵詞】虛擬現實;協同訓練;多用戶;網絡環境
【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B【論文編號】1009―8097(2010)04―0120―03
引言
在國際上,VR與仿真技術非常普遍與成熟。在遠程協作的分布式VR與仿真系統方面,他們制定了一系列標準、協議和算法。在國外虛擬環境中的協同式訓練系統也有研究,比較有代表性的是SecuReVi系統,它是利用MASCARET模型設計的虛擬環境中多人協同滅火的消防員訓練系統,還有些遠程醫療手術協作訓練系統,這些系統多數是在研究階段,成型產品極為少數。和一些發達國家相比,我國協同VR與仿真技術還有一定的差距,其應用也主要集中在軍事院校和研究所,也取得了一定研究成果[1][2],特別是在分布式VR與仿真領域里,國內在這方面的研究也有所開展[3][4]。
由于教育培訓軟件的應用長期局限于平面的文字及圖像表述,即使近年來動態圖形圖像表現形式大大提高了內容的表現效果,但仍無法真正滿足人類視覺、聽覺……甚至是感覺上的認同效應。因此,當前傳統的CBT(計算機支持的教育培訓體系,Computer Based Training)訓練方式已在一定程度上無法滿足高科技培訓的需要,基于計算機虛擬現實仿真技術的協同式訓練系統將視景仿真和協同工作的概念引入CBT中,它拋棄了傳統的訓練必須在真實的環境和場地下進行的觀念;同時也克服了傳統訓練無法模擬某些現場環境的缺陷,如飛機上、地鐵中、商廈里等,它使受訓人員不用再冒著一定的危險、不用再在投入巨額的設備購買和場地布置的情況下就能參加訓練。通過應用現代化的虛擬現實技術進行協同式訓練系統的研發,將克服實際場地演練的諸多不足,不僅花費小,對環境沒有污染,而且沒有危險,是未來技能培訓的主要手段之一[5][6]。系統在各種高危領域和應急處理場合有著廣泛的應用,可應用于工廠企業、航空、地鐵公司、社區、商店等大型場所的應急訓練;還可用于部隊演習;學校、研究所大型實驗;網絡游戲;遠程醫療等。該系統的研究將推動計算機虛擬現實仿真技術的發展,促進了計算機科學在現實生活中的應用。本文以航空客艙乘務員應急處理訓練為例,介紹基于虛擬現實的協同訓練系統的設計過程、原理及關鍵技術的實現。
一 系統描述
基于虛擬現實的協同訓練系統是一個綜合應用虛擬現實技術、網絡通信技術、三維圖形圖像技術和數據庫技術設計和開發的一個虛擬仿真訓練軟件,具有在虛擬仿真環境中進行多用戶協同操作和基于知識庫的智能評判功能特點。系統利用三維技術構建各種虛擬訓練場景(如飛機、地鐵等),多個用戶在這樣的虛擬仿真環境中,通過網絡進行文字和語音的通信、相互合作完成一個訓練任務。同時,系統提供任務的知識庫進行操作過程的正確性判斷和提示,并詳細記錄各個用戶操作過程,提供專家進行評判(如圖1所示)。系統采用了視景仿真、多用戶協同、知識庫與匹配策略的技術,并在訓練過程中具有多感知性、實時性、互操作性以及真實臨場性的特征,可廣泛應用于特定環境下一個團隊通過相互配合,相互協作來有效地完成訓練任務
在此系統基礎上,加入具體應用的環境(3D場景),利用系統接口和核心功能設計具體應用的驅動模塊,形成具體應用的系統。如進行飛機客艙火災應急處理訓練,系統將裝入一個飛機機艙的場景和訓練角色,多人通過網絡、視景等多種交互方式協同地進行飛機客艙火災應急處理,形成了某一特定應用的協同式訓練的應用系統。
基于虛擬現實的協同訓練系統主要有如下應用特點:
1 基于虛擬現實的協同式訓練系統,通過模擬現場的實際情況,從而提高實際操作人員對各種實際環境的協同處理能力。系統尤其適合于模擬高危領域的操作訓練,如火災、地震、防恐等;
2 克服了傳統訓練中實景再現困難、場地特殊、人員調度復雜等環境因素,適合機、地鐵、鬧市、商住大廈等情況較復雜地區的訓練模擬;
