“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”教學(xué)創(chuàng)新模式研究

【摘要】本文從“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”課程學(xué)術(shù)性強(qiáng)、理論要求高、實(shí)際應(yīng)用突出等特點(diǎn)的基礎(chǔ)出發(fā)，歸納近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，再結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課堂教學(xué)中的創(chuàng)新模式，重點(diǎn)分析在教學(xué)活動(dòng)中如何做到融會(huì)貫通、學(xué)以致用、啟發(fā)創(chuàng)新的認(rèn)知與實(shí)踐，最后提出如何進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)思路。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ； 實(shí)踐教學(xué) ； 創(chuàng)新模式 ； 教學(xué)質(zhì)量

【注】本論文由學(xué)校教改項(xiàng)目資助。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）7-0275-01

1.引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶(hù)科技借助必要的硬件設(shè)備以自然的方式與虛擬世界的物體進(jìn)行交互，相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)在汽車(chē)、船舶、裝備制造、電子信息等產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測(cè)等方面均發(fā)揮著重要作用。虛擬現(xiàn)實(shí)已成為滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的精神文化生活要求的重要手段，為文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)特別是數(shù)字動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障，可以大大提高數(shù)字動(dòng)漫制作的想象力和創(chuàng)造力，提升內(nèi)容豐富性和視聽(tīng)覺(jué)效果逼真性。

針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最新的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)，本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)熱點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研究?jī)?nèi)容，再?gòu)慕虒W(xué)的角度出發(fā)，探究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課堂中的創(chuàng)新模式，重點(diǎn)分析在教學(xué)活動(dòng)中如何做到融會(huì)貫通、學(xué)以致用、啟發(fā)創(chuàng)新的認(rèn)知與實(shí)踐，最后提出如何進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)思路[2，3]。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

虛實(shí)融合技術(shù)是增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容創(chuàng)作逼真度、增強(qiáng)用戶(hù)沉浸感的重要手段，其致力于將計(jì)算機(jī)生成的虛擬景物與客觀存在的真實(shí)景物共存于同一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)空間，從感官和體驗(yàn)效果上給用戶(hù)呈現(xiàn)虛實(shí)融為一體的逼真場(chǎng)景。基于虛實(shí)結(jié)合的交互策略已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，近期進(jìn)展主要聚集在：虛擬景物和真實(shí)景物的虛實(shí)三維注冊(cè)與空間遮擋處理，虛擬圖形物體和真實(shí)視頻圖像的景物顏色融合與一致化處理，基于目的光照信息的場(chǎng)景虛實(shí)光照融合及其陰影效果處理，面向虛實(shí)融合場(chǎng)景生成的圖像與視頻素材處理，基于虛實(shí)融合場(chǎng)景的界面設(shè)計(jì)與交互機(jī)制，虛實(shí)融合場(chǎng)景的用戶(hù)感知因素分析與可信度量評(píng)價(jià)等方面。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程特點(diǎn)

從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)中可以得出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重點(diǎn)研究計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、控制學(xué)、圖形圖像學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、并行計(jì)算以及媒體藝術(shù)學(xué)等多學(xué)科融合的技術(shù)，學(xué)科綜合且交叉性強(qiáng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程的許多理論、方法和技術(shù)包括了大量的數(shù)學(xué)概念和物理規(guī)律，例如三維建模中的數(shù)值計(jì)算、微分方程、力學(xué)公式，都要求學(xué)生有較深厚的數(shù)學(xué)功底。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬和仿真真實(shí)世界中不存在的物質(zhì)，并可與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)；在仿真的環(huán)境下進(jìn)行逼真的設(shè)計(jì)、訓(xùn)練以及做出評(píng)價(jià)和決策，其所具有的想象性能夠激發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題并產(chǎn)生創(chuàng)新思維。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不但具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和方法，而且擁有眾多典型算法，是由工程應(yīng)用牽引的交叉學(xué)科，開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具豐富多樣，硬件設(shè)備眾多，工程應(yīng)用中軟硬件相結(jié)合的集成系統(tǒng)占很大比重的教學(xué)。

