数字媒体技术在虚拟现实领域中的应用

数字媒体技术在虚拟现实领域中的应用

姓名：陈宗铭

班级：艺术二班

教师：费锐

2016年12月11日

论文摘要

100-150字

本文首先介绍数字媒体技术专业的特点以及在该专业中开设虚拟现实课程的必要性，然后结合笔者在数字媒体技术专业中讲授虚拟现实课程的实际经验，对该课程的定位、教学内容、实验环节、考核方式进行深入分析和探讨，最后提出了提高教学效果

的努力方向

关键词；数字媒体；虚拟现实；课程定位；教学内容

一、数字媒体技术专业的特点

随着计算机互联网和多媒体软硬件技术的飞速发展，与数字媒体相关的产业开始在人们的生活中产生越来越重要的影响，而且还在不断有新的行业涌现出来。目前，与数字媒体相关的行业已经非常广泛，包括影视、出版、新闻、展览、移动通信、数码产品、娱乐游戏、广告等行业。具体的产品内容包括动画、网络游戏、手机游戏、数字电影、数字电视、手机电视、数字出版物、数字教育、数字博物馆、数字展览馆等。

为了适应数字媒体技术的发展所产生的各种社会需求，国内各个院校已经相继开办了数字媒体技术专业。从专业角度来讲，数字媒体技术专业[1]是以信息科学和数字技术为主导，以大众传播理论为依据，以现代艺术为指导，将信息传播技术应用到文化、艺术、商业、教育和管理领域的科学与艺术高度融合的综合交叉学科。它具有如下一些特点。 1)该专业的知识结构非常丰富，并且具有交叉性。媒体技术方面，它融合了计算机图形图像、数字音视频处理、人机交互、二维三维动画、网站开发等多项技术。艺术设计方面，它包括了美术基础、色彩素描、平面立体设计、视听语言等内容。 2)该专业的培养目标强调创新能力的培养[2]。因为数字媒体内容的消费是一种精神的消费，这就需要数字媒体产品具有优秀的创意。 3)该专业的定位面向实践和应用。该专业需要为学生提供尽量多的实践机会，这样才能使学生具有扎实的理论基础和丰富的创新能力，从而满足社会需求。由此可见，数字媒体技术专业的知识面广，社会需求丰富，特点鲜明。因此，各个学校可以根据自己的教学资源和教学特色进行课程设置，选择性地重点突出一个或几个方面，而无需追求大而全的办学模式。

二、虚拟现实课程在数字媒体技术专

业中的教学实践

（一）虚拟演示教学与实验

在高等教育中，VR技术在教学中应用较多，特别是理工科类课程的教学，尤其在建筑、机械、物理、生物、化学等学科的教学上产生了质的突

破。它不仅适用于课堂教学，使之更形象生动，也适用于互动性实验。在很多大学都有VR技术研究中心或实验室。如杭州电子工业学院虚拟现实与多媒体研究所，研究人员把VR应用于教学，开发了虚拟教育环境。

VR技术在仿真领域方面，特别是交互性仿真方面尤为突出，如西南交通大学致力于工程漫游方面的VR应用，开发出了一系列有国际水平的计算机仿真和VR应用产品。

中国科技大学运用VR技术，开发了几何光学设计实验平台（如下图所示），它是全国第一套基于VR的教学软件。它用计算机制作的虚拟智能仪器代替价格昂贵、操作复杂、容易损坏、维修困难的实验仪器，其具有操作简便、效果真实、物理图像清晰、着重突出物理实验设计思想的特点。几何光学设计实验平台

利用这个系统可完成整个光学虚拟实验室的设计。学生可以通过虚拟实验所提供的一系列光学仪器，基本上完成所有的单透镜实验和组合透镜实验，并且该系统还提供了完整的文档和习题系统。在本系统的设计中，提出了很多创新思想，运用三维的表现方法，让学生在一个虚拟的大实验室下进行操作，并且通过立体眼镜表现一个真正的三维场景，达到了桌面式VR系统的设计水平。本软件同时也是国内教育界第一个对VR技术进行研究的课件。

