淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育的應(yīng)用

孟海涅

摘 要 通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論陳述，部分實(shí)例進(jìn)行分析，著手于軟硬件兩方面，結(jié)合高等教育中已有的優(yōu)秀實(shí)例，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育領(lǐng)域的應(yīng)用提出部分建議。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 三維技術(shù) 教育 軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展十多年了，近幾年發(fā)展極為迅速?？纱┐魇降某两襟w驗(yàn)，讓這項(xiàng)技術(shù)在社會(huì)中得到極大地推廣和使用。在高等教育領(lǐng)域，也越來(lái)越多的將該技術(shù)引入到科研和教學(xué)上。下面，我們來(lái)具體談?wù)劇?/p>

1虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳遞信息方面是多媒體技術(shù)的一大突破。VR所傳遞的信息不僅僅是簡(jiǎn)單的圖形、聲音或者超文本，而是一系列實(shí)時(shí)生成的擬真聲像信息、觸覺(jué)和運(yùn)動(dòng)感知（未來(lái)還要加上嗅覺(jué)和味覺(jué)）等。VR最大的特點(diǎn)就是“身臨其境”，這和教育原理中的“情景構(gòu)建”理論不謀而合，因此將VR應(yīng)用到教育領(lǐng)域也成為一個(gè)較為熱門(mén)的研究方向。

下面列舉了幾種典型的VR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用：

1.1 VR訓(xùn)練場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)

顧名思義，VR訓(xùn)練場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)就是在虛擬世界中構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所來(lái)供學(xué)習(xí)者進(jìn)行活動(dòng)與操作。由于操作對(duì)象從實(shí)際存在的物體變成了虛擬世界中的模型，允許操作方式會(huì)隨著教學(xué)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)精細(xì)程度而增加或者減少（一般是減少），設(shè)計(jì)者可以給出較為精簡(jiǎn)的操作流程提示告知學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)怎樣控制和處理“眼前”的對(duì)象。同時(shí)，從虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)來(lái)看，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等等，擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)隨時(shí)生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬體驗(yàn)，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。包括軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、體育技能、汽車(chē)駕駛技能、果樹(shù)栽培技能、電器維修技能等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練。

1.2科技研究與模擬觀測(cè)

清華大學(xué)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，還增加了虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的內(nèi)容。清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)；北京師范大學(xué)教育部虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工程研究中心就主要從事這項(xiàng)技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，先后開(kāi)發(fā)了北京胡同虛擬現(xiàn)實(shí)游覽交互系統(tǒng)、秦兵馬俑陣列運(yùn)動(dòng)模擬、虛擬內(nèi)窺鏡等程序；華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室將其虛擬實(shí)驗(yàn)室成果在網(wǎng)上公開(kāi)展示，供遠(yuǎn)程教育使用；復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、暨南大學(xué)等一批高校也開(kāi)發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。

1.3虛擬校園

“不出門(mén)便知天下事”在前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始逐步實(shí)現(xiàn)，而VR系統(tǒng)將賦予這句中國(guó)古諺以更新的內(nèi)涵。相比傳統(tǒng)的主要提供音視頻及超文本內(nèi)容的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若能用VR系統(tǒng)構(gòu)建高度仿真的校園，我們就可以克服由于交互性或互動(dòng)性不足所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。比如，國(guó)外一些高校利用VR技術(shù)吸引生源，推廣校園文化。位于美國(guó)佐治亞州的Savannah藝術(shù)設(shè)計(jì)院校成為第一個(gè)大規(guī)模使用VR技術(shù)的高校，錄制好校園介紹并寄給已被錄取但尚未入學(xué)的學(xué)生。

2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在高等教育的發(fā)展期望

人對(duì)自然界有視聽(tīng)觸味嗅五種感覺(jué)，后三種是較難通過(guò)硬件設(shè)備模擬的。觸覺(jué)直接和身體的運(yùn)動(dòng)接觸有關(guān)，因此想要達(dá)到高度擬真的運(yùn)動(dòng)控制及受力反饋，最好的方案依然是將人體的實(shí)際動(dòng)作傳遞到虛擬世界中去。實(shí)現(xiàn)這一需求的輸入設(shè)備包括體感服等，但仍很難解決輸出即受力反饋問(wèn)題。

類似這樣的問(wèn)題，還未能很好的解決。所以很多高等學(xué)府也將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為科研課題進(jìn)行研究，在技術(shù)上真正實(shí)現(xiàn)突破?！癡R+ 教育”是有技術(shù)門(mén)檻的，人們對(duì)VR 的認(rèn)知普遍不多，在市場(chǎng)上VR 容易被仿冒及誤導(dǎo)使用， 從而讓大家對(duì)VR 的期待值一降再降，導(dǎo)致最后VR 還未真正問(wèn)世，就已經(jīng)淪為了供過(guò)于求的“垃圾”科技， 這讓正牌VR 的損失難以估量。產(chǎn)品內(nèi)容方面，硬件配置與學(xué)科教育契合度偏低，VR 教育課程的開(kāi)發(fā)缺乏學(xué)科教育專家和老師的參與。而相對(duì)于使用Oculus、HTC Vive 等純虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境不需要佩戴沉重的頭盔，不需要放置捕獲用戶空間位置的專用定位器和特定的活動(dòng)范圍空間。它僅需要一臺(tái)電腦配合一個(gè)普通攝像頭，或者僅需要平板電腦或手機(jī)（ 本身自帶攝像頭），即可做到真實(shí)環(huán)境和虛擬對(duì)象的融合互動(dòng)。因此，這種對(duì)硬件條件要求不高的學(xué)習(xí)技術(shù)更容易在學(xué)校落地，并擁有更多的受眾用戶。更重要的是，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境將虛擬的學(xué)習(xí)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行了有意義的關(guān)聯(lián)。所以，AR 技術(shù)作為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一的VR 技術(shù)的分支，更能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)出一個(gè)科學(xué)探究的環(huán)境。

因此，在未來(lái)教育中，我們應(yīng)深掘教育規(guī)律， 借助VR/AR 學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建技術(shù)平臺(tái)支撐下的新型教學(xué)模式，探求VR/AR 學(xué)習(xí)環(huán)境如何支持學(xué)與教， 以提升學(xué)生在課堂教學(xué)中的學(xué)習(xí)效果，通過(guò)重塑學(xué)習(xí)方式回歸教育本質(zhì)，對(duì)培育創(chuàng)新型人才和教育提供支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡蘇，王沛文，楊陽(yáng)等.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR） 技術(shù)的教育應(yīng)用綜述[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2016（05）：27-40.

[2] 陳向東，曹楊璐.移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲的開(kāi)發(fā)——以“快樂(lè)尋寶”為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（04）：101-107.

[3] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知[DB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/ content/2017-01/19/content_5161341.htm，2017-01-19.