虚拟现实技术是基于现代计算技术的综合性较强的信息技术，兴起于本世纪初期，发展势头良好，具有高度的实际应用价值。虚拟现实技术主要立足于虚拟与现实的关系转换，通过将图形学、计算机技术以及人工智能技术三者融合，输入现实工程的各项具体参数，在计算机上形成虚拟的三维模型，赋予设计方案更多的变动空间，颠覆了传统的交互方法，临场感更加强烈，高度的构想性更是赋予了虚拟现实技术理想的浸没感，虚拟与现实之间的自然反馈更加明显而强烈。虽然虚拟现实技术具有高度的实用价值，然而我国由于计算机技术的限制，在实际应用方面发展较为缓慢，最初是应用于城市设计方面，所取得的设计效果非常理想，然而城市设计注重的是实用性与功能性，这与风景园林设计存在本质上的区别，虽然目前虚拟现实技术在风景园林设计运用当中尚欠缺足够成熟的经验，然而整体的发展前景是比较乐观的。
2.虚拟现实技术在风景园林设计中的应用现状
2.1三维模型初步发展
风景园林设计与其他的建筑工程设计存在较的区别，对环境变化有着更高的灵敏度要求，所以要求设计人员在进行设计之前就对周围环境有一个较为全面的概念。在虚拟现实技术出现之前，为了满足上述的设计要求，设计人员采用的是建立沙盘进行分析，然而严谨性不足，将人的主观感受与设计理念分隔开来使得风景园林设计方案存在先天的不足。虚拟现实技术是在计算机技术的基础上，创建三维模型，将人的主观感受与设计理念紧紧相连，三维模型的核心技术原理就是数学几何表达形式，由多个单面组成，单面数量与所模拟的实物体态复杂性成正比例关系，如：风景园林设计当中常涉及到的石头与假山等，体态复杂性非常高，运用计算机技术进行模拟的难度也较大。当前，我国的虚拟现实技术在三维模型方面取得了初步的进展，理论上可以实现对体态复杂的实物的外观模拟，只是由于单面数量较多，所需的模拟时间较长，随着计算技术的发展，三维模型势必会得到更高程度的完善。
2.2图形语言与虚拟场景的进步
虚拟现实技术图形语言与虚拟场景的实现主要是基于VRML以及3DSMAX两种技术，这也是现代计算机技术发展的产物。VRML通过虚拟技术以图形语言的方式描绘出风景园林的建成效果，搭建虚拟世界，设计人员可在这个虚拟世界当中发现原有设计方案的不足并加以改进，转变设计理念，与传统的手工绘图方法相比较，具有更高的严谨性。而3DSMAX比VRML技术更为先进，输入与输出的转换更为方便，通过摄像头还可以实现虚拟场景内的导航效果，浏览内容更加丰富，根据人体的感受对风景园林设计的具体参数进行变更，落实到细节方面，促使风景园林设计在美感与调理两个方面实现更加完美的平衡。此外，由于风景园林最大的存在意义在于其观赏性，寒暑更迭，四季变换，园林内的主体色彩也会发生巨大的变化，图形语言与虚拟场景的进步实现了以四季的变换为标准进行色彩编辑的想法，强化风景园林设计的美感特性。
3.虚拟现实技术在风景园林设计中的应用前景
3.1进一步突破二维模式的形式禁锢
虚拟现实技术在风景园林设计中的实际应用时间并不长，目前仍处于上升的阶段，有待完善。受传统设计方法与理念的制约，三维模型虽然取得了初步的发展，但是未能完全突破二维模式的形式禁锢，设计信息不够丰富。鉴于此，风景园林在运用虚拟现实技术进行设计的时候，需要进一步提升数据显示的多维性特征，虚拟的范围不应该仅仅局限于空间的变化与色彩的编辑，更应该向声音、感官等面发展，实现全方位的虚拟，使设计信息更加丰富。二维模式的形式被时代淘汰已经是大势所趋的方向了，风景园林设计在信息技术的支撑下应当进一步突破二维模式的形式禁锢，向着三维模型的方向发展。
3.2促使物质性信息载体更加多元化
风景园林具有明显的物质性，内部用以装饰的景物非常复杂，传统的设计方法使其更显单一性，而虚拟现实技术则具有高度的信息性，多元化特征明显，以三维模型、图形语言、虚拟场景等为途径，使单一的物质性呈现更加多元化的形态，使设计人员的设计理念得到更好的展示平台，充分利用VRML以及3DSMAX技术，落实于色彩的编辑、空间的规划、声音的虚拟等环节，完善设计方案，保证风景园林在建成之后能够给予游人更加丰富的美感体验，进一步完善虚拟效果。
4.结语
计算机现在是运用的比较普遍的一种表现方式，有三维表现和虚拟动漫的表现形式，而现在我们运用计算机表现的形式是3D多，现在基于人们的文化修养和审美意识提高，在室内设计方面的表现手法选择性越来越多，有时候同样方案和同样的设计，但是表现手法不一样，就会给客户不一样体验和效果。而基于这种计算机和传统手法相结合的虚拟表现手法就有很大的优势，可以更加直观充分的展现给客户看了。
二、虚现实在室内设计的运用和发展目的
室内设计发展至今，已经有多种表现形式了，那么虚拟表现在室内设计中有一下几个功能和目的：
1、充分的帮助设计师讲解设计理念
在室内设计这专业出现之前，室内装修都是以业主根据自己的欣赏水平和想象来施工的，这种方式只能以亲自在现场知道工人去施工，所以也就没有施工图啊，设计方案之说，装修功能也只局限于人类的居住需求。随着社会发展才分工出设计师行业，也就有了方案和平面图包括效果图，伴随着设计师和客户交流也越来越多。但是在交流中客户和设计师都有对方案的理解，那么就能使设计师更好的修改方案，也就能和施工人员对接施工，但是这种施工固然能解决设计问题，也能更好的和施工人员交流，但是还不能满足设计师和客户之间的交流，在这个发展过程中虚拟现实运用很好的弥补了室内设计的不足，能使设计师的方案更直接的和客户交流对接，当然更加丰富了室内设计的表现手法。
2、在室内设计中优势
近年来，虚拟设计在室内设计中作为一个独立体系正在快速的发展，三维立体在虚拟现实中相比于传统手绘中的优势在于实际设计空间的真实尺寸体现。这种设计更加直观的表达出设计师的效果，更加人性化和专业化，在设计过程中更加快捷、直观、逼真。
3、灵感创作的来源
计算机更能反映空间的真实性，虚拟在空间的创作中，能把各种模型组合有利于激发设计师的创作潜能和再创作的灵感。在计算机创造中，各种模型有趣的组合，能使设计师找到源自大自然的设计，一切的设计来自大自然万物，它能使设计师在面对计算机时消除疲劳，避免单调的工作，使设计师有更多的时间来找创作作品的灵感。
4、合理的展示平面布局
计算机处理数据的强大功能，室内设计的数据一般通过计算机数据处理得来的，像室内的平面图的尺寸、标注等都可以用计算机处理得来的。传统方式则需要设计师发费大量的人力物力来计算，而且没有计算机那样精准。现在计算机的处理大大节省了时间和人力成本。
三、虚拟现实技术在运用中的不足
1、时间成本更高
以往通过传统方式手绘来与客户交流，直接可以描绘出客户的想法，而虚拟现实的制作方式则相对来说时间周期更长，也更加不好修改，在表现方式越来越多的情况下，手绘通常时间比较节省，而电脑制作的效果图相对来说也比较短，而使用的虚拟现实技术来表现方案时，通常比较漫长的，而且也不容易修改，因此虚拟技术在现实运用中的时间成本比较高。
2、价格成本偏高
虚拟技术与传统方式相比较的价格偏高由多方面的成本因素的，首先虚拟技术是一门新型的信息技术，是伴随着科技发展的成果，目前掌握这门技术的人员不是很多，这是作为一门技术表现的方式，其次是因为虚拟技术在现实操作中时间成本相对来说比较高，而且对计算机的硬件要求比较高，这也无形中增加了运行成本，因此虚拟现实运用在实际运行中有着多方面的制约因素。
3、技术人才的匮乏
目前我国教育还没有大量培养掌握这门技术的人才，而科技在前进，所以人才的匮乏不足也制约着虚拟现实技术的发展。
四、结束语
【关键词】虚拟现实技术 口译实训教学 应用
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2011）23－0091－02
一 虚拟现实技术
虚拟现实技术（Virtual Reality, VR），是20世纪末兴起的一门新的综合性信息技术，它综合了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、数字图像处理、网络技术、传感器技术及高度并行的实时计算技术等多种信息技术。它利用三维图形生成技术、多传感交互技术和高分辨显示技术，生成三维逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，使用者戴上头盔式屏幕、数据手套、立体眼镜等设备，或利用键盘、鼠标等输入设备进入到虚拟空间中进行人机实时交互、感知和操作虚拟世界中的各种对象，获得身临其境的感受。
虚拟现实系统的特征有三个：（1）沉浸性；（2）交互性；（3）想象性。沉浸性让使用者可以融入到虚拟情境中，暂时脱离实际身处的真实环境，具有临场感；交互性则是当使用者去接触虚拟世界中的交互对象时，其反应会如同在真实世界中；想象性是一个模仿真实世界的想象世界，充满许多想象空间。
由于其技术的先进性，虚拟现实技术具有广阔的应用空间。虚拟现实技术如今已在电视、电影、电子游戏领域和教育教学领域得到了广泛的应用。虚拟现实技术在教育领域中的应用主要包括虚拟校园、虚拟教学、虚拟培训和虚拟实验等方面。随着技术的进步和教育理念的革新，将虚拟现实技术应用于高校教学是一个必然的趋势。
二 虚拟现实技术应用于教学的理论依据
