虚拟实景技术在实验教学中的应用研究(附件)【字数：10460】
虚拟现实技术如今作为一个新兴的技术发展迅速，并以其巨大优势应用在各个领域，逐渐深入到日常生活中。虚拟现实技术包括立体显示技术、三维建模技术、三维声音技术以及人机自然交互技术，而虚拟实景技术作为虚拟现实技术的一个分支，以其沉浸感和交互性等优势具备十分广大的发展前景。将虚拟实景技术应用于实验教学中，改善了传统教学所带来的弊端，极大地提高教学质量以及实验效果。其虚拟场景漫游、虚拟学习环境、虚拟演示与实验、虚拟实训基地以及学生管理领域都发挥着很强的实用性。虚拟实景技术应用于实验教学中，改变了僵化的传统教学模式，带动了教学的不断改革和不断进步。本文探讨了虚拟实景技术的内涵，调查了虚拟实景技术当今应用在实验教学中的形式，并以影子工厂实验教学系统为例分析虚拟实景技术应用于经管类学科发展方向，用一段模拟实验的过程展示了虚拟实验的巨大优势。关键词虚拟现实；虚拟实景；实验教学；经济管理
目录
0 引言 1
1 虚拟实景技术综述 1
1.1 虚拟现实的基本概念 1
1.1.1 虚拟现实技术的概念 1
1.1.2 虚拟现实的分类 2
1.2 虚拟实景的关键技术及软件 3
1.2.1 虚拟实景的关键技术 3
1.2.2 虚拟实景技术的开发工具 5
2 虚拟实景技术在实验教学中的应用 5
2.1 虚拟教学与普通教学的比较 5
2.2 虚拟现实在实验教学中的应用领域 7
2.3 基于虚拟现实技术的教学改革 9
3 经管类实验教学现状 10
3.1 经管类实验教学共性问题分析 10
3.2 影子工厂实验教学系统 11
3.2.1 影子工厂的设计思路及特色 11
3.2.2 影子工厂教学系统的结构 12
3.3 影子工厂系统提升与改进分析 13
4 基于虚拟实景技术的实验教学设计 14
4.1 实验设计方案 14
4.2 实验执行步骤 15
4.3 改进后的实验效果 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
虚拟实景技术在实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
教学中的应用研究
0 引言
随着信息技术、计算机技术以及网络技术的高速发展，人们的学习、生活和工作已经离不开网络，而虚拟实景技术作为一个新兴的技术也开始在军事训练、医疗医学、工程设计以及教育和通信等领域显示出诱人的前景，并逐渐渗透到人们的日常生活中。
实验教学在高校的教学活动中占据举足轻重的地位，对于深化学生对于知识点的理解与掌握，培养学生分析和解决问题的能力以及观察和动手能力具有非常重要的作用，并以其实践性的特色可以与传统教学实现真正意义的互补，对于无论是理工科还是文科都是必不可少的课程。然而当今的高校普遍存在着实验条件受到实验经费、实验规模、时间空间局限以及教学条件等各方面限制的问题，使得实验教学难以得到很好的展开。这时，应用虚拟实景技术创建虚拟实验平台，来加强学生实验能力以及创新精神的培养，成为了当今计算机技术应用于实验教学的一个发展趋势。虚拟实景技术具有很好的沉浸感与良好的交互性，必将生动形象地在教学和管理中发挥巨大的优势。
1 虚拟实景技术综述
1.1 虚拟现实的基本概念
1.1.1 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（Virtual Reality）是20世纪以来科学进步的结晶，集中体现在计算机技术、多媒体应用、传感显示、人体交互以及人工智能等多个领域。虚拟，代表假的、构造的内容，而现实，则反映真实以及存在的意义，两个对立的概念联合在一起，便形成了这个以计算机技术为主的，利用计算机的输入及输出设备营造的“看、听、摸、嗅、尝都像真的一样”的多感官三维虚拟世界，而人可以在这个虚拟的环境中进行人机交互，便产生了与自然世界类似甚至相同的感官。这便是虚拟现实技术通俗的概念，即通过各种技术手段创建出一个新的环境，让人感觉如同处在真实的客观世界中一样。
虚拟现实技术有以下几个基本特征：
