計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代社會的各行業(yè)的新技術(shù)層出不窮，在教育行業(yè)，受到信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的影響也越來越明顯，作為我國的知識傳播的前沿行業(yè)，教育行業(yè)在新技術(shù)的應(yīng)用上較為迅速，如今，在教育行業(yè)中，開始引入一種新型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)，該教學(xué)方式可謂是教育改革中的一大突破，本文探討的就是這項(xiàng)新技術(shù)在教育行業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用問題。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);高校教學(xué);VR

【中圖分類號】G64?????? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）23-0009-01

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可直觀地理解為通過計算機(jī)手段高度模擬實(shí)際場景，讓人產(chǎn)生身臨其境的感覺，它常常被簡稱VR，如今，它在技術(shù)上融合三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代人工智能、人機(jī)接口、高分辨顯示等高新科技，對現(xiàn)實(shí)世界已經(jīng)可以做出較為成功的高度模擬。

時至今日，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)過三十年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了走出實(shí)驗(yàn)室，走向?qū)嶋H應(yīng)用的階段，而教育行業(yè)就是其測試的重要領(lǐng)域。不過我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，在2016年，我國才正式成立“中國虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，該聯(lián)盟的形成意味著我國對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用正式納入系統(tǒng)化的時間建設(shè)中，在該聯(lián)盟的第一屆理事會上，趙沁平正式宣布我國步入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用研究的元年，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)初步通過教育測試后，我國的多所高校正式開始了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的探索實(shí)踐教學(xué)。

二、國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高校教學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)分析

1.應(yīng)用現(xiàn)狀分析。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早在美國的上世紀(jì)六十年代就以呈現(xiàn)雛形，在之后的研究中，向教育方向研究一只都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要研究方向，科技工作者認(rèn)為，利用超仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，1985年，美國的國立醫(yī)學(xué)圖書館加入到醫(yī)學(xué)數(shù)字化圖像研究中，隨后，世界各地開始了虛擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)室的研究，在1995年，在互聯(lián)網(wǎng)上首次出現(xiàn)“虛擬解剖”的試驗(yàn)，并且取得了成功。

和西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較晚，但是其發(fā)展的勢頭較為迅速，在我國的多所高校中，包括華中理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州暨南大學(xué)先后引入了系統(tǒng)化的虛擬儀器并展開研究，在教學(xué)中已經(jīng)出現(xiàn)了初步的應(yīng)用，但是基于其高成本的特點(diǎn)，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用體現(xiàn)出了一定的狹隘性，除了以上提到的大學(xué)外，在其他大學(xué)中基本還沒有起步，應(yīng)用現(xiàn)狀較為慘淡。

2.應(yīng)用必要性分析。

基于數(shù)據(jù)模擬的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使人產(chǎn)生一種身臨其境的真實(shí)感覺，以虛擬仿真的環(huán)境和人實(shí)現(xiàn)交互，可大大提升信息的交互速度，該方案提升了人對客觀世界的感受和認(rèn)知，有利于未來概念的落實(shí)、興趣的激發(fā)和創(chuàng)新的構(gòu)思。從虛擬現(xiàn)實(shí)本身的實(shí)現(xiàn)來看，它對于實(shí)際場景基本沒有任何要求，這提升了該技術(shù)的應(yīng)用范圍，比如所謂的虛擬解剖，并不需要實(shí)際的解剖道具和解剖對象等，通過全數(shù)據(jù)的模擬可實(shí)現(xiàn)道具的零成本化，尤其是，在未來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能模擬一些人類難以達(dá)到的地方，像是外太空，海底等場景，可設(shè)想，在教育中發(fā)展該技術(shù)的應(yīng)用的潛力有多么巨大。

3.應(yīng)用前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為國家科技的尖端技術(shù)之一，在一定程度上象征著國家的科技實(shí)力，有限發(fā)展該技術(shù)，可在國際競爭中取得更多的話語權(quán)，在未來，當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為廣泛應(yīng)用的學(xué)習(xí)媒體交付工具時，人們可以在固定的場景中體驗(yàn)到大千世界的美輪美奐，體驗(yàn)宇宙變換的無窮奧妙，將“足不出戶知天下”發(fā)展為“足不出戶游天下”的高級體驗(yàn)，并且在未來隨著虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的成本的降低，它將會大量節(jié)約現(xiàn)代出行所耗費(fèi)的時間和金錢，從而更滿足未來快節(jié)奏時代的發(fā)展，所以由此看來，在未來，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入教學(xué)是非常明智而且有前景的決定。