3 降低對人員財物等的安全威脅,也便于人員時間上的安排與調度,減少人力、財力等各方開支,并且間接性地減少了對周圍環境的污染。適合于要求團隊組員同時在現場進行協同訓練的場合,如遠程醫療專家合診、網絡游戲;
4 利用計算機手段,實現訓練模擬,運用多媒體的實現方式,提高人員訓練熱情和整體訓練效果,因而也適用于原理或操作較枯燥的訓練內容,如學校、研究所等實驗仿真。
二 系統實現原理
整個系統實現由三層結構組成(如圖2所示)。底層是操作系統與開發API組成的支撐環境,中間層是由核心程序與接口組成的系統平臺,頂層是三維場景模型與系統功能驅動組成的應用程序。
系統平臺主要由三維場景子系統、協同通信子系統和訓練管理子系統組成。其主要特點:將多用戶協同處理計算機模擬的理念,具體應用到行業技能訓練的領域中,并在訓練過程中,采用了視景仿真、協同、知識庫的技術。
(1) 三維場景子系統
三維場景子系統是用三維造型來模擬現實訓練環境的一種實時渲染圖形系統。系統完成的主要模塊有模型導入、運動仿真、場景設置、碰撞檢測等。
模型導入利用功能強大的三維造型軟件,如3DS Max,MAYA制作三維模型,紋理以及動畫等,然后輸入至訓練場景中,具體包括:3D對象導入、角色導入、動畫導入、材質和紋理的設置、坐標設置、比例變換等等。運動仿真是對場景中人和物體運動的一種數學物理描述以及控制,它包括各種運動類型,如走、跑、轉身、站立、蹲下、取物等等。場景設置主要是提供改變某些場景的參數,改善視覺效果,便于觀察和響應不同的訓練要求,具體包括:燈光設置、視角設置、環境設置、特殊效果設置(如火,煙霧)、聲音設置、紋理材質設置、動態對象的位置、方向和比例設置、坐標設置等等。碰撞檢測主要是防止物體間的相互干涉以及作為某些事件的觸發器,由檢測類型和檢測算法二大部分組成。檢測類型主要有視線范圍檢測(LOS line-of-sight)、三腳架法(TRIPOD)、凸塊檢測方法(BUMP)。LOS、TRIPOD、BUMP的算法主要是加入按一定規則分布的線段矢量,計算與干涉物體的交點,距離,方向以及設置回調函數。
(2) 同步通信子系統
協作通信系統完成的功能由語音通信、場景同步通信二大部分組成。
語音通信主要提供學員之間相互協調聯絡的通信平臺,也是協同訓練中對講、交談等的語音工具。
這里語音通信部分主要采用點對點(也可組播)的語音通信,是針對一個點實現話音的實時采集、處理、播放,同時可與其它點進行可靠的網絡語音數據傳送和接收。對于前者,采用Windows MDK的低層音頻服務,因為低層音頻服務中的回調機制為我們提供了音頻數據,設備驅動程序控制音頻設備在后成錄音和放音的具體操作,通過回調機制,我們又可以檢測到什么時候用完一個數據塊,并及時傳送下一個數據塊,從而保證了聲音的連續,有了這種單機上的實時采集、回放功能后,接下來的工作就是在網絡上傳送語音數據。在點對點網絡傳輸方面,選擇基于無連接的UDP協議,UDP用戶數據報協議能夠向若干臺目標計算機發送數據,接收發自若干個源計算機的數據。在采集話音回放之前,一方面將自己的語音傳給網絡,另一方面接收網絡傳來的語音,具體是利用Windows Socket API實現的。
場景同步通信主要提供多用戶之間場景一致的功能,它由服務器、會話、用戶、網絡消息和分布式對象組成。
多用戶服務器是基于客戶/服務器技術,所有用戶之間的通信必須通過服務器。一個用戶與其他用戶交互必須連接到一個會話上,一個用戶同時只能連接一個會話,并且只能與連接到同一會話的用戶通信。用戶有二個參數,一是用戶名,二是用戶ID,一個客戶在連接或產生會話前必須設置用戶名。網絡消息是用戶之間通信的主要方法,這個消息類似窗口消息,可以在消息中附帶數據。分布式對象是另一個用戶間傳送信息的機制,它相關于場景中某一個實體,且按照一定規則分布到所有用戶機上,分布式對象是類的一個實例,它有自己的屬性,需要時可以通過網絡通信來更新。同步通信技術借鑒了國外的DIS(分布式交互系統)和HLA(高層架構)等技術。
