虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

閆彬彬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)全新的技術(shù)范疇，近年來慢慢進(jìn)入人們的視線，并廣泛應(yīng)用于信息領(lǐng)域，而后逐漸應(yīng)用于教育領(lǐng)域，尤其是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)，其一經(jīng)引入就廣泛地得到了師生的一致好評。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以定性為計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，可創(chuàng)建出虛擬世界的場景，模擬虛擬世界的情境動(dòng)態(tài)，構(gòu)建立體交互模式。而在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)中，通過此技術(shù)把3D立體圖像展示給學(xué)生，讓學(xué)生全方位感知模型結(jié)構(gòu)，方便了高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)活動(dòng)開展。通過分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，深刻探究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對高校計(jì)算機(jī)教學(xué)的應(yīng)用優(yōu)勢。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);高校計(jì)算機(jī)專業(yè);應(yīng)用研究

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）15-0142-02

作為一種重要的仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涵蓋了模擬環(huán)境、模擬自然技能、模擬傳感等，它的特點(diǎn)在于感知性和存在感較強(qiáng)，交互與自主性也較強(qiáng)，并能模仿各種感知行為的產(chǎn)生與變化，再比如醫(yī)療、軍事、航空航天、設(shè)計(jì)、地產(chǎn)行業(yè)、工業(yè)、道路橋梁的設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有重要的發(fā)展空間和發(fā)展前景。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征概述

早在1963年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就已經(jīng)被有關(guān)學(xué)者提出，直至2004年，該技術(shù)才被正式應(yīng)用于某些領(lǐng)域，并且在此前長期處于初級(jí)研究階段，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具備的應(yīng)用能力十分廣泛，它不但能夠達(dá)到普通電腦的視覺體驗(yàn)，而且還能夠兼容各種感官的多方面感知如聽覺、味覺、觸覺、嗅覺等，通過掌握人類的多種感知能力而具備了多感知性;此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還具有存在感，它可以通過模擬真實(shí)情境，讓體驗(yàn)者產(chǎn)生錯(cuò)覺，讓他們感覺自己仿佛置身其中;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所映射出的交互性體現(xiàn)在人們對不同物體在模擬情境中的體驗(yàn)感知，以及在所處環(huán)境中體驗(yàn)到的自然反饋，用這種交互性作為技術(shù)參考來為體驗(yàn)者提供便捷和舒適的體驗(yàn);同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來的自主性特點(diǎn)又能夠模仿真實(shí)物體的狀態(tài)和運(yùn)行特點(diǎn)等，以與真實(shí)環(huán)境相互吻合。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的類型分布

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按功能分類大致分為六種類型：桌面式、簡易式、增強(qiáng)式、共享式、沉浸式、分布式。

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬的是三維場景，它利用軟件編程后在顯示器上模擬場景，并且只需要基礎(chǔ)裝置就可以完成這個(gè)模擬狀態(tài)，不過這種模擬技術(shù)針對用戶的體驗(yàn)性不高，時(shí)常受到附近環(huán)境因素的影響，無法完成全景狀態(tài)的模擬，但因其結(jié)構(gòu)簡易、運(yùn)行成本偏低在高等教育行業(yè)應(yīng)用較多，所以桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用程度較廣。

簡易式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的組成比較簡單，由顯示器、鼠鍵組合構(gòu)成，其造價(jià)低廉受到廣泛推廣與應(yīng)用，但這種技術(shù)易受環(huán)境因素干擾而使用戶體驗(yàn)受影響。

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相對復(fù)雜，但應(yīng)用級(jí)別較高，其突出優(yōu)點(diǎn)在于體驗(yàn)者可以完全沉浸于虛擬體驗(yàn)當(dāng)中，但因其整套設(shè)備造價(jià)較高而無法全面推廣。

增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把雙重環(huán)境進(jìn)行疊加，使虛擬與現(xiàn)實(shí)不斷融合，將沉浸式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行均衡分配，讓體驗(yàn)者對體驗(yàn)方式相對滿意，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)外環(huán)境的高度模擬狀態(tài)，重現(xiàn)真實(shí)體驗(yàn)，同時(shí)它會(huì)加強(qiáng)虛擬景象，讓體驗(yàn)者感受到超生活環(huán)境。