虚拟现实技术在教学中应用最重要的理论依据就是建构主义学习理论中的情景学习理论。建构主义学习理论是认知学理论中的一个重要分支。建构主义学习理论认为知识不是通过教师传授而获得的，而是学习者在一定的情景下即社会文化背景下借助其他人，利用必要的学习资料，通过有意义的建构的方式获得的。情景学习理论的倡导者认为：只有把学习置于社会和物理的环境中，并使学习者能够具体应用所学到的知识，这种学习才是有意义的学习。建构主义的主张隐含着利用学习工具来激发学习者的动机，并让学生以自己现有的知识及经验来建构新知识并解决问题，以降低认知负荷。
虚拟现实技术的显著优势就是能够提供较高交互性的学习环境，能够为学习者提供最接近真实世界的学习情景。在很多情况下，使用虚拟现实系统能够很好地替代真实世界，为学习者提供逼真的学习材料，降低学习者的认知负担，更易于知识的意义建构。它能让学生通过建立自己的认知世界来引发学习动机，并且减少学习中的符号表征来降低认知负荷。
三 虚拟现实技术在口译实训教学中的应用
1．必要性和重要性
口译实训教学即开设专门的课时让学生在校内将口译理论运用到实践中去，通过相应课时的口译实际训练使学生具备一定的实际口译能力。口译实训是口译教学中非常重要的一个环节。目前我国的口译实训教学现状并不乐观，主要表现在口译实训教学方式单一。目前，在很多大专院校，无论是口译理论课还是实训课，都是大班授课，学生真正能够得到锻炼的机会较少，多媒体、电脑软件等现代化的教学工具也没有得到有效的利用，并没有真正将理论与“实际”相结合，“实训”的意义有限。
要对我国的口译实训教学进行改革，开发和引进相应的教学软件很有必要。随着科学的发展和电脑软件的开发利用，可引进一些软件进行模拟口译情境的实训以提高学生的学习积极性，增加学生自主训练的机会。目前，很多大专院校都配备了语音室，有的甚至配备了同声传译教室，但其功能却没有完全发挥，大多只停留在听力练习或多媒体课件上，并没有引进口译实训软件。当然，此类软件的开发还很有限，模拟现实口译场景的口译实训教学软件的开发更是一个有待填补的空白。如果能够结合口译职业和口译课程的特点开发基于虚拟现实技术的口译实训教学软件是一项具有开创意义的尝试。
2．创新性
利用虚拟现实技术生成虚拟的口译现场环境，发挥虚拟现实技术的沉浸性、交互性、多感知性等特征，让学生在虚拟的环境中扮演译员的角色，使其投入到学习环境中，能够很好地训练和提高学生的各种口译技能。
相比于传统的口译实训，基于虚拟现实技术的口译实训教学软件将使口译实训教学具有下列明显的优势：第一，通过虚拟现实技术，计算机能产生一种人为的虚拟口译情景，这种虚拟的口译情景使得学生在实训中产生与真实口译情景中相同的感受，使口译实训变得生动、形象，易于学生理解和操作。第二，利用虚拟现实技术来体现口译教学中的重、难点问题，学习者可以根据个人特点选择最佳的认知策略，迅速掌握所学知识的精华。虚拟现实的这种自主性是其他媒体形式无法比拟的。第三，交互性是虚拟现实系统最显著的特征。学习者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟口译情景中的对象进行观察或操作。第四，虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，学习者在虚拟的口译情景中可以获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知信息，因而可以调动各种感官的积极性，进行实时的全方位的学习。
3．可行性
虚拟现实系统按其功能可分为4种类型：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统及网络分布式虚拟现实系统。其中，桌面式虚拟现实系统又称为简易型虚拟现实系统。这种虚拟现实系统运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景，用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围现实环境的干扰，难以做到完全投入，但与其他几种虚拟现实系统相比，它结构简单，成本较低，易于普及推广。
考虑到技术和成本的要求，目前要开发基于虚拟现实技术的口译实训软件最切实可行的选择是桌面式口译虚拟训练系统。随着虚拟现实技术的不断发展和完善以及相关硬件设备成本的降低，开发更高级别、更加复杂的口译虚拟训练系统也是可以实现的。
桌面式口译虚拟训练系统包括硬件与软件两部分。硬件部分包括计算机（普通的PC机即可）、标准的视频采集设备、多媒体大屏幕、耳机、麦克风等，无需投入高昂的成本。目前我国高校大部分都有自己的语音教室，有些学校甚至设有同声传译教室，上文所提到的设备都已经具备，因此不需要再添加较多额外的硬件设备。创建虚拟的口译场景需要依托三维工具来实现，目前有很多优秀的三维制作工具，为虚拟现实技术提供出色的纹理贴图、强大的贴图控制、各种空间扭曲和变形、全景图生成等技术支持。常见的3D桌面虚拟现实软件有VRML（Virtual Reality Moduling Language，虚拟现实建模/造型语言）、Viewpoint和cult3D。也可以使用其他软件如DiretX、Panda3D等游戏引擎和语音识别软件Julius等。
由于口译是一门专业性较强的课程，想要开发出真正满足口译实训课程教学需要的软件，除了要具备硬件和技术方面的条件外，还需要有真正熟悉口译特点和现实口译场景的口译员或教师来设计专业方面的内容。口译实训的任务、步骤、场景、角色和图片等都要符合实际。由于既精通虚拟现实技术又懂口译专业的人才几乎没有，软件开发的技术工作应由相关技术人员负责，而实训教学的内容则应由口译专业人士设计、安排。
4．挑战与问题
虚拟现实技术在口译实训教学中的应用时也存在一些挑战和问题，如实训软件3D界面中出现导航困难的问题。使用者尤其是初学者在其中往往无法自如地运动，容易迷航，不知道怎样进入某一位置或视点。这就要求实训软件中的移动操作和空间结构易于被学习者掌握，而不至于增加学习者的外部认知负荷进而影响学习进程。其次，传统口译实训教学和虚拟口译场景的有效整合将是一个重要的任务。口译教学环境的设置要符合学生的认知过程，能够引导学生主动建构所学知识，否则学生有可能会产生消极情绪抵触学习，导致负面效果。一个有效的方法是构造一个对现实的口译任务适当地抽象和简化的虚拟环境，排除无关信息的干扰，有利于学生掌握最主要的口译技能。另外，用于产生沉浸感的硬件设备也是面临的问题之一，这需要一定的资金和技术支持。如果高校本身缺乏资金和技术的支持，那就要寻求与其他学校或外部企业的合作。
四 结束语
虚拟现实技术应用于口译实训教学将会改变现有的口译实训教学模式，使得口译实训教材、教学方法和教学媒体多元化，建立启发式、互动式的口译教学环境。作为一种新兴的技术手段，虚拟现实技术在口译教学中的应用将会越来越广泛。
参考文献
［1］李欣.虚拟现实及其教育应用［M］.北京：科学出版社，2008
［2］陈玉玲等.虚拟实境在建构教学上的应用［J］.教育研究，1998（6）
［3］赵士滨.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现［J］.电化教育研究，2001（2）
［4］苗壮、李凡长.基于虚拟现实技术的教学改革研究［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2007（1）
［5］徐艳.虚拟现实技术在教育教学中的应用研究［J］.中国科技信息，2008（7）
［6］杨晓辉、于英杰.日语口译教学中笔记训练环节的问题与思考［J］.大连民族学院学报，2008（11）
［7］蒋东霖、邵丽颖、刘秀娟.论虚拟现实技术在高等教育中的应用［J］.吉林教育学院学报，2009（2）
［8］黄臻臻.虚拟现实技术及应用进展［J］.科技信息，2009（21）
Abstract: First tell the origin of virtual construction technology, then give the connotation of virtual construction technology in technical and management level, on the base of current construction situation and existing problems of construction technology studied the virtual construction technology in the application of engineering training, then take research on construction of virtual training in engineering training in building make extensive use of virtual reality technology for the purpose of improving effect training project.
