VR虛擬現(xiàn)實技術對現(xiàn)代化科技館的作用

楊治國

【摘 要】Vitual Reality，虛擬現(xiàn)實，是利用計算設備模擬產生一個三維的虛擬世界，虛擬現(xiàn)實技術研究和開發(fā)源于20世紀60年代，計算機圖形學、人機接口技術、圖像處理與模式識別、多傳感技術、語音處理與音響技術、高性能計算機系統(tǒng)、人工智能等，為體驗者提供一個關于視覺、聽覺、肢體感覺等感官的模擬，有十足的“沉浸感”與“身臨其境感”。

【關鍵詞】VR；身臨其境；虛擬世界

1 什么是VR虛擬現(xiàn)實技術與科技館結合

隨著現(xiàn)代科技館的發(fā)展，傳統(tǒng)的信息技術已經滿足不了科技館傳播知識的需要。就以普通的虛擬動畫漫游為例子，VR游戲越來越多，那么什么是VR呢，VR虛擬現(xiàn)實技術（Virtul Reality，簡稱VR）定義：亦稱“靈境”、“幻真”是近年來出現(xiàn)的高新技術，也稱靈境技術（又稱虛擬現(xiàn)實技術）或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時地，沒有限制地觀察三度空間內的事物。假設一個人在家通過VR設備打開科技館的網站，進入一個虛擬的科技館，屆時會彈出3D環(huán)境模型，并且可以360度旋轉，仿佛真正走到科技館的展廳中，讓觀眾從所有的角度觀察展廳的細節(jié)；還可以靠近某一件展品，并通過傳感遙控器點擊展品開關，觀看該展品所展示的科學內容以及這一內容是如何被演示的。觀眾所有的操作都依靠手勢來完成。該設備上的傳感器能識別用戶用手指發(fā)出的各種命令。VR虛擬現(xiàn)實技術就是通過 數(shù)字化現(xiàn)實+虛擬數(shù)字畫面提供給觀眾身臨其境的感受。

VR虛擬現(xiàn)實環(huán)境與科技館真實環(huán)境結合通過以下三點來實現(xiàn)。

第一點：沉浸體驗性。

VR虛擬技術是以計算機為依托并結合音響與傳感器生成的一個身臨其境的虛擬環(huán)境，讓參與者“幻真感受”，讓其視覺、感覺、嗅覺等沉浸在虛幻的世界，體驗虛擬環(huán)境所有的一切。這種“幻真感受”體驗是多方面的，參與者可以全方位沉浸這虛幻世界中，這就是VR虛擬現(xiàn)實技術的首要功能，參與者能從自己的視點出發(fā)，使用自身本能和一些外部輔助設備對VR生成的虛擬世界進行瀏覽和交互體驗。所謂沉浸感（Immersion），即身臨其境的參與感。通常，科技館的球幕影院和4D影院就是沉浸感技術的代表。

第二點：體驗交互性。

實際上，我們看到的VR并不是一個靜態(tài)環(huán)境而是一個動態(tài)并且開放的環(huán)境，這一環(huán)境的實現(xiàn)往往需要一些周邊設備和傳感器裝置。例如吉林省科技館真車模擬駕駛就通過6個自由度平臺加上奔騰B50真車上的電子傳感器，再結合計算機上的VR系統(tǒng)，體驗者只需要進入車內并帶上VR眼鏡，就可以進行仿真車駕駛，還能夠完成日常駕駛的所有操作。例如超車、漂移、走盤山路、環(huán)境惡劣路面駕駛等，這些都可以真實再現(xiàn)。在科技館里，常規(guī)大型展品，如地震避險、太空漫游、虛擬滑雪、虛擬足球、虛擬戰(zhàn)爭游戲、模擬駕駛、虛擬風暴等，這些都可以連接上述設備配合著VR游戲軟件就可以實現(xiàn)仿真互動。常規(guī)展項展出需要很大占地面積的展品都可以通過VR技術連同輔助設備來實現(xiàn)，從而形成占地面積小、展示新穎、互動性強的新型體驗模式。

第三點：VR思維性。

VR虛擬設計可以體現(xiàn)在科技館內關于工程、軍事、航空航天、航海等方面展品的展示。例如，青少年可以通過VR虛擬設計，設計一棟自己蓋的大樓。首先選擇相應的插件，由于插件上安有傳感器，計算機能夠識別所選內容，然后，通過操控桿操控虛擬畫面中的吊車，身臨其境的感受到自己真的在一個大型施工現(xiàn)場，建一個自己設計的大樓，最終，還可以通過VR界面看到自己的設計。類似吉林省科技館兒童展區(qū)展品“小小建筑師”。航海方面，通過數(shù)據(jù)手套自己組裝一個船，組裝好的船有儀表盤、舵、螺旋槳，組裝成功后可以出海航行，通過操縱桿、舵、油門，再配上周邊的風和水，虛擬出航海的場景，讓參與者身臨其境感受到航海的樂趣。類似吉林省科技館水路交通展區(qū)展品“船的模擬駕駛”。

