一万物初生:混沌的“泥巴”时代
MUD的历史(大长篇)
MUD的全称是Multiple User Dimension(多用户层面),也有人称为 Multiple User Dungeon(多用户"地牢"),或者Multiple User Dialogue(多用户对话)。它还被称为MUSE或多用户模拟的环境,即Multiple User Simulated Enviroment,是很多用户参与活动的一种计算机程序。正如对其缩写名称的不同解释所指出的那样,MUD实际上是一种非常广义的说法,是代表所有交互作用环境的通用术语,其它的名称还有MOO, MUSH, MUCK, TinyMUD, AberMUD等等。这些名称根据构成共享环境基础的软件的不同而变化。虽然MUD可以采取多种形式,但大多数的Mud通常以游戏的形式来体现。因为对交互网络中人际的交往来讲,采用游戏的形式跟贴近人性,更有趣,更容易吸引用户。大部分MUD是通过Telnet来连接参与的,也有很多MUD通过WWW来连接参与。由此可知,MUD当然是和网络技术紧密地结合在一起的。在虚拟现实(VR)技术出现后,可以用VR技术对MUD进行改造。这正是现在MUD制作的热点,但实现上也还有很多很多事情要做的。
MUD的发展简史
在70年代后期和80年代早期,在Internet的起步阶段,就已经有很多人注意到连网可以在游戏方面带给人以前从未有过的乐趣。初期的连网游戏都很简单,例如早期的一种称为"探险"(Adventure)的游戏。在这个游戏中,他们可以在一个洞穴中漫游,解决遇到的问题,与洞穴中的各种生物进行交往。这实际上就是Mud的雏形。再往后,比较有名的有"地牢和大龙"(Dungeons and Dragons)游戏,或其它的幻想角色游戏。
从历史的角度看,MUD是从Es***大学(英国)的Richard Bartle和Roy Trubshaw在80年代早期所从事的一项人工智能(AI)实验演变而来的。编写于 1979-1980年的MUDI被普遍认为是第一个MUD。这项实验的目的之一是判断是否可以开发出一个程序,它能以合适的环境响应来应答多个用户的动作。例如,假如用户将一只花瓶掉在了地上,该程序是否根据地板的材料或随机可能性,判断出该花瓶是否会被摔碎?MUD这一名称来自于Bartle在英国电讯(British Telecom)系统上运行的一个商业性的MUD(其格言是:"没有使用过MUD就不算真正地生活过!")。
像大部分其它充满魅力的概念一样,这种思想在学生当中迅速流传开来,许多新的和经过改善的MUD式程序很快出现在欧洲的学术网络上。大部分程序拥有相关的公告牌系统,以便进行社会交往。由于当时只有少量的UseNet信息,在英国获得这些信息也非常困难,而且英国的JaNet网络(美国BitNet的姊妹网)不支持FTP或Telnet实现远程登录,因此在充足的Internet出现之前,MUD就成了计算机迷们进行社交活动的主要工具。大约在1988年前后,各种MUD变体越过大西洋,在美国迅速普及开来。它们成了大型网络团体的核心,仅与传统的计算机迷们有一些松散的联系。MUD(TinyMUD及变体)的发展形成了第二次高潮,这些游戏的重点集中在社会交往、难解的问题、构造相互协作的世界等方面,而不是打斗和竞争。
中国的泥潭发展简史
MUD进入中国大陆是最近几年的事情。在此之前,发展比较完善的是台湾的各种MUD类型,台湾的MUD种类比较贴近西方,故事情节和背景多以神话故事为主线,而且种类涉及tinyMUD,DiKuMUD,LPMUD等多种类型。台湾的MUD全部使用英文或者繁体码,这成为MUD引进大陆的严重障碍,而且,大陆的internet在早期并不发达,还不构成MUD发展的网络背景和硬件基础。直到1995年,中科院的NCFC网络建成后,在中科院的网内开始流传一个台湾MUD的简体中文版-"新东方故事2",简称ES2。
这是MUD进入中国大陆的第一步,这一步是非常关键的一步。
首先ES2是一个标准的LPMUD,LPMUD是最复杂的 MUD,属于多人角色扮演类游戏,支持LPMUD的操作系统MUDOS是发展最完善MUD操作系统,基于MUDOS有一套非常完整的语言系统LPC(LPMUD的C语言)。这样在一开始,大陆的MUD就有一个比较高的软件起点,以后大陆的所有MUD都是 LPMUD,开发全部基于MUDOS支持的LPC(直到最近,才陆续有一些其他类型的 MUD被部分汉化引进大陆,比如TinyMUD和DiKuMUD等)。其次ES2是一个不同于台湾其他类型MUD的武侠MUD,台湾的MUD接近于西方,游戏中采用神话和魔法故事作为背景,这种类型的MUD本身就不太容易被大陆人接受。而武侠恰恰是中国文化的传统,用文字展示的武侠MUD世界正好使MUD能发挥它的全部特色。所以,ES2一被引进大陆,就出现了无数的变体。比较典型的有"侠客行","西游记","风云"等。这些类型的MUD全部是在ES2的基础上发展而来的。 ES2由于是从台湾MUD中转移过来,所以依然残留了西方MUD的特色,如存在魔法和神话故事。在以后的变体中,虽然有些是以金庸的武侠小说为故事背景,但基本上都保留了这些非武侠类的情节。所以,目前大陆的MUD建设者们都在力图跳出ES2的影子,致力于开发纯中国化的武侠MUD。
二创世初始:国内网游的兴起
与世界各国一样,中国网络游戏的历史发源于文字MUD。中国玩家开始玩文字MUD的时间已经很难查考,大约是上个世纪九十年代早期。那时的文字MUD已经具有了与现在的网络游戏相同的本质特点--人与人之间通过网络的互动。就跟文字MUD的视觉效果一样,这时候的中国网络游戏状况是黑乎乎的一片混沌,可以称之为中国网络游戏的"史前时代"。
中国的玩家们在MUD这段"网络泥巴"路上摸黑爬行了几年之后,一批古老的棋牌运动经过"现代化"改造,加入了网络游戏的行列。1998年6月的某一天,鲍岳桥、简晶、王建华在网上苦苦等待联众游戏的第一位用户的时候,他们并没有意识到,一个新的纪元正在到来。其后一年,简易图形MUD游戏--《笑傲江湖之精忠报国》将中国文字MUD的水平提升了一步。稍后,国内一批MUD玩家开始架设UO(网络创世纪)的模拟服务器,国人第一次接触到了网络图形RPG游戏。联众游戏、笑傲江湖、UO模拟游戏的出现奠定了整个中国网络游戏发展的基石。这段时间可以称之为中国网络游戏的"创世时代"。