关键词:虚拟建设;虚拟现实;工程培训
Key words: virtual construction;virtual reality;engineering training
0引言
虚拟建设(Virtual Construction),国内又称为虚拟建造,是在虚拟现实技术(Virtual Construction)、虚拟组织(virtual organization)、现代工程管理理论和信息技术等相关概念、学科综合的基础上发展而来一门新兴学科,其起源美国,20世纪90年代由丁士昭等教授引入中国,并在中国学术界引起广泛研究。目前对虚拟建设通用的界定为:虚拟建设是现代计算机信息技术和管理模式与工程项目建设相结合的产物。
1虚拟建设的起源及内涵分析
1.1 虚拟建设的起源虚拟建设是相对于实际建设而言的一个综合概念,在国内又可成为虚拟建造,虚拟建设是在“虚拟现实”和“虚拟组织”两门学科不断发展基础上,结合现代计算机信息技术在两门学科的融合中发展起来的一虚拟现实技术起源于美国,是包括图形和图像处理、移动物置追踪、音响交叉处理、人机对话、网络通讯技术在内的综合性很强的高新信息技术,“它为人机相互对话提供了接近或加强的三维界面,并在多维度信息空间上创建了一个虚拟的真实环境,使用户具有身临其境的沉浸感”。虚拟组织是各种具有自己专业能力的企业为了完成一个产品的全过程建设而建立的动态性联盟,每个伙伴企业为联盟贡献自己的核心能力,各个企业之间的关系为信息共享、利益双赢、风险共担。
1.2 虚拟建设的内涵虚拟建设的概念从提出到现在,经过国内外学者数十年的研究和探索,目前对虚拟建设理论研究目前已经比较成熟,具有代表性的观点主要有以下几种:
同济大学丁士昭、徐友全等人对虚拟建设内涵的理解为[1]:①设计和施工相结合(项目总承包);②通过电子技术进行信息沟通;③业主设计施工供货的纵向命令和控制关系转变为业主方、项目管理方、设计方、供货方的横向协作联系;并认为虚拟建设是一种适应当今知识经济社会的工程项目管理新模式,运用虚拟组织原理,借助现代信息和通讯技术的支持,采用无层级、扁平化的管理组织方式,及D+B的生产组织和管理方法,通过基于网络的共享项目信息系统,可以实现工程项目建设成本低、质量好、进度快、协调好,运用信息和知识使建筑产品增值的目的。
2000年日本Yoshio Maruyama Yoichiro Iwase Kazuo Koga等学者提出了VR-Coms (virtual and real-field construction management systems)的概念,认为VR-coms是通过虚拟仿真技术集成了虚拟建设仿真、计划、规划、执行管理系统来在实际建设中提高生产效率和建设的安全性。
东南大学郑磊博士认为虚拟建设是现代科学技术和管理模式与项目项目建设相结合的产物,应包括两个层面的涵义[2]:一个是以虚拟现实技术为基础的技术层面的虚拟建设,借助于VR等计算机技术进行计算机辅助设计、建模,设计方案选优,可视化设计、施工效果,施工过程虚拟,施工方案可实施性检验等,在计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行全面的虚拟仿真再现,可以取得下列效果:能够在一个设计、施工方案实施前直观地获得其视觉效果,评价其设计水平和运行性能、可以方便而经济地比较各种设计方案的优劣,有利于方案优化、可以全面提高承包商T/Q/C/H/S/E管理水平、可以大幅度降低项目风险等;另一个层面是建立在虚拟组织理论基础上的组织层面的虚拟建设,将虚拟组织原理应用到工程建设领域的一种新的工程项目建设组织和管理模式,是对传统建设组织和管理模式的创新,通过它,承包商能够以最快的速度、最低的成本跟踪市场动向,并通过对外部资源的整合利用迅速满足顾客需求。
1.3 虚拟建设理论的诠释本文认为虚拟建设理论是在新世纪工程项目管理需求下,在现代信息技术基础上,通过技术与理论的完美结合而发展起来的一种适应现代工程项目管理的方法和理论。应从以下三个方面进行理解和诠释。
1.3.1 虚拟组织概念:参与工程项目并具有各自专业能力的各方主体为完成一个产品的全过程建设而建立的动态性、虚拟性组织,每个企业为组织贡献自己的核心能力,各方之间信息共享、利益双赢、风险共担。
1.3.2 虚拟现实技术:通过计算机辅助,建立模型,根据实际工程参数,对工程建设过程进行虚拟再现、增强再现,使用户具有身临其境的沉浸感。
1.3.3 信息集成协同平台:建立以参建各方为用户对象工程项目紧系集成协同平台,实现各方协同管理、沟通,促使信息正确高效共享和交换,保证信息流安全顺畅。
在本文中我们研究利用技术层面的虚拟建设技术,借助VR等计算机技术进行施工过程虚拟,在计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行虚拟现实、增强现实模拟。并可以进行强调、透视、放大等操作,研究其在建设工程培训中的应用。
2建筑工程培训现状和缺点
2.1 建筑工程培训现状建筑业是一个关系到国计民生的支柱性基础产业,也是拉动国民经济发展速度的重要力量,同时建筑业是资本和劳动密集型产业,对于解决就业、转移农村剩余劳动力、增加农民经济收入具有重要作用。以2008年为例,全国建筑业总产值为62036.80608亿,建筑业从业人数3314.9503万人。在这一庞大的从业人群中基本可以分为两个层次。一个层次是建筑技术和管理人员,这个层面人员的特点是学历较高,知识文化水平较高,大部分是经过高等教育和大中专教育的工程专业毕业生,经历过建筑工程专业系统的理论培训,但有一部分人,特别是对于刚毕业的从业人群,他们普遍存在具有较丰富的理论知识,但缺乏实际工程经验,理论和实际相脱节的现象普遍存在,迫切需要对其进行实际工程培训,获得现场工程经验。另一个层次是占建筑业从业人数大部分的现场一线操作工人,绝大部分来自农村。
一方面特点是文化水平很低,根据《2007年中国建筑施工行业发展报告》课题组的调查问卷显示,低学历化是目前农民工的主要特征,十年前、五年前、三年前和目前建筑业农民工的文化结构一直以初中文化程度者占主体,目前其比例在57%-68%之间。另外是没有建筑工程专业教育背景,除少数是具有一定操作经验的技术骨干外,绝大多数都是“昨天放下锄头,今天就成了建筑工地工人”。未经相关工种的专业技术培训,大部分是通过模仿进行操作。不懂施工技术、施工规范、质量验收标准和安全操作规程,普遍存在粗制滥造、浪费材料的现象,严重影响工程质量和社会经济效益,民工技术素质偏低已不能适应建筑行业发展的需要,加强培训非常必要。
另外一个方面表现在一线建筑操作工人中,持证比例人员严重不足,根据建设部《关于我国建设行业人力资源状况和加强建设行业技能型紧缺人才培养培训工作的建议》(2004年)统计,2003年在我国建筑与市政施工专业领域、建筑装饰专业领域和建筑设备专业领域,上产一线操作人员中持证技术工人所占的比例最高不超过7%。中高级技术工人的比例在持证技术工人中严重失调,高级技术工人所占持证技术工人综述比例不超过6%。技师、高级技师更是奇缺,其所占持证技术工人综述比例居然不超过0.4%(具体数据如表1所示)。
