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【關(guān)鍵詞】軟件工程；虛擬現(xiàn)實(shí)；啟示；應(yīng)用；挑戰(zhàn)

過去幾年的發(fā)展中，盡管軟件工程開發(fā)領(lǐng)域的心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等方面，軟件編程環(huán)境的進(jìn)展是巨大的。但對(duì)程序員的問題始終未曾解決，在代碼導(dǎo)航過程中，開發(fā)者常常會(huì)出現(xiàn)迷失方向的問題。這些問題的存在也導(dǎo)致編程等一些重要的軟件工程活動(dòng)進(jìn)展被制約。如在進(jìn)行代碼審查過程中，開發(fā)者多是對(duì)問題進(jìn)行匯總上報(bào)，而不是對(duì)存在的問題及缺陷進(jìn)行修復(fù)。對(duì)開發(fā)者體驗(yàn)的問題中深入考察的是認(rèn)知問題，其中涉及到的重要一個(gè)方面就是海馬旁回中的記憶系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以對(duì)空間認(rèn)知的能力進(jìn)行報(bào)留。而當(dāng)導(dǎo)航的結(jié)果受到擾亂時(shí)，開發(fā)者對(duì)相關(guān)開發(fā)代碼的軌跡也會(huì)遺失。軟件工程師的主要工作就是利用鍵盤和鼠標(biāo)源進(jìn)行互動(dòng)，且都是在2d平面顯示器上開展軟件瀏覽工作。這種互動(dòng)的格式，并沒有對(duì)人類自然的動(dòng)作和洞察力充分利用。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則對(duì)這些啟示充分利用，使得新的創(chuàng)意成為軟件工程領(lǐng)域新的可能，從而有效提升生產(chǎn)率，對(duì)學(xué)習(xí)曲線進(jìn)行降低，并使得用戶的滿意度增加。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征分析

虛擬現(xiàn)實(shí)是對(duì)人在自然環(huán)境下的各種行為進(jìn)行模擬，屬于一種高級(jí)的人機(jī)交互技術(shù)，它以模仿的方式為人類創(chuàng)造出一個(gè)與現(xiàn)實(shí)相似的虛擬空間。這個(gè)虛擬空間對(duì)實(shí)體對(duì)象的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)反映，并體現(xiàn)了與環(huán)境的相互作用，創(chuàng)造出了一個(gè)三位圖像世界。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓參與者在感知行為上擁有逼真體驗(yàn)，使得參與者直接參與到感知虛擬環(huán)境變化，讓參與者獲得置身于現(xiàn)實(shí)世界一樣的感知體驗(yàn)，產(chǎn)生交互性、沉浸感以及構(gòu)想性，這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最為突出的特征。

1.1沉浸感

沉浸感可以對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造的世界環(huán)境360度進(jìn)行觀察，一般性的計(jì)算機(jī)圖形提供的是二維圖形或是三維圖形，或是觀察的路徑是預(yù)先設(shè)置好的，參與者需要依據(jù)局部圖形的相互組合感知到想象世界。而這個(gè)想象空間給參與者帶來的體驗(yàn)感受就是片面的、有差異性的，也是不完整的。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的虛擬世界是完整統(tǒng)一的，當(dāng)參與者帶上顯示器后，就可以進(jìn)入到虛擬的世界中。在這個(gè)世界，參與者可以抬頭看天空，低頭看草地，對(duì)周圍的整體環(huán)境進(jìn)行觀察，參與者可以用最直接最舒服的方式進(jìn)行人機(jī)交互，利用虛擬現(xiàn)實(shí)所獨(dú)有的沉浸感獲得更好的體驗(yàn)感。

1.2交互性

參與者利用輸入設(shè)備，如可穿戴設(shè)備、力觸覺等設(shè)備利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。設(shè)備對(duì)參與者所做的身體動(dòng)作及姿勢(shì)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并通過與參與者進(jìn)行全感官信息交互，如動(dòng)作姿勢(shì)、觸覺、聲音等，實(shí)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下指令輸入的有效性。利用人類在自然活動(dòng)中所掌握的技能，對(duì)虛擬技術(shù)所創(chuàng)造的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的考察和操作。如參與者在虛擬技術(shù)構(gòu)造的環(huán)境中可以看到柜子，就可以用手打開虛擬環(huán)境中的柜門。當(dāng)握住扶手的時(shí)候，會(huì)感應(yīng)到真實(shí)觸感。