接着就到了公元2000年,一个全世界互联网行业疯狂膨胀的年代,但也是中国网络游戏行业挖到第一桶金的年代--可以称之为中国网络游戏的"淘金时代"。首先是《笑傲江湖之精忠报国》的开发小组获得了海虹集团强大的资本支持。然后《万王之王》以第一款真正意义上的中文网络图形网络游戏的身份正式推出并取得了成功。《网络三国》前后脚进入中国大路市场也获得成功。最后是联众世界,2001年5月,以17万人同时在线、约2000万注册用户的用户规模轻松超过战网、微软游戏地带、雅虎游戏社区等网络游戏列强而成为世界最大的游戏网站,为中国网络游戏的"淘金时代"作了一个恰如其分的注解。
2001年,中国网络游戏市场的巨大潜力已经为各方所认识,各大公司和集团纷纷介入这一领域。此时的中国网络游戏市场具有以下几个显著特点:
1.“大者通吃”。在大多数的市场领域,排名前几位的公司(产品)数量通常都不到市场上公司(产品)总数的20%,但却占有市场份额的80%,这就是大者通吃的市场规律--网络游戏市场也一样,海外市场如此,国内市场也如此。
中国最老资格的网络游戏《联众世界》以同时在线27万人、注册用户超过3000万的过硬指标雄踞国内网络游戏榜首,遥遥领先于任何竞争对手,成为中国网络游戏市场上第一方阵的唯一一员。实际上,《联众世界》不仅在国内,而且在世界范围内也是用户最多的网络游戏。中国网络游戏第二方阵的成员有《传奇》、《魔力宝贝》、《石器时代》、《千年》、《金庸群侠传Online》等五款网络游戏大作。第一与第二方阵的网络游戏产品数量仅占2001年中国网络游戏市场上产品总数的15%左右,但是其用户数量却占全部网络游戏用户的85%以上。
在2000年,国内网络游戏的中坚是《联众世界》、《万王之王》、《网络三国》、《笑傲江湖之精忠报国》等4款网络游戏;到2001年,《联众世界》依然领袖群伦,《石器时代》、《传奇》、《千年》、《魔力宝贝》、《金庸群侠传Online》则后来居上,进入了中国网络游戏的主流阵地。尤其是《传奇》与《魔力宝贝》,游戏品质较高、玩家基础良好,还具有更进一步发展的潜力。
2.“韩流汹涌”。近几年来,韩国对国内的文化攻势甚猛,影、视、歌曲等娱乐产品以及相应的明星纷纷登陆中国,并且在年轻人中造成了很大的影响,以至于人们将这种由韩国文化带来的一股时尚潮流称之为"韩流"。在2001年,这种文化的"韩流"冲击到了网络游戏领域:总共有约10款韩国网络游戏进入中国,这意味着在国内市场上每4款网络游戏就有1款来自韩国。而且,其用户占有率已经超过了30%。其中尤以《传奇》与《千年》表现突出。
造成这种现象的主要原因有三点:一是韩国网络游戏产业本身非常发达,2000年,韩国的游戏销售总额达到8359亿韩元,折合人民币60余亿元。已经拥有一批品质较高的产品;二是韩国政府对于本国游戏产业非常扶持,并且大力推进海外市场的拓展,中国大陆就是他们的拓展重点之一;三是韩国的文化背景与中国有相通的地方,与欧美网络游戏相比,更容易被大多数中国玩家接受。其中,韩国政府将游戏作为一个产业来进行扶持并取得了巨大成效这一点值得国内有关部门的注意。
3.“四方会战”。从游戏原产地来看,形成了大陆、台湾、韩国、日本四方会战的格局。原产地在中国大陆的网络游戏数量最多,市场上大约40%的网络游戏产品由大陆公司开发。但是这些产品的市场表现非常不均衡,绝大多数的大陆产网络游戏产品的用户规模都十分惨淡,同时在线人数一般在5000人以下,可以说都是在生死线上苦苦挣扎。而唯一一款堪称中流砥柱的本土网络游戏产品--《联众世界》的用户规模之大(同时在线27万人)却又远远凌驾于其他任何网络游戏产品之上。也正因为《联众世界》的巨大用户基数,使得大陆产网络游戏的用户规模仍然到达了40%的比例,在2001网络游戏会战四方中居于第一的位置。
市场占有率第二的网络游戏原产地是韩国,约有10款产品,用户占有率达到了30%。
市场占有率第三的网络游戏原产地是日本。日本网络游戏产品数量虽然很少--只有两款,但却都是经典之作,它们是由同一个开发小组JSS开发的《魔力宝贝》与《石器时代》。虽仅两款产品,但用户占有率却高达20%。这两个游戏的风格都是比较典型的日式卡通风格,深受女性玩家的青睐,这一点值得大陆网络游戏市场与开发人员的重视。
来自中国台湾的网络游戏产品数量虽然也有7款之多,但是在大陆市场的占有率仅为8%左右,市场表现不如人意,既落后于日本,也远低于韩国,更无法与大陆本土网络游戏《联众世界》相抗衡。
4.“游戏之路”。2001年一些门户网站开始尝试经营网络游戏业务,以寻求将用户规模转化为市场效益的有效途径。首先是网易,网易于2001年年中与华义合作运营《石器时代》,获得了一定的收益,年底则推出了自己大型角色扮演类网络游戏--《大话西游》,并请来周星驰助阵,在市场上引起了相当的关注;而Tom.com则计划推出《爱情街11号》、《侠客行》、《和平曙光》等3款网络游戏;新浪网在网络棋牌方面也做了一定的工作,并与大宇软星合作提供了《大富翁5》的网络服务。
在互联网泡沫的惨淡经营下,网络市场低迷,网络游戏成为了互联网经济的一大亮点。这些门户网站在用户基础与网络宣传方面有着雄厚的基础,在获得了基本的网络游戏运营经验以后,可能会有十分长足的进步。
5.“本土崛起”。国内游戏开发商在网络游戏开发方面取得了成绩。2001年前后,国内游戏开发商推出了十多款网络游戏,虽然市场反应平平,但却都显示了一定的产品开发实力,随着他们的市场运作能力的提升和国内网络游戏市场的扩大,应该会有优秀的作品进入市场的前列。
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同时,国内的众多网游厂商也开始对网络游戏销售渠道及周边产品进行相关的营销尝试与市场开拓:
1.产品销售形式。网络游戏产品的销售形式主要有两种。一种是游戏包月卡,一种是游戏点数卡。
游戏包月卡:按照一个时间段(通常为1个月,《联众世界》等少数网络游戏最多为1年)来收取一个价格固定的费用,无论用户在这个时间段内实际上网玩游戏的时间多长;