总体来说,从业人员整体素质不高。工程技术人员和管理人员占全部从业人员的比例低于全国平均水平3～5个百分点;未受过正规教育的专门人才占相当比重;专门人才年龄断层、老化现象依然存在,一线操作工人技能水平较低,特别是农民工的素质迫切需要提高。目前建筑行业对培训特别是工程专业培训的需求非常迫切,而且已经达到了如果再不改善就会影响建设工程质量的程度。
根据建设部《加强建设职业技能岗位培训管理的意见》,要求建立以建设劳动力市场需求为导向,建立和完善适应社会主义市场经济体制的技能岗位培训体系,按照“先培训、后就业,先培训、后上岗”,“先培训、后输出、先培训、后鉴定”的原则,以及以管理促鉴定,以鉴定促培训,以培训促职工队伍素质的提高,以队伍素质提高促工程建设质量、产品质量和服务质量的提高,确保安全生产的工作思路,努力造就一支以技师为龙头,高级工为骨干、中级工为主体,思想好、技术精、工种配套的建设职工队伍,到2010年,所有在职的操作层人员要全部经过培训并持证上岗。
2.2 建筑工程培训主要方式和缺点目前,建筑业职业技能培训主要培训方式有以下几种:
2.2.1 集中理论培训集中理论方式既是将参加培训者集中在一起,由具有相当理论知识和实际工程经验的讲师进行讲授,主要采取板书、PPT、视频动画等形式教学,对培训者进行建筑工程的理论知识进行培训,此种培训方式是目前建筑工程培训的最主要方式,与大中专院校的课堂教学方式基本相同。但此种培训方式有以下缺点:首先是培训效果不高,知识有效传递系数较低,由于较为抽象,培训者特别是文化水平较低的培训者不容易接受,效果较差;其次,有关内容相对滞后。土木工程建设领域里的新知识、新政策、新规范、新标准在产品中更新慢,使培训内容与实践脱节严重。
2.2.2 现场操作培训在工程现场实地进行现场培训,给培训者实际的工程环境,通过实际的操作让培训者学习专业技能,此种培训方式较传统的课堂理论培训更为直观,通过让培训者接触真实的施工现场,影响深刻,培训效果较好,且学习速度更快。虽然此种培训方式效果较为理想,但也存在以下缺点:首先,在施工现场进行培训,存在安全问题,因为毕竟工地现场环境较复杂,有许多临边洞口等危险位置,而且实际工程操作很多也具有一定的危险性,对培训者的人身安全有一定威胁,对管理带来很大挑战,故现场培训只能限于小规模的培训;其次,现场施工很多工序因为条件限制,培训者进行全方位的观摩学习,比如节点混凝土浇注,就无法透视到节点中间去看到关键的施工过程,可能会因此造成学习不透彻的现象。
目前建筑工程培训主要的培训方式主要是以上的两种方式,且以前者为主要培训方式,从上我们可以看出以上的培训均存在一定的缺点和限制,从目前的现状来说,培训效果不明显,不能够适应建筑工程队培训的需求。
3虚拟建设在工程培训中应用研究
3.1 虚拟工程培训的实现利用虚拟建设相关技术,并借助图形图像处理、交互传感、网络通讯等高新计算机技术,可以实现计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行全面的模拟、仿真、再现,包括对施工全过程或关键过程虚拟展现,并可以在虚拟施工过程中进行交互式沟通,本文即尝试利用虚拟建设的此类技术实现对建筑工程人员进行培训。通过虚拟建设相关技术实现虚拟呈现土木工程施工实际情况,能够把培训教学中抽象的概念原理、真实的生产过程等形象生动地表现出来,给受训施工人员创造真实的学习情境,帮助他们“身临其境”全方位地、直观地获取知识;而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动了受训施工人员的好奇心、求知欲和主动性,从而提高培训质量和培训效率,节约培训成本,本文将此种培训方式称之为虚拟培训[3]。
3.2 虚拟工程培训的特点和创新虚拟工程培训是利用虚拟建设技术和计算机信息技术结合,对施工过程进行虚拟呈现,将具体的施工过程和关键工序完整、清晰的展现给培训者,并通过配音将施工过程中的要求和注意事项加以阐述,从而给培训者一个虚拟的建筑环境,通过互动性技术,让培训者感觉到就是自己在进行实际工程操作,而且避免了现场实际工程操作带来的人身危险和材料浪费。从这里可以看出,将虚拟现实技术和人工智能技术应用到建筑工程培训中,对传统培训方式有巨大改革和创新,其具体特色与创新之处表现在下面几个方面:
3.2.1 互动启发式虚拟现实和人工智能有助于启发式决策和培训教学的开展,在演示内容方面能以一种直接的信息传递方式,通过亲临其境的教学课件,展现使用者和学员不能直接观察到的事物等,辅助决策或形成知识点。
3.2.2 协同工作式虚拟现实不受空间位置和相互距离的限制,可让远距离的、或位置分散的将有关各方“共处于”一个虚拟空间中,通过共同参与,完成某些项目的设计或训练。
3.2.3 情境式决策和培训。目前国内的动画课件一般为flash二维动画,其制作较简单、表达内容较单调,无法满足现代化教学的需要。而虚拟工程培训能真实模拟土木工程施工实际情况,能够把教学中抽象的概念原理、真实的生产过程等形象生动地表现出来,给使用者和学员创造真实的学习情境,而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动学员的好奇心、求知欲和主动性,从而提高培训质量和培训效率。
3.2.4 节约成本利用虚拟现实技术模拟再现土木施工的全过程,有效地帮助使用者和学员进行“身临其境”全方位的专业知识学习,而且这一切都是在虚拟的环境中进行的,不需要在实际中浪费一砖一瓦,避免了对建筑材料的浪费,同样也避免了因为技术不成熟而造成建筑工程质量低下。
4总结
伴随着建筑市场规模的不断扩大和施工技术难度的不断提高,建筑行业对从业人员的专业技能要求也会不断提高,从而也必然不断提高对建筑工程培训的要求。而目前传统的建筑工程培训市场存在培训方式较为落后,培训效果较差,无法形成规模效应的缺点,有必要对传统的建筑工程培训方式进行改革,以适应不断提高的工程建设水平的需求。本文论述的利用虚拟建设技术和计算机信息技术结合的虚拟工程培训方式,可以对施工过程进行虚拟呈现,将具体的施工过程和关键工序完整、清晰的展现给培训者,给受训施工人员创造真实的学习情境,帮助他们“身临其境”全方位地、直观地获取知识;而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动了受训施工人员的好奇心、求知欲和主动性。这将是未来建筑工程技能培训的一个发展方向。
参考文献:
[1]丁士昭.国际工程项目管理模式的探讨[J].土木工程学报(建设工程与管理分册),2002,1(1):42-47.
