高校传媒虚拟实验平台的构建

【摘要】现阶段，应用型高校的教学重点正在往实践方向转移，但是陈旧的设备与短缺的资金成为实验教学的瓶颈。在此前提下，高校的研究重点朝虚拟实验平台的方向发展，以较小的投入获得更高的教学效果，传媒专业虚拟实验平台的搭建也成为目前学者的研究重点。

【关键词】虚拟实验室；三维建模；交互

中图分类号：G64文献标识码A文章编号1006-0278（2015）09-171-02

目前，众多高校正朝着应用型大学的方向发展，那毫无疑问动手能力在高校教育中的比重越来越大，传统教学中重理论轻实验的现象已被大量的实验内容所替代，许多高校近年来也加大实验设备的资金投入，随着计算机网路技术的发展，虚拟实验室技术在教育领域中的应用价值也越来越高。根据虚拟实验技术在教育中的用途，可以将其分为两类，一类主要应用于高校中的科研辅助工作，另一类则用于课堂和实验教学指导。

一、虚拟实验室概述及其在教学中的先进性

（一）虚拟实验室的含义

虚拟实验室是各种教学实验的虚拟化及数字化，是一种全新的科学研究，是除理论和传统实验教学之外的新型研究和设计，已被不同程度的应用于科研及教学中。

从技术角度上来看，虚拟实验室是指在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的实验环境中一样完成各种预定的实验项目。

（二）虚拟实验室的发展

随着数学方法、计算机网络技术的发展，仿真实验在数学、物理等领域盛行。仿真实验是用计算机硬件来模仿某一实验仪器的数据处理，使得模仿的系统能像被模仿的仪器一样获取同样的数据，执行同样的动作，得到同样的结论。

（三）虚拟实验室的功能

一是仿真功能，虚拟实验室能够根据实验者的设计思路来完成现实实验无法完成的实验或者实验成本颇高的项目；二是基于互联网的协同研究功能，利用发达的网络技术，实验参与人员可以异地共同协作来研究和解决同一个实验项目；三是教育辅助功能，学生通过在虚拟实验环境中掌握实验仪器的性能，学习仪器的使用方法来避免初学者的操作失误，减少实验仪器的维修率。

（四）虚拟实验室在教学中的先进性

在教学中，教师和实验设计人员根据现有的计算机技术与实验仪器结合，使得学生可以通过计算机来仿真各种实验仪器的操作，并进行判断、分析、数据存储、结论总结等，充分利用最新的计算机网络技术实现远程操作，扩展实验仪器的性能，促进实验教学的先进性。

二、虚拟实验室的开发技术

VR技术是虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）的简称，是对三维场景的描述，利用图像生成技术、多传感交互等技术生成逼真的三维虚拟环境，从而使实验人员获得身临其境的体验。

虚拟现实技术被认为是21世纪计算机领域最重要、最新奇的研究方向之一，与Internet互联网、多媒体技术并称为21世纪的三大关键技术而备受人们关注。虚拟现实涉及多学科、多领域，他的实现首先应该在计算机环境下创造虚拟世界，虚拟世界能够对人的感觉器官产生感知作用；其次，实验者能够通过人的基本行为和动作自然的与计算机创造的虚拟世界进行交互；再者，虚拟现实能够利用数字手套、三维空间交互球以及头盔式显示器等传感、显示设备来增加交互性，提高实验者的真实感。

1993年世界电子年会上提出虚拟现实技术具有3个突出的特征，沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、想象（Imagination）即3I特征。1.沉浸性，虚拟现实技术使实验者具有参与其中的“真实”感受，仿佛自己真的置身于特殊环境中，暂时忘记自己是处于虚拟环境中，甚至还有比真实世界更真的感受。2.交互性，虚拟现实技术提供的是一种接近自然的人机交互，实验者能够自然的与虚拟环境中的虚拟物体进行交互，这种交互也是实时的，如存在延迟，影响实验者的感知，则很难获得沉浸感。为实现完完全全的沉浸感，必须要提高交互的实时性，这一性能与计算机的高速并行处理能力密切相关。3.想象性，虚拟现实技术为实验者提供了发挥想象的空间，可以实现现实世界暂时无法实现的场景或创建现实世界不存在的事物，从而拓宽人类认知领域。

三、传媒虚拟实验室平台的构建

虚拟实验室的构建是虚拟现实技术在教学中最具潜力的研究课题，具有广阔的发展空间和推广性。它的特点如下：一是高效简单，实验过程简单，实验步骤改变简单，可以同时完成多个实验方案，一些在现实实验中需要耗费很长时间才能完成的实验项目在虚拟实验室中可以很快的实现，实验失败率大大降低；二是成本低廉，实验设备及元件可以无限复制重复使用，降低实验损失和设备损坏率；三是功能齐全，虚拟实验室利用VR技术在三维建模方面的优势对虚拟物体进行全面探索，突破时空限制，可以远程协作，功能强大，操作便捷。

针对目前高校在传媒人才培养过程中实验经费短缺、实验设备匮乏、实验场地不足、师资力量薄弱等现象，利用虚拟现实技术搭建传媒虚拟实验平台以解决上述现象，为学生提供一个传媒制作的虚拟环境、并对传统实验模式进行改革。建模是构建虚拟实验平台的基础，传媒虚拟实验室的建模主要通过3D MAX来完成，例如电视摄像中的摄像机、三脚架等都是通过3D技术来完成基础元件制作。对于场景和设备展示，3D制作要足够精细，对于交互环节可以适当简化细节，不需要交互的部位可以简略，从而降低3D模型的复杂性，提高模型的运行效率，降低交互的延时性。VR控制设备通过计算机接受3D模型传来的信息，并从模型库中快速选择已构建好的模型，来实现虚拟场景的立体展示，真实还原现实世界。

虚拟实验平台有单机和网络两种，单机的虚拟实验根据教学过程中实验目的的不同可以分为验证型实验、综合型实验和设计型实验，验证型实验主要培养实验者对实验仪器的操作方法的掌握，综合型实验主要培养实验者对知识的掌握及实际运用能力，设计型实验的目的则是对未知现象及规律的探索，实验目的不同，实验平台的结构也略有不同。而在单机虚拟实验平台的基础上搭建网络虚拟实验平台方面，现阶段使用的技术也很多，有JAVA技术，也有用web3d技术进行开发的。web3d可以通过互联网来实时实现3D模型的浏览，并在其中加入交互效果，web3d技术的三维立体界面，以及对实验对象的三维交互性均能使实验者获得身临其境的体验。在这一平台中，引入三维建模可以使学生更容易的掌握和理解知识点，学生还可以在虚拟环境中不断改变实验参数来获得更好的学习效果。

四、结束语

传媒虚拟实验平台的产生及应用非常适合目前的高校现代传媒教学模式。他可以解决实验设备陈旧、实验资金不足等一系列问题，亦可以实现在目前实验条件下无法开展的实验项目，更适合远程实验教学，有利于培养学生的创造力。不过目前的研究受一定条件因素的限制，还有许多不足的地方：如交互延迟始终是虚拟实验平台的障碍，多实验者在不同终端下如何同时完成同一个实验项目以实现真正的远程协作等，这一系列问题还有待进一步完善。

参考文献：

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