游戏点数卡:按照用户实际上网玩游戏的时间来计算费用,计量单位为与时间直接关联的"游戏点数"。
2.销售渠道。主要有以下几种销售渠道:
传统软件店面、图书二渠道、电子商务网站、网上银行支付、其他方式(例如赠送测试光盘、手机短信定购、OEM以及其他捆绑销售)
3.周边产品。游戏产业与传统的电影产业一样,都属于娱乐行业,同样有着多样化发展的特征和趋势,许多与游戏相关的周边产品在适当的机会更是脱颖而出。
在游戏产业发达的日本,各类与游戏相关的人物模型、手办(购买者手动拼装、根据自我对游戏人物的喜好和理解来着色)、动画、漫画、同人志小说、小饰物、纪念品等泛滥成灾,甚至例如Square的Final Fantasy,Capcom的生化危机等著名的系列游戏巨作也都开始向传统娱乐行业回归,渗透到电影产业,以游戏的题材和主题内容来开拍各自同名的科幻电影。
而在国内,联众世界的《大话联众》文集,万王之王的龙宝贝毛绒玩偶、人物收藏卡,腾讯的QQ系列玩偶、小饰物等周边产品也都开始出现,相信随着网络游戏的普及,玩家数量的激增,各厂商们肯定会看准这一庞大的市场,不断地推出更多与游戏相关的周边产品。
2001中国网络游戏市场部分产品列表:
名称游戏类型同时在线人数国内发行制作开发国内上市时间主要卖点
联众世界益智休闲类网络游戏 270000北京晶合时代公司北京联众电脑技术有限责任公司 Mar-98游戏主题健康、益智、休闲,是全球用户人数最多的游戏网站,在中国网络游戏发展史上具有无与伦比的领导地位。
动物世界益智休闲类网络游戏-北京娱动工场待定滑稽,有趣,休闲,突出轻松欢快的感觉。
大富翁5益智休闲类网络游戏-北京晶合时代公司大宇资讯公司 Jun-02《大富翁》系列产品素来拥有较高的知名度。
中国游戏中心益智休闲类网络游戏 85000广东电信公司 1998年以网络棋牌类游戏为主,在中国南方省份非常流行。版权为广东电信公司所有是一大特点。
边锋网络游戏益智休闲类网络游戏 70000杭州边锋软件技术有限公司 2000年初以网络棋牌为主,在苏杭一带拥有很高的影响力。
疯狂坦克益智休闲类网络游戏-深圳金智塔软件科技有限公司韩国VISUALLAND游戏公司 Jun-02角色造型可爱,操作简易,设定多样化,在韩国已经变成一套全民运动的网路游戏,会员人数占了全国1/5的人口(900万)。
非常男女模拟现实类网络游戏-深圳金智塔软件科技有限公司 2002年在养成的基础上实现人与系统、人与人之间的互动,是一款极生活化的网络游戏。
碰碰i世代模拟现实类网络游戏 1000三星联网科技 Jun-02主要针对用户层是年轻的女性玩家。
第四世界模拟现实类网络游戏-北京中文之星数码科技有限公司 Mar-02摆脱了游戏类软件传统的武侠、神话等题材,代之以轻松活泼的现代都市生活背景,卡通化的游戏风格。
爱情街11号模拟现实类网络游戏-长通联合宽带网络技术有限公司台湾"游戏狗狗"公司待定类似《模拟人生》;对应手机短信功能。
Joycity模拟现实类网络游戏 3000第九城市计算机技术咨询(上海)有限公司韩国JCE公司 Oct-02虚拟生活,性别可以变化,服装可以更换,角色可以幻化为动物。
倚天角色扮演类网络游戏 6000北京捷三峰信息咨询有限公司韩国YMIR公司 Dec-02有语音聊天系统。
千年角色扮演类网络游戏 45000北京晶合时代、北京北极冰科技发展有限公司韩国ACTOZ公司 Mar-02亚联游戏网提供的稳定、高品质的客户服务是《千年》在国内市场获得持久生命力的关键。
红月角色扮演类网络游戏 15000北京北极冰科技发展有限公司韩国JCentertainment公司 Jun-02改编自韩国著名漫画家黄美娜的同名作品,美术风格突出。
魔力宝贝角色扮演类网络游戏 80000大宇资讯公司日本ENIX Jan-02完善的职业系统;类似但更优越于《石器时代》的游戏风格。
《仙剑奇侠传》网络版角色扮演类网络游戏-大宇资讯公司待定其前身是大名鼎鼎的《仙剑奇侠传》单机版。
龙族角色扮演类网络游戏 25000北京第三波戏谷 EsofNet与三星电子共同开发 Jun-02游戏背景改编自韩国畅销奇幻小说《龙族》,该小说在当地拥有狂卖200万册的惊人纪录。
英雄角色扮演类网络游戏-北京天下华彩网络软件有限公司韩国Eyagi游戏软件公司待定荣获2000年LG国际漫画游戏展最佳人气奖、Net Power杂志"最佳音效及创作奖"以及"最佳美术奖"
万王之王角色扮演类网络游戏 15000北京天下华彩网络软件有限公司台湾雷爵资讯 Jun-00最早在大陆投入商业运营的角色扮演类网络游戏,是大陆网络游戏市场的开山鼻祖之一。
大法师角色扮演类网络游戏 1400华义国际加拿大Vircom公司 Jun-02由加拿大的Vircom公司于1998年制作的一部中世纪剑与魔法风格的MMORPG,与Ultima Online和Everquest并称为全球三大网络游戏。
石器时代角色扮演类网络游戏 70000华义国际 JSS株式会社 Jan-02日式漫画的游戏风格;宠物豢养机制;轻松有趣的对战与交流。
星河贝贝角色扮演类网络游戏-深圳金智塔软件科技有限公司魔戒工作室 Nov-02国产大型角色扮演游戏,科幻色彩浓郁。
侠客行角色扮演类网络游戏-北京讯能网络有限公司盘古软件开发有限公司 Jun-02 3D网络游戏。
传奇角色扮演类网络游戏 140000上海盛大网络发展有限公司韩国ActozSoft公司 Feb-02该游戏在韩国第一次推出,就赢得了在线游戏排名第二位的优秀成绩。
幻灵游侠角色扮演类网络游戏 5000福州天晴数码娱乐 Mar-02及时回合战斗、自创武功系统、药品合成、装备锻造等
大话西游ONLINE角色扮演类网络游戏 6000智冠电子(北京)有限公司网易公司 Dec-02以武侠和神怪为主的角色扮演类网络游戏,取材于中国四大名著之一的《西游记》,并邀请周星驰作为形象代言人。
黑暗之光角色扮演类网络游戏 1000宇智科通网络公司 Wiz Gate Nov-00最早进入国内的韩国网络游戏。
笑傲江湖网络版角色扮演类网络游戏-华义国际昱泉国际 Jan-02 3D大型角色扮演类网络游戏,改编自金庸原著《笑傲江湖》。