关键词：虚拟现实；虚拟技术；实验教学
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0133-02
目前，很多学校为了更好地提高学生的实践能力，开展了实验教学活动，从而能够通过具体的实验教学，让学生更好地将理论知识运用到实践当中。但是在开展实验教学活动时，可以利用虚拟现实技术对实验的过程及效果进行模拟，从而能够更好地促进实验效果的提高。因此，本文围绕着虚拟现实技术的概念、价值进行论述，最后总结了虚拟现实技术在实验教学中应用的原则和具体的实践方法，从而能够为虚拟现实技术在实验教学中的应用提供更多的参考。
1 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术主要是指利用计算机及相关的设备，能够为用户提供相关的视觉、听觉体验，从而能够使得用户利用自己的感知来进行体验。虚拟现实技术是对真实现实中的情况进行模拟，从而通过各种表现形式进行信息的传播。
虚拟现实技术主要具有以下几个方面的特点：第一，虚拟性的特点，虚拟现实技术主要是对现实中真实存在的事物进行模拟，所以虚拟环境中与真实的环境比较相似，这也是虚拟现实技术的基础，从而能够为人们提供更好的虚拟体验；第二，交互性，虚拟现实技术不仅仅能够模拟现实中的事物，而且可以模拟现实中事物对人产生的反馈等等，因此人们能够在虚拟现实中，与周围的事物产生较好的互动，能够进一步增加虚拟现实技术的真实性。根据以上虚拟现实技术的特点可以看出，其主要是为了更好地营造虚拟的现实环境。
2 虚拟现实技术的价值
虚拟现实技术产生之后，不仅仅作为一种新的科学技术，而且能够对现实世界产生一定的价值。虚拟现实技术的价值主要体现在以下几个方面：第一，模拟真实的现实活动，从而使得人们无法在现实世界中完成的活动，能够通过虚拟现实技术来实现。例如：普通人群希望能够对消防过程进行体验，但是无法真实地进入发生火灾的现实情况中，那么就可以通过虚拟现实技术，从而模拟火灾现场，这样人们可以感受到相应的信息；第二，虚拟现实技术可以为教育提供更大的价值，例如：在教育中进行研究时，人们希望对于某些设想进行实践，但是又缺乏足够的条件来完成实践过程，这时就可以利用虚拟现实技术来讲模拟实验情况，从而能够达到更好的效果；第三，帮助人们树立更好的抽象思维，对于人们来讲，是生活在三维的世界当中，对于很多东西的感知都是通过抽象思维来进行的；但是，很多时候三维世界在平面进行展示时，缺乏抽象思维的人群无法适应这一过程。所以，可以利用虚拟现实技术帮助人们更好地树立抽象思维。
3 虚拟现实技在实验教学中应用的原则
根据以上的分析和论述可知，虚拟现实技术具有鲜明的特点，同时对于教学有着良好的促进作用。因此，可以将虚拟现实技术应用到实验教学活动中，但是在应用的过程中需要遵循一定的原则，本文通过简要介绍，认为这些原则主要体现在以下几个方面：
3.1 学生主体性的原则
根据素质教育的内容可以得知，学生是教学中的主体。因此，在实验教学过程中应用虚拟现实技术时，也需要遵循学生主体性的原则，为此可以做到以下几点：第一，在传统的教学观念中，学生是知识的被动接受者；但是，为了更好地将虚拟现实技术应用于实验教学中，需要充分认识到学生是学习的主体，教师应该给予学生充分地指导，从而更好地提高学生在实验教学中的积极性，从而能够促进虚拟现实技术在实验教学的良好应用；第二，利用虚拟现实技术培养学生独立思考的能力，虚拟现实技术能够对实验过程和实验结果进行良好的模拟，因此在开展实验教学过程中，可以充分利用虚拟现实技术对实验过程进行模拟，教师给予良好的指导，从而能够培养学生独立观察、独立实验以及独立思考的能力。
3.2 教师指导性的原则
在进行实验教学的过程中，离不开教师的良好指导，需要在将虚拟现实技术应用到实验教学过程中，进一步遵循教师指导性的原则，更好地发挥教师的指导作用，为此可以参考以下几点：第一，要正确认识虚拟现实技术在实验教学中的作用，虚拟现实技术作为一种辅助技术，能够更好地促进实验教学的开展，但是无法替代教师在实验教学中的指导地位，需要不断明确这一原则，才能够更好地在实验教学过程中应用虚拟现实技术；第二，教师应该充分转变自己的在实验教学中的角色，从传统的课堂主导地位向着引导地位转变，在进行实验教学中可以给予学生更多的自由，体现学生在课堂中的主体地位；同时也需要给予学生更好的指导，帮助学生更好地利用虚拟现实技术完成实验教学过程。
3.3 遵循因材施教的原则
为了更好地提供实验教学效果，很多学校在进行实验的过程中，应用了虚拟现实技术，使得学生能更好地观察到实验的过程和结果。但是，不同的学生之间的学习能力和实验能力等等都存在较大的差距，因此在将虚拟现实技术应用到实验教学的过程中，需要遵循因材施教的原则，为此可以做到以下几点：第一，为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要对每个学生的学习情况进行了解，从而能够根据学生的学习能力和学习特点，应用不同的虚拟现实技术，更好地促进实验教学的开展；第二，在进行教学的过程中，需要尊重每个学生的思想，为学生提供相对自由的实验环境，从而能够给予学生充分的空间，发挥自身在实验教学中的积极性，以及对虚拟现实技术的兴趣，从而能够更好地促进虚拟现实技术在实验教学中的应用。
3.4 遵循开放性和创新性的原则
对于很多学校来讲，开展实验教学课程就是为了更好地让学生将理论知识运用到实践当中，从而能够更好地促进学生学习的开放性和创新性。因此，为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，也需要遵循开放性和创新性的原则，为此可以做到以下几点：第一，对于实验教学来讲，在进行实验的过程中，实验结果有着多种可能性，可能失败也可能成功，还可能出现很多未知的结果，因此在应用虚拟现实技术的过程中，遵循开放性的原则，对于每一种实验结果都进行大胆假设小心求证，而不是仅仅局限在教学内容中；第二，创新是实验教学的重要教学目标之一，通过培养学生的实践能力，从而能够为学生的创新能力打下良好的基础。因此，在将虚拟现实技术应用到实验教学的过程中，需要遵循创新性的原则，才能够更好地发散学生的思维，进一步提高学生的创新能力。
4 虚拟现实技术应用于实验教学的实践方法
4.1 熟练掌握虚拟现实技术在实验教学中的应用方法
为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要教师和学生熟练掌握虚拟现实技术的应用，为此可以做到以下几点：第一，对于实验教学中的学生进行集中培训，利用教学课程中的相关课时，对虚拟现实技术机器及其相关技术的应用方法进行相关的讲解，使得学生能够熟练操作相关的设备，确保实验教学课程的顺利开展；第二，学生和教师需要对实验教学进行相关的准备，例如：学生需要对实验教学课程中运用到的相关知识进行复习，教师需要对实验教学活动的开展进行备课，从而能够提前对实验教学进行演练，能够为将虚拟现实技术应用到实验教学中提供基础条件。
4.2 设计合理的实验教学过程
虚拟现实技术作为一种新的实验方法，开始应用于实验教学过程中，对于原有的实验教学步骤或者方法会产生一定的影响。因此，为了更好地将虚拟现实技术运用到实验教学中，需要设计合理的教学过程，为此可以做到以下几点：第一，教师需要对相关的实验教学内容进行分析和整合，从而寻找到适合运用虚拟现实技术的部分；另外，教师还需要合理安排运用虚拟现实技术进行实验的时间，从而确保实验教学能够在一定的课时内完成；第二，教师需要将在实验教学中用到的相关资料准备好，例如：对虚拟现实技术的操作资料、或者虚拟现实技术中用到的一些硬件或者软件等等，这样才能够保证学生在进行实验时，满足应用虚拟现实技术的条件。
4.3 参考其他成功的教学案例
为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，还需要参考其他成功的教学案例，为此可以做到以下几点：第一，虚拟现实技术在很多国外的实验教学中有着广泛的应用，所以可以参考国外一些实验教学的开展方式，从而能够学习如何将虚拟现实技术应用到实验教学中的方法；第二，在进行学习的过程中还需要结合学校以及教学内容，从而能够开展适合实验教学的虚拟现实技术应用方式，更好地确保虚拟现实技术在实验教学中的运用。
4.4 对虚拟现实技术在实验教学中的应用效果进行反馈
虚拟现实技术是一项新兴的技术，在实验教学时运用的过程中可能会存在很多不足的地方，因此为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要建立相关的应用效果反馈体系，为此可以做到以下几点：第一，教师应该对学生参与实验教学活动的结果进行反馈，不仅仅需要对实验教学内容和结果进行反馈，而且还需要对虚拟现实技术的应用给予相关的意见，从而能够促进虚拟现实技术的更好应用；第二，教师需要对相关的反馈结果进行收集，对于出现的集中问题给予关注，从而能够及时给予解决，确保虚拟现实技术在实验教学中的顺利应用。
5 小结
随着我国计算机技术及相关技术的发展，为虚拟现实技术的发展和应用提供了条件。因此，本文首先对虚拟现实技术的概念和特点进行了论述，进而提出了将虚拟现实技术应用于实验教学的相关原则，最后提出了将虚拟现实技术应用与实验教学的实践方法。相信，随着虚拟现实技术在实验教学中的良好运用，能够更好地提高实验教学效果。
参考文献：
[1] 方敏， 杨宝义， 汪蓉等. 虚拟现实技术在急危重症护理学实验教学中的应用[J]. 中华护理教育， 2015（11）.
