虚拟仿真是什么?

每一次技术的革新都会推动时代和产业的发展,从蒸汽技术、电力技术到如今的互联网技术,一次次解放了人们的双手,拓宽了人们的认知,改变了人们的生产生活方式。都说如今这个时代是互联网时代,互联网时代的特点是快速、便捷、高效,产品更新迭代速度快,新概念层出不穷。

在这样一个互联网热的时代背景下,产生了很多人们耳熟能详的新概念,如流量池、新零售、O2O、互联网+、人工智能、虚拟仿真等。很多概念都即使已经成熟落地,渗透进人们生活的方方面面,但人们对其了解还是知之甚少的。

以虚拟仿真术为例,从电子游戏到实验教学,从硬核的VR一体机到小巧的谷歌Cardboard,“虚拟仿真”已经渗透到人们工作生活的各个方面,但是人们真的了解“虚拟仿真”吗?“虚拟仿真”到底是什么?它又是怎样一步步发展起来的呢?


虚拟仿真的含义及发展

虚拟仿真又称虚拟现实,由英文“Virtual Reality”翻译而来,简称“VR”,是人类利用多种现代技术手段,通过计算机将现实生活中的时间、现象模拟出来,目的是为了帮助人们更好地了解事物本质,深入地观察实验现象。以仿真的方式给参与者创造一个现实之外的3D虚拟世界,并通过一些辅助传感设备如键盘、鼠标、头盔显示器(HMD)、运动捕获装置等,提供学习者探索仿真对象在所处环境中的作用与变化的场景,并由此产生沉浸感。

虚拟仿真的概念可追溯到1935年美国科幻作家爱斯坦利·温鲍姆在小说《皮格马利翁的眼镜》中描述了一款VR眼镜,能够让使用者实现视觉、嗅觉、触觉等全方位沉浸式体验。1965年,美国计算机图形学之父伊凡·苏泽兰提出了虚拟仿真概念的基本思想和系统性描述,并在1968年发明了第一个头部位置追踪系统,这被认为是虚拟仿真技术的初创阶段。1985年,美国NASA开发出 VIEW系统用于虚拟行星探测,此系统可提供手势、语言等交互手段,是第一个“完整”的虚拟仿真系统。

进入 21 世纪,随着各类技术的不断发展成熟,特别是得益于计算机软、硬件的快速发展,相继出现了许多基于不同应用场景的虚拟仿真设备,虚拟仿真技术在越来越多的领域迅猛发展,其中就包括教育教学领域。


虚拟仿真技术在教育领域的运用

虚拟仿真技术引入教育领域后,教学过程发生了改变。利用虚拟仿真技术沉浸式、交互式的特点,结合虚拟仿真应用开发工具,基于传统教学不能实现的宏观、微观、高成本、高风险等问题设计制作虚拟仿真课件融入课堂教学,解决传统课堂课程内容不足、与专业学科的吻合度低的现状,打造多维的教学方法和教学手段,有效提升教学质量。

虚拟仿真技术运用在教育教学中的案例比比皆是,例如为了帮助学生真正意义上的开口说英语,利用VR打造不同场景、不同角色,进行场景化沉浸式英语学习;利用VR技术模拟实验过程,降低实验带来的风险,加深学生对知识的理解;利用VR技术进行生命教育、德育教育、安全教育,模拟火灾、地震等场景,带领学生学习社会、历史文化知识,带领学生认识生命、了解生命历程等。

在实验教学中引入VR眼镜设备,打造VR虚拟仿真实验室,学生可以通过VR眼镜端模拟实务工作的全流程,了解社工站、社区服务中心、街道办、社区居委会等场域的服务内容、功能架构等。

VR教育的潜力其实在于利用学生对场景的记忆,学生只需要感受和体验,人类天生有很强的空间记忆力。VR作为一个高维度的媒介,更利于学习者的吸收、理解和接受。


虚拟仿真的相关技术

虚拟仿真不是空中楼阁,需要依靠相关的技术支撑才能得以实现。一套合格的虚拟现实系统,应当能给用户全方位的沉浸感受。为实现这一目标,不仅要利用多种建模手段构建出逼真的虚拟世界,还要有丰富的交互手段给使用者逼真的反馈。

下面为大家详细介绍虚拟仿真技术。

1. 桌面式虚拟仿真系统

桌面式虚拟仿真系统主要利用个人计算机或入门级工作站进行仿真系统的运行,将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的媒介用于观察虚拟场景,通过鼠标、键盘等外部设备实现与虚拟仿真世界的交互并操纵虚拟场景中的目标物。以社区场景建模中的“小镇”为例,它主要是以计算机屏幕为媒介,构建较为基础的模型,学生通过鼠标、键盘点击参观,进行简单交互。目的是通过对“小镇”这个特定地域的参观、体验,帮助学生认识一定地域、社区中的行政规划、基础服务、基本功能,拉近学生和社区的距离,帮助学生沉浸式体验社区。

2. 沉浸式虚拟仿真系统

沉浸式虚拟仿真系统可以为参与者提供完全沉浸的体验,使参与者有一种身临其境的感觉,它利用多种外设将参与者的视觉、听觉等感觉封闭起来,为参与者提供一个逼真的虚拟感觉空间,使得参与者产生一种身临其境沉浸其中的感受。以“社工站虚拟仿真沙盘”为例,建模工程师通过以1:1还原的方式建立真实、逼真的社工站手工模型,学生可以利用VR眼镜等虚拟仿真设备,在虚拟仿真实训室进行沉浸式体验,深入了解社工站的功能、相关政策、相关服务等,通过场景化的空间体验,加深学生对社工站的了解。

在互联网时代,我们既需要追求快捷、高效,也需要秉持“匠人”精神。党的十八大以来,习近平总书记多次强调要弘扬工匠精神。所谓“匠人”精神是指生产者对于自己的产品始终坚持敬畏的心态,不断的钻研打磨自己的产品的一种精神追求。它代表的是一份责任,也是一种坚守,更是对于自身从事的职业的一种情怀与执着。


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