网络三国角色扮演类网络游戏 6000智冠电子(北京)有限公司智冠电子(北京)有限公司 Sep-00三国题材;九品官体制;子承父业系统;大规模团体对战。
金庸群侠传Online角色扮演类网络游戏 40000智冠电子(北京)有限公司智冠电子(北京)有限公司 Jun-02前身是《金庸群侠传》单机版,有很高的知名度。
重出江湖角色扮演类网络游戏 1500卓越数码科技有限公司 May-02武侠题材,运行速度较快。
不灭传说角色扮演类网络游戏 3000卓越数码科技有限公司 2003年画面质量接近国外著名游戏的同级水准,国产网络游戏中属于较好的作品。
帝国在线角色扮演类网络游戏 5000实达铭泰有限公司盘古软件开发有限公司 Feb-02打倭寇是该游戏最大的特色之一,另外角色的幻化和易容术也有一定卖点。
笑傲江湖-精忠报国简易图形MUD游戏 4000北京捷三峰信息咨询有限公司 Apr-99大陆最早的简易图形MUD。
霸业策略对战类网络游戏-北京乐乐科技公司 Apr-02战斗系统支持13人对13人的网络战斗,最多可控制130个战斗单元。
三国世纪ON LINE策略对战类网络游戏-北京天下华彩网络软件有限公司吉米科技 Jul-02"永不下线"的网络游戏,即使玩家离开游戏,计算机也会代替玩家接受其他玩家的挑战。
星云战记策略对战类网络游戏-香港艾骓游戏和世博广联法国Cryo-networks公司 Apr-02大陆市场上首款MMORTS(Massively Multiplayer Online Real-Time Strategy Game,大型多人在线即时战略游戏)。
战神策略对战类网络游戏-现在网络有限公司 May-02不需要下载和安装任何程序,可以通过多种上网方式包括WAP手机,即可接入游戏。
1.1995年以前中国网络游戏的“史前文明”,中文网络文字泥巴(Mud)游戏开始盛行
国内的中文文字Mud大多是从国外盛行的《东方故事》Mudlib上改编而来,限于当时国内的上网条件,很大程度上都是在国内各大专院校的集中式机房里发展出来的,本质上也就沾染了校园文化氛围的游戏亚文化特征,一经出现,就在当时的国内上网用户中风靡一时,真正为他们提供了一个消遣时间、谈天说地的地方,而这批Mud先锋们,很多都成为了几年后国内网络游戏业界的老鸟、GM甚至是CEO。
2.1998年6月联众游戏世界正式开始服务
由国内IT业界的三位元老级人物鲍岳桥、简晶、王建华始创的联众游戏世界,开始在东方网景架设游戏服务器,免费提供给国内上网用户围棋、中国象棋、跳棋、拖拉机、拱猪等共计5种网络棋牌游戏的服务,从此,一代世界网络游戏巨人开始了其漫漫成长之路。
3.1999年4月乐斗士工作小组正式成立,笑傲江湖游戏网推出
1995年开始经营“乐之声电话游戏专家”电话声讯游戏服务的笑傲江湖,开始进入Internet领域,经对原电话游戏的升级改造,推出了国内最早的简易图形MUD游戏———《笑傲江湖之精忠报国》。
4.1999年7月网络创世纪(Ultima Online)民间模拟服务器出现
在1999年那个酷热的夏夜的那个晚上,有多少人在下载着600余M的UO客户端程序,紧接着,深圳、北京、上海……等地先后出现了大量的模拟服务器,尽管在具体的一些服务器设置规则和人为的服务器管理上与正式版本的UO还是有着显著的差距,但是也已经能够让国内的玩家们一睹UO伟大的风采,亲身体验那种真正图形化网络游戏的虚拟社会生活。这股风潮在国内持续了很长一段时间,时至今日,仍有大量的玩家沉醉于发展日益成熟的UO模拟服务器。当然这件事情本身也算是对国内的网络游戏发展起了一定的催化作用,从那时起,国内的玩家们才算是真正醍醐灌顶、大开眼界,实质性地接触到了真正的优秀的网络图形RPG。
5.2000年3月联众创造网络竞技吉尼斯世界记录
2000年3月的联众游戏世界在国内网络游戏业界已经初具王者风范,在积极拓展海外市场上,首选了同样有着强盛围棋文化的韩国,在联众游戏世界韩文版开始运行的同时,中韩合作双方联袂举办首届“中韩网络围棋对抗赛”,创下了当时规模最大的网络围棋比赛人数记录———12140人,该赛事创造了吉尼斯世界纪录并得到了吉尼斯的正式认证。
6.2000年7月第一款真正意义上的中文网络图形Mud游戏《万王之王》正式推出
由雷爵资讯(Lager)开发,港台地区最大软件发行商———华彩软件代理发行的业界第一个全中文图形MUD———《万王之王》(King of Kings)终于在国内隆重登场了。这款游戏由中国人自行开发,将传统文字MUD转成动态的网络图形实景,是世界第一套全中文3D图形RPG大型网络游戏,可同时容纳万人在线联机。游戏的背景时代处于欧洲中世纪,它最大的特色是玩家能够在游戏里建立自己的城邦,城邦将所有城民(由玩家扮演)结合成一个整体,而城邦之间错综复杂的关系,使这个游戏充满了无穷的趣味。
7.2000年9月智冠传统三国题材的网络游戏《网络三国》
台湾地区最大的游戏代理发行公司智冠在台湾、大陆相继推出了从服务器端到用户端完完全全自行研发的最新网络游戏———《网络三国》,游戏的背景设定在大家都耳熟能详的汉献帝末年,各路诸侯拥兵自重、划地为国的三国战乱时代。使得玩家在众多网络游戏中又有了新的选择,在网络的世界中玩三国、论三国。
8.2000年11月宇智科通《黑暗之光》吹响了韩国网络游戏进入中国的号角
韩国独资宇智科通(北京)网络技术公司正式在北京成立,同时隆重推出了一款风靡韩国的经典网络游戏《黑暗之光》,从此,更多的韩国网络游戏开始蜂拥涌入中国市场。
9.2001年1月北京华义推出网络RPG游戏《石器时代》
《石器时代》和当时的在线游戏有很大区别,以明亮的色彩、可爱的人物造型和幽默的设计取代了传统在线角色扮演游戏的血腥和暴力,因此深受女性玩家的青睐。
同时华义的WGS收费系统也正式开始运行,WGS网上收费系统采用计点收费的方式,玩家每次玩游戏时将会根据在线时间的长度被扣除相应点数。用户可以通过购买WGS会员卡,为自己的帐号增加点数,而且WGS会员卡可以一卡通行华义所有网络游戏。
10.2001年3月国人原创网络游戏《第四世界》上市
北京中文之星数码科技有限公司推出第一款完全由中国大陆地区自主设计,以现代都市生活为题材的大型网络游戏《第四世界》(原名“梦幻家园”)。该游戏彻底摆脱了网络游戏传统的武侠、神话等题材,以轻松活泼的现代都市生活为背景,卡通造型的玩家可在游戏中进行求职打工、谈情说爱、购物、赛马博彩等多种活动,而且能通过对名与利的追逐在彼此间产生各种恩怨。