2 Internet與VR技術的結合對科技館虛擬場館建設的影響

現(xiàn)代人越來越多擁有智能手機和現(xiàn)代信息工具，Internet互聯(lián)網已經成為現(xiàn)代人不可缺少的生活方式?，F(xiàn)代科技館也漸漸跟現(xiàn)代信息接軌，利用Internet與VR虛擬現(xiàn)實技術，把科技館展品和一些科學原理展現(xiàn)給觀眾。網絡虛擬場館的構建平臺的構架涉及很多關鍵技術，其中3D場景建模是系統(tǒng)基礎和實現(xiàn)的關鍵點。傳統(tǒng)模式從場景修訂、個性化定制、擴展內容方面存在不足，例如，研發(fā)齒輪機械傳動這項展品，要讓每個齒輪按照事先設計好的形態(tài)運動起來，需要多次的更改，設計，磨合，試驗，這一過程將耗費大量的人力物力。而此時，VR虛擬現(xiàn)實技術就起到作用了，用VR設計實現(xiàn)自己的想法，虛擬出齒輪和齒輪的咬合，再模擬出主動輪帶動從動輪的運動過程，一次性設計出合理的展品。相比拿實物來進行的研究制作，VR設計會避免在實物研制過程中，齒輪發(fā)生卡死或是磨損的情況，降低在研發(fā)過程中因材料損耗而增加的成本。新的VR虛擬現(xiàn)實建立模型程序擁有巨大優(yōu)勢，填補了傳統(tǒng)模式的不足，應用前景廣闊。新型虛擬現(xiàn)實技術結合科技館，通過虛擬場景模型語言 X-VRML建立構架科技館模型，并建立虛擬展品模型，讓觀眾通過APP或是網站進行交互體驗展品以及場館內漫游等。虛擬現(xiàn)實科技館通過VRML建設，其中內容可以涵蓋虛擬電子導覽、智能電子講解系統(tǒng)、智能展項體驗系統(tǒng)。觀眾可以通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，仿真暢游科技館，帶上VR虛擬現(xiàn)實眼鏡時，就可以通過手拿控制器遙控VR場景中行走的速度，進行館內虛擬參觀。當走到相應展廳和相對應展品附近時，通過遙控器開關點擊，就有語音對其展品進行講解。針對體驗性展品，可以通過手中遙控，伴隨著手和身體運動進行仿真展品互動體驗，同時還有語音對其展品介紹。

3 VR在科技館科普實驗的重要作用

在現(xiàn)實的科普教育活動里，每當科技館在演示和組織科普實驗時候，都是科技館的老師在前面演示，同學們在下面觀看。但是，常常有一些實驗是在館內完成不了的，比如一些帶有危險性的和需要專業(yè)人員演示的實驗，這種情況下，科普實驗在一定程度上就受到了限制。我們通過VR虛擬現(xiàn)實技術就能夠改變這種局限性，我們可以利用VR虛擬現(xiàn)實技術來做每一個實驗，在虛擬仿真環(huán)境中不但可以完成實驗，并且還能夠參與互動，這同樣也適用于一些需要大型場地的實驗。舉個例子，一個滾開的油鍋，將裝有鍋三分之一的冰凍大蝦放入鍋內，會是什么反應？是大蝦被滾開油鍋炸熟？還是什么事情都不會發(fā)生？或者油會噴射出來著火？這種高危實驗就不合適在場館制作，但是通過VR技術就能得到實驗結果。VR技術不僅可以利用館內設備進行體驗，用戶也可以自己購買平時娛樂的VR裝備，來科技館網站進行下載或是在線體驗活動，這樣就大大提高了科技館展品線上和線下的利用率，在科學實驗上，節(jié)約一些成本，并演示更多科學實驗。

4 結語

現(xiàn)代信息網絡出現(xiàn)的“互聯(lián)網+”和“+互聯(lián)網”都是社會進步表現(xiàn)。手機移動終端與移動終端VR設備，無疑代表著現(xiàn)代信息技術的進步?？萍拣^也要與時俱進，不能停留在傳統(tǒng)的“打開門等觀眾上門”的方式中。VR虛擬現(xiàn)實技術就提供了讓觀眾來與不來科技館都能體驗到科技館展品的機會。VR虛擬現(xiàn)實技術在科技館中的應用不僅是在展品展示和電子導覽上，還體現(xiàn)在科學表演和展品研發(fā)上，尤其體現(xiàn)在實驗失敗和展品研發(fā)調試的損耗中，能夠降低成本。VR虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代科技館的應用，是需要我們一步一步探索和研究的新課題，這項新的技術也會在未來科技館發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。

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