国内外虚拟现实技术的发展及教育应用研究6.doc

盐城师范学院毕业论文信息科学与技术学院 计算机科学与技术（师范）专业班级 学号 课题名称国内外虚拟现实技术的发展及在教育中的研究 学生姓名 堂送 指导教师 张德成 摘要：S前虚拟现实技术在航空航天、医学实习、建筑设计、军事训练、娱乐游戏 等许多领域令着广泛的运用，而在教育领域，虚拟现实技术作用的影响更加的广泛 本篇文章主要是主要探讨虚拟现实技术的皋木特征和中国和美国两国Z间的差异以 及在教学方面的应用关键字：虚拟现实；教育领域；中国；美国;随着科技的进步，现代化信息技术也在迅速的发展，而把虚拟现实技术作为 核心Z—的现代教学技术也己经越来越多的应用在了教学Z中虚拟现实技术凭借 着它独特的优势将会在未来的教育领域中占有口己的一片夭地本文作者主要通过 大量的阅读文献来比较中美两国在虚拟现实技术方面的不同AbstraCt: at present, the virtual reality technology in the aerospace, medicine, architecture, military training, entertainment and many o【he「fields are widely used, and in the field of education, the virtual reality technology effect more widely. This article is mainly focused on the virtual reality technology and the basic characteristics of China and the United States the difference between two and the application in teaching.Keywords: virtual reality; education; China; the United States of america;1虚拟现实技术的概念及特性虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)是一项综合性技术“,它的出现 是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等 交叉与综合的结果。

它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、噢觉等各种感觉， 使用户通过一定装置，自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用简单地说，虚 拟现实技术就是用计算机创造现实世界虚拟现实技术主要有四个特性：（1） 沉浸感：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一 种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般2） 交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和 从虚拟环境中的物体上得到的反馈3） 想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想彖空间，不仅可以模拟出 现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境4） 多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这俩种一般 计算机就可以给我们提供的感觉外,还可以给我们运动感觉，味觉等一般计算机难 以模拟出的感觉2美国虚拟现实技术的研究现状2.1美国的发展现状美国因为是虚拟现实技术的发源地，所以他在虚拟现实技术方面的技术是世界 上最先进的山于虚拟现实技术具有很高的学科综合性，所以在美国研究虚拟现实 技术的机构很多比如：国家科学棊金会（NSF）,美国航空航天局（NASA）,美国国 防部（DOD）还有美国卫生与福利部（HHS）等。

国家科学基金会（NSF）成立于1950年,是美国科技体系中一个最主要的组织 它主要山7个部门组成VR技术项目最多的部门是计算机，信息科学和工程学部 工程学部中与VR技术关系最为密切的是人机互动计划（HCI）人机互动计划支持 对人机互动系统的设计和评估研究美国国家航空航天局（NASA）成立于1958年， 在当今的空间开发机构中规模是最大的NASA已经建立了航空、VR教育系统等各种 有关VR技术的系统NASA 一共由10个部门组成，其中对VR技术研发贡献最多的 是艾姆斯研究中心（ARC）美国国防部（D0D）主要研究的是美国的国防技术美 国国防部对VR技术的研发和应用非常的重视在美国军方的科研活动中占据重要地 位的是国防高级研究计划署（DARPA） o进入21世纪以后,DARPA启动DARWARS项目, 加速新一代训练系统的研发和部署事实上推动美国的虚拟现实技术进步的最重要的力量是美国的各所知名高校 最早也是最著名研究虚拟现实技术的是北卡罗來纳大学，他们运用计算机图形和VR 技术首创了 VR儿科治疗法同时他在外科手术仿真，建筑仿真⑵方面也有着领先的 地位而在人工智能机器人等方面的先锋则是美国著名大学麻省理工学院。

他们建立 了 B0LI0环境，虚拟环境下的对彖运动跟踪动态系统就是棊于这个环境在新概念的研究中，华盛顿大学的人机界面技术实验室也有着领先的地位乔治梅森大学通过对VR技术的研究研制出了一套在动态虚拟环境中的流体实时 房展系统2.2美国在虚拟现实教育方面的应用2.2.1以技能培训为目标的应用美国的国防科研主要靠的是美国的国防部在第二次世界大战后，国防科技在 美国的科技创新体系中长期占•据主导地位，联邦政府科研经费的50%左右圧是拨给了 国防科技虚拟现实技术在美国国防部I•分的受重视VR技术在武器系统性能评价、 武器操纵训练及指挥大规模军爭演习等方面发挥着重要作用美国空军正在构建一个新的山虚拟现实技术支撐的虚拟现实基地——圣安东 尼奥联合基地建设这个棊地是一个非常大的工程而这个基地最主要的功能就是 培训所需要的相关人员比如这个皋地可以培训E行员，他可以给需要培训的飞行 员们生成一个和真实环境一样的虚拟环境让学员们感觉到他们身处的环境正是飞 机操作的环境利用虚拟现实技术可以让飞行员们减少飞行中的意外，而且可以节 省经费，将更多的国防支出用在其他项目的研究上而o2. 2.2以学习知识为目标的应用在美国许多大学都使用虚拟现实技术进行教学活动，他们通过虚拟现实技术去 营造…一个跟随技术发展的教学环境，这样能够提高学习的学生们常握知识、技能的 效率，从而使教学过程得到优化，教学质量得到提高。

