本文作者：王興燦 單位：廈門航空有限公司

1虛擬技術及其特征

虛擬現實（VirtualReality）即將本來不存在的事物和環境，通過各種技術虛擬為沉浸式交互環境，使人感覺如同處在真實世界一樣，又稱為靈境技術或臨境技術。沉浸性、交互性、想象性是虛擬技術的三個突出特征，三者就像三個頂點，構成了虛擬技術的三角形，使參與者能夠沉浸于虛擬世界之中并直觀而自然地實時感知和交互。1）沉浸性：是指使用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬技術的主要技術特征就是讓用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，覺得自己是計算機系統所創建的虛擬世界的一部分，沉浸于其中并參與虛擬世界的各種活動。視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸的感知技術目前己較為成熟，身體感覺沉浸、味覺沉浸還有待進一步開發。2）交互性：是指用戶從過去只能通過鍵盤、鼠標與計算環境中的單維數字信息發生交互作用，到能用多種傳感器，借助于虛擬現實系統中特殊的硬件設備，以自然的方式與多維化信息的虛擬世界進行交互，實時產生在真實世界中一樣的感知，甚至連用戶本人都意識不到計算機的存在。3）想象性：是指虛擬環境是人想象出來的，同時這種想象體現出設計者相應的思想，可用來實現一定的目標，如從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性的認識，進而使人能深化概念、產生新意和構想，主動地尋求探索接收信息，而不是被動地接收等，更有創意。

2虛擬技術在學科教育領域中的關鍵技術

VRML（VirtualRealityModelingLanguage）虛擬現實建模語言是在Internet上廣泛流行的一種圖形建模語言，用它可以在Inter-net上創建三維的虛擬場景。許多互聯網上創建的具有可導航、超鏈接等功能的三維虛擬現實空間都是用這種技術創建的，其中網上虛擬大學用的主要技術就是虛擬現實建模語言技術，它已經成為在互聯網上創建三維虛擬場景的事實上的標準。

2.1虛擬現實建模語言的場景描述

在虛擬場景建模的時候，一般把整個場景進行適當的分割，對分割的小場景再進行渲染。虛擬現實建模語言定義的三維場景由一個節點樹表示，場景中的每個對象由一個或多個節點描述。從理論上來說，節點可以包括任何東西———3D幾何體、MIDI數據、JPEG圖像。虛擬現實建模語言標準節點集中定義了許多不同類型的節點，多數節點分為以下幾類：1）外形類節點（shapenode），唯一一類能被繪制的節點。2）屬性類節點（propertiesnode），這類節點的處理通過影響外形類節點進行。3）組節點（groupnode），組節點把其它節點收集在一起，允許把節點的集合當作一個節點來處理。其他的節點諸如材質節點（material）節點、紋理（Textual）節點、燈光節點（分為DirectionalLight節點和SpotLight節點）、背景（background）節點。每個小場景都可以形成虛擬現實建模語言文件，由多個小場景構成的多個虛擬現實建模語言文件用內聯節點（Inline）之間的嵌套技術合并成一個虛擬現實建模語言文件，這個虛擬現實建模語言文件完成了整個場景的建模。這種場景的建模基本有兩點好處：1）虛擬現實建模語言的小場景文件可以有機的整合，不會因為每個小場景的文件太大而不利于調試、檢查。2）用戶瀏覽的時候不用把整個場景文件都讀入本地客戶機中，這樣就適應了網絡帶寬的限制，提高了在虛擬空間中瀏覽的速度。

2.2虛擬現實建模語言的文件組成

虛擬現實建模語言文件主要包括四個主要成分：虛擬現實建模語言文件頭、原型、造型節點和腳本、路由。在這四個要素中，只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器虛擬現實建模語言文件符合的規范、標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創建帶有指定名稱、接口和整體的新節點類型，一旦成功地定義了原型，它就可以在虛擬現實建模語言文件的其他地方隨意使用。造型節點是虛擬現實建模語言中的基本建造模塊，它構成了虛擬現實建模語言文件的主體部分，正是由于造型節點的定義而產生了虛擬的虛擬現實建模語言空間。腳本可以看作是一個節點的外殼，它有域值、eventIn事件、eventOut事件。事件本身不能產生任何動作，但它可以通過程序腳本來賦予腳本節點值來產生各種動作。這里的程序腳本是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由JAVA或JavaScript編程語言寫成的程序。路由（Route）是一種文本描述消息，一旦在兩個節點之間創建了一個路由，第一個節點可以順著路由傳遞消息給第二個節點，這樣的消息被稱為事件。虛擬現實建模語言還可以包含下列條目：注釋、節點和域值、定義的節點名、使用的節點名等。

2.3虛擬現實建模語言語言的編譯

設計虛擬現實建模語言虛擬場景時，最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本。這種方法類似于程序設計，它簡單方便，但不是很直觀，對設計者的空間想象能力要求較高，設計的效率也不高。現在有很多可視化的虛擬現實建模語言設計工具，如CosmoWorld和HomeSpace等，這些工具將虛擬現實建模語言的標準節點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組合成自己需要的虛擬場景就可以了，而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統自動將這個可視的虛擬場景生成標準的虛擬現實建模語言描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后，便會在用戶的屏幕上重現這個虛擬場景。虛擬現實建模語言在各方面都展現出強大的應用潛力，蘊藏了無限生機。

3虛擬現實在教育領域中的應用

虛擬技術能夠為參加教育的學生提供生動、逼真的學習壞境，學生能夠成為虛擬環境的一名參與者，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能都將起到積極的作用。虛擬技術在遠程教學中的應用主要有以下四個方面：

3.1探索學習

虛擬技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。如在虛擬化學系統中，學生可以按照自己的假設將不同的分子組合在一起，虛擬出組合的物質來。真正對虛擬現實學習環境的研究是對分布式真實虛擬現實感的教學環境的開發與應用進行研究，通過人體模型或者化合物等分子結構演示的虛擬體驗，教育者和學習者之間，或者學習者和同伴之間可以在一個虛擬的現實空間中，進行虛擬人之間的面對面的情感交流。