國內(nèi)外虛擬實驗室發(fā)展建設(shè)的比較
發(fā)布日期：2018-12-14 發(fā)布人： 原創(chuàng) 瀏覽次數(shù)：3535
虛擬實驗室是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)網(wǎng)頁技術(shù)（Web）、建構(gòu)的開放式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，將現(xiàn)有的多種教學(xué)和實驗設(shè)備以及實驗室進行數(shù)字化和虛擬化。本文將對虛擬現(xiàn)實技術(shù)及國內(nèi)外虛擬實驗室的發(fā)展建設(shè)進行闡述和比較。
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)將視覺反饋技術(shù)、計算機圖形技術(shù)、力覺反饋技術(shù)以及廣角立體顯示等技術(shù)融合一起，對現(xiàn)實環(huán)境進行虛擬化和數(shù)字化處理，給人身臨其境的感受。該技術(shù)可以將人在自然條件下的觸覺、視覺、聽覺感受近乎真實地體現(xiàn)出來，并做出相應(yīng)的交互行為。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有以下幾個主要特征。
1.交互性。用戶進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境后，所有感受靠傳感器傳遞給系統(tǒng)，系統(tǒng)又將檢測到的信號反饋給用戶，從而產(chǎn)生非常真實的體驗。例如，用戶揮動手臂用虛擬環(huán)境中的球拍擊打網(wǎng)球，在擊打的過程中，用戶手臂不同的揮動速度和角度，可以產(chǎn)生不同的擊球力量和感受。
2.浸入性。人在虛擬環(huán)境中的視覺和聽覺感受將取代現(xiàn)實中的感覺，虛擬設(shè)備能檢測到人的反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種新的完全真實的感受。
二、國內(nèi)外虛擬實驗室的比較
國外虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)用較多的技術(shù)手段主要包括以下十種：人機交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、可視化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、虛擬世界、3D打印技術(shù)和遙現(xiàn)技術(shù)。
國外高校的虛擬實驗教學(xué)主要以下表所示的形式進行開發(fā)設(shè)計。
美國耶魯大學(xué)則注重發(fā)展虛擬實驗室的可移動性和即時性。該校在分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等專業(yè)上利用PAD產(chǎn)品完成實驗。教師和學(xué)生通過PAD上的移動應(yīng)用程序?qū)嶒炇业臄?shù)字顯微鏡進行記錄和分析，同時還可以將獲得的圖像和資料存檔。
英國OpenUniversity的開放科學(xué)實驗室可以開放所有在線實驗室的實驗功能，還可以通過遙控儀器實現(xiàn)遠(yuǎn)程實驗。而且，該實驗室還架設(shè)了一批集網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和虛擬現(xiàn)實為一體的實驗室，可以實現(xiàn)虛擬儀器設(shè)備的在線共享等功能。例如，地球科學(xué)實驗室的虛擬顯微鏡，可以提供現(xiàn)今世界各地博物館和研究機構(gòu)存放的地質(zhì)標(biāo)本，避免了購買昂貴顯微鏡的費用和切片標(biāo)本制作費用，還可以實現(xiàn)設(shè)備的共享。
西班牙IE學(xué)院注重發(fā)展教育游戲類軟件。該校研究教育游戲類軟件，學(xué)生在該軟件中可以擔(dān)任英國各重要部門領(lǐng)導(dǎo)，甚至是英國首相，虛擬制定和國家經(jīng)濟、政治相關(guān)的重要議題，甚至可以組成“議會”討論政策的制定。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及虛擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真實訓(xùn)平臺這一教育資源也逐漸受到了我國教育界人士的青睞。但是，目前國內(nèi)投入運營的虛擬仿真實訓(xùn)平臺屈指可數(shù)。
以西南交通大學(xué)龍緒明教授為例，其率領(lǐng)團隊開發(fā)的SMT虛擬實踐平臺已于2015年初完成，目前被西南交通大學(xué)、北京理工學(xué)院等使用。
北京化工大學(xué)成立了化工安全與裝備中心，中心主要為面向化工安全過程以及材料加工過程方向的虛擬仿真實驗教學(xué)中心。中心在虛擬仿真實踐平臺上開設(shè)了超過一百個實踐項目，惠及二十多個專業(yè)的學(xué)生。
杭州電子科技大學(xué)則成立了物聯(lián)網(wǎng)虛擬實驗平臺。該平臺從物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才需求著手，設(shè)計了無線通信系統(tǒng)仿真實驗、無線串口點對點通信實驗以及物聯(lián)網(wǎng)智能家居實驗。
結(jié)論
總之，不論是國外還是國內(nèi)，以上這些虛擬教學(xué)手段的使用在教學(xué)中都改善了教學(xué)效果，但在具體的應(yīng)用過程中也出現(xiàn)一些問題。具體問題如部分學(xué)校計算機設(shè)備老舊，網(wǎng)絡(luò)資源匱乏，虛擬平臺運行速度較慢；推廣速度、覆蓋院校范圍不盡如人意；虛擬仿真實訓(xùn)平臺使用頻率較低，平臺資源沒有得到充分利用。虛擬仿真實訓(xùn)平臺在實踐教學(xué)中的應(yīng)用還處在起步階段，還需要繼續(xù)探索一條充分發(fā)揮其作用的道路。
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