計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用與軟件的開發(fā)研究

楊娟

摘要：本文從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理和特點(diǎn)著手，重點(diǎn)解析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用和相關(guān)軟件開發(fā)的研究。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；教學(xué)應(yīng)用；軟件開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也就是所謂的“VR”技術(shù)，是近幾年計算機(jī)科學(xué)發(fā)展到一定階段所催生的產(chǎn)物，是虛擬技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向平民化、大眾化的一種新興科技。目前，這種技術(shù)被廣泛運(yùn)用于航空航天、醫(yī)學(xué)臨床、教育教學(xué)、建筑設(shè)計等眾多領(lǐng)域。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理及主要類型

（一）原理

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是計算機(jī)領(lǐng)域里仿真技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的一種融合，是一門極具挑戰(zhàn)性的交叉的且前沿的學(xué)科和新型領(lǐng)域。其主要是計算機(jī)通過三維信息構(gòu)成逼真的虛擬環(huán)境，并借由特殊的如數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等設(shè)備提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，并且在用戶進(jìn)行位置移動或改變時，設(shè)備上的傳感器會即使的把這些信息傳達(dá)給計算機(jī)，計算機(jī)通過精準(zhǔn)的計算重塑場景，因而讓人更有種身臨其境的感覺。從某種層面上來講，虛擬技術(shù)其實(shí)就是一種“欺騙”行為。

（二）主要類型

現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要有四大類：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要是利用相應(yīng)的圖形工作站、顯示器、輸入設(shè)備這三者來實(shí)現(xiàn)，這里的輸入設(shè)備是用戶參與使用的重要工具。而沉浸式虛擬系統(tǒng)則是通過顯示器頭盔把用戶的各種感官“困在”一個虛擬區(qū)域內(nèi)，使用戶完全置身于某種虛擬環(huán)境中。分布式虛擬系統(tǒng)，又被叫做DVR，是一種基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬環(huán)境，在這個系統(tǒng)中，不僅可以使不同地理位置的多個用戶或者多個虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，也可以讓多個用戶同時參與到一個虛擬環(huán)境中，以此實(shí)現(xiàn)資源的共享或者協(xié)同作業(yè)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

（一）沉浸性

沉浸性又被叫做臨場感，是虛擬技術(shù)通過多維的方式與計算機(jī)聯(lián)合所創(chuàng)造的一種虛擬環(huán)境，可以使用戶全身心的沉浸在這個虛擬環(huán)境中與之進(jìn)行交互，進(jìn)而達(dá)到人境合一的感覺，但值得一提的是，在這個環(huán)境中用戶確實(shí)為真實(shí)的參與者。

（二）交互性

交互式是指人們可以在這個特定的虛擬空間中與其呈現(xiàn)的事物之間進(jìn)行交互，比如用戶可以用手去抓握環(huán)境中的物體，而這個設(shè)備能觸發(fā)用戶的神經(jīng)，讓用戶真實(shí)的感受到抓取的東西重量，并且場景中物體也會隨著用戶手的移動而移動。

（三）多感知性

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中配備有各種各樣的如聽、觸、動等的傳感裝置和反饋裝置，這樣就可以使用戶對事物的了解不再簡單的通過眼球去被動接受，而是在聽覺、觸覺等多種感官下的刺激下的類似于真實(shí)的感知。

（四）構(gòu)想性

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要處理核心還是計算機(jī)，而且在大數(shù)據(jù)技術(shù)的蓬勃加持下，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有寬闊的令人想象的空間。因此人們不僅可以借助這一優(yōu)勢對現(xiàn)實(shí)存在的環(huán)境進(jìn)行再現(xiàn)，還可以隨意的構(gòu)想客觀不存在甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境，這樣就在一定程度上拓寬了人們的認(rèn)知范圍。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與軟件開發(fā)研究

（一）虛擬技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

1、促進(jìn)知識學(xué)習(xí)

雖然中國優(yōu)秀的教師不少，但在教學(xué)的過程中對于某些抽象的、難以理解的知識或者過程，也很難用有限的詞語去形容或者描述清楚，即便是網(wǎng)絡(luò)上的資源很多，學(xué)生也能從那些資源中得到一些淺薄的體會，但總的來說還是沒有身臨其境來的震撼，來的有高度。

2、方便探索學(xué)習(xí)

建設(shè)“創(chuàng)新型國家”、培養(yǎng)“創(chuàng)新型人才”一直是我國竭力的追求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，給學(xué)生的提供了這樣一個平臺。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提出的一些假設(shè)或者建立的某種模型可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真，與此同時還可以對其過程、結(jié)果、效果等進(jìn)行觀察和驗(yàn)證。比如學(xué)生在進(jìn)行電路設(shè)計的時候，可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對所設(shè)計的電路進(jìn)行模擬，畢竟理論在大部分情況下都是一種理想的概念，但在實(shí)際運(yùn)用中不僅受內(nèi)因的影響，外在因素也不可忽視。而且這樣也可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造的積極性，因?yàn)橐酝膶W(xué)習(xí)，即使學(xué)生自己設(shè)計出了東西，也沒有相應(yīng)條件去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，到最后也只會不了了之，也就不利于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

3、開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)和技能訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完全就是實(shí)驗(yàn)研究和技能訓(xùn)練的福音，學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對多種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬模擬，比如物理中的勻速運(yùn)動、加速度運(yùn)動，化學(xué)中的金屬與酸性物質(zhì)的反應(yīng)、氧化物的燃燒等等。此外，對于需要動手操作的一些學(xué)生來說，也是大有益處，比如醫(yī)學(xué)院的學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行動物解剖、人體手術(shù)等技能操作，駕校學(xué)生也可以通過虛擬技術(shù)進(jìn)行駕駛技能學(xué)習(xí)，軍校學(xué)生也可以進(jìn)行虛擬的軍事作戰(zhàn)指揮等等，這樣不僅降低了學(xué)生因技能不熟練而造成的不必要的損害，還可以讓學(xué)生反復(fù)的進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，直到掌握技能為止。

（二）基于VR的教學(xué)軟件開發(fā)研究

VR可以模仿真實(shí)世界的3D窗口，是一種非常優(yōu)秀的教育媒介。欲實(shí)現(xiàn)VR教學(xué)軟件的開發(fā)，必須有一個前提：統(tǒng)一的操作系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。此外，還須得有滿足以下幾個問題：第一，有一個開放的一整套的專業(yè)的VR課堂教學(xué)管理系統(tǒng)，包括穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)層、完備的教學(xué)指揮系統(tǒng)等，使內(nèi)容的開發(fā)者可以輕松的開發(fā)出真正適用于課堂教學(xué)的VR內(nèi)容；第二，課件支持市場上主流的如VR眼鏡、頭盔等設(shè)備，使開發(fā)者和硬件商不必考慮兼容性的問題；第三，平臺要同VR教育云相連，集中整合優(yōu)秀的VR教育內(nèi)容，再打包輸送給學(xué)校的需求端。這樣才能在適配問題、接口問題、教育應(yīng)用方面沒有顧忌。

結(jié)語：

繼多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)課程等教學(xué)模式之后，一種叫“VR”的新型教學(xué)媒體也將走進(jìn)課堂，其學(xué)習(xí)模式給學(xué)生一種全新的體驗(yàn)，使學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)從被動的接受到了主動的交互，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的發(fā)展和突破。但其在教育運(yùn)用中還存在著一些瓶頸，希望各界人士齊心協(xié)力攻克難關(guān)，讓VR強(qiáng)大的潛力和優(yōu)勢為教育事業(yè)增光添彩。

參考文獻(xiàn)：

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