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小学科学教学中导入情境的创设
本文所写的教学中的“有效导入情境”是指在课堂教学导入环节中,作用于学生而引起积极学习情感反应的教学过程。其导入情境的根本目的在于使学生进入最佳学习状态:进取性的思维活跃状态;拓展性的学习需求状态;强化性的学习动力状态;成功性的学习习性状态。
情境导入是探究性教学的开始,也是教学成功的关键所在。探究式学习是目前小学科学学习的主要方式。在科学探究中最核心的内容是问题及探究动机的形成,要形成问题和探究的动机就必须创设良好的情境来导入教学。
一、导入情境的现状分析
在科学课堂教学中,很多教师应用情境导入的主要意图在于激发学生的学习兴趣,引起学生对问题的思考和攻克问题的欲望。而就目前的现状而言,对于导入的情境是否应为后续阶段的问题解决提供实质性的帮助,是否应在学生已有的知识经验与新的学习任务之间建立起实质性的联系,教师们关注得还远远不够。教师对情境导入的理解中存在许多偏差,出现了一些错误的倾向,主要表现在:
1、主观臆断学生的情感体验,忽视激发学生的内在情感动力。
课例:《昼夜交替现象》(教科版五年级)第1种导入情境
师:首先请同学们,静静地欣赏录像。(宇宙奇光)
(师解说,激发学生的探究欲望)
师:出示2张洞头的照片(分别是白天和黑夜的景观照片)
师:看完2张照片,你觉得这两张照片最大的区别在于什么?看谁的洞察力最好。
生:一片迷茫。(1分钟后)
生:一张是在白天拍的,一张是晚上拍的。
师:若我们用一个字表示白天用?(昼)黑夜用?(夜)
师:那白天过去是什么?(黑夜)那黑夜过去呢?(白天)
师:白天和黑夜不断地重复出现着。我们把这种现象称之为昼夜交替现象。(板演)今天我们就来学习昼夜交替现象。
分析:教师让学生欣赏有关宇宙的录像,目的是激起学生渴望探索宇宙奥秘的欲望。以洞头的照片为例子引入,让学生产生亲切感。然而两张照片除了拍摄时间不同以外,拍摄地点、拍摄景观也完全不同,却硬是要学生观察最大不同。这样引出课题《昼夜交替现象》也稍显牵强。且录像与照片2种媒体介质的同时出现,目的只是为了激起学生的学习兴趣,引出课题,也显得繁琐。教师主观认为创设这样的导入情境能使学生产生情感上的体验,课堂的实际教学效果最终证明教师的导入情境并没有真正激发学生的学习兴趣,只是为了情境而情境,走过场而已。
2、将情境导入的范式理解空泛、庸俗化,没有作为一种教学场来构建课堂教学。
课例:《昼夜交替现象》(教科版五年级)第2种导入情境
出示转晕歌:你自己转,又绕我转,转转转,转转转。
你自己不转,绕着我转,你转转,我转转。
师:唱转晕歌,指名学生伴舞。
生:害羞,不敢伴舞。
师:自己先示范,请一生伴舞。
生生表演。
师:(讲述中国和美国的昼夜)我的朋友去了美国,我白天打电话给她,她那边是晚上。她白天的时候打电话给我,我这里是晚上。我就将这种现象记下来:我这里是昼夜昼夜……我美国的朋友那里却是?
生:夜昼夜昼……
师:这节课我们就来研究这种昼夜交替的现象。
分析:教师试图以游戏效仿课堂中的模拟实验,为新课的模拟实验提供技能铺垫。然而由于学生的年龄跟心理特点,大部分学生对这样的游戏不感兴趣,且游戏的开展让学生在实验前已经“转晕”了,并没有达到教师预设的目的。游戏的导入与教师的故事引入之间又没有什么联系,孤立存在。情境导入的时间太长,反而让学生显得不耐烦。
还有的导入情境片面夸大体验的功能,缺少与其他教学方式的必要结合。
二、创设有效导入情境的视角思考
教师在实际的教学中可以从以下几个方面来把握导入情境的设计:
1、创设的导入情境要考虑学生已有的基础
情境的任务就是要展示学生的初始想法,帮助学生回忆已有知识。教师要了解学生已经掌握了什么,掌握的程度如何,他们生活在什么样的环境中,有什么样的生活经验,接触过什么样的事物,等等。
在学习《溶解》的一周前,我对学生进行了调查,发现他们在日常生活中经常看到溶解的现象,自己也尝试过,但是他们并没有注意过溶解到底是怎么回事?因此,在创设导入情境的时候,我就把生活中常见的溶解现象在课堂上再现。首先找一名学生到前面来沏白糖水,其他同学仔细观察,然后评判他做得怎样?有什么问题要提?这位同学操作完毕后,让其他同学发表自己的看法。引导学生通过观察、实验来搜集、整理信息,从而理解溶解这一现象。
学习不是简单的积累,而是一种基于旧知识,经验的认知建构。建构主义强调知识建构的“最近发展区”,认为新知的建构应基于这个区域,才能获得促进学生智能发展的最理想的效果。因此,立足学生的已有基础,寻找知识与经验的联系创设导入情境尤为重要。
2、创设的导入情境要激发学生的探究兴趣
情境要调动学生积极参与和成长的情意因素,即趣味性。学生的参与性是新课程教学的基本要求,情境的有效导入必须让学生参与进来,从而让学生较快地进入到建构主义学习活动中来。
在科教版六年级的《月相变化》一课的教学中,一位教师就将课堂里的桌椅搬出,用直径7米的白色布摊在场地上,画上一个圆,将圆周按45度角等分。然后在每个角度都贴上小组序号和每个学生的位置编号。另贴一条长的黑色纸,上面画好8个圆。学生席地而坐,老师开始组织教学。学生每人都坐在自己的观测点上,兴趣高涨,跃跃欲试。
宇宙领域,对学生而言,充满神秘,但又让人无从下手。它们看不见,摸不着,只能在各种信息的基础上,建立浅显、模糊的认识。这样往往就让许多学生对宇宙领域的学习产生了“遥不可及”,枯燥乏味的学习心态。该教师通过改变传统的上课模式,只需一个“圆”,就拉近了学生研究的距离。让学生在愉快的体验活动中,感受到宇宙中的天体并不是离我们那么遥远,是可以被身边很多物体所模拟来研究的。
3、创设的导入情境要能引发学生的认知冲突
情境的创设要具挑战性、问题性。要能引发学生的思维卷入,激发学生的认知冲突。
例如在教科版《磁铁的两极》的导入情境上就可以这样设计:
师:(出示一块条形磁铁,竖立起来放,一枚小钢珠)如果我将这枚钢珠放在磁铁的上端,松手后,你认为钢珠会怎样运动?
