淺析虛擬現(xiàn)實技術(shù)及實踐教學(xué)的虛擬化

王慧婷

【摘要】近年來隨著實踐教學(xué)的深入改革，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用越來越普及，對教學(xué)質(zhì)量的提高日益重要。本文對虛擬現(xiàn)實技術(shù)作了介紹，并對它在實踐教學(xué)中的應(yīng)用作了簡要論說：如何擺脫現(xiàn)階段實踐教學(xué)中的各種困境以及提高實踐教學(xué)質(zhì)量問題；實踐教學(xué)中利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的作用和意義。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù) 實踐教學(xué)虛擬化 應(yīng)用意義

【基金項目】浙江農(nóng)林大學(xué)實驗技術(shù)與管理研究項目：SYB1215。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0022-02

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種新型的信息技術(shù)層出不窮，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)這門全新的綜合性信息技術(shù)在各個行業(yè)影響越來越重要。虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓體驗者能夠完全進(jìn)入到特定的環(huán)境里面去，通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中的各種對象及對環(huán)境進(jìn)行控制，可讓體驗者與虛擬環(huán)境融為一體，取得深刻的感知和認(rèn)識。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理

是通過電腦技術(shù)模擬的創(chuàng)造一個三維空間的虛擬空間，在這空間中提供體驗者各種感官的模擬切身體會和隨心所欲的觀察和體驗三度空間內(nèi)各種情景，關(guān)鍵技術(shù)有：對虛擬環(huán)境建立新模型的技術(shù)，得到真實三維場景的全部數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)建立三維虛擬環(huán)境模型；通過聲音的立體技術(shù)合成技術(shù)，以及三維立體顯示技術(shù)，能夠虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的立體聽覺感受以及三維立體視覺系統(tǒng)；體驗者在虛擬技術(shù)中的觸覺反饋技術(shù)，虛擬環(huán)境中可以讓用戶能夠直接對虛擬物體操控并且可以真實地感受到虛擬物體的觸覺反饋產(chǎn)生與真實環(huán)境相同的感受；人機交互的技術(shù)，現(xiàn)在虛擬技術(shù)已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)的鍵盤和鼠標(biāo)模式，已經(jīng)有豐富的佩戴系統(tǒng)與傳感傳感器設(shè)備，甚至出現(xiàn)了語音識別和三維交互技術(shù)以及體感識別等等；包括信息同步技術(shù)、模型標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、識別和合成技術(shù)等等。

1.2實踐教學(xué)虛擬化中的技術(shù)具體操作方法

通過列舉測量課程的教學(xué)虛擬化的具體操作方法進(jìn)行闡述。介紹虛擬化技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，測量學(xué)實踐課中將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，制作出可交互的網(wǎng)絡(luò)模擬實驗環(huán)境，并提供多種“實驗設(shè)備”，讓學(xué)生在課外也能與教學(xué)同步進(jìn)行測量實驗，對實驗設(shè)備可反復(fù)“操作”，并可通過多種預(yù)置操作提示實現(xiàn)隨教隨學(xué)、隨學(xué)隨用，實踐教學(xué)效果將顯著提高[1]。此外，通過模擬各種對設(shè)備的錯誤操作，使學(xué)生深刻理解不符合規(guī)程的儀器操作將會引起的后果，輕則造成某站測量數(shù)據(jù)的錯誤，重則損壞儀器。在普通計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用3DS MAX， Maya、VIR-tool等軟件，建立一個“多設(shè)備”“多場景”“多項目”的桌面虛擬測量實踐教學(xué)系統(tǒng)，提供給學(xué)生一個從最初的“設(shè)備操作練習(xí)”到最終的“實際工程演練”多層次可持續(xù)的模擬練習(xí)平臺。該虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在于測量實踐課程的教學(xué)中，建立“多設(shè)備”“多場景”“多項目”的虛擬測量實踐教學(xué)系統(tǒng)，將突破傳統(tǒng)測量實踐課程教學(xué)易受設(shè)備、場地、時間限制的瓶頸，提供給學(xué)生一個全方位、無限制的測量實踐教學(xué)平臺。對于學(xué)生們培養(yǎng)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)潛力作用極大。實踐教學(xué)與理論教學(xué)的互相配合、相互作用，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力必不可少的。有效的提升學(xué)生分析能力和動手能力，充分的開發(fā)學(xué)生們創(chuàng)造能力，促進(jìn)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[2]。