分布式主要應(yīng)用在大型網(wǎng)游及虛擬戰(zhàn)爭領(lǐng)域，創(chuàng)建多用戶相連環(huán)境，通過虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，使協(xié)作更高級(jí)。

而共享式虛擬技術(shù)是將異地用戶通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，在同一個(gè)虛擬環(huán)境中協(xié)作體驗(yàn)，共享資源。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)中的實(shí)際運(yùn)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校計(jì)算專業(yè)中的應(yīng)用是一種發(fā)展趨勢，該技術(shù)屬于高度集成技術(shù)，涵蓋了傳感器、軟硬件等技術(shù)，具有一定的先進(jìn)性。所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)中的應(yīng)用對高校教育的發(fā)展有著良好的前瞻性，并且還可以加強(qiáng)與高校其他專業(yè)的交流與互通。

（一）課堂基礎(chǔ)教學(xué)

高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的理論知識(shí)與邏輯思維特性較強(qiáng)，學(xué)生僅從課本知識(shí)學(xué)習(xí)困難重重，許多高校教師意識(shí)到實(shí)踐運(yùn)用專業(yè)課程十分重要，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以增強(qiáng)計(jì)算機(jī)教學(xué)的可操作性，所以把這項(xiàng)技術(shù)逐漸引入計(jì)算機(jī)課堂非常有益。在講解硬件知識(shí)時(shí)，教師把教材上關(guān)于計(jì)算機(jī)構(gòu)造的直觀圖展示給學(xué)生，也包括計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部分，在這個(gè)過程中教師一般會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生去計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室參觀，讓學(xué)生直觀地觀察計(jì)算機(jī)硬件的真實(shí)樣貌，不過這樣的方式存諸多問題，就是學(xué)生與學(xué)生存在較大的差異，即每個(gè)人的理解能力不同，感受能力也不同，掌握知識(shí)的進(jìn)度與效率存在明顯的差異，而教師不可能一對一講解，這樣就導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有好有壞。就學(xué)校方面將虛擬技術(shù)引入計(jì)算機(jī)課程中，把計(jì)算機(jī)組件通過文字?jǐn)⑹觥D畫展示、動(dòng)態(tài)模擬等一系列方式展現(xiàn)給學(xué)生，可以強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這樣的虛擬方式能夠增強(qiáng)交互性，滿足不同層次學(xué)生的感觀與體驗(yàn)，讓他們把觀察體驗(yàn)與學(xué)習(xí)成效相關(guān)聯(lián)，并從不同角度解剖知識(shí)結(jié)構(gòu)，再通過實(shí)地感受加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)組件的了解。

在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)教學(xué)課堂上，教師經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)算法比較抽象，學(xué)生不易理解且很難全部掌握，比如在教學(xué)中，把抽象的數(shù)據(jù)形象通過虛擬技術(shù)直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，讓他們感受到真實(shí)的動(dòng)態(tài)變化易于理解。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對計(jì)算機(jī)教學(xué)課件進(jìn)行整理與制作，為計(jì)算機(jī)教學(xué)提供了極大的幫助，同時(shí)也改變了單調(diào)的教學(xué)環(huán)境，使計(jì)算機(jī)課堂變得更加生動(dòng)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也增強(qiáng)了他們的創(chuàng)新能力。

（二）教學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，不僅應(yīng)用在計(jì)算機(jī)教學(xué)上，也應(yīng)用在教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中。對廣域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)算機(jī)教學(xué)來講，桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要設(shè)計(jì)出真實(shí)存在的電路系統(tǒng)，讓學(xué)生親身參加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并利用虛擬狀態(tài)下的電器組件及信號(hào)輸送設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連，同時(shí)降低了所用設(shè)備的采購支出;對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安裝過程，教師在講解時(shí)首先要?jiǎng)?chuàng)立模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的虛擬設(shè)備，將各種硬、軟件設(shè)置好，這樣的事先設(shè)置并不會(huì)替代學(xué)生的操作練習(xí)，反而增加了他們的動(dòng)手機(jī)會(huì)，也避免了計(jì)算機(jī)被不良操作所損害，不損害就不需要大面積維修，節(jié)約了成本，同時(shí)也避免浪費(fèi)時(shí)間，可謂好處多多。