生:掉下来。
生:被吸住了。
师演示:小钢珠被磁铁的磁极所吸住。
生:惊奇、疑问。
教师先通过情境的有效导入而设问“钢珠会怎样运动”,大多数学生的思维是“由于钢珠自身的重量会从上面往下面掉”。在学生做出自己的猜测后,教师实验演示,引发学生认知上的冲突,学生就会理所当然的想一探究竟了。
教师通过营造生动有趣的、具有吸引力的、开放的导入情境,给予学生一个新的物理情境使之与原有的认知产生冲突,从而产生新问题,具有挑战性。这样可以激发学生学习的兴趣,使学生在宽松、和谐、愉悦的氛围中,由对问题的自然想法开始探索,积极思考。
4、创设的导入情境要能促进学生概念的构建
概念发展的维果茨基体系认为:小学的年代主要是给孩子以“混合思维”和“复合思维”的经验,让他们体验在“前概念思维”的层次上探求概念的经历。有效的导入情境,应该引导学生在认识事物的过程中,在学生对事物原有认识的基础上,通过科学思维和多种科学探究活动,建构准确的、科学的概念。
例如教科版《声音》的单元导入情境就可以这样设计
情境导入,了解学生的原有基础:
导入步骤
教师行为
设计目的
1
教师敲击产生声音
吸引学生的兴趣
2
教师要求学生画一个图,展示他们对声音是怎样产生的看法
引出学生对声音产生的最初的看法
3
教师问学生击鼓能否产生高音或低音
进一步引出学生对音高的看法,但此时不介绍科学术语
4
教师利用学生的观点,编辑成高、低音列表
展示学生的观点,作为未来的参考
这单元的课程标准是“了解声音是由物体振动而产生的,能够区分声音的高低。”根据这一课程目标,我们可以将概念发展的目标分为三个层次:
层次1:学生没有把振动与声音的产生联系在一起
层次2:学生把振动与声音的产生联系在一起,但没有认识到音调高低是振动频率改变的结果。
层次3:学生能够将高音同频率高的振动,低音同频率低的振动联系在一起。
在单元教学的起始,设计这样的导入情境,可以充分调查学生的前概念。科学课的目的就是消除错误的前概念,引导学生形成科学概念。通过创设有效的导入情境,让教师在进行探究式科学教育前,了解学生所具有的前概念(有时是想法)。这些原有的概念可能是正确的,也可能是错误的,教师不能忽视学生大脑中已有的前概念,要从学生原有的概念出发,对这些前概念进行分类,通过搭建“脚手架”,组织课堂教学,帮助学生改善和获得新的概念,促进学生科学概念的建构。
三、创设有效导入情境的基本方法
1、用做游戏的方法创设导入情境
游戏是儿童最喜爱的一种活动,它具有强烈的吸引力,能激发学生主动参与,给其耳目一新的刺激。教师巧妙筹划、精心设计新颖的游戏,能让学生怀着热情饱满的情绪和积极的心态全身投入游戏活动之中,从中发现问题,获取知识。
课例:《磁铁的两极》(教科版三年级)
师:(出示小磁铁和小螺帽)你看我这块小磁铁可以吸住这枚小螺帽吗?
生:可以。(师演示,吸住了。)
师:那用它来吸这枚大的螺帽,行不行呢?
生:不行。(师演示,吸不住。)
师:怎么就不行呢!
生:换那块大的磁铁肯定能吸住。(师演示,吸住了。)
师:怎么这样子的,那是为什么呢?
生:小的磁铁吸力小,大的磁铁吸力大。
生:磁铁的磁力是不同的。
师:原来不同的磁铁的磁力大小是不一样的,那么同一块磁铁的不同的地方的磁力大小一样吗?
生:一样;不一样。
师:这节课我们就拿一块磁铁来研究看看,它的什么地方磁力会最大。(开始上新课)
磁铁是学生所熟悉的事物,学生对磁铁都有接触,他们已经有了丰富的生活经验。教师以“小磁铁能吸起大螺帽吗?”为切入点设疑,激发学生的探究兴趣。用游戏的方式让学生关注“不同的磁铁磁力大小不同”,从而引发“同一块磁铁的磁力大小相同吗?”,符合三年级学生的认知特点与求知心理,自然的将教学过渡到对同一块磁铁的磁力大小的研究上去,为学生的探究活动做知识上的铺垫和情感上的积蓄。
2、用讲故事的方法创设导入情境
儿童特别喜欢听故事,故事本身具有情节形象生动的特点。
例如为了让学生了解热空气的性质和特点,教师在导入新课时可以巧妙地利用书中诸葛亮的故事创设问题的情境。
师:同学们都知道诸葛亮是三国时期著名的军事家,他机智过人、神机妙算,你们知道他在指挥士兵作战时有什么秘方吗?
生:(互相交流)
师:他不光发明了木牛马、八卦阵等,还发明了一种神奇的灯,这种灯一点燃后可以自动升上天空,用它来传递作战信号,又快捷又方便,后来人们把这种灯叫做孔明灯。听完这个故事,你们有什么问题吗?
生:这个灯为什么会自动升上天?
生:它是怎么做成的,里面有什么样的构造?……
教师根据教学内容,巧设一则故事导入新课,不仅可以激发学生的学习兴趣,而且还能使学生从中受到启发和教育。
3、用问问题的方法创设导入情境
求知欲,好奇心,这是人们永远不能改变的特性。根据这一特性,教师营造问题能激起学生疑惑、惊诧的感觉,可以很好地“抓住”学生的注意。学生有了问题,就会有如饥似渴解决问题的欲望,在探索“谜底”时建立一种“阅读期待”。
课例:《岩石会改变模样吗?》(教科版五年级)
师:(出示校园里的岩石图片)这是老师在我们校园的一个角落所拍的一块岩石,我对它进行了连续七天的跟踪拍摄。你们看,在这七天里,岩石有什么变化吗?
生:没有变化。
生:有变化,但是我们看不出来。
师:那么给它多一点时间,岩石会改变模样吗?
生:不会,不管多久都不会变。
生:会变,但需要很久很久的时间,我们发现不了。
师:认为岩石会改变模样的,可以说说你的理由吗?
生:岩石被太阳晒,被风吹,被雨淋之后,可能它的棱角会被磨掉。……
从“校园里的岩石七天内有变化吗?”到“随着时间的推移,岩石会改变模样吗?”,根据教师不断的设问,学生的思维不断的卷入,在认知的冲突中,新的思维不断生成,随着“概念箭头”不断前进,最后形成正确的科学概念。
4、通过创设实验情境,导入课堂教学活动
创设实验情境,科学课有着得天独厚的优势,最主要的特点是它的直观性和客观性。
课例:《100毫升水能溶解多少克食盐》(教科版四年级)
师:老师这里有2袋食盐,分别装的是20克和40克。如果我将它们都分别倒在100毫升的水中,食盐会溶解吗?
生:会。
师:请2位同学上来做做这个实验。(生上来准备实验)
师:在实验前,你有什么注意事项要提醒他们的吗?
生:不要将食盐撒出来。
生:搅拌的时候不要将水溅出来,不然水量就少了。……
师:现在你观察到什么了?
生:倒20克食盐的杯中,食盐已经完全溶解了,40克的杯中还有食盐。
师:你认为100毫升的水到底能溶解多少克食盐呢?
