虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用

劉　瑋

【摘 要】本文簡要介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其技術(shù)支持VRML語言的原理、特性與設(shè)計思路。并根據(jù)當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀，指出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中各方面的應(yīng)用，進(jìn)一步探討了基于計算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)形式，探索新的教學(xué)模式和方向。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)VRML三維課件虛擬實(shí)驗(yàn)

隨著我國教育模式的不斷改革以及科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)形式已無法滿足學(xué)習(xí)的需要，需亟待改進(jìn)。如何在已有教學(xué)媒體的基礎(chǔ)上，基于計算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)形式，用一種最新出現(xiàn)的教學(xué)模式，去探索新的教學(xué)方式和方向。本文主要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和VRML語言的角度探討其在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其技術(shù)支持

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念及特征

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡稱VR)技術(shù)，是計算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。該技術(shù)就是利用計算機(jī)生成的一種三維模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。由于用戶對計算機(jī)環(huán)境中的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實(shí)物體的存在意識或幻覺，從而使得用戶在計算機(jī)所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài)。其特性主要表現(xiàn)在：

第一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)強(qiáng)調(diào)計算機(jī)生成的虛擬環(huán)境應(yīng)該是逼真的，能給人以身臨其境的沉浸感；

第二，人們能夠以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)支持——VRML語言

1.2.1VRML概述

VRML (Virtual Reality Model Language，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言) 是一種用于對三維虛擬場景進(jìn)行建模的描述性語言，它同HTML語言一樣，是一種ASCII的描述性語言，可以用文本編輯器進(jìn)行VRML編輯。在描述三維物體及由它們構(gòu)成的場景時，VRML能使物體在三維空間中運(yùn)動（動畫），還能夠在場景中播放聲音和電影，并使觀察者能與場景進(jìn)行交互，從而加強(qiáng)觀察者在虛擬場景中的感受。

1.2.2VRML工作原理和特性

VRML的訪問方式是基于客戶/服務(wù)器模式的。其中服務(wù)器提供VRML文件及支持資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式地訪問該文件描述的虛擬境界。由于瀏覽器是本地平臺提供的，從而實(shí)現(xiàn)了與硬件平臺無關(guān)性。圖一描述了VRML的工作方式。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的具體應(yīng)用，主要體現(xiàn)在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬實(shí)訓(xùn)基地、虛擬仿真校園、虛擬遠(yuǎn)程教育等方面。

2.1設(shè)計交互式三維課件

形象生動的多媒體課件是廣泛采用的計算機(jī)輔助教學(xué)的重要形式，用傳統(tǒng)的開發(fā)工具制作的課件都是二維平面的。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計和開發(fā)的交互式三維課件，可以有效的輔助課堂教學(xué)。

眾所周知，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機(jī)專業(yè)課中的一門必修課， 在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中，對于常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法思想，其抽象程度高，學(xué)生很難理解。我們也可以通過虛擬技術(shù)將其制作成課件進(jìn)行教學(xué)，將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現(xiàn)出來，以方便教師的教學(xué)和學(xué)生的理解。

不僅如此，在大學(xué)生法制教育的教學(xué)過程中，枯燥的理論往往是同學(xué)們失去興趣，但是如果能夠有效的引入模擬法庭的方式來展示整個審判過程，將收到意想不到的教學(xué)效果。有效地把遠(yuǎn)方的東西呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，把復(fù)雜的東西變得簡單，把抽象的東西化為具體，更好地理解所學(xué)內(nèi)容。嘗試用VRML進(jìn)行課件的設(shè)計與運(yùn)用，引入教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)任務(wù)更好地完成。將VRML運(yùn)用到課件的開發(fā)設(shè)計中，能使學(xué)習(xí)者憑借系統(tǒng)提供的視聽設(shè)備而置身于一個三維空間的虛擬環(huán)境中，使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生沉浸感和臨場感。

2.2在虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代教學(xué)中，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新素質(zhì)教育的重要手段之一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它不但能使學(xué)生更好地感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，使知識形象化易理解，而且能激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。目前，高等學(xué)校學(xué)生人數(shù)大幅度增加，然而實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，致使有的器材使用長期處于過飽和狀態(tài)，有的儀器無能力購買，大大地影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。為了盡快改善這種狀況，整合教學(xué)資源，使學(xué)生獲得最好的學(xué)習(xí)效果，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是近年來比較創(chuàng)新且有較好實(shí)際效果的做法。

通過虛擬的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既可以縮短實(shí)驗(yàn)的時間，又可以獲得直觀、真實(shí)的效果，還能對那些不可見的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，避免各種危險。虛擬實(shí)驗(yàn)的引入不但使教學(xué)經(jīng)費(fèi)降低，使教學(xué)內(nèi)容不斷更新，使實(shí)驗(yàn)實(shí)踐及時跟上技術(shù)的發(fā)展，而且還能為學(xué)生創(chuàng)造良好的自學(xué)條件，使他們按照自己的水平和能力進(jìn)行學(xué)習(xí)，能使學(xué)生有更多的練習(xí)機(jī)會。但是在采用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的過程中，并不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備型號單一，性能穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)條件過于理想化，實(shí)驗(yàn)過程中的由個人原因造成異?，F(xiàn)象和故障出現(xiàn)次數(shù)極少，使學(xué)生的實(shí)踐動手能力沒有真正的得到鍛煉。因此，這就要求設(shè)計和開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)人員不僅有相應(yīng)的計算機(jī)知識還應(yīng)具有專業(yè)知識，要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合分析，設(shè)計出內(nèi)容覆蓋全面的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

2.3虛擬場景與技能訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以虛擬的人物形象，創(chuàng)設(shè)一個人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠(yuǎn)教學(xué)生能夠在自然、親切的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，在虛擬的課堂學(xué)習(xí)氣氛中，遠(yuǎn)教學(xué)生可以與虛擬的教師、學(xué)生一起交流、討論，共同探討學(xué)習(xí)中的各種問題，進(jìn)行協(xié)作化學(xué)習(xí)。再如，在外語教學(xué)中，可以通過計算機(jī)虛擬學(xué)生到國外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生口語的目的。再如，與虛擬的心理醫(yī)生對話，排解心中的煩惱等。同時，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已相應(yīng)的硬件設(shè)備可以進(jìn)行各種技能訓(xùn)練，如外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

3 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性，以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，在教學(xué)中有著極其巨大的應(yīng)用前景，將會逐漸受到社會各界，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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(作者單位：中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，青島海川商務(wù)專修學(xué)院)