淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，一個(gè)時(shí)代感鮮明的名詞映入了我們的眼簾——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自其出現(xiàn)之初，人們就發(fā)覺了其在教學(xué)領(lǐng)域能夠起到的非凡作用?？梢哉f，在未來的教學(xué)環(huán)境下，我們將更多地把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是一種非常行之有效的教學(xué)輔助手段，將給我們的教學(xué)過程帶來劃時(shí)代的變革。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 計(jì)算機(jī)教學(xué) 應(yīng)用

隨著現(xiàn)代的科技進(jìn)步，我們的教學(xué)手段從傳統(tǒng)的一支粉筆、一塊黑板和三尺講臺組合的舊模式，轉(zhuǎn)變成以各種高科技手段輔助教學(xué)的新模式，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)就是其中的代表。在這樣的大環(huán)境下，一個(gè)時(shí)代感鮮明的名詞映入了我們的眼簾——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自其出現(xiàn)之初，人們就發(fā)覺了其在教學(xué)領(lǐng)域起到的非凡作用?？梢哉f，在未來的教學(xué)環(huán)境下，我們將把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更多地應(yīng)用到我們的教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種行之有效的教學(xué)輔助手段，將給我們的教學(xué)帶來劃時(shí)代的變革。

一、什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是伴隨多媒體技術(shù)發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)新技術(shù)，是利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨率顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，用戶需要通過特殊的交互設(shè)備才能進(jìn)入虛擬環(huán)境中。這是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支。最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者J·Laniar曾經(jīng)說過：“虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假想現(xiàn)實(shí)，意味著‘用電子計(jì)算機(jī)合成的人工世界’?！碧摂M現(xiàn)實(shí)的主要特征包括：多感知性（Multi-Sensory）、浸沒感（Immersion）、交互性（Interactivity）、構(gòu)想性（Imagination）等。

二、應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的意義

作為一個(gè)教育者，我們都知道，教育過程是一個(gè)知識、技術(shù)傳承的過程，也可以說是一種經(jīng)驗(yàn)的傳承過程。作為一種經(jīng)驗(yàn)的傳承，受教育者卻往往不具備這樣的經(jīng)驗(yàn)，甚至并沒有親身看到過經(jīng)驗(yàn)中的場景。我們?nèi)祟愲m然擁有無盡的想象力，我們的想象力就是我們創(chuàng)造世界和改造世界的力量源泉，但是憑空想象一個(gè)經(jīng)驗(yàn)場景，或者是只參照簡單的文字描述和圖片去想象一個(gè)經(jīng)驗(yàn)場景，對于受教育者來講還是比較困難的。教育者迫切需要一種工具，可以向受教育者直觀地展示他們所要學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)場景，讓他們在這樣的場景下接受我們的經(jīng)驗(yàn)傳承，能達(dá)到事半功倍的效果。另外，在傳授經(jīng)驗(yàn)的過程中，我們雖然可以使用現(xiàn)實(shí)的工具，但我們的教育資源是有限的，如何為受教育者提供更多的工具，這也是教育者面臨的客觀難題。綜上所述，我們教育者在教學(xué)過程中遇到的諸多難題都可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來解決。

虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個(gè)形象逼真的模型。人與該模型可以進(jìn)行交互，并產(chǎn)生與真實(shí)世界中相同的反饋信息，使人們獲得和真實(shí)世界中一樣的感受。當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境（合理虛擬現(xiàn)實(shí)）、人類不可能達(dá)到的環(huán)境（夸張?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)）或構(gòu)造純粹虛構(gòu)的環(huán)境（虛幻虛擬現(xiàn)實(shí)）以取代需要耗資巨大的真實(shí)環(huán)境時(shí)，就可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。在虛擬教學(xué)方面，可以應(yīng)用教學(xué)模擬進(jìn)行演示、探索、游戲教學(xué)。利用簡易型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)某些系統(tǒng)（自然的、物理的、社會的）的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，為學(xué)生提供一種可供他們體驗(yàn)和觀測的環(huán)境。建立教學(xué)模擬的關(guān)鍵工作是創(chuàng)建被模擬對象（真實(shí)世界）的模型，然后用計(jì)算機(jī)描述此模型，通過運(yùn)算產(chǎn)生輸出。這些輸出能夠在一定程度上反映真實(shí)世界的行為，所以說，虛擬教學(xué)的模擬是一種十分有價(jià)值的 CAI 模式。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，受一些基礎(chǔ)設(shè)施條件限制，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用還停留在比較淺的層次，如多媒體課件的開發(fā)等，這些技術(shù)屬于桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)的屏幕用來作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭虛擬境界，并且有助于操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個(gè)手控輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)、追蹤球等，坐在監(jiān)視器前，通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體。但這時(shí)參與者并沒有完全投入，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，比較適用于教學(xué)過程中采用多媒體教學(xué)課件或教學(xué)軟件的應(yīng)用。

以計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的安裝、維修調(diào)試的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來舉例。在設(shè)計(jì)過程中，通過三維建模軟件，真實(shí)還原計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，然后運(yùn)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)賦予每一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件以相對應(yīng)的真實(shí)性能參數(shù)，這樣一套計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的安裝、維修調(diào)試的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)就完成了。當(dāng)然這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程隨著仿真程度越高也將越復(fù)雜，投入的各種資源也將越多。使用者在使用系統(tǒng)的時(shí)候，將以第一人稱視角進(jìn)入場景中，整個(gè)場景為三維建模而成，操作者可圍繞一臺完整的計(jì)算機(jī)進(jìn)行漫游。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊某個(gè)計(jì)算機(jī)部件時(shí)，在鼠標(biāo)位置將顯示該部件名稱；鼠標(biāo)右鍵單擊該配件將彈出菜單選項(xiàng)，內(nèi)容包括：提取部件、整機(jī)的其他部分將隱藏、單獨(dú)顯示該部件等，使用者還可以通過鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、放大該部件?？梢岳脛?dòng)畫加解說的形式對標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)硬件安裝調(diào)試過程進(jìn)行演示，在演示的過程中應(yīng)可以進(jìn)行暫停、播放、快進(jìn)等操作?？梢允孪葹槭褂谜哳A(yù)設(shè)多個(gè)計(jì)算機(jī)硬件故障，并規(guī)定檢修時(shí)間，使用者將以第一人稱視角進(jìn)入場景中，按照設(shè)置好的步驟對計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行檢查，模擬實(shí)際的計(jì)算機(jī)硬件檢修過程。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊選中某個(gè)部件時(shí)，顯示該部件的名稱、方位信息，發(fā)現(xiàn)該部件存在故障時(shí)，可對故障進(jìn)行確認(rèn)，并在界面上顯示故障名稱及數(shù)量等。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展方向

隨著科技的進(jìn)步，我們在教學(xué)過程中還可以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中更高端的——投入的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。高級虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全投入的功能，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其他設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套以及其他手控輸入設(shè)備、聲音等使參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中，能全心投入和沉浸其中的感覺。這樣的技術(shù)，完全可以排除周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾，真正做到身臨其境，給受教育者完全“真實(shí)”的經(jīng)驗(yàn)感受。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。教育者應(yīng)該更善于應(yīng)用這種先進(jìn)的輔助教學(xué)手段，使我們的知識、技術(shù)傳承過程更直接，使受教育者能夠更直觀地感受知識內(nèi)容，更好地完成學(xué)業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來的教育教學(xué)過程中必將占據(jù)越來越重要的位置，成為教學(xué)過程中不可或缺的重要元素。

參考文獻(xiàn)：

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[2]賀雪晨.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

（作者單位：韶關(guān)市技師學(xué)院）