淺析虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的運用

耿　彧

[摘要]在教學中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不但能有效的提高教學效果，激發(fā)學生的學習興趣，而且還能提升教學過程中的科技含量。闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的重要作用，重點探討在各基礎學科中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用。

[關鍵詞]虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬實驗室

中圖分類號：G43文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510123－01

一、引言

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)從前沿的航天、軍事領域開始進入教育領域，并涉及高等教育的各個學科。計算機變成實驗臺，軟件變成儀器，網(wǎng)絡變成實驗室的虛擬現(xiàn)實技術(shù)能形象生動地表現(xiàn)各個學科的教學內(nèi)容， 有效地營造隨技術(shù)發(fā)展的教學環(huán)境，提高教學質(zhì)量。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進行實時交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對象，獲得身臨其境的感受和體驗。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感、交互性和想象力三個基本特征。在具體的教學實驗中，學生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當學生沉浸在多維信息空間中時，能夠主動地獲取知識，尋求解答，形成新的概念。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其諸多的優(yōu)點決定了它在教育領域中的重要作用。一是避免真實實驗或操作所帶來的各種危險并降低真實實驗的實驗用品損耗；二是在虛擬實驗中可以獲得與真實實驗一樣的學習效果，還可根據(jù)實驗教學發(fā)展需求“引入”新設備，不斷對新設備進行擴展。三是徹底打破空間與時間的限制?？傊?，虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)和計算機網(wǎng)絡，能提高實驗效果與效率，充分發(fā)揮教學優(yōu)勢。

三、虛擬實驗室的實現(xiàn)

虛擬實驗室是由虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括相應實驗室環(huán)境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。在虛擬實驗室中，學生能夠在計算機建立的三維的模擬實驗場景中從不同的視角觀察一個實驗對象，通過鼠標的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實驗對象之間的交互。

（一）仿真實驗

虛擬實驗室實際上就是數(shù)字化的仿真技術(shù)在實驗教學中的應用，一個真正的虛擬實驗教學系統(tǒng)的前臺是多媒體或是虛擬化的環(huán)境，后臺是實時仿真的過程。

目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構(gòu)建虛擬實驗時，應根據(jù)具體需求，選擇合適的開發(fā)工具。如何將計算機仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機的結(jié)合起來是虛擬實驗室建立的關鍵和核心技術(shù)。

（二）支持技術(shù)

目前國內(nèi)外對虛擬實驗室的開發(fā)大致采用以下幾種方法 ：

1．使用JAVA+VRML進行開發(fā)。Java目前已經(jīng)成為跨平臺應用軟件開發(fā)的一種規(guī)范，主要討論對象行為。VRML 是一種虛擬現(xiàn)實建模語言，著重于虛擬場景中對象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實現(xiàn)較復雜動態(tài)場景控制等高級交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗在制作上較復雜，客戶端需要有大量的專業(yè)的設備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運行VRML對客戶端計算機的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件進行開發(fā)。ActiveX技術(shù)是Microsoft為適應網(wǎng)絡發(fā)展的需要而將OLE技術(shù)在Internet上的重定義。在虛擬實驗室的開發(fā)過程中，代碼復用性對于持續(xù)開發(fā)過程尤為重要?？梢岳肰B、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規(guī)范的開發(fā)工具來進行ActiveX控件的開發(fā)。由于ActiveX控件只能運行在基于Microsoft Windows的操作系統(tǒng)，因而移植性和通用性較差。

3．使用QuickTime VR進行開發(fā)。QuickTime VR（簡稱QTVR）是新一代的、基于靜態(tài)圖像處理的實景建模的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。QTVR可以應用照片、錄像或數(shù)字圖像等離散數(shù)據(jù)來創(chuàng)建虛擬環(huán)境，完成三維空間及三維物體的造型，并實現(xiàn)全方位觀察。具有更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節(jié)特征。QTVR制作簡單、周期較短、可控性也很強，對開發(fā)一些簡單的網(wǎng)絡實驗教學軟件的難度不大。

4．使用FLASH進行開發(fā)。FLASH是一種基于矢量的圖形系統(tǒng)，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點。而且Flash中的工作組功能極為強大，包含一套新的工作流程，可自動更新Flash網(wǎng)站的數(shù)據(jù)驅(qū)動，從而大大節(jié)約了開發(fā)者的時間。因此，F(xiàn)lashActionScript是網(wǎng)上教學虛擬實驗室開發(fā)的最佳平臺。

（三）功能模塊設計

無論建設哪個學科的虛擬實驗系統(tǒng)，從功能模塊上均可劃分為三個部分。

1．網(wǎng)絡服務。用戶可通過網(wǎng)絡注冊個人信息并經(jīng)過驗證后登錄虛擬實驗系統(tǒng)。登錄該系統(tǒng)后學生可自主選擇將要進行的實驗，并根據(jù)實際需要獲得相關的指導。

2．仿真實驗。采用計算機仿真技術(shù)來構(gòu)建實驗模型，設計出用于測試的虛擬儀器設備、實驗線路或回路、實驗元器件或構(gòu)件庫、判別實驗效果的評價標準等。用戶選擇相關的仿真實驗以后，根據(jù)提示進行相關的操作，觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果。

3．數(shù)據(jù)庫。為虛擬實驗系統(tǒng)提供相關的數(shù)據(jù)服務。維護虛擬實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息及用戶的相關權(quán)限，為仿真實驗提供支持。

四、結(jié)束語

如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)很好地運用于教學中是目前教育領域發(fā)展的一個新熱點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中具有廣闊的應用和發(fā)展前景。虛擬實驗的普及能更好的提高教學效率，優(yōu)化教學過程，達到更好的教學效果。

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作者簡介：

耿彧，碩士，遼寧醫(yī)學院計算機教研室，講師，研究方向：計算機教育。