[2] 张良力， 祝贺， 王斌. 基于虚拟现实技术的电气工程专业实验平台开发[J]. 实验技术与管理， 2015， 32（2）.
关键词：虚拟技术；仿真；测绘工程；实践教学
1常用虚拟技术
1.1虚拟仪器技术
虚拟仪器是基于计算机强大的数据存储、处理和显示能力，利用软件编程，模拟仪器各项功能，通过友好互动的图形界面让使用者在计算机上操作就像使用仪器操作一样。目前世界上最著名的3个虚拟仪器开发平台是LabWindows/CVI，Labview和HPVEE，也有学者利用3dmax，Unity3D等三维模型软件构建模拟三维虚拟仪器。
1.2虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它主要是利用计算生成所设定的三维立体虚拟环境或物体，使用人体感知技术将人类的思维、动作、感觉等经过三维交互设备与计算机交互反应，让人有身临其境的真实感觉。虚拟现实技术是现今仿真研究领域的前沿和热门，应用范围遍及各行各业。
1.3虚拟地理环境
虚拟地理环境是一类以地理特征、地理规律为本源，以地理感知、地理分析为目的，利用网络、计算机、虚拟现实等技术构建的开放式地理环境及空间［2］。虚拟地理环境技术涉及计算机、地理学、认知科学、GIS、RS、网络技术和虚拟现实技术，是对现实三维或四维地理环境的认知、抽象和模拟。
2虚拟技术测绘在实践教学中的应用形式
2.1虚拟测绘设备
测绘工程常用的仪器有全站仪、GPS接收机、水准仪、测距仪、平板仪等，种类繁多。不同厂家生产导致同种仪器型号众多。测绘仪器价格昂贵，动辄上千元，甚至上万元、几十万元。高校作为一个教学单位，很难在仪器上经常性地投入大笔资金。因此，采用虚拟仪器技术模拟各类物理仪器，学生可以通过计算机随时学习各类测绘仪器操作。通过虚拟测绘仪器实践教学，学生在接触物理仪器前，已经比较熟悉仪器操作，这样在实际操作物理仪器时就会避免不合理地操作，从而大幅减少仪器的损坏率。虚拟测绘仪器的制作可通过3种方式：（1）利用3dmax，Unity3D等三维建模软件模拟各类实体测绘仪器，生成测绘仪器三维模型，利用开发软件实现仪器模拟操作、语音告知等功能。这种方式最为简单，功能也最弱；（2）利用Labview虚拟仪器开发平台和计算机物理元件等，开发半软件、半物理的虚拟测绘仪器。这种方式较难，功能有所增强；（3）采用虚拟现实技术，利用虚拟设备，完全模拟测绘仪器操作过程。这种方式很难，真实性最强，功能也最多，使用者有最真实的感受。
2.2虚拟实习环境
测绘工程师经常会在野外工作，工作环境复杂，有城市、乡村，有山地、平原；工作任务也多样，有道路、桥梁，有地铁、煤矿等等。学生在大学学习过程中除了在校外实习基地能有简单的野外测绘机会，很难在毕业前经历多样的工作环境和工作任务。利用虚拟地理环境技术、GIS技术等，在计算机中构建各类三维地理环境和三维工作场所，让学生体验在复杂环境下如何进行项目测量，完整、真实地学习测绘项目。
2.3测绘工程虚拟仿真实验室
如果资金、技术和人才能够得到保证，建设测绘工程虚拟仿真实验室能从根本上改变测绘工程专业实践教学模式。测绘工程虚拟仿真实验室是利用虚拟教学技术开发的测绘工程项目实践模拟系统。从系统组成上，这个系统包括测绘工程虚拟现实应用开发平台、高性能图像生产及处理系统、虚拟三维显示系统、虚拟现实交互系统和集成应用控制系统。从内容上，这个系统包括仪器操作、各类工程项目实施、大地测量等。
3虚拟技术对实践教学模式的影响
3.1测绘工程专业传统实践教学模式
测绘工程专业的传统实践教学模式主要是围绕理论学习，以仪器操作为手段，建立起校内和校外实践教学体系。校内实习主要包括课内仪器操作和学期仪器操作，实习地点在高校校园内，其中，课内仪器操作是在教师讲授理论课后，按照课程教学安排仪器使用。校外实习是指在校外实习基地进行较长时间的仪器操作。传统的实践教学模式可以用“课上讲理论，课下将就练”来总结。测绘工程专业传统的实践教学模式是将实践教学环节从属于课堂理论教学，实践教学是为了配合理论教学，基本是属于解释型实践教学，是为了让学生更好地理解理论教学内容。另外，由于传统的实践教学主要是学生操作测绘仪器，但是由于测绘仪器较少，很难做到人手一台，且一个教师面对几十个学生，导致教师很难将实践教学内容传授给每一个学生，学生接触仪器的时间也很短，很难真正掌握实践教学内容。另外，测绘仪器价格较高，类型较多，学生很难接触到新款测绘仪器。学生由于操作不熟练导致仪器损坏，更加剧了仪器数和学生数的差距。这些都导致学生对仪器了解少，操作少，动手能力差。
3.2基于虚拟技术的新实践教学模式
基于虚拟技术的新实践教学模式是以实践为核心，理论教学围绕着实践展开，建立“虚拟实践教学+物理实践教学”教学模式。教师在课堂上利用虚拟技术讲授实践教学内容，并用理论解释，学生在课堂上既可以观看教师采用虚拟技术讲授的实践过程，也可以亲自动手模拟演练。在虚拟实践教学环节完成后，学生就可以操作真正的物理仪器，再一次熟悉实践过程。基于虚拟技术的新实践教学模式可以打破传统的实践教学无法课堂讲授的情况，把实践教学也搬到课堂上，让实践教学课上课下都可以进行，打破时间对实践教学的束缚。新实践教学模式也可以打破地域限制。由于场地和经费的限制，大学生很难接触到多样的工作环境和工作场景，通过虚拟技术，学生就可以在各类工作环境和工作场景中实习锻炼。新实践教学模式可以真正实现课程学习以实践教学为核心，激发学生的学习热情和主动性，提高学生的操作能力和实践能力，尽量避免“高分低能”现象的出现。
4结语
虚拟技术在测绘工程专业实践教学中的应用将会改变传统的测绘工程专业实践教学模式。它具有节省资金、更新快、全天候、全方位的特点，可以在很大程度上克服传统实践教学模式自身的缺陷，利用高新技术补齐高校传统教学模式在实践教学环节上的短板，具有很好的发展前景和利用价值。
参考文献
［1］王志新，张华，黎永明.虚拟技术及其应用［J］.上海理工大学学报，1998（1）：49-54.
