虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用研究

袁川曄

摘要：本文對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義進(jìn)行界定，并重點(diǎn)闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用以及相關(guān)發(fā)展方向，在此基礎(chǔ)上，對未來虛擬技術(shù)在教育應(yīng)用上將遇到的瓶頸進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）；虛擬教學(xué)；虛擬環(huán)境；交互

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）46-0233-02

一、引言

伴隨信息時(shí)代的到來，新科技手段的應(yīng)用衍生了各種新型教學(xué)媒體，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）是繼多媒體之后，教育技術(shù)領(lǐng)域又出現(xiàn)的一個(gè)新型教學(xué)媒體。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為2016年是VR元年，它融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像、處理傳感器技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。以往人機(jī)互動(dòng)是枯燥冰冷的，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)改變了現(xiàn)狀，生成的視覺和音效是立體的，人機(jī)交互是和諧友好的，因此，極大地影響了傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)。

二、VR概念與現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是一個(gè)仿真的模擬環(huán)境，一種由計(jì)算機(jī)和傳感器等創(chuàng)造的新世界。通過多種傳感設(shè)備，用戶對虛擬世界中的物體進(jìn)行各種感知和操作，根據(jù)自身的感覺反應(yīng)，參與虛擬事件。各種逼真的模擬環(huán)境，使參與者沉浸在其中。簡而言之，虛擬現(xiàn)實(shí)就是人們可以通過視、聽、觸等信息通道感受到全新的虛擬世界，跟設(shè)計(jì)者進(jìn)行高級的互動(dòng)。

近年來，VR技術(shù)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，越來越廣泛地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、設(shè)計(jì)、地產(chǎn)、軍事、考古、娛樂等諸多領(lǐng)域。1980s是個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代，1990s是網(wǎng)絡(luò)、多媒體的時(shí)代，而現(xiàn)在則是VR技術(shù)的時(shí)代。

三、VR在教學(xué)中的應(yīng)用方向

VR技術(shù)的應(yīng)用前景是非常寬廣的，它可應(yīng)用于所有計(jì)算機(jī)相關(guān)的領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，因?yàn)閂R技術(shù)能將三維空間的空間感清楚直觀地表現(xiàn)，在虛擬環(huán)境中能使學(xué)習(xí)者直接與對象進(jìn)行交互，并具有更強(qiáng)的事件的發(fā)展變化的參與感，提升環(huán)境控制和操作自由度。這種呈現(xiàn)多維度的虛擬學(xué)習(xí)和培訓(xùn)環(huán)境，可以提供一種全新的途徑給參與者以最直觀、最有效的方式掌握一門新知識、新技能。因此，該項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在如虛擬科學(xué)實(shí)驗(yàn)室生態(tài)教育、特殊教育、仿真試驗(yàn)、專業(yè)領(lǐng)域等的訓(xùn)練中，具有明顯的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

在教育領(lǐng)域中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大進(jìn)步。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與學(xué)習(xí)結(jié)合產(chǎn)生的各種產(chǎn)品來幫助學(xué)習(xí)，一來可以輕易地給予學(xué)習(xí)者某些現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不太容易得到的一些體驗(yàn)和感受，二來也使得學(xué)生和老師更好地養(yǎng)成數(shù)字時(shí)代的思維方式去學(xué)與教?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外的此類教育應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

（一）模擬訓(xùn)練

多種專業(yè)培訓(xùn)由于真實(shí)的演練或操作具有一定的危險(xiǎn)性或者困難度，以往比較少讓學(xué)生直接參與，但是如今借助于VR技術(shù)的各項(xiàng)成果，人們可以多次、安全、高效地進(jìn)行真實(shí)感極高的訓(xùn)練操作。例如在駕駛培訓(xùn)領(lǐng)域，新手司機(jī)駕駛汽車上路前要進(jìn)行長期的理論培訓(xùn)和單項(xiàng)考試，可是離真正獨(dú)自上路駕駛的感受還有一定距離，即使通過了路考依然無法保證能適應(yīng)真實(shí)路況。現(xiàn)在借助VR技術(shù)，就可以輕易解決這類問題。同理新的飛行員駕駛新飛機(jī)前的試飛，駕駛各類交通工具等的操作技能培訓(xùn)都能加入VR技術(shù)，大大降低了培訓(xùn)難度。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)室