生:肯定比20克要多,比40克要少。
师:今天就让我们来做实验研究一下100毫升的水能溶解多少克食盐。
教师用实验的方法导入教学情境,并在实验的过程中,引导学生探讨实验的注意事项。学生关注到的实验现象,同时又给其一个潜在的信息“100毫升水能溶解20克食盐,不能溶解40克食盐。”,为学生的预测做出了一个理论依据。这样的导入情境在无形中分解了教学的难点,方便后面的活动开展。
5、通过创设生活情境,导入课堂教学活动
从生活情境导入,贴近学生认知,能够充分调动学生的学习兴趣,使学生认识到要学有用的科学,学身边的科学。例如教科版四年级的《天气》单元、《食物》单元,以及《我们的身体》单元的教学内容,教师就可以从学生生活中都有的,最熟悉的方面入手,引导学生展开讨论,在宽松、自由的学习气氛中学习知识,理解知识,让学生感受到科学就在身边,生活中处处有科学。
6、通过制作多媒体课件,创设导入情境
教科版小学科学涉及“地球的运动”和“宇宙”的内容,是教师普遍觉得不容易组织教学的部分。一方面,这一类主题的内容属于宏观世界范畴,难以进行直接的观察;另一方面,对于小学阶段的学生来说,空间想象力不强,尤其针对涉及到运动的内容,就更加不知如何入手了。通过制作一些多媒体课件来导入课堂教学情境,可以解决该单元部分的教学难点。多媒体电教手段直观、形象、生动。在一堂课开始时放映一些与新课的学习内容相关的片断,或者难理解的内容,让学生在视、听、欣赏的过程中对课文内容有一个初步的印象,从而激发学习的“内驱力”,进入教学情境。
以上的策略研究可能还不太全面。导入情境的设计不能机械化,教师要针对不同的学习内容来灵活处理。一个好的导入情境不只是一个教学的开始,可以说是教学成功的一半。在导入课堂教学过程中创设合适的教学情境,可以吸引学生的注意力,唤起学生的好奇心与求知欲望,激发学生的学习兴趣,有助于学生积极主动地建构科学知识和培养科学能力。
虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔(用来显示立体图象的头式显示器),手持传感手套,仿佛置身于一个幻觉世界中,在虚拟环境中漫游,并允许操作其中的“物体”。与传统计算机相比,虚拟现实系统具有三个重要特征:临境性,交互性,想象性。虚拟现实技术潜在的应用范围很广,诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型,而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。
虚拟现实技术通过20多年的研究探索,于80年代末走出实验室,开始进入实用化阶段。目前,世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域,已开始广泛应用这种高新技术,并取得了显著的综合效益。据外刊报道,美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习,就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成,使之更加符合21世纪的作战要求,还节约演习经费近20亿美元。
那么,什么是虚拟现实技术呢?简单地说,就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境,通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。它与传统的模拟技术完全不同,是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一,并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环境交互作用,可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。比如,计算机虚拟的环境是一座楼房,内有各种设备、物品,操作者会如同身临其境一样,可以通过各种传感装置在屋内行走查看、开门关门、搬动物品;对房屋设计上的不满意之处,还可随意改动。显然,利用这种虚拟现实技术进行建筑、机械、兵器等设计修改,实施技术操作训练和军事演习活动要容易得多,也便宜得多。
虚拟现实技术一经应用,就向人们展示了诱人的前景,因而受到各国军界的青睐。从90年代初起,美国率先将虚拟现实技术用于军事领域,主要用于以下四个方面:一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库,包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等,为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。以增强其临场感觉,提高训练质量。二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服,戴上头盔显示器和数据手套,通过操作传感装置选择不同的战场背景,输入不同的处置方案,体味不同的作战效果,进而像参加实战一样,锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受力。如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器,能产生视觉控制,能处理三维实时交互图形,且有图形以外的声音和触感,不但能以正常方式操纵和控制飞行器,还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况,如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习,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,“调兵遣将”、“斗智斗勇”,实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术,根据侦察情报资料合成出战场全景图,让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况,以便判断敌情,定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境,生动的视觉、听觉和触觉效果,使受训军官沉浸于“真实的”战场之上。
当然,虚拟现实还是一门年轻的科学技术,尚存在不少有待解决的问题。例如,在计算机生成的虚拟环境中,操作者每次转动头部,计算机必须更新三维图像,由于更新的数据太大,以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如,美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异,容易引起头痛、眩晕等。
但不管怎样,虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域,它会随着时间的推移日臻完善,在军事领域的应用将会越来越广泛,发挥的作用也将会越来越大。
正如其它新兴科学技术一样,虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。
它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论,目前虚拟现实技术所取得的成就,绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力,仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题,还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时,人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日,虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统,成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。
就像电影《黑客帝国》里描述的那样,未来的我们竟可以生活在一个由电脑控制的虚拟世界里。在这个世界里,我们同样拥有各种感觉,同样拥有亲戚朋友,同样拥有工作,同样拥有现实世界的一切“真实”。只是,这一切都是虚拟的。
人类有许多梦想,一些梦想已经变为现实,而有一些梦想也许永远都不可能实现。然而,有一种技术却能使一切梦想全部实现,这就是虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)。
虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科,对该技术的研究始于20世纪60年代。直到90年代初,虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。
基本概念
概括地说,虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境,它可以是实际上可实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此,虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。
从本质上来说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同,其作用可表现为不同的形式,例如将某种概念设计或构思可视化和可操作化,实现逼真的遥控现场效果,达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等。该技术的主要特征有以下几方面:
多感知性(Multi-Sensory)——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
浸没感(Immersion)——又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假,使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的一切看上去是真的,听上去是真的,动起来是真的,甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的,如同在现实世界中的感觉一样。
交互性(Interactivity)——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
一般来说,一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备,以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
这里,虚拟环境处理器是VR系统的心脏,完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给VR系统提供来自用户的输入,并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野,也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由VR系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户,使用户产生一种身临其境的逼真感。其主要的研究内容包括以下几个方面:
动态环境建模——虚拟环境的建立是VR系统的核心内容,动态环境建模技术的目的就是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术,更多的情况则需采用非接触式的视觉技术,两者有机结合可以有效地提高数据获取的效率。
实时三维图形生成技术——三维图形的生成技术已经较为成熟,这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒,最好高于30帧/秒。
在不降低图形的质量和复杂程度的前提下,如何提高刷新频率是该技术的主要内容。
立体显示和传感器技术——虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展,现有的设备远远不能满足需要,比如头盔式三维立体显示器有以下缺点:过重(1.5 kg至2kg)、分辨率低(图像质量差)、延迟大(刷新频率低)、行动不便(有线)、跟踪精度低、视场不够宽、眼睛容易疲劳等,因此有必要开发新的三维显示技术。同样,数据手套、数据衣服等都有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。另外,力觉和触觉传感装置的研究也有待进一步深入,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。