4.教學(xué)創(chuàng)新模式與思路

重視基礎(chǔ)，融會(huì)貫通。在教學(xué)過(guò)程中，首先要做好基本概念，基本方法和基本算法的講解。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程內(nèi)容綜合，通常源自不同學(xué)科和領(lǐng)域，理論跨度大，對(duì)于復(fù)雜的理論需要追源溯本，重視基礎(chǔ)。在教學(xué)中，有意識(shí)的創(chuàng)建知識(shí)金字塔，逐層講解，爭(zhēng)取做到融會(huì)貫通。對(duì)于課時(shí)受限，不能深入展開(kāi)的教學(xué)內(nèi)容，需要有側(cè)重的進(jìn)行選取，覆蓋主要內(nèi)容，重點(diǎn)講解國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)問(wèn)題，研究重點(diǎn)。

互動(dòng)教學(xué)，學(xué)以致用?；?dòng)教學(xué)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程上達(dá)到學(xué)以致用非常有效的教學(xué)模式。它以學(xué)生為主，可有效鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。例如，根據(jù)學(xué)生的興趣、特點(diǎn)采用課堂分組討論，學(xué)生對(duì)同一問(wèn)題具有不同的視角，在小組討論中，各抒己見(jiàn)，可以辯論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在互動(dòng)教學(xué)中，教師擔(dān)任互動(dòng)的組織者，可不斷的發(fā)出提問(wèn)，促使深入討論。

案例驅(qū)動(dòng)，認(rèn)知與實(shí)踐。案例是考察學(xué)生掌握知識(shí)的有效途徑。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課堂上根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將教授內(nèi)容融入案例中。案例可分為硬件類(lèi)、建模類(lèi)、渲染類(lèi)、動(dòng)畫(huà)類(lèi)、交互類(lèi)等不同的類(lèi)別，這些類(lèi)別基本概況了虛擬現(xiàn)實(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)這些案例，可將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到具體實(shí)踐中，加深對(duì)理論的認(rèn)知。此外，可以根據(jù)科研和工程方面的特點(diǎn)，將案例分為算法型和程序型。引導(dǎo)學(xué)生積極閱讀國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)相關(guān)算法，激發(fā)學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力。

5.結(jié)論與思考

“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”學(xué)科綜合性強(qiáng)，學(xué)術(shù)理論廣，創(chuàng)新思維多，工程應(yīng)用豐富，如何教授好該課程是一個(gè)需要與時(shí)俱進(jìn)、歸納總結(jié)的教學(xué)過(guò)程。在教學(xué)中首先要明確教學(xué)目標(biāo)，以基礎(chǔ)理論為本，結(jié)合其特點(diǎn)，可對(duì)不同性質(zhì)的學(xué)生分層教學(xué)，有針對(duì)性的區(qū)別對(duì)待，實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通；采用互動(dòng)教學(xué)模式，在實(shí)踐教學(xué)中以學(xué)生為主，達(dá)到學(xué)以致用；以案例驅(qū)動(dòng)，鍛煉學(xué)生的認(rèn)知能力和實(shí)踐能力。對(duì)于本科生，以注重培養(yǎng)學(xué)生興趣為初衷，構(gòu)建扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。對(duì)于研究生，以學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用為牽引，循序漸進(jìn)地掌握專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技能，領(lǐng)悟科研方法，為更深層次的知識(shí)創(chuàng)新和相關(guān)工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡小強(qiáng)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2005.

[2]沈旭昆，“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”課程教學(xué)實(shí)踐與思考[J].計(jì)算機(jī)教育，23，03，126-128，2009.

[3]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國(guó)科學(xué)F輯，2009，（1）.

作者簡(jiǎn)介：張鳳全，博士，講師，研究方向，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。endprint