（二）远程教育系统

随着互联网技术的发展、网络教育的深入，远程教育有了新的发展，真实、互动、情节化、突破了物理时空的限制并有效地利用了共享资源这些特点，同时可虚拟老师、实验设备等。这正是VR技术独特的魅力所在，基于国际互联网的远程教育系统具有巨大的发展前景，也必将引起教育方式的革命。如中央广播电视大学远程教育学院，投入较大的人力和物力，

采用基于Internet的游戏图形引擎。将网络学院具体的实际功能整合在图形引擎中，突破了目前大多VR技术的应用仅仅停留在一般性浏览层次上的限制。

（三）特殊教育

由于VR技术是一种面向自然的交互形式，这个特点对于一些特殊的教育有着特殊的用途。中国科学院计算所开发的“中国手语合成系统”，采用基于运动跟踪的手语三维运动数据获取方法，利用数据手套以及空间位置跟踪定位设备，可以获取精确的手语三维运动数据。利用此方法，中国手语合成系统完成了中国手语共5596词的数据收集工作，形成中国手语立体显示数据库，给聋哑朋友的学习和生活带来极大便利。

日本京都的先进电子通信研究所（ATR）系统研究实验室的开发者们开发的一套系统，能用图像处理来识别手势和面部表情，并把它们作为系统输入。该系统提供了一个更加自然的接口，而不再需要操作者带上任何特殊的设备。

富士通实验室有限公司正在研究的一个项目是虚拟生物与VR世界的相互作用。他们还研究虚拟真实世界中的手势识别，开发了一套神经网络姿势识别系统，该系统可以识别姿势，也可以识别表示词的信号语言。

哈尔滨工业大学计算机系已经成功地虚拟出了人类高级行为中特定的人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头的姿势、手势动作、话音和语调的同步等。

（四）技能培训

将VR技术应用于技能培训可以使培训工作更加安全，并节约了成本。比较典型的应用是训练飞行员的模拟器及用于汽车驾驶的培训系统。交互

式飞机模拟驾驶器是一种小型的动感模拟设备，如下图所示，它的舱体内配备有显示屏幕、飞行手柄和战斗手柄。在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下进行起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。

交互式汽车模拟驾驶器采用VR技术构造一个模拟真车的环境，通过视觉仿真、声音仿真、驾驶系统仿真，给驾驶人员以真车般的感觉，让游客在轻松、安全、舒适的环境中既能掌握汽车的常识和驾驶技术，又能体验疯狂飙车的乐趣，集科普、学车以及娱乐于一体。

VR还可以应用于高难度和危险环境下的作业训练。如医疗手术训练的VR系统，用CT或MRI数据在计算机中重构人体或某一器官的几何模型，并赋予一定的物理特征（例如密度、韧度、组织比例等），通过机械手或数据手套等高精度的交互工具在计算机中模拟手术过程，以达到训练、研究的目的。

美国SRI研究中心建立了“视觉感知计划”，研究高级的VR技术。1991年后，SRI进行了基于VR技术在军用飞机或车辆驾驶训练方面的研究，试图通过仿真来减少飞行事故。另外，SRI还利用遥控技术进行外科手术仿真的研究。

三、发展趋势

就国家发展趋势来看,增强现实技术已经发展到媒体融合阶段,但是未到成熟状况。在将来数字媒体的某些应用中,例如,在数字影视和网络游戏中,往往需要将真实拍摄的视频和特

定的数字场景实时、高效融合起来,以增强身临其境的感受和娱乐体验,基于实时视频融合的增强现实技术将大量应用在日常生活中。因此,基于动态视频合成与交互的增强现实研究已经成为计算机视觉和计算机图形学等相