摘要：為了順應虛擬現實在教育領域的必然發展趨勢，提出了基于HTC Vive的教學軟件開發，而開發過程的核心就是交互技術的實現，通過對交互設備的分析，從輸入設備和輸出設備兩個方面來進行交互技術的詳細研究，并通過交互技術在教學軟件開發中提供的理論和技術支持來闡述虛擬現實環境下教學軟件開發的必要性與科學性

　　關鍵詞：虛擬現實；反饋；交互；用戶界面；教學軟件

　　中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0086-03

　　Abstract： In order to conform to the inevitable trend of the development of virtual reality in the field of education， the development of teaching software Based on Vive is put forward， realizing interactive technology is the core of the development process. By analysis of interactive devices， a detailed study of the interactive technology from two aspects of input and output devices is commissioned， and with the support of theory and technology of interactive technology in teaching software development， expounding the necessity and scientificalness of the development of teaching software in virtual reality environment.

　　Key words： virtual reality； feedback； interaction； user interface； teaching software

　　虛擬現實的出現使得教育手段更加完善，教學環境逐步趨于虛擬化，教學與虛擬現實的結合為教育教學開辟了新的領域，教學方法也更加具備科學性和真實性。如今虛擬現實的迅速發展，無疑將開啟一種新的教學模式——身臨其境的教學模式，相比傳統實驗室教學更

　　具備安全性，相比傳統的情景式教學更具備情境性。HTC Vive教學軟件的開發核心是真實的交互體驗，交互技術的實現對于教學效果的體現是成正比的。HTC Vive是基于PC端的，所以交互技術是從輸入和輸出設備兩方面來體現。

　　1 VR中的輸入輸出設備

　　一個完整的虛擬現實教學軟件系統包括五個部分：虛擬學習場景、計算機、VR教學軟件、輸入設備和輸出設備。所以教學中的交互必須在這幾個部分中實現，虛擬頭顯的操作基本已經脫離鼠標和鍵盤的操作，依靠的是手柄、游戲桿或遙控器等媒介來實現，我們與虛擬世界的連接點在于頭顯中的視屏和手柄設備，也就是輸入設備和輸出設備，對于計算機和虛擬世界并沒有直接聯系，VR軟件作為一個媒介連接電腦與設備，所以交互技術最終要實現在輸入與輸出設備上，輸入設備的交互實現主要是通過對設備的觸摸、移動和按壓等，輸出設備的交互實現主要體現在聲音反饋和震動反饋等。因此，交互技術的開發主要圍繞這兩個部分來展開。一個完整的虛擬現實學習系統如下圖：

　　1.1 輸出設備

　　交互最終的效果體現在對使用者五官的刺激上，基于輸出設備的交互方式大多通過聽覺來實現，目前為止，只有極少數的虛擬現實設備能夠實現對嗅覺與特殊觸覺的刺激。這種基于輸出設備交互技術在教學中的較為簡單的體現就是聲音與震動的反饋。

　　1.1.1 聲音反饋

　　HTC Vive交互中聲音的反饋來自于電腦的聲卡的輸出功能，外接耳機與音響就是將聲卡的輸出功能具體化，聲音反饋本質上就是一種交互，是人作用于虛擬世界后產生的效果以聲音的形式展現出來。這種交互形式相對簡單，也是我們平時最為常見的一種交互形式。

　　1.1.2 震動反饋

　　震動反饋看似復雜，但是對于程序的編寫人員來說實現卻相當容易，引入VRTK工具包就可通過簡單的'設置震動的Strength（強度）、duration（持續時間）以及pulseInterval（震動間隔）來調節震動反饋的效果，強度的范圍一般為0-3999，所以在不同的場景中，震動的反饋方式可以實現多樣化，以呈現出更逼近真實的體驗。這種震動反饋也只是簡單的觸覺體驗，而對于在特殊場景下產生的特殊觸覺卻依舊無法實現。這種震動反饋可應用于教學開發中的直接傳遞給學習者的一種實質性提示。

　　1.2 輸入設備

　　傳統的基于移動端或PC端的教學軟件交互主要是通過鍵鼠和屏幕操作來實現，而HTC Vive依賴于輸入設備的交互形式主要是通過對輸入設備的觸摸和按壓等，并且HTC Vive虛擬現實設備可通過一種激光定位的形式將捕捉到的動作轉換為數據錄入電腦，然后通過分析數據將動作在虛擬世界中再現從而實現一種交互，這種交互技術在x-box和一些電視一體游戲機中也有過一定的體現。

　　輸入設備是教學軟件中交互技術的主要載體，基于HTC Vive的輸入設備主要包括激光定位器，頭戴顯示器和手柄，手柄作為虛擬現實交互的主要媒介也是交互技術開發的重中之重。

　　2 VR教學軟件中的交互技術

　　虛擬現實促使教學模式發生改變，交互技術的支持突破了傳統的教師掌握課堂模式，學生主動進行學習，有利于創新思維和能力的開發。幾種友好的UI界面和立體展示的接近真實的學習環境很大程度上提升了學生學習興趣，進而提高學習效率。endprint

　　2.1 激光定位技術

　　HTC Vive虛擬現實設備中自帶有激光定位器，通過定位器我們可以直接實現場景內外漫游的同步，用戶可以很容易實現兩種漫游模式，站立式與房間模式，但 HTC Vive激光定位器的內部設計較為復雜，在2016-2017年間，加利福尼亞大學戴維斯分校的一名虛擬現實研究人員Oliver Kreylos詳細的分析了HTC Vive的激光定位器，這篇分析涉及了定位器的更新頻率與延遲、跟蹤抖動、慣性定位推算、漂移校正以及準確度等幾個方面，這對于Vive開發人員可以說是非常好的一件事，盡量降低不必要的誤差，提高準確率，實現高效率、高精確度、高仿真的交互。這種室內動作和定位的技術對于虛擬實驗室這類區域性教學軟件的開發有著突破性的價值。

　　實驗室教學活動的重要組成部分，親身實驗的效果遠比單純的理論教學更有說服力，并且能夠產生更好的學習效果。但是教學實驗的時間、空間問題矛盾較為突出。昂貴的設備和實驗材料經費是主要矛盾，而基于HTC Vive的虛擬現實實驗很好地避免了這個問題，時間不限，足不出戶便可實驗。同時生物和化學方面的實驗危險性也是極其突出的矛盾，而交互技術支持下的虛擬現實實驗將沒有任何危險性，但是又與現實實驗有接近同樣的體驗。