國內外虛擬實驗室發展建設的比較
發布日期：2018-12-14 發布人： 原創 瀏覽次數：3483
虛擬實驗室是基于虛擬現實技術(VR)網頁技術（Web）、建構的開放式的網絡化虛擬實驗教學系統，將現有的多種教學和實驗設備以及實驗室進行數字化和虛擬化。本文將對虛擬現實技術及國內外虛擬實驗室的發展建設進行闡述和比較。
一、虛擬現實技術
虛擬現實技術將視覺反饋技術、計算機圖形技術、力覺反饋技術以及廣角立體顯示等技術融合一起，對現實環境進行虛擬化和數字化處理，給人身臨其境的感受。該技術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出來，并做出相應的交互行為。虛擬現實技術有以下幾個主要特征。
1.交互性。用戶進入虛擬現實環境后，所有感受靠傳感器傳遞給系統，系統又將檢測到的信號反饋給用戶，從而產生非常真實的體驗。例如，用戶揮動手臂用虛擬環境中的球拍擊打網球，在擊打的過程中，用戶手臂不同的揮動速度和角度，可以產生不同的擊球力量和感受。
2.浸入性。人在虛擬環境中的視覺和聽覺感受將取代現實中的感覺，虛擬設備能檢測到人的反應，從而產生一種新的完全真實的感受。
二、國內外虛擬實驗室的比較
國外虛擬仿真實驗教學應用較多的技術手段主要包括以下十種：人機交互技術、虛擬現實技術、仿真技術、多媒體技術、可視化技術、虛擬仿真技術、增強現實技術、虛擬世界、3D打印技術和遙現技術。
國外高校的虛擬實驗教學主要以下表所示的形式進行開發設計。
美國耶魯大學則注重發展虛擬實驗室的可移動性和即時性。該校在分子生物學、發育生物學和細胞生物學等專業上利用PAD產品完成實驗。教師和學生通過PAD上的移動應用程序對實驗室的數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遠程實驗。而且，該實驗室還架設了一批集網絡應用和虛擬現實為一體的實驗室，可以實現虛擬儀器設備的在線共享等功能。例如，地球科學實驗室的虛擬顯微鏡，可以提供現今世界各地博物館和研究機構存放的地質標本，避免了購買昂貴顯微鏡的費用和切片標本制作費用，還可以實現設備的共享。
西班牙IE學院注重發展教育游戲類軟件。該校研究教育游戲類軟件，學生在該軟件中可以擔任英國各重要部門領導，甚至是英國首相，虛擬制定和國家經濟、政治相關的重要議題，甚至可以組成“議會”討論政策的制定。
隨著互聯網技術及虛擬仿真技術的飛速發展，虛擬仿真實訓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，目前國內投入運營的虛擬仿真實訓平臺屈指可數。
以西南交通大學龍緒明教授為例，其率領團隊開發的SMT虛擬實踐平臺已于2015年初完成，目前被西南交通大學、北京理工學院等使用。
北京化工大學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中心。中心在虛擬仿真實踐平臺上開設了超過一百個實踐項目，惠及二十多個專業的學生。
杭州電子科技大學則成立了物聯網虛擬實驗平臺。該平臺從物聯網行業人才需求著手，設計了無線通信系統仿真實驗、無線串口點對點通信實驗以及物聯網智能家居實驗。
結論
總之，不論是國外還是國內，以上這些虛擬教學手段的使用在教學中都改善了教學效果，但在具體的應用過程中也出現一些問題。具體問題如部分學校計算機設備老舊，網絡資源匱乏，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。虛擬仿真實訓平臺在實踐教學中的應用還處在起步階段，還需要繼續探索一條充分發揮其作用的道路。
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