1.3構(gòu)想性

也就是想象性，指的是虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境會(huì)使得參與者沉浸在這種環(huán)境中，并在這個(gè)過程中獲得新知識(shí)，從而對(duì)自身的感性及理性認(rèn)識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步提升，對(duì)概念進(jìn)行相應(yīng)深化，也會(huì)在體驗(yàn)的過程中萌發(fā)新意，使得人們的創(chuàng)造性思維得到進(jìn)一步激發(fā)。在傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)工作中，用戶具有雙重需要，也就是既對(duì)過去有需求，也對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)有需要，設(shè)計(jì)成品更多的是設(shè)計(jì)師的想象。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，用戶可以輕松對(duì)未來技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)覽，從而更能感知當(dāng)前設(shè)計(jì)工作的不足，進(jìn)而進(jìn)一步完善工程設(shè)計(jì)工作。

2虛擬現(xiàn)實(shí)的啟示

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中應(yīng)用的開發(fā)工具的普及，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件因其具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值也愈加活躍。如計(jì)算機(jī)游戲，尤其是近年來在社會(huì)上受到普遍歡迎的實(shí)時(shí)三維游戲也被納入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)項(xiàng)目與普通的信息系統(tǒng)和應(yīng)用軟件存在較大不同，它應(yīng)用到多領(lǐng)域多專業(yè)的協(xié)作。一般軟件系統(tǒng)在開發(fā)時(shí)會(huì)將主要精力集中于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，如果是信息系統(tǒng)的開發(fā)，其核心是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的有效設(shè)計(jì)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也體現(xiàn)了我國(guó)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在很多方面都提供啟示，主要集中在空間認(rèn)知、操控及運(yùn)動(dòng)、反饋中。首先，空間認(rèn)知。人的空間記憶主要是依靠位置細(xì)胞以及專門的神經(jīng)元素進(jìn)行支撐，通過對(duì)物理空間以及環(huán)境中其他線索進(jìn)行導(dǎo)航。頭盔式顯示器允許參與者移動(dòng)身體或是肢體變動(dòng)來對(duì)視野進(jìn)行更新，這個(gè)過程中位置細(xì)胞開火。另外，顯示器還對(duì)每一只眼睛進(jìn)行輕度渲染，且渲染程度不一，它可以使得人的眼睛更加容易去對(duì)顯示器顯示的形象縱深進(jìn)行感知，這些顯示器都可以創(chuàng)造一種存在感，或者說是讓參與者體驗(yàn)一種它在那里的感知。在以后的技術(shù)中，期待參與者的空間記憶可以相較于平面來說更多地在虛擬現(xiàn)實(shí)中參與，尤其是在對(duì)可視化3D進(jìn)行觀察的時(shí)候。虛擬現(xiàn)實(shí)可以對(duì)物理導(dǎo)航提供的啟示直接模擬，這主要是得益于在大腦皮層表面存在的位置細(xì)胞可以被觀察到，在虛擬環(huán)境中導(dǎo)航且隨后再次回憶穿過大路的路徑，在同一個(gè)序列中像人一樣操作。其次，操控及運(yùn)動(dòng)。這是由物理對(duì)象操控過程產(chǎn)生的啟示，可以對(duì)參與者的感知知覺及記憶力進(jìn)行改善。如翻動(dòng)一本書所得到的啟示，在面對(duì)電腦顯示器對(duì)相同文本進(jìn)行閱讀時(shí)，會(huì)導(dǎo)致參與者理解能力及相關(guān)回憶的增加。另外，對(duì)參與者無意瀏覽且重新進(jìn)行定位的資料相關(guān)能力也有所提高，如步行運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)物理空間中進(jìn)行這樣的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的因果認(rèn)知聯(lián)系，其他啟示也可以用運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助，如可以利用空間中出現(xiàn)的自行移動(dòng)對(duì)參與者的感知深度進(jìn)行加強(qiáng)。最后，反饋。