1）多感知性（MultiSensory）：计算机除了在一般情况下有的视觉感知之外，也要向听觉、力觉、触觉以及运动等方面进行感知。
2）沉浸感（Immersion）：又称为“临场感”，是指用户感受到被虚拟世界包围，甚至完全置身于虚拟世界当中，表示用户借助交互设备和自身感知系统，置身于虚拟环境中的真实程度。一个较为理想的虚拟现实系统应该达到让用户难以甚至无法分辨真假从而达到超越真实的程度。目前的研究应用在视觉沉浸和听觉沉浸以及触觉沉浸上有了较为成熟的水平，而在味觉沉浸和嗅觉沉浸上还较不成熟。
3）交互性（Interactivity）：强调人与虚拟世界的交互，指用户应用专门的输入输出设备，使人类自然感知对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境所得到反馈的自然程度。在与虚拟设备交互的过程中，用户可以使用不仅键盘鼠标等传统设备，也包括特殊的VR头盔、手套等传感设备进行操作。交互性也在另一方面指交互的实时性。
4）构想性（Imagination）：是指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息在系统中的行为，通过逻辑判断、推理以及联想的思维过程，对系统的状态和进展进行想象的能力。
虚拟现实技术现已成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后被广泛关注及研究、开发与应用的热点，也是目前发展最快的一项多学科综合技术，它的发展具有十分重大的意义。作为一种交互性的技术，虚拟现实技术一改往日人与计算机之间的生硬及被动的交流方式，使人机交互变得更加人性化，从而虚拟现实技术已经逐渐成为一门艺术、一种文化，深入到我们的生活中。
1.1.2 虚拟现实的分类
1）桌面虚拟现实系统
桌面虚拟现实系统（Desktop VR）是利用普通PC平台，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用鼠标、键盘、麦克风、耳机、数据手套以及立体眼镜等输入设备操纵虚拟世界，实现与虚拟世界的交互。计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的窗口，主要包括观看虚拟三维场景的立体效果以及使用专业投影设备增大屏幕的观看范围来达到沉浸感等特点。
桌面虚拟现实系统虽说缺乏达到完全沉浸效果的条件，但由于低廉的成本和并不高的技术要求，其应用依然非常普遍。
2）沉浸式虚拟现实系统
目录
0 引言 1
1 虚拟实景技术综述 1
1.1 虚拟现实的基本概念 1
1.1.1 虚拟现实技术的概念 1
1.1.2 虚拟现实的分类 2
1.2 虚拟实景的关键技术及软件 3
1.2.1 虚拟实景的关键技术 3
1.2.2 虚拟实景技术的开发工具 5
2 虚拟实景技术在实验教学中的应用 5
2.1 虚拟教学与普通教学的比较 5
2.2 虚拟现实在实验教学中的应用领域 7
2.3 基于虚拟现实技术的教学改革 9
3 经管类实验教学现状 10
3.1 经管类实验教学共性问题分析 10
3.2 影子工厂实验教学系统 11
3.2.1 影子工厂的设计思路及特色 11
3.2.2 影子工厂教学系统的结构 12
3.3 影子工厂系统提升与改进分析 13
4 基于虚拟实景技术的实验教学设计 14
4.1 实验设计方案 14
4.2 实验执行步骤 15
4.3 改进后的实验效果 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
虚拟实景技术在实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
教学中的应用研究
0 引言
随着信息技术、计算机技术以及网络技术的高速发展，人们的学习、生活和工作已经离不开网络，而虚拟实景技术作为一个新兴的技术也开始在军事训练、医疗医学、工程设计以及教育和通信等领域显示出诱人的前景，并逐渐渗透到人们的日常生活中。
