基于VR 的虚拟实验室的研究现状及发展趋势*

王可为，吴晓康，郭天太，孔 明

（中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018）

随着我国高校在校生人数的不断增多、高校对实验室建设的日益重视及教育改革的不断深入，实验室的建立对各大高校与科研单位有着越来越重要的意义。传统实验室具有占地面积大、投入成本高等缺点。例如，开设一门仅4～6 课时的化纤纺丝课程，若建立传统实验室，占地面积50 m2以上，新购设备至少需花费100 万元，每次实验原料耗材需花费上千元[1]，这对许多地方高校来说是很难承受的。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，将虚拟现实技术引入到实验教学中而形成的虚拟现实实验室日益受到人们的关注。

1 基于VR 的虚拟实验室概述

在目前的文献中，“虚拟实验室”一词使用广泛，但其所指差别较大。根据虚拟对象的不同，虚拟实验室可大致分为两类：基于虚拟仪器（Virtual Instrument, VI） 的虚拟实验室和基于虚拟现实（Virtual Reality,VR） 的虚拟实验室[2]。其中，基于VI 的虚拟实验室由数据采集和仪器操作技术实现，是用软件组建并生成特定的、与传统电子仪器功能类似的虚拟仪器，通过硬件进行数据采集并将数据分析结果显示出来的虚拟实验室。本文重点讨论基于VR 的虚拟实验室。

虚拟实验室（Virtual Laboratory）一词在1989 年由弗吉尼亚大学的威廉·沃尔夫教授提出。他认为虚拟实验室是由科研人员创建，具备沉浸感的电子化、网络化且交互性强的虚拟人工环境[3]。可见，这一概念的提出与VR 有密切关系。1995 年5 月，联合国教科文组织（UNESCO） 将虚拟实验室定义为：为实现实验室远程协作、科学研究与其他高科技活动，通过信息技术和通讯技术产生结果或结论的虚拟工作室[4]。……