(3) 訓練管理子系統
訓練管理系統主要是用于處理訓練相關的信息,它完成的功能有訓練知識庫、實時跟蹤記錄、沖突解決機制等。
訓練知識庫主要包括訓練數據庫、訓練規則和匹配策略。訓練數據庫主要有學員信息、課程信息、訓練信息等等。訓練規則主要有角色定義與分配規則、評判規則、記分規則,其中評判規則包括動作執行者、動作間的關系、施加對象以及次數等等。匹配策略主要是有序無序的匹配、規則樹的遍歷。
實時跟蹤記錄實際上是對學員的操作流進行管理的一個模塊,它主要有觸發事件、操作信息收集、發送與接收(操作信息)和記錄器組成。
沖突解決機制主要是多學員在協同訓練中發生操作沖突時的一種消除機制。其中簡單的方法是加鎖解鎖、延時的方法,比較高級的有優先級和擁有權的處理。
三 系統應用示例
客艙火災應急處理訓練是利用協同訓練平臺開發的一個應用實例,主要是在模擬飛機機艙內協作完成滅火訓練任務。這個訓練任務描述如下:
客機平穩而正常地行駛著,乘客們安靜地享受著舒適的空中之旅,艙內的乘務員出現在各自的位置上,此時,公共信息廣播:此次航班由上海飛往北京,祝各位旅客旅途愉快。30秒后,前工作區的學員看到屬于她的信息窗顯示:附近有怪異的煙味,請速核查。并且她看到絲絲煙霧飄散。該學員先去查核哪里發生火情,確定是在壁櫥的衣帽間,用手試探門的涼熱,其信息窗口顯示兩級溫度信息:門是涼的/門很燙手;該學員使用話機通知乘務長,并請求附近的乘務員速帶滅火器材來協助,本人去駕駛艙拿應急斧,取來應急斧,在門上開一個小洞,來支援的乘務員拿海倫滅火器來了,對著洞口噴滅火劑,直至火滅,開門檢查燃燒物,防止死灰復燃。最后把火災的處理結果報告乘務長,由乘務長報告給機長。
該應用實例包括一個三維實例場景和一個實例驅動模型。三維實例場景就是飛機機艙、火、煙霧、角色及其他設施,驅動模型是具體應用的情節腳本,由滅火操作、協作規則、評判規則等許多事件構成的。應用實例系統主要界面如圖3所示。
四 結束語
在網絡環境和多用戶視景交互的支持下,人們可以通過交互設備,利用聽覺、視覺、觸覺在虛擬的環境中協作完成訓練任務,從而形成一套具有“視景”和“協同”特色的訓練軟件。本文主要描述了一個基于虛擬現實的多用戶協同訓練系統的結構設計、技術架構、網絡通信和應用示例。隨著基于虛擬現實技術的CBT系統正在逐步取代過去單機、單一任務的CBT系統,將給計算機培訓提供一種嶄新的系統訓練方式,能使許多特殊場合的訓練變得非常方便,同時極大提高培訓的效果。本系統中設計的技術和方法希望對于其他分布式訓練系統的開發具有借鑒作用。
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關鍵詞：CATIA;VTRTOOLS;虛擬維修訓練
0引言
新裝備的操作難度大、技術含量高，又有使用壽命上的限制，特別是復雜裝備的維修人員的訓練成為影響裝備效能發揮的重要因素。傳統的訓練方法已很難滿足裝備的維修需要，特別是新裝備結構功能復雜，造價昂貴，難以及時全面裝備，造成了訓練工作的嚴重滯后。虛擬維修仿真是近年來出現的一種新的采用計算機動畫、虛擬現實等技術，進行維修性設計和維修訓練等的方法，基本思路是建立設備的虛擬樣機，在虛擬環境中模擬特定的維修活動，如產品或部件的拆卸分解、更換、裝配等，是替代傳統維修的最有效方法。
1系統總體框架
1.1CATIA和VIRTOOLS簡介
CATIA和VIRTOOLS同屬于法國達索公司，其中CATIA是一款具有強大造型功能和分析功能的CAD/CAE/CAM軟件，具有界面好、功能強大、易于操作等優點。VIRTOOLS是一款具有強大三維交互功能的虛擬現實軟件，提供了當今業界最為全面、集成和協同的數字制造解決方案，尤其兩款軟件同屬達索公司，可以遵循達索公司的工業標準格式實現無縫連接，因此2個軟件之間可以方便的實現數據的導出及導入。