虚拟现实技术在美国对教育 产生的影响体现在很多方面的首先，虚拟现实技术开创了一个与以往不同的学习 场景，彻彻底底的打破了我们所知道的空间、时间的限制学生们通过虚拟现实技 术，就可以超越空间的限制，进入到他们想要观察的物体的内部进行观察比如学 生们学习胚胎发育的整个过程，他们可以突破空间上的限制直接进入胚胎内部进行 观察他们也可以突破时间上的限制，因为必胎的发育要经历很长的时间，但是通 过虚拟现实技术，在很短的时间内就可以呈现出来给学生们观察2. 2.3以体验游戏情感为目标的应用第二人生（Second Life）是当今世界上最大的基于虚拟现实技术的虚拟现实 游戏它的总部位于口金山的林登实验室，它于2003年推出的一款以“合作、交融 和开放”为特色的大型3D模拟现实网络游戏截止2012年10月“第二人生”已经 成为全球最大的虚拟世界游戏，其注册用户超过一千力，一年的产值超过13亿美元 在这个游戏中，每个人可以建立自己的一个虚拟的“第二人生”，与同在这个虚拟世 界中的其他人发生各种各样的关系，实现自己在第一人生中没能实现的梦想第二人生”有以下三个特点：（1） 独特性：我们不可以只是简单的把“第二人生”看作是一款游戏，它与普 通的网络游戏有很多的不同。

它完全和我们的现实生活是一样的，有的时候它甚至 比我们的现实生活还要的丰富多彩在游戏里面玩家们可以随意的去创造口己喜欢 的东西，里面的房屋，桌子，汽车等许多我们生活中常见的东西都是由玩家自己自 山的去创造2） 可交易性：与其他的网络游戏最大的不同之处在于第二人生中所使用的货 币“林登元”可以通过交易系统兑换成为真正的美元随着游戏收到越来越多的人 的欢迎，“第二人生”似乎超越了一个游戏的范畴，现实社会中各种不同耿业的人都 会来到这里开拓一排属于自己的领地他们很多人把在虚拟社区里所做的生意当作 了他们现实生活中的一部分来经营了第二人生”让许多普通人成百力富翁的梦想 得以实现3）玩家多元化：山于第二人生自身技术的口趋完善，越来越多的玩家加入到 了游戏中，这同时也吸引了许多的商家机构入驻到其中英国最早的也是最大的通 讯社路透社也加入到了其中他们的目的是将现实世界中的东西带入到游戏中，再 将“第二人生”带入到真实的世界中，他们要在这个社会中担任一个积极的角色 全球最大的信息技术和业务解决公司IBM更是将“第二人生”当作新事业在经营 IBM在游戏里面购买了一块属于自己的领地，用于推销他们的产品而美国最大的网 络书店亚马逊也将自己的业务拓展到了 “第二人生”中，他们在游戏中开设了 自己的书店，以方便众多的网友来购买书籍。

2.3美国虚拟现实技术的优势2.3.1资金优势总体而言美国在虚拟现实技术方面都有着巨大的优势首先就是美国的经济优 势，截止2012年4月17口美国的GD卩总量已经达到了令人瞠目结舌的150940.30亿美 元，其总量是排名第二的中国72981.47亿美元的2倍还要多他的人均GDP也是稳居 世界前列，正是山于庞大的财力的支撑，美国政府才可以投入如此多的资金用于科 学技术的研究2. 3. 2政策优势克林顿政府早在1993年的时候为了确保美国在未來的时间里在信息技术研究“ 上的领导地位，就颁布实施了 “国家信息基础设丿施”，正是这个计划为美国在分布式 虚拟现实技术的研究上英定了重要的基础布什政府时期，对信息技术的发展支持 的力度更加的大，每年达到24亿美元国，而奥巴马在担任总统后，他就任命了査普 拉为国家首席技术官，而查普拉的主要职责就是让美国政府更好的利用信息技术， 使信息技术在美国的经济和国家竞争力⑹中占很重要的位置2. 3. 3技术优势美国有这世界上最为强大的国防工业体系山于美国孤悬海外，所以拥有相对 独立和平的环境，在工业革命时期抓住了第二次科技革命，在1884年就成为了当时 世界上的头号工业强国一直延续到现在。

美国在国防科技领域对于创新能力是非常 的重视的美国研究机构一心致力于创新每年的国防科学和技术计划都会被美国 国防部都滚动发布，主要是为了吸引规模不是很大但是具有高科技的公司为他们工 作2. 3. 4教育优势还有我们不得不提的就是其他国家望尘莫及的强大的教育优势，美国仃着许多 世界上著名的大学，比如呛佛大学，耶鲁大学，普林斯顿大学等等，这些大学在许 多科学研究领域都有这很强的竞争力，他们当中的许多学生都会成为社会中的精英 他在高等教育方面的优势是其他的国家无可比拟的，据最新的统计美国拥有颁发学 位资格证书的大学有2600多所，7660力人正在接受着教育，其教育的普及率Z高也 是推动科技发展的一大动力而现在美国正在逐步深化他在这方面的优势，继续加 强教育3我国虚拟现实技术的研究现状3 . 1虚拟现实技术在我国的起源和发展从某种意义上讲，VR的发源地是我们中国，W 2000多年前的战国时期，《墨子. 魯问》篇中就记载着“公输燉竹木为鹊，成而飞Z,三「I不下”，其原材料是极薄 的木片或竹片后来的人们通过在这个发明了风筝后来该技术传到西方，西方人 通过了对此的研究才逐渐的发明了飞机但是我国正式研究VR技术是在80年代末90年代初，山于在我国虚拟现实技术的 起步比较的晚，所以我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比差距还是比较的 大，但是随着我国科学技术的迅速发展，虚拟现实技术已经得到了非常高的巫视， 许多的知名企业都表示了对它的兴趣和关。