[关键词]虚拟仿真技术 运动生理学 实验 立体化
[中图分类号]G712 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）06-0236-02
运动生理学主要是研究人体在体育活动和运动训练影响下机体在结构和机能方面的各种变化，探索人体在运动过程中机能变化的规律，以及形成和发展运动技能的生理学规律，探讨人体运动能力发展和完善的生理学机理，论证并确立各种科学的训练制度和训练方法。人体在体育活动和运动训练影响下机体机能变化的动态数据是运动生理学研究的重点和难点。因其变化的动态性和不易感知性，使学生学习起来特别抽象，难以理解。单纯的依据课本的数据进行比对，就更加没有说服力，极大增加了学生学习和掌握的难度。在运动生理学实验课堂上开展实验教学过程是增加降低理论学习难度，提高学生学习积极性的有效措施，但在目前的运动生理学实验教学过程中，由于受实验标本的采集与存放、试剂的调配与更新、实验器材的种类限制、教师预实验的准备、场所与时间限制和一些复杂设备的影响等，很多实验课开展的效果并不理想，学生获得的实验数据较少并且缺乏说服力，后期重复实验更是无法独立操作完成。很多大型实验由于没有时间准备预实验，教师操作的效果也不理想，开设运动生理学大型实验的成本较高，耗费人力、物力较大却收效甚微，使学生深刻理解运动生理学知识受到很大限制。
为了节约成本，很多学校就只开展几个传统型的简单实验，但是最新的理论知识和科学研究，学生就难以接触，且这几个实验由于脱离高端技术使学生难以对实验印象深刻。实验知识的匮乏也影响了学生独立感知，自主研究的积极性，理论应用起来更加捉襟见肘。因此，我们迫切需要一项技术既可以节省实验成本，提高实验成功率，又能使学生自主感知，自主钻研，使学生得到专业便捷的技能训练，虚拟仿真技术应运而生。他不但简化了实验课程准备工作，而且高速的数据处理库提高了实验的精确度和动态呈现机体对刺激反应的敏感度，大大激发了学生学习的兴趣，大量数据的多角度呈现，更加激起学生探索的欲望，可以说完美解决了运动生理学实验所必须的多项技术。
一、虚拟仿真技术简介
虚拟现实技术又称虚拟现实技术或模拟技术，就是通过计算机模拟技术将一个真实的系统在另一个占用空间比较小的、制作相对容易的虚拟系统中进行模仿实现真实人机对话体验的技术。随着计算机人工智能技术的不断进步和发展，虚拟仿真技术越来越精良并逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。人投入到这种环境中，立即有“身临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互，虚拟环境还能够实时地做出相应的反应。
虚拟仿真技术，是仿真技术与虚拟现实技术结合而产生的一种更高级的仿真技术。在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。
虚拟仿真实验系统的特点：首先虚拟实验系统的仿真引擎代替了实物，实验过程不再需要反复消耗标本和试剂，且实验结束不需要废料收集和处理，完美解决了传统实验过程中所缺乏的节能和环保处理；第二，学生做实验不再受到实验器材的限制，学生没有理解的实验允许反复操作，增强了学生动手动脑的实践能力，大型实验也省去了繁琐的准备过程，节约了教师的准备工作；第三，虚拟仿真技术因其技术的成熟性，允许学生自我提升与拓展，课本之外的实验，学生也可以自主钻研，不受材料限制，大大提高学生学习与思考的积极性。此外，虚拟仿真技术平台还为学生提供在线测评功能，网络化的学习模式，为学生自我巩固与提升提供了一个良好空间，抓住了学生学习的兴趣点。
二、运动生理学实验与虚拟仿真技术相结合
以前学校进行的运动生理学实验主要是通过课本理论的教授进行理论学习，然后再通过小白鼠、青蛙等动物进行实验验证，这种探究方法单一而且让学生很难完全信服。几乎所有运动生理学实验的理论，都来自观察动物在运动过程中的机能活动并对其因果关系的分析来实现。放到人体之后的结论显得单薄而且缺乏说服力。另外，由于人力及物力资源的种种限制，实验课本身课时较短，很多实验结果本身缺乏科学性和完整系统性，所以很多实验的结果与最终需要印证的结论相关性不符，做得有名无实。
近年来虚拟仿真技术的广泛应用大大提高了运动生理学实验的应用广度和深度，很多难以实现的实验技术经过模式过程之后学生可以真切地感受到学习起来更加容易，记忆也更加深刻。将虚拟仿真技术运用到运动生理学实验教学，是传统教育手段与现代教学技术的创造性结合。虚拟仿真技术的优点主要体现在：多媒体展示的集成性、人机交互的操作性、大容量存储的丰富性、高速传输的便捷性、超时空交流的共享性等。
虚拟仿真技术应用于实验可以分为三个阶段：一是初级阶段，即学生刚开始接触系统阶段，这个时期学生对虚拟仿真系统还比较陌生，很多的功能还不熟悉，教师需要对学生加以引导，根据学生的反馈对系统加以修改和调整，尽量达到彼此合作融洽；二是模块建立阶段，当学生对系统有了初步的了解之后，就需要根据教学的进度和学生学习的侧重点对系统里面的实验加以增减和调整，做到既能满足学生知识掌握，又可以达到能力提升效果，并将最前沿的知识嵌入实验模块，让学生一起走进实验室观摩也是很好的教学方式，观摩过程中学生对知识的理解和应用会更加深刻，让学生明白科学探索的过程其实就是知识应用的过程，这个过程真正存在并不是遥不可及，培养起多思考多动脑的习惯；三是模块应用阶段，即通过所学的知识，所做的实验，探究人体运动生理学知识的运用与开发，这个过程是一个开放的过程，根据每个人理解的不同，所能探索的结果也各有千秋，没有标准的答案，探索永无止境。
例如在学习“人体安静与运动过程中心率和动脉血压变化”课程时，单纯的文字说明和表格对比虽然可以使学生直观的看到数值的变化，但是体现在人体中的动态变化却很难发现和感受。通过查阅大量文献，进行总结归纳，并通过计算机辅助教学把实验课的内容搬到理论课上，经过文本、图片、动画、视频、仿真空间体验等几步的动态体感之后，让学生直观地观察到人体从静态到运动再到运动逐步加快的过程中心率和动脉血压的直观的、动态的、连续的变化过程，把实验的结论与学生的多种感官相互关联，把知识的传授过程由被动的灌输、被迫接受转化为学生自己总结、归纳、探索，使学习过程变得快乐且学生更加容易接受。运动的方法有好多种，速跑和慢跑是两种不同的运动方式，他所牵动的器官不同，达到的效果不同，学生为此进行了一次愉快的辩论，最终大家都为自己的观点鼓掌叫好。每种运动背后都包含着大量的科学知识，合理的运动就是最好的科学。
三、现状与前景展望
实验课一定要“重视学生在教学活动中的主体地位，充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性”，一门课程的学习，结果只是一方面，重视学生在实验过程中的参与度和知识获得过程，才是我们教学的目的。对于运动生理学的掌握我们完全可以直接告诉学生结果：做扩胸训练有助于增加肺活量，做引体向上可以锻炼背阔肌，仰卧起坐可以锻炼腹肌，等等，我们单纯的教授完毕对学生有什么效果呢？他的扩胸运动很到位，肺活量大有增加；他的引体向上很到位，却导致了肌肉拉伤；他的仰卧起坐连贯而有力，却导致脊柱受损……这种风险不仅对普通人是存在的，而且对那些经常锻炼的人亦然。现代人的养生观念很强，每个人都需要运动，但是运动也需要讲究技巧与方法，我们学习运动生理学的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完备的实验设备，解放了学生的思想，相应的研究过程中碰到的问题也就越多，为了满足学生探索的需求与我们日常面临的挑战，我们的路任重而道远。
随着人们对虚拟仿真技术的逐步完善，虚拟仿真技术的应用范围越来越广，下一步我们将搜集更多的文字、图片、音频、动画等素材，组建更多的虚拟仿真实验模型，让虚拟仿真技术更好地服务于运动生理学及各个学科的实验，尤其是以后更可以丰富中小学课堂的教学课堂。通过虚拟仿真技术的应用让学生处于一种多层次、多角度、立体化的学习空间中，直观真切地感受到外部因素变化对身体的影响，改善了学生对体育运动的理解形式，提高了运动生理学课程的趣味性，提高学生学习运动生理学实验的积极性，也提高了学习效率。虚拟仿真技术的广泛应用，必将使运动生理学迎来新的生机和活力，根据教师的指导得到更加专业的技能训练，使人们更加科学的通过体育训练，改善人体技能，提高身体素质。