課堂教學(xué)環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)完成的教學(xué)或?qū)嶒?yàn)，特別是一些花費(fèi)高，危險(xiǎn)系數(shù)大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)在就可以利用VR技術(shù)，較好地完成教學(xué)，讓學(xué)生能反復(fù)地觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索。例如，美國的“虛擬物理實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)，該系統(tǒng)令學(xué)生可以通過實(shí)踐自主的進(jìn)行學(xué)習(xí)。比如，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用圖示或播放錄像的方式向?qū)W生展示機(jī)器的結(jié)構(gòu)、組裝、工作原理，但這些方法很難使學(xué)生對這種機(jī)械裝置內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)以及工作原理有一個(gè)直觀的了解。此時(shí)，VR技術(shù)的直觀性、仿真性都能很好地幫助教學(xué)，解決上述的問題。通過對機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程的真實(shí)模擬，向?qū)W生展示機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至可以模擬機(jī)器故障狀態(tài)，讓學(xué)生去解決，例如一些維修模擬訓(xùn)練等。這種直觀的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭虒W(xué)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)效果事半功倍。

（三）虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和仿真虛擬校園

通過應(yīng)用VR技術(shù)給學(xué)生帶來一個(gè)逼真、生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)積極性，而且特別是在復(fù)雜技能的傳授方面更有利于突破教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)問題，有著特別重要的作用。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育應(yīng)用中的問題

（一）硬件不足：視覺設(shè)備與交互設(shè)備產(chǎn)品不足

虛擬現(xiàn)實(shí)硬件產(chǎn)品大致可以分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩大類。輸入設(shè)備包括：3D掃描儀、位置追蹤儀、數(shù)據(jù)手套、3D輸人設(shè)備、動(dòng)作捕捉設(shè)備眼動(dòng)儀、力反饋設(shè)備等；輸出設(shè)備包括：視覺顯示設(shè)備（如3D展示系統(tǒng)、大型投影系統(tǒng)、頭戴式立體顯示器等）、聲音設(shè)備（如3D聲音系統(tǒng)）。

目前從技術(shù)層面講，VR數(shù)據(jù)量處理能力在提升，技術(shù)水平明顯提高，但僅僅達(dá)到及格而已。目前普遍現(xiàn)象是如今的VR體驗(yàn)遠(yuǎn)沒達(dá)到用戶的舒適體驗(yàn)。一般觀眾戴個(gè)笨重的眼鏡看影片、VR短片超過10分鐘就會(huì)頭暈，所以目前的VR視頻基本為短片。顯然，VR眼鏡技術(shù)是VR擴(kuò)展消費(fèi)邊際的關(guān)鍵。VR技術(shù)里，哪些是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的“現(xiàn)實(shí)”，哪些是還沒實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)心中有數(shù)。目前的VR技術(shù)還處于開發(fā)層面，存在很多短板。

由于現(xiàn)階段VR還不成熟，VR視頻存在眩暈拖拽、紗窗效應(yīng)，以及屏幕分辨率、顯示率不足等方面的問題，使得目前VR長片技術(shù)的挑戰(zhàn)非常大。作為一種全新技術(shù)的出現(xiàn)，為教育業(yè)帶來了新鮮的體驗(yàn)感，但同時(shí)VR技術(shù)如果尚不能解決時(shí)長問題，對于教育領(lǐng)域的應(yīng)用就無法深入普及，因?yàn)槿魏我粋€(gè)學(xué)習(xí)課程的時(shí)間都不可能太短。VR技術(shù)問題還是需要時(shí)間來攻破和提升的，但前景是被大家看好的。

（二）人員軟件不足

VR技術(shù)是新興的技術(shù)手段，相關(guān)的設(shè)備操作人員培養(yǎng)和教師資質(zhì)培訓(xùn)尚未跟上。VR教學(xué)的相關(guān)軟件研發(fā)力度也未能滿足大規(guī)模的推廣VR教學(xué)。

五、結(jié)論

傳統(tǒng)的教學(xué)方式在我國的教育事業(yè)中應(yīng)用多年，照本宣科的教育方式讓人們已經(jīng)意識到了它的弊病與不足。而近些年引進(jìn)并普及多媒體教學(xué)方法后，老師們不再被局限于黑板，而是可以借助于計(jì)算機(jī)、投影儀、音像設(shè)備等，通過全方位的展示、更加形象活潑的方式輔助教學(xué)，教學(xué)效果比以往有所提升，可是學(xué)生低參與度的弱點(diǎn)依然存在，從照本宣科時(shí)代進(jìn)入了照PPT宣科依然不是我們所滿足的。

所以盡管目前VR技術(shù)的發(fā)展還處于未成熟階段，但從其技術(shù)的突破性不難預(yù)測VR技術(shù)將成為教學(xué)系統(tǒng)的重要工具，只要能解決目前VR輸出設(shè)備的佩戴感受差、設(shè)備的價(jià)格略高，以及最關(guān)鍵的一點(diǎn)，VR視頻的觀賞舒適度低的這些問題，我們有理由相信其未來所帶來的效果一定會(huì)不同凡響，并將給教育技術(shù)領(lǐng)域帶來翻天覆地的改變。

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