1.2系統框架的構建
新裝備種類繁多，且結構復雜、技術含量高，針對這一特點及維修訓練任務的需求，在充分發揮軟件功能和利用軟件之間接口的基礎上，本文構建了虛擬維修訓練系統的框架，如圖1所示。
2系統關鍵技術
2.1維修對象建模
維修對象模型是運用三維實體建模技術創建的維修對象的實際尺寸模型，亦稱為數字樣機，實體指的是在空間具有有限體積的物體，既具有幾何特性，如面積、形狀和中心等特點，又有物理特性，如質量、重心等。實體模型可通過CATIA機械設計模塊的三維實體建模技術進行構建，從而實現與VIRTOOLS平臺的無縫連接。
2.2碰撞檢測技術
由于新裝備結構復雜、零部件多且形狀不規則，故無法應用空間分解法進行碰撞檢測，而只能應用層次包圍盒法。由于Virtools 4.0軟件自帶的一些碰撞處理函數基于層次包圍盒法，這就為解決碰撞檢測問題提供了極大的方便。
針對裝備虛擬維修的特點，結合Virtools自帶函數，并根據碰撞檢測實現方法的不同，可把碰撞分為4類：①虛擬人與地板之間的碰撞；②虛擬人與工具臺、零件臺之間的碰撞，以及虛擬人與墻壁之間的碰撞；③工具與零部件，以及零部件與零部件之間的碰撞；④攝像機與虛擬場景中的物體之間的碰撞。采用分類實現的方法既可以降低問題的復雜度，又可以充分利用Virtools自帶的函數以減少自編代碼的工作量。
2.3交互操作的實現
在完成模型的導入后，首先需要在VIRTOOLS環境下對模型進行調整，包括光線、材質、顯示比例、坐標等模型屬性。同時利用VIRTOOLS強大的交互功能實現對模型的交互操作，在Virtools中實現對模型的控制，可以通過直接調用行為模塊庫中的內置BBs（Behavior Blocks )，Virtools本身提供了500多個BB供調用，每個BB都是封裝了的行為控制函數，并提供了行為輸入、行為輸出、參數輸入、參數輸出4個接口，因此可以在BB資源庫方便的調用BB并利用BB對模型進行相應的控制。在實現模型的虛擬維修交互操作之后，需要將模型成VMO文件供系統集成平臺調用。
2.4基于ACCESS的系統數據庫
基于ACCESS的系統數據庫存儲系統運行過程中所需要的所有數據，其中主要包括設備的維修模型、設備結構樹、模型的拆裝說明、部件的檢測修復等內容，供用戶在進行虛擬維修訓練的過程中調用。
2.5基于.Net的系統集成
經過對設備零部件的CAD建模、轉換及在Virtools軟件內的維修交互開發，形成了可供用戶進行操作的VMO文件。這些文件可以直接在IE瀏覽器內進行瀏覽和操作（在系統已經安裝Virtools Web Player控件的前提下）。但這樣只能實現對單個文件的交互操作，而設備零部件的層次關系、拆卸和裝配說明、維修指導等內容無法直接在IE內與零部件的VMO文件同時顯示，不能形成一個完整的系統，因此需要進一步進行系統的集成。而Virtools Web Player為Windows環境下的標準COM控件，可以通過在.Net環境下調用該控件實現對虛擬維修交互模型的集成。
3結論
本文在充分利用先進CAD技術、虛擬現實技術的基礎上，構建了虛擬維修訓練系統框架，為虛擬維修訓練系統提供一定的參考，該系統能滿足日常維修訓練任務的需要，具有非常重要的現實意義和廣泛的應用前景。虛擬維修可應用于武器裝備論證、研制、使用過程中對產品的維修工作進行分析與評價，并可為維修性、保障性分析提供支持。其應用可大幅度減少利用實物進行維修工作試驗、演示與評價的費用，提高維修工作分析和評價的效率，節省研制經費和時間。同時，通過研制階段早期對裝備維修性設計過程和結果的控制與驗證，可以確保裝備交付部隊使用后具備滿足使用要求的維修性水平，確保盡快形成戰斗力，提高裝備的完好性水平，充分發揮裝備的作戰效能。
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