VR虚拟现实技术对现代化科技馆的作用

【摘 要】Vitual Reality，虚拟现实，是利用计算设备模拟产生一个三维的虚拟世界，虚拟现实技术研究和开发源于20世纪60年代，计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感技术、语音处理与音响技术、高性能计算机系统、人工智能等，为体验者提供一个关于视觉、听觉、肢体感觉等感官的模拟，有十足的“沉浸感”与“身临其境感”。

【关键词】VR；身临其境；虚拟世界

1 什么是VR虚拟现实技术与科技馆结合

随着现代科技馆的发展，传统的信息技术已经满足不了科技馆传播知识的需要。就以普通的虚拟动画漫游为例子，VR游戏越来越多，那么什么是VR呢，VR虚拟现实技术（Virtul Reality，简称VR）定义：亦称“灵境”、“幻真”是近年来出现的高新技术，也称灵境技术（又称虚拟现实技术）或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时地，没有限制地观察三度空间内的事物。假设一个人在家通过VR设备打开科技馆的网站，进入一个虚拟的科技馆，届时会弹出3D环境模型，并且可以360度旋转，仿佛真正走到科技馆的展厅中，让观众从所有的角度观察展厅的细节；还可以靠近某一件展品，并通过传感遥控器点击展品开关，观看该展品所展示的科学内容以及这一内容是如何被演示的。观众所有的操作都依靠手势来完成。该设备上的传感器能识别用户用手指发出的各种命令。VR虚拟现实技术就是通过 数字化现实+虚拟数字画面提供给观众身临其境的感受。

VR虚拟现实环境与科技馆真实环境结合通过以下三点来实现。

第一点：沉浸体验性。

VR虚拟技术是以计算机为依托并结合音响与传感器生成的一个身临其境的虚拟环境，让参与者“幻真感受”，让其视觉、感觉、嗅觉等沉浸在虚幻的世界，体验虚拟环境所有的一切。这种“幻真感受”体验是多方面的，参与者可以全方位沉浸这虚幻世界中，这就是VR虚拟现实技术的首要功能，参与者能从自己的视点出发，使用自身本能和一些外部辅助设备对VR生成的虚拟世界进行浏览和交互体验。所谓沉浸感（Immersion），即身临其境的参与感。通常，科技馆的球幕影院和4D影院就是沉浸感技术的代表。

第二点：体验交互性。

际上，我们看到的VR并不是一个静态环境而是一个动态并且开放的环境，这一环境的实现往往需要一些周边设备和传感器装置。例如吉林省科技馆真车模拟驾驶就通过6个自由度平台加上奔腾B50真车上的电子传感器，再结合计算机上的VR系统，体验者只需要进入车内并带上VR眼镜，就可以进行仿真车驾驶，还能够完成日常驾驶的所有操作。例如超车、漂移、走盘山路、环境恶劣路面驾驶等，这些都可以真实再现。在科技馆里，常规大型展品，如地震避险、太空漫游、虚拟滑雪、虚拟足球、虚拟战争游戏、模拟驾驶、虚拟风暴等，这些都可以连接上述设备配合着VR游戏软件就可以实现仿真互动。常规展项展出需要很大占地面积的展品都可以通过VR技术连同辅助设备来实现，从而形成占地面积小、展示新颖、互动性强的新型体验模式。

第三点：VR思维性。

VR虚拟设计可以体现在科技馆内关于工程、军事、航空航天、航海等方面展品的展示。例如，青少年可以通过VR虚拟设计，设计一栋自己盖的大楼。首先选择相应的插件，由于插件上安有传感器，计算机能够识别所选内容，然后，通过操控杆操控虚拟画面中的吊车，身临其境的感受到自己真的在一个大型施工现场，建一个自己设计的大楼，最终，还可以通过VR界面看到自己的设计。类似吉林省科技馆儿童展区展品“小小建筑师”。航海方面，通过数据手套自己组装一个船，组装好的船有仪表盘、舵、螺旋桨，组装成功后可以出海航行，通过操纵杆、舵、油门，再配上周边的风和水，虚拟出航海的场景，让参与者身临其境感受到航海的乐趣。类似吉林省科技馆水路交通展区展品“船的模拟驾驶”。