當(dāng)評(píng)估系統(tǒng)出現(xiàn)困難時(shí)，這時(shí)就出現(xiàn)了相應(yīng)的估值。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓軟件工程師停留在一個(gè)環(huán)境中，這個(gè)環(huán)境對(duì)程序員行動(dòng)以及看見行動(dòng)所產(chǎn)生結(jié)果之間的時(shí)延進(jìn)行剔除，試圖對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行剔除。這種快速反饋已經(jīng)在二維顯示中有過試驗(yàn)，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將這一體驗(yàn)加強(qiáng)，并將其擴(kuò)展至三維空間中。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)代碼以及編碼的審查工作建立了虛擬現(xiàn)實(shí)的原型。他們對(duì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)啟示的好處具體現(xiàn)實(shí)，在其他的軟件工程活動(dòng)中也得到擴(kuò)展。一是現(xiàn)場(chǎng)編碼。它是一種專門為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的現(xiàn)場(chǎng)編碼環(huán)境，它可以允許用戶利用函數(shù)庫(kù)建立起一個(gè)3D場(chǎng)景。并且，它提供了用戶簡(jiǎn)單的文本編輯器，在提供的另一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，在眼前漂浮。當(dāng)用戶輸入編碼到編輯器中去，環(huán)繞在身邊的世界會(huì)出現(xiàn)更新，顯示代碼標(biāo)注的場(chǎng)景。它也能使得用戶通過每一幀執(zhí)行的函數(shù)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，用戶可以在這一代碼中對(duì)場(chǎng)景的狀態(tài)進(jìn)行操控，便于在場(chǎng)景中使得參與者的行為動(dòng)作更多。這種模擬是利用另一種方式達(dá)成的，可以使得用戶真實(shí)地感知到場(chǎng)景，而不是通過屏幕捕捉的場(chǎng)景。為了使得鍵盤的互動(dòng)更好，允許在虛擬眼鏡中使用網(wǎng)絡(luò)相機(jī)及系統(tǒng)反映的對(duì)象，將現(xiàn)實(shí)部分標(biāo)注。首先，反饋。在所寫的代碼及虛擬技術(shù)帶來的效果中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了一個(gè)非常緊密的反饋通道，使得各種解決方案以及算法、計(jì)算試驗(yàn)可以在其中快速進(jìn)行，這也是一種在學(xué)習(xí)上運(yùn)用的很有前景的工具，因?yàn)橛脩艨梢詫?duì)其中存在的編程錯(cuò)誤進(jìn)行明確，并且不需要中間步驟就可以對(duì)其進(jìn)行更改。而這個(gè)編譯步驟有的人認(rèn)為是阻礙，當(dāng)代碼描述的是虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景時(shí)，這些好處都將一一得到體現(xiàn)。二是手勢(shì)操控代碼。它也為用戶提供了輸入法及快捷方式，當(dāng)寫代碼時(shí)快速對(duì)代碼中數(shù)字進(jìn)行編輯，鍵盤中的快捷方式允許代碼數(shù)字快速編輯，集成了跳躍運(yùn)動(dòng)控制，可以為用戶提供相應(yīng)的能力，通過上下手部動(dòng)作進(jìn)行數(shù)字的操控，使得用戶可以持續(xù)用手更正動(dòng)作。二是代碼審核。它展現(xiàn)的是代碼片段類似于代碼氣泡的相關(guān)方法，且堆積在地板上，對(duì)片段的群體進(jìn)行顯示，這些堆積可以將其擴(kuò)展為更細(xì)節(jié)的環(huán)形，并對(duì)其進(jìn)行可視化處理。首先，空間推理。審查者最開始是在屏幕中間對(duì)激活片段進(jìn)行觀察，而其他類似的片段都會(huì)在地板上分布，審查者這時(shí)利用空間辨識(shí)，通過堆積多遠(yuǎn)以及堆積的尺寸對(duì)堆積物的相關(guān)特性進(jìn)行判斷，審查者可以對(duì)堆積物的標(biāo)簽進(jìn)行掃描，以及對(duì)每一處堆積產(chǎn)生的片段數(shù)量進(jìn)行掃描，并快速對(duì)堆積是否是相關(guān)的進(jìn)行快速辨別。其次，手勢(shì)交互。審查者可以利用抓取動(dòng)作進(jìn)行堆積包的選擇，之后可以把手向上拉，將堆積變化為環(huán)形片段，從而開展更詳細(xì)檢查。檢查者可以讀取環(huán)形片段，且水平轉(zhuǎn)動(dòng)指尖轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形，讀取更多類型的其他片段。審查者也可以將頭尾部環(huán)形片段提取并將其放置屏幕中央，使其可以成為激活的片段。若審查看到之前方式，動(dòng)手就可以完成。