四、小结
体育学科是一门理论与实践完美结合的基础学科，越来越受到学生及普通民众的欢迎。运动生理学作为体育科学的辅助学科也是一门非常重要的理论课程，他主要研究人体在体育活动和运动训练影响下机体的内部结构和机能的动态变化规律，进而探讨出完善人体运动能力发展的科学机理，指导人们科学准确的完成各种训练。虚拟仿真技术作为一门理论与科学结合的科学手段，极大地提高了运动生理学实验的可操作性和趣味性，满足了当前运动生理学实验的操作需求，可以加深学生对实验的认识，使学生通过丰富多彩的教学手段，多层次、多角度、立体化、真实化的得到专业便捷的技能训练，加深学生对实验内容的理解和巩固，提高学习的效率和应用的直观性，更加深刻地理解所研究的内容和意义，从而提高运动生理学实验课的应用效果。
【参考文献】
[1]张敬南，张谬钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013（12）：101-104.
[2]柯中炉，牟惠康，杨林生.以虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性的探索――以生化制药技术专业实践教学为例[J].中国职业技术教育，2009（05）：64-66.
【关键词】虚拟现实技术 发展现状 军事模拟环境
【中图分类号】TP399 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2010)05-0064-02
【Abstract】Virtual reality technology in recent years in various industry wide development of high-tech simulation. This article describes the virtual reality concept and development status, as well as in military simulation environment.
【Key words】Virtual Reality Development Military simulation environment
一、虚拟现实技术的定义
虚拟现实英文名为Virtual Reality,简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技,虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机生成的高技术模拟系统。利用电脑模拟产生的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、没有限制地观察三维空间内的事物。通俗的讲,虚拟现实技术就是运用电脑科技模拟现实世界,将现实中的物体或者事件通过计算机表达出来,进而达到可供人类学习、参考或者应用的目的。虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年,美国青年Morton Heilig,发明了实感全景仿真机开始,虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I,即Immersion沉浸感、Interaction交互性、Imagination思维构想性,作为虚拟现实技术最本质的特点,并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天,具有广泛的应用前景。
二、虚拟现实技术的发展现状
就目前虚拟现实技术的发展情况来看,其发源地美国无疑是世界上VR技术发展比较先进的国家,研究水平也基本上代表了国际水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。美国宇航局(NASA)的Ames实验室研究主要集中在以下方面:将数据手套工程化,使其成为可用性较高的产品;在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真;大量运用了面向座舱的飞行模拟技术;对哈勃太空望远镜的仿真。此外,英国和日本也是世界上虚拟技术发展比较迅速的国家。英国在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面在欧洲遥遥领先,日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位。而在我国,虚拟现实技术本身起步较晚,与先进的国家相比有一定的差距。但随着我国对虚拟现实技术重视程度加大,国内一些重点院校和科研机构,已积极投入到了这一领域的研究工作中。北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法;实现了分布式虚拟环境网络设计,可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境,用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究。2009年6月,第六届中国虚拟现实峰会在北京航空航天大学举行,来自全国虚拟现实理论、技术和应用领域的专家、艺术家以及企业家等400余人参加了会议。会议了一则消息:一个“虚拟太空港”近期将开工建设,预计一年多的时间可以建成。届时,游客能够以虚拟航天员的身份进入飞船,完成一次“真实”的太空旅行。这将是我国首个以航天为主题的虚拟现实体验馆,预计将落户北京市海淀区北京航天城西侧。由此可见,我国虚拟现实技术正在朝着更好的方向发展,在不久的将来,虚拟现实技术在人们日常生活和工作中将会起到更加重要的作用。
三、虚拟现实技术在军事模拟环境中的应用
在传统的军事训练中,我军习惯于进行大规模的军事实战演习,这不仅耗费人力物力,还存在实战性差,很难设计各种复杂多变的军事环境来指导部队的问题。虽然到目前为止,VR技术还不能够以最大限度发挥优越性,但是在军事领域,它的应用已越来越广泛,在提高军队训练质量、节省训练经费;缩短武器装备的研制周期;提高指挥决策水平等方面都发挥了极其重要的作用。
1.单兵模拟训练
采用VR技术能够构建与实际武器装备几乎一致的模拟系统来对武器操作人员进行培训。这些模拟器不仅能够用来培训新的战斗机飞行员,坦克、火炮、导弹操作人员和其他军事人员,还可以用来锻炼各类熟练的武器操作人员在各类危险环境下的快速反应能力、心理承受能力和熟悉可能要参与实战的作战环境等。更为重要的是它还可以采用实战中飞行员需要飞行的真实地理环境数据生成虚拟作战环境,对飞行员进行实战前的培训。
2.模拟战场训练
诸军种联合虚拟演习建立一个“虚拟战场”,使参战双方同处其中,根据虚拟环境中的各种情况及其变化,实行“真实的”对抗演习。在这样的虚拟作战环境中,可以使众多军事单位参与到作战模拟来中,而且不受地域的限制,可以大大提高战役训练的效益;还可以评估武器系统的总体性能,启发新的作战思想。虚拟军事演习系统可以任意增加联合演习的次数,这样便于作战方案与理论的研究。传统的实兵演习周期长、耗费大,如果借助虚拟军事演习系统进行训练,就可以较小的代价、较短的时间实施大规模战区、战略级演习,并可通过多次演习或一次演习多种方案,发现、解决实战中可能出现的问题。
3.模拟武器装备研制
在武器装备研制的过程中,广泛采用VR技术可以使设计研发人员在研制出真实系统之前,先设计一个虚拟武器系统,对其进行先期的虚拟实验,并根据未来战争的特点和各种作战设想,设置多种典型战场环境、作战背景进行反复验证评估;还可以让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作虚拟的武器系统,充分利用系统提供的各种虚拟环境,检验武器系统的设计方案和战技术性能指标及其操作的合理性。这样不仅可以大大缩短武器系统的研制周期,节省大量的研制经费,并能对武器系统的作战效能进行合理评估,从而使武器的性能指标更接近实战要求。
综上所述,虚拟现实技术已在现实的军事训练中发挥出一定的作用,但是就虚拟现实技术发展的实际情况而言,还有很多需要发展的空间,而我国的VR技术同世界发达国家相比仍存在着一定的差距,这将是今后各级科研人员及计算机技术工作者需要努力的方向之一。
参考文献