实验教学在高校的教学活动中占据举足轻重的地位，对于深化学生对于知识点的理解与掌握，培养学生分析和解决问题的能力以及观察和动手能力具有非常重要的作用，并以其实践性的特色可以与传统教学实现真正意义的互补，对于无论是理工科还是文科都是必不可少的课程。然而当今的高校普遍存在着实验条件受到实验经费、实验规模、时间空间局限以及教学条件等各方面限制的问题，使得实验教学难以得到很好的展开。这时，应用虚拟实景技术创建虚拟实验平台，来加强学生实验能力以及创新精神的培养，成为了当今计算机技术应用于实验教学的一个发展趋势。虚拟实景技术具有很好的沉浸感与良好的交互性，必将生动形象地在教学和管理中发挥巨大的优势。
1 虚拟实景技术综述
1.1 虚拟现实的基本概念
1.1.1 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（Virtual Reality）是20世纪以来科学进步的结晶，集中体现在计算机技术、多媒体应用、传感显示、人体交互以及人工智能等多个领域。虚拟，代表假的、构造的内容，而现实，则反映真实以及存在的意义，两个对立的概念联合在一起，便形成了这个以计算机技术为主的，利用计算机的输入及输出设备营造的“看、听、摸、嗅、尝都像真的一样”的多感官三维虚拟世界，而人可以在这个虚拟的环境中进行人机交互，便产生了与自然世界类似甚至相同的感官。这便是虚拟现实技术通俗的概念，即通过各种技术手段创建出一个新的环境，让人感觉如同处在真实的客观世界中一样。
虚拟现实技术有以下几个基本特征：
1）多感知性（MultiSensory）：计算机除了在一般情况下有的视觉感知之外，也要向听觉、力觉、触觉以及运动等方面进行感知。
2）沉浸感（Immersion）：又称为“临场感”，是指用户感受到被虚拟世界包围，甚至完全置身于虚拟世界当中，表示用户借助交互设备和自身感知系统，置身于虚拟环境中的真实程度。一个较为理想的虚拟现实系统应该达到让用户难以甚至无法分辨真假从而达到超越真实的程度。目前的研究应用在视觉沉浸和听觉沉浸以及触觉沉浸上有了较为成熟的水平，而在味觉沉浸和嗅觉沉浸上还较不成熟。
3）交互性（Interactivity）：强调人与虚拟世界的交互，指用户应用专门的输入输出设备，使人类自然感知对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境所得到反馈的自然程度。在与虚拟设备交互的过程中，用户可以使用不仅键盘鼠标等传统设备，也包括特殊的VR头盔、手套等传感设备进行操作。交互性也在另一方面指交互的实时性。
4）构想性（Imagination）：是指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息在系统中的行为，通过逻辑判断、推理以及联想的思维过程，对系统的状态和进展进行想象的能力。
虚拟现实技术现已成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后被广泛关注及研究、开发与应用的热点，也是目前发展最快的一项多学科综合技术，它的发展具有十分重大的意义。作为一种交互性的技术，虚拟现实技术一改往日人与计算机之间的生硬及被动的交流方式，使人机交互变得更加人性化，从而虚拟现实技术已经逐渐成为一门艺术、一种文化，深入到我们的生活中。
1.1.2 虚拟现实的分类
1）桌面虚拟现实系统
桌面虚拟现实系统（Desktop VR）是利用普通PC平台，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用鼠标、键盘、麦克风、耳机、数据手套以及立体眼镜等输入设备操纵虚拟世界，实现与虚拟世界的交互。计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的窗口，主要包括观看虚拟三维场景的立体效果以及使用专业投影设备增大屏幕的观看范围来达到沉浸感等特点。
桌面虚拟现实系统虽说缺乏达到完全沉浸效果的条件，但由于低廉的成本和并不高的技术要求，其应用依然非常普遍。
2）沉浸式虚拟现实系统
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