4關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的討論

4.1模擬

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為軟件工程師提供了一個(gè)新的思路，可以創(chuàng)造出各種可能的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的應(yīng)用可以提升效率，并完成其余不可能的體驗(yàn)。現(xiàn)有的應(yīng)用，如NASA使用的利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)控制的機(jī)械臂，帶來的是效率的顯著提升。而教育類的體驗(yàn)項(xiàng)目可以讓學(xué)生用一種方式對(duì)我們所處的太陽系進(jìn)行體驗(yàn)，這種體驗(yàn)感會(huì)讓學(xué)生感知到自己就像是在太陽旁邊。而未來與此相關(guān)的研究，需要在如何創(chuàng)造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、如何創(chuàng)造更多工具上下功夫。

4.2遠(yuǎn)程協(xié)作

分布在全球各地的程序員，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)變成空間中加入對(duì)方，從而解決相關(guān)問題。這樣的方式使得他們可以提供額外思考角度，更快尋找到解決問題的方法。而另一組程序員可以在虛擬現(xiàn)實(shí)程序?qū)彶榄h(huán)境中加入到對(duì)方環(huán)境中，可以看到每個(gè)人在系統(tǒng)中展示的自己那部分，對(duì)堆積信息所做的注釋上進(jìn)行相應(yīng)的思考。

4.3開放性問題

體驗(yàn)者帶上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)裝備后，就意味著與物理現(xiàn)實(shí)世界所存在的其余部分隔離，也將包括隔離協(xié)作者。這時(shí)體驗(yàn)者的同伴缺乏有效提問的機(jī)會(huì)，且在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的有效交流被抑制了。另外，穿戴上應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的耳機(jī)后，上面安裝了固定的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，它支持體驗(yàn)者與現(xiàn)實(shí)世界保持一定量的互動(dòng)，但體驗(yàn)者的視野卻受到很大限制。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的投入程度以及對(duì)現(xiàn)實(shí)擴(kuò)展使用的裝置，它的最終目標(biāo)都是幫助用戶在實(shí)體環(huán)境中，通過信息覆蓋量的增加對(duì)相關(guān)任務(wù)進(jìn)行完成。與此同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更為注重對(duì)物理現(xiàn)實(shí)世界的完全覆蓋。這時(shí)就需要考慮輸入形式問題，游戲機(jī)的控制器對(duì)導(dǎo)航及其他優(yōu)先動(dòng)作支持都可以迫使其良好運(yùn)作，但在鍵盤的文本輸入上不能進(jìn)行比較。但是這個(gè)設(shè)備要求用戶在物理現(xiàn)實(shí)及虛擬世界中展開交互，手勢(shì)識(shí)別利用物理現(xiàn)實(shí)世界來對(duì)相應(yīng)的交互作用進(jìn)行取消，但是會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)身體勞損情況。聲音識(shí)別可以對(duì)這種勞損進(jìn)行減少，但在互相分享工作中可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一些尷尬。

4.4挑戰(zhàn)

首先，從物理現(xiàn)實(shí)中脫離的問題。帶上穿戴式設(shè)備后參與者實(shí)際上與現(xiàn)實(shí)世界的其余部分隔離，這時(shí)其他人可能缺少提問的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)交流被壓縮了。另外，耳機(jī)佩戴后可能導(dǎo)致參與者時(shí)刻處于虛擬環(huán)境中，與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的交流也出現(xiàn)障礙，這是由于視野上出現(xiàn)限制。其次，3D映射。一些問題缺乏相應(yīng)的表述，使得虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)存在挑戰(zhàn)，如同2D代碼可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中顯示，但代碼本身沒有第三個(gè)維度，導(dǎo)致其表達(dá)性丟失。最后，技術(shù)限制。一般來說，設(shè)備的分辨率都為1080p，使得文本閱讀不受限制，但是需要進(jìn)行多時(shí)段會(huì)議時(shí)，每個(gè)用戶的配置也不相同，這些配置可以適度要求增加時(shí)間。

5結(jié)語

就目前存在的二維開發(fā)環(huán)境來說，對(duì)這些啟示仍舊不能很好利用，如空間識(shí)別、操縱反饋等。但在本文中描述的是軟件工程師如何更好地利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而產(chǎn)生新的工具，利用這些工具可以更好地實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的啟示。

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作者：王志崗 單位：寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院