应用系统开发工具——虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想像力和创造性。选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品质量。为了达到这一目的,必须研究虚拟现实的开发工具,例如VR系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
系统集成技术——由于VR系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等等。
关键技术
虚拟现实是多种技术的综合,包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉/力觉反馈、立体声、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。
实时三维计算机图形技术
相比较而言,利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型,又有足够的时间,我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像,但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中,图像的刷新相当重要,同时对图像质量的要求也很高,再加上非常复杂的虚拟环境,问题就变得相当困难。
广角(宽视野)的立体显示
人看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这些图像在脑子里融合起来,就形成了一个关于周围世界的整体景象,这个景象中包括了距离远近的信息。当然,距离信息也可以通过其他方法获得,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。
在VR系统中,双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器,但用户带上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。
用户(头、眼)的跟踪:在人造环境中,每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态,而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头(眼)的方向来确定的。
跟踪头部运动的虚拟现实头套:在传统的计算机图形技术中,视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的,用户的视觉系统和运动感知系统是分离的,而利用头部跟踪来改变图像的视角,用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来,感觉更逼真。另一个优点是,用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境,而且可以通过头部的运动去观察环境。
在用户与计算机的交互中,键盘和鼠标是目前最常用的工具,但对于三维空间来说,它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度,我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在,已经有一些设备可以提供六个自由度,如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等。另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。
立体声
人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上,我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向,因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的,所以会有一种方向感。现实生活里,当头部转动时,听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中,声音的方向与用户头部的运动无关。
触觉与力觉反馈
在一个VR系统中,用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它,但是你的手没有真正接触杯子的感觉,并有可能穿过虚拟杯子的“表面”,而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。
语音输入输出
在VR系统中,语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言,并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的,因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如,连续语音中词与词之间没有明显的停顿,同一词、同一字的发音受前后词、字的影响,不仅不同人说同一词会有所不同,就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。
使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题,首先是效率问题,为便于计算机理解,输入的语音可能会相当罗嗦。其次是正确性问题,计算机理解语音的方法是对比匹配,而没有人的智能。
代表性设备
在VR系统中,有许多有趣的、功能不同的专用设备,下面选一些代表性的设备加以介绍。
BOOM可移动式显示器:它是一种半投入式视觉显示设备。使用时,用户可以把显示器方便地置于眼前,不用时可以很快移开。BOOM使用小型的阴极射线管,产生的像素数远远小于液晶显示屏,图像比较柔和,分辨率为1280×1024像素,彩色图像。
数据手套:数据手套是一种输入装置,它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料紧贴在手上,同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线,以检测手的运动。光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展,而通过光电转换,手指的动作信息可以被计算机识别。
TELETACT手套:它是一种用于触觉和力觉反馈的装置,利用小气袋向手提供触觉和力觉的刺激。这些小气袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时,存储在计算机里的该物体的力模式被调用,压缩机迅速对气袋充气或放气,使手部有一种非常精确的触觉。
数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量,包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换,身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。
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虚拟现实的本质是人与计算机的通信技术,它几乎可以支持任何人类活动,适用于任何领域。
较早的虚拟现实产品是图形仿真器,其概念在60年代被提出,到80年代逐步兴起,90年代有产品问世。1992年世界上第一个虚拟现实开发工具问世,1993年众多虚拟现实应用系统出现,1996年NPS公司使用惯性传感器和全方位踏车将人的运动姿态集成到虚拟环境中。到1999年,虚拟现实技术应用更为广泛,涉足航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。专家预测,随着计算机软、硬件技术的发展和价格的下降,预计本世纪虚拟现实技术会进入家庭。
VR技术在医疗领域也大有作为。该技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划,在手术过程中提供操作和信息上的辅助,预测手术结果等。另外,在远程医疗中,虚拟现实技术也很有潜力。例如在偏远的山区,通过远程医疗虚拟现实系统,患者不进城也能够接受名医的治疗。对于危急病人,还可以实施远程手术。医生对病人模型进行手术,他的动作通过卫星传送到远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回医生的头盔立体显示器,并将其和虚拟病人模型进行叠加,为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所已成功研制出远程手术医疗系统。
在航天领域,VR技术也非常重要。例如,失重是航天飞行中必须克服的困难,因为在失重情况下对物体的运动难以预测。为了在太空中进行精确的操作,需要对宇航员进行长时间的失重仿真训练。为了逼真地模拟太空中的情景,美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。
在训练中,宇航员坐在一个模拟的具有“载人操纵飞行器”功能并带有传感装置的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器和用于绕宇航员重心调节宇航员朝向的旋转控制器。宇航员头戴立体头盔显示器,用于显示望远镜、航天飞机和太空的模型,并用数据手套作为和系统进行交互的手段。训练时宇航员在望远镜周围就可以进行操作,并且通过虚拟手接触操纵杆来抓住需要更换的“模块更换仪”。抓住模块更换仪后,宇航员就可以利用座椅的控制器在太空中飞行。
在对象可视化领域中,VR技术应用的例子是模拟风洞。模拟风洞可以让用户看到模拟的空气流场,使他感到就像真的站在风洞里一样。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性和效果、空气循环区域、旋涡被破坏的乱流等。例如,可以将一个航天飞机的CAD模型数据调入模拟风洞进行性能分析。为了分析气流的模式,可以在空气流中注入轨迹追踪物,该追踪物将随气流飘移,并把运动轨迹显示给用户。追踪物可以通过数据手套投降到任意指定的位置,用户可以从任意视角观察其运动轨迹。
在军事领域中,VR技术应用的一个例子是“联网军事训练系统”。在该系统中,军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置,他们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑物以及由其他部队操纵的车辆的模拟战场。这些由实际人员操作的车辆可以相互射击,系统利用无线电通信和声音来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的行动。炮火的显示极为真实,用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。从直升机上看到的场景也非常逼真。这个模拟系统可用来训练坦克、直升机和进行军事演习,以及训练部队之间的协同作战能力。
当然,虚拟现实技术的应用远不止以上这些。随着计算机技术的进一步发展,虚拟现实与我们的生活将日益密切。
初识VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言)是一项和多媒体通讯(Multimedia Communication)、因特网(Internet)、虚拟现实(Virtual Reality,VR)等领域密切相关的新技术,其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体。VRML于1998年1月被正式批准为国际标准(ISO/IEC 14772-1:1997,通常称为VRML97),创立了标准化进程的ISO/IEC记录,它还是第一个用HTML发布的国际标准。
VRML是一种3D交换格式,它定义了当今3D应用中的绝大多数常见概念,诸如变换层级、光源、视点、几何、动画、雾、材质属性和纹理映射等等。VRML的基本目标是确保能够成为一种有效的3D文件交换格式。
VRML是HTML的3D模型。它把交互式三维能力带入了万维网,即VRML是一种可以发布3D网页的跨平台语言。事实上,三维提供了一种更自然的体验方式,例如游戏、工程和科学可视化、教育和建筑。诸如此类的典型项目仅靠基于网页的文本和图像是不够的,而需要增强交互性、动态效果连续感以及用户的参与探索,这正是VRML的目标。
VRML提供的技术能够把三维、二维、文本和多媒体集成为统一的整体。当把这些媒体类型和脚本描述语言(scripting language)以及因特网的功能结合在一起时,就可能产生一种全新的交互式应用。VRML在支持经典二维桌面模型的同时,把它扩展到更广阔的时空背景中。
VRML是赛博空间(cyberspace)的基础。赛博空间的概念是由科幻作家William Gibson提出的。虽然VRML没有为真正的用户仿真定义必要的网络和数据库协议,但是应该看到VRML迅速发展的步伐。作为标准,它必须保持简单性和可实现性,并在此前提下鼓励前沿性的试验和扩展。