2 Internet与VR技术的结合对科技馆虚拟场馆建设的影响

现代人越来越多拥有智能手机和现代信息工具，Internet互联网已经成为现代人不可缺少的生活方式。现代科技馆也渐渐跟现代信息接轨，利用Internet与VR虚拟现实技术，把科技馆展品和一些科学原理展现给观众。网络虚拟场馆的构建平台的构架涉及很多关键技术，其中3D场景建模是系统基础和实现的关键点。传统模式从场景修订、个性化定制、扩展内容方面存在不足，例如，研发齿轮机械传动这项展品，要让每个齿轮按照事先设计好的形态运动起来，需要多次的更改，设计，磨合，试验，这一过程将耗费大量的人力物力。而此时，VR虚拟现实技术就起到作用了，用VR设计实现自己的想法，虚拟出齿轮和齿轮的咬合，再模拟出主动轮带动从动轮的运动过程，一次性设计出合理的展品。相比拿实物来进行的研究制作，VR设计会避免在实物研制过程中，齿轮发生卡死或是磨损的情况，降低在研发过程中因材料损耗而增加的成本。新的VR虚拟现实建立模型程序拥有巨大优势，填补了传统模式的不足，应用前景广阔。新型虚拟现实技术结合科技馆，通过虚拟场景模型语言 X-VRML建立构架科技馆模型，并建立虚拟展品模型，让观众通过APP或是网站进行交互体验展品以及场馆内漫游等。虚拟现实科技馆通过VRML建设，其中内容可以涵盖虚拟电子导览、智能电子讲解系统、智能展项体验系统。观众可以通过虚拟现实系统，仿真畅游科技馆，带上VR虚拟现实眼镜时，就可以通过手拿控制器遥控VR场景中行走的速度，进行馆内虚拟参观。当走到相应展厅和相对应展品附近时，通过遥控器开关点击，就有语音对其展品进行讲解。针对体验性展品，可以通过手中遥控，伴随着手和身体运动进行仿真展品互动体验，同时还有语音对其展品介绍。

3 VR在科技馆科普实验的重要作用

在现实的科普教育活动里，每当科技馆在演示和组织科普实验时候，都是科技馆的老师在前面演示，同学们在下面观看。但是，常常有一些实验是在馆内完成不了的，比如一些带有危险性的和需要专业人员演示的实验，这种情况下，科普实验在一定程度上就受到了限制。我们通过VR虚拟现实技术就能够改变这种局限性，我们可以利用VR虚拟现实技术来做每一个实验，在虚拟仿真环境中不但可以完成实验，并且还能够参与互动，这同样也适用于一些需要大型场地的实验。举个例子，一个滚开的油锅，将装有锅三分之一的冰冻大虾放入锅内，会是什么反应？是大虾被滚开油锅炸熟？还是什么事情都不会发生？或者油会喷射出来着火？这种高危实验就不合适在场馆制作，但是通过VR技术就能得到实验结果。VR技术不仅可以利用馆内设备进行体验，用户也可以自己购买平时娱乐的VR装备，来科技馆网站进行下载或是在线体验活动，这样就大大提高了科技馆展品线上和线下的利用率，在科学实验上，节约一些成本，并演示更多科学实验。

4 结语

现代信息网络出现的“互联网+”和“+互联网”都是社会进步表现。手机移动终端与移动终端VR设备，无疑代表着现代信息技术的进步。科技馆也要与时俱进，不能停留在传统的“打开门等观众上门”的方式中。VR虚拟现实技术就提供了让观众来与不来科技馆都能体验到科技馆展品的机会。VR虚拟现实技术在科技馆中的应用不仅是在展品展示和电子导览上，还体现在科学表演和展品研发上，尤其体现在实验失败和展品研发调试的损耗中，能够降低成本。VR虚拟现实技术在现代科技馆的应用，是需要我们一步一步探索和研究的新课题，这项新的技术也会在未来科技馆发展中发挥越来越重要的作用。

【参考文献】

[1]魏勇.基于VRML的虚拟校园交互式漫游系统的设计与实现[D].吉林大学，2011.

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[3]贾佳，叶明，蔡承才.基于虚拟现实技术的科技馆导览系统设计[J].科技创新导报，2014，8：33.

[4]李怀骥.虚拟现实技术在数字博物馆中的应用及创意方案[A].北京市科学技术协会、北京市文物局、北京市经济和信息化委员会.创意科技助力数字博物馆.