與此同時(shí)，學(xué)生還可以根據(jù)虛擬技術(shù)開發(fā)計(jì)算機(jī)軟件程序，及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與計(jì)算機(jī)元件，這樣的操作可以大大激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了他們的發(fā)散、創(chuàng)造思維。

高校計(jì)算機(jī)教學(xué)對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用方便了教師上課，同時(shí)也拓寬了學(xué)生視野，讓真切的生活體驗(yàn)變得無處不在。虛擬技術(shù)使真實(shí)的教學(xué)情境與趣味性的課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，不僅提升了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，也增強(qiáng)了他們積極的創(chuàng)造能力，同時(shí)虛擬技術(shù)的引入還改善了高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)環(huán)境，使本專業(yè)的學(xué)生能夠更明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，又能在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)揮出優(yōu)勢。

三、現(xiàn)存制約因素

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備很大的優(yōu)勢，但將其應(yīng)用于高校計(jì)算機(jī)教學(xué)范圍的例子并不多，其發(fā)展仍處于起步階段。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了一些實(shí)際研究成果，但實(shí)際操作中并未能全面運(yùn)用這些研究成果，這就給技術(shù)的研發(fā)帶來一些不良后果，比如技術(shù)浪費(fèi)。該技術(shù)在高校領(lǐng)域的研究缺乏可以參與現(xiàn)實(shí)模擬的真實(shí)的教學(xué)內(nèi)容。而實(shí)驗(yàn)?zāi)M需要預(yù)先設(shè)定好，故只能獲得一些相對應(yīng)的研究結(jié)論，以創(chuàng)新為目的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法被替代，且在實(shí)驗(yàn)中顯現(xiàn)出的問題不可能被一一解決。因此到目前為止，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍處于實(shí)踐階段，還不能作為一種主導(dǎo)教學(xué)模式。

當(dāng)前該技術(shù)尚缺乏真實(shí)的行為模板，只側(cè)重幾何表達(dá)與聽覺反應(yīng)，在真實(shí)與虛擬之間還達(dá)不到相互轉(zhuǎn)換的能力，感官刺激無法滿足。而該技術(shù)所要求應(yīng)用的設(shè)備設(shè)施購買成本較高，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)元器件品類繁多，若準(zhǔn)備不充分會(huì)直接影響該項(xiàng)技術(shù)的操作與應(yīng)用，雖然硬件與硬件處在同一區(qū)域，但卻無法正常聯(lián)通，這樣的困境層出不窮。目前在網(wǎng)絡(luò)傳輸效率方面還無法達(dá)到5G全覆蓋，使得傳輸速度無法完全支撐數(shù)據(jù)量的擴(kuò)充與增長，所以用戶交互的普及仍需不斷探索。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，人類與計(jì)算機(jī)的交流不可能完全代替實(shí)際生活中人們的交流，而較長時(shí)間面對計(jì)算機(jī)對高校學(xué)生的各種能力也會(huì)產(chǎn)生制約。

高校計(jì)算機(jī)專業(yè)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)不僅促進(jìn)了計(jì)算機(jī)教師完成教學(xué)任務(wù)，還使大學(xué)生的視野得以延展與開闊，通過創(chuàng)建仿真版的情境式教學(xué)模式，在增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性的同時(shí)，強(qiáng)化了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，讓學(xué)生逐步形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以改善傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境、輔助學(xué)生增加學(xué)習(xí)技能，在傳統(tǒng)意義教學(xué)的基礎(chǔ)上也可以得到本質(zhì)的改變與發(fā)展。傳統(tǒng)教學(xué)一直以來制約著學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供了高效優(yōu)質(zhì)的計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)環(huán)境，這對高校計(jì)算機(jī)教學(xué)來講無疑是提供了發(fā)展的動(dòng)力，有助于形成一種可持續(xù)發(fā)展的良好狀態(tài)。

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編輯 李 靜