虚拟现实技术在杰普逊航图教学中的应用.doc

虚拟现实技术在杰普逊航图教学中的应用 虚拟现实技术(Virtual Reality, 简称VR) 是应用计算机生成一种模拟环境,它具有沉浸( Immersion) 、交互( Interactivity) 、构想( Imagination)基本特征,在杰普逊航图教学中具有一定应用优势。 1 引言 随着全球民航业的发展，杰普逊航图在全球飞行领域内已得到广泛应用。杰普逊公司在为航空公司提供准时、精确和完整飞行资料的同时，在飞行、航务运行信息管理和控制技术方面也积累了丰富的经验，满足了飞行安全和航空公司高效运作方面的需要。杰普逊航图的设计和出版，在全球所占的市场份额已超过80%，而在中国的市场份额（国际航线）更是达到了100%。熟悉并正确使用杰普逊航图已经成为确保飞行安全的关键条件。 杰普逊航图是世界民用航空领域的空中航行的导航图。因杰普逊航图采用英语图面信息的标注和说明，包含大量的缩简语和特有符号1，并且在航图的背后还隐藏了很多程序设计的相关知识，并且知识量很大，为了帮助航空人员提高对杰普逊航图的认知能力，促进航空安全水平的进一步提高，所以，我在教学中进行大胆的尝试，经过多年的教学，发觉利用虚拟现实技术开发的教学手段，能帮助学生更好的掌握杰普逊航图的相关知识。 2 虚拟现实技术的基本特征 虚拟现实技术 (Virtual Reality，简称 VR )是应用计算机生成的一种模拟环境 ，也称虚拟环境 (Virtual Environment,简称 VE)，是通过各种传感设备使用户“投入 ”到环境中 ，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学 ，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息 ，通过视、听、触觉等作用于使用者 ，对使用者的控制行为做出动态的交互反应2。 任何一个虚拟现实系统都可以用三个“ I ”来描述其特性 ，这就是“沉浸 ( Immersion ) ”、“交互 ( Interactivity) ”、“构想 ( Imagination) ”。这三个“ I ”反映了虚拟现实系统的关键特性 ，就是系统与人的充分交互 ，它强调人在虚拟现实环境中的主导作用 ，并由此来区分相邻技术 , 如多媒体技术、科学计算可视化技术2。 (1)沉浸性虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点 ，由计算机产生逼真的三维立体图像 ，使用者与计算机通过自然的交互方式 ，完全沉浸在计算机所营造的虚拟环境中。 (2)交互性虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互 ，是指 VR系统区别于传统三维动画的特征 ，使用者不再是被动地接受信息或者旁观 ，而是能够使用交互输入设备操纵虚拟物体 ，改变虚拟世界。 (3)构想性由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置。因此 ，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知 ，从而达到身临其境的感受。 3 虚拟现实技术在杰普逊航图教学中的应用 3.1 知识学习 知识学习是指学生利用虚拟现实系统学习各种知识。它的应用有两个方面 一是再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程 ，为学生提供生动、逼真的感性学习材料 ，帮助学生解决学习中的知识难点。例如，在学习杰普逊航图时，可以通过虚拟现实系统 ，将学生带到实际飞行的环境中去，通过对航图符号的认识，从而辨别自己在什么位置 ，应该往什么地方去飞。二是使抽象的概念、理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解，例如 ，在学习航图时，对一些杰普逊航图中比较抽象的飞行程序概念时 ，通过虚拟演示 ，让学生观察 ，使学生加深对该程序的理解，为今后做飞行准备。 3.2 虚拟实验 利用虚拟现实技术 ，还可以建立各种虚拟实验室 ，如航路图、进场图，进近图等 ，在“实验室 ”里 ，学生可以自由地做各种飞行准备的实验 ，可以做一次完整飞行的一次模拟准备，可以做起飞前如何通过杰普逊航图做飞行前的准备，以及还可以做在飞行时实施中如何做飞行计划，如何将航图中的数据输入到飞行管理系统中去 ，让学生对航图的理解有个非常好的感性认识，这样也有助于学生对今后的整个飞行有个非常好的认识。 3.3 技能训练 虚拟现实的沉浸性和交互性 ,使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色 ,全身心地投入到学习环境中去, 这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术,可以做各种各样的杰普逊航图技能训练。例如,在航路图、进近图的学习中,可以对航图符号认识学习,还可以制定各种飞行计划等。可以让学生通过各种各样的模拟飞行环境学习,掌握目视飞行、仪表飞行中杰普逊航图各种符号的认识和对各种飞行程序的理解。 4 具体的应用 杰普逊航图教学中的常用虚拟现实技术有QTVR、VRML、Cult3D Viewpoint和PCATD 等。QTVR 的基本特点是能够实现对一个物体或空间进行360°全景观察 3 。与传统虚拟现实技术相比,QTVR不需要特殊的硬件和附属设备在普通的PC机或Mac2 intosh机上即可实现虚拟现实的效果。VRML采用基于几何模型的实时建模和动态显示方法,适用于构造虚拟三维环境, 但对于表达现实世界的真实场景和物体则略感不足。VRML 技术实现了既可用于课堂教学, 又可用于学习者通过网络和通用的浏览器自学、复习。Cult3D 和Viewpoint都是网络VR技术,所产生的文件数据量小, 动态显示图像质量好, 特别适合于在网络上表达3D对象4-5。通过利用虚拟现实技术来对杰普逊航图相关知识培训，能够使学生正确容易释读和理解杰普逊航图符号和飞行程序，熟悉杰普逊航图和杰普逊导航数据库之间的关系；通过上机练习，加深对杰普逊航图的理解。 第 5 页