由此可見，使用虛擬現(xiàn)實化技術(shù)，老師或?qū)W生能夠在計算機上精確地操作各種試驗，包括真實環(huán)境條件不能滿足的科學(xué)實驗，或者實驗危險系數(shù)較高的項目，既節(jié)約了教學(xué)成本也同時保證了學(xué)生的自身安全，可以非常經(jīng)濟(jì)有效的達(dá)到教學(xué)目的。另外，實踐教學(xué)中，虛擬化技術(shù)可對學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)程中，提出的各種疑問以及假設(shè)，針對性地完成各種模型的假設(shè)，再通過虛擬化很直觀的完成各種任務(wù)和得到實驗結(jié)果。利用這種技術(shù)，學(xué)生可以探索更多的知識面，而且很有可能研究出新的科學(xué)技術(shù)成果，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.3 虛擬化教學(xué)在技能訓(xùn)練方面應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使人身臨其境，能讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中充當(dāng)一個角色，集中注意力，專心致志地投入學(xué)習(xí)過程中，十分有利于幫助學(xué)生開展技能訓(xùn)練。利用這種技術(shù)，能夠讓學(xué)生進(jìn)行各種技能訓(xùn)練，例如，航空航天院校學(xué)生利用飛行模擬設(shè)備進(jìn)行飛行操作、和編隊作戰(zhàn)等方面的訓(xùn)練，極大程度地減少飛行設(shè)備以及學(xué)員的安全。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在課堂教學(xué)中使用簡易的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，比如課堂教學(xué)需要給學(xué)生表現(xiàn)一些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動態(tài)，無論是自然學(xué)科還是社會學(xué)科，都可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)造一種可以體驗和觀察的場景。在現(xiàn)代教學(xué)中，很多教學(xué)內(nèi)容和實驗需要讓學(xué)生更容易理解和體驗，使用虛擬現(xiàn)實化的教學(xué)手段就能很方便快捷的做到，學(xué)生們通過切身感受虛擬體驗過程，快速地理解和鞏固所傳授的知識。

使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以克服傳統(tǒng)授課中只有抽象思維而沒有實際感受的缺陷。在課堂教學(xué)中，教學(xué)虛擬現(xiàn)實化的模擬軟件為學(xué)生創(chuàng)造了一個無害的、低風(fēng)險的、經(jīng)濟(jì)實惠的方式，與真實世界進(jìn)行交互。一方面為學(xué)生展現(xiàn)現(xiàn)實生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或萬物變化的過程，可以提供栩栩如生、逼真再現(xiàn)的感性學(xué)習(xí)資料，讓學(xué)生們很方便解決學(xué)習(xí)中的知識難點。

教學(xué)中有的知識點，運用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生們很難理解。由于空間的三維性，除了制作結(jié)構(gòu)模型沒有其他更加高效的辦法?，F(xiàn)在，在晶體學(xué)中的教學(xué)，除了制作模型外，可以利用虛擬現(xiàn)實的技術(shù)讓學(xué)生體驗晶體結(jié)構(gòu)三維空間展示效果，使學(xué)生非常容易觀察、理解和制作，從而解決了傳統(tǒng)教學(xué)中教師講授比較抽象、非常難以理解的晶體結(jié)構(gòu)問題。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐教學(xué)的積極作用

3.1有利改善教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)效率，開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能；增加學(xué)校教學(xué)承載能力，改善教育資源；解決學(xué)校部分教育經(jīng)費短缺問題。

3.2 通過該技術(shù)可以建立各種實驗實訓(xùn)基地，利用傳統(tǒng)實踐與虛擬技術(shù)相結(jié)合的方式方法進(jìn)行實踐教學(xué)訓(xùn)練，能夠使教育緊跟現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)步技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會及時需要的高素質(zhì)畢業(yè)生。

3.3 可以很有效的規(guī)避實驗或?qū)嵺`教學(xué)的各種危險。例如，化學(xué)實驗實踐中利用虛擬技術(shù)，能夠規(guī)避化學(xué)燃燒、爆炸的危險；外科手術(shù)實踐通過虛擬化演練，可避免手術(shù)的誤操作造成醫(yī)療事故等。

3.4滿足學(xué)校培養(yǎng)新型復(fù)合型人才的需要，培養(yǎng)出高素質(zhì)的技術(shù)人員和更高級其他人才。

4.結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代實踐教學(xué)的大趨所勢，也是大中小院校教學(xué)改革與研究的新課題，該技術(shù)對當(dāng)今教育工作者教學(xué)方法的探索提出新的要求和思路：現(xiàn)階段，我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)實踐教學(xué)才處于起步階段，與歐美發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，提升的空間非常巨大，這需要所有教育工作者的共同努力，重視素質(zhì)教育，全面提高教學(xué)水平，為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳英.基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大學(xué)生虛擬社會實踐問題研究[D].中南民族大學(xué)，2012.

[2]張永彬，汪金花.測繪實踐課程教學(xué)的探討[J].測繪科學(xué)，2009，34（4）：239-240.