4.應(yīng)用難點(diǎn)分析。

雖然當(dāng)下我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展較快，但是將其應(yīng)用到教學(xué)中還存在一些難點(diǎn)，主要包括以下兩點(diǎn)：

首先就是系統(tǒng)的成本較高，這與當(dāng)下的機(jī)械電子技術(shù)等基礎(chǔ)硬件制造技術(shù)的不成熟有著較為密切的關(guān)系，并且由于技術(shù)上的不成熟帶來的影響就是在虛擬現(xiàn)實(shí)的某些功能上也出現(xiàn)了局限，這需要隨著時代技術(shù)的發(fā)展才能從根源上實(shí)現(xiàn)成本控制和技術(shù)升級。至于第二點(diǎn)就是在軟件技術(shù)上的開發(fā)還不尚完善，導(dǎo)致在虛擬現(xiàn)實(shí)的過程中出現(xiàn)了虛擬不到位，漏洞偏多的現(xiàn)象，總的來說就是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教學(xué)基本只處在科技理論層面上，在實(shí)際研究中還有較長的路要走。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用方向

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特點(diǎn)，其大大提升了參與者與虛擬環(huán)境的交互效果，在實(shí)際的交互階段中，參與者和系統(tǒng)相互作用相互影響，從而體現(xiàn)出了高度的一體化，在高校的教育應(yīng)用中，通過高度交互的效果，可實(shí)現(xiàn)極好的知識學(xué)習(xí)和體驗(yàn)，在當(dāng)下，我國教育提倡貼近生活化的實(shí)踐教學(xué)基本可在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬教學(xué)中得到完美的實(shí)現(xiàn)，利用這種新型學(xué)習(xí)方式，可實(shí)現(xiàn)對于學(xué)生優(yōu)質(zhì)高效的知識和技能培養(yǎng)。在虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)應(yīng)用上可從以下方面著手：

1.以更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的交互效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)是基于數(shù)據(jù)的設(shè)計，為了提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，通過更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)，作為主要依靠視覺進(jìn)行信息獲取的視覺動物，眼睛所見的場景對于人體的影響是很大的，而同樣，在視覺上出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)和偏差也會極大地影響人的視覺體驗(yàn)，比如在虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，在近處使用貼圖而不是三維模型的方式展現(xiàn)實(shí)物，就會帶給人極大地不協(xié)調(diào)感，畢竟我們身邊的事物都是以立體的形式呈現(xiàn)，而突破了不真實(shí)的設(shè)定，就會擊破人類的感官，從而引起不好的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，因此通過更加優(yōu)秀的軟件開發(fā)，打造更加優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)，創(chuàng)造完善的視覺體驗(yàn)，是保證學(xué)習(xí)質(zhì)量的第一步。

2.以更富有創(chuàng)造性的構(gòu)思激發(fā)學(xué)習(xí)者的探索欲望。

在當(dāng)下出現(xiàn)了一種VR視頻，這種視頻可帶給人較好的實(shí)景體驗(yàn)，但是視頻的缺點(diǎn)就是無法實(shí)現(xiàn)場景互動，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是基于VR視覺體驗(yàn)上加入互動的一種技術(shù)，所以教育建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)著重落實(shí)其互動的特性體驗(yàn)，以富有創(chuàng)造性的交互體驗(yàn)建設(shè)不僅能提升學(xué)生對于知識學(xué)習(xí)的印象，還能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在外國的研究學(xué)者中，知名的Dedeet.al教授認(rèn)為，虛擬現(xiàn)實(shí)具備常規(guī)平面觀測不具有的三維觀察模式，它仿真的顯示模擬首先能從觀察角度讓學(xué)生保持在較高的興趣上，在此基礎(chǔ)上，讓虛擬模型結(jié)合知識構(gòu)成提供一些思維空間，讓學(xué)生處在一個需要實(shí)景思考的環(huán)境中，可實(shí)現(xiàn)知識到環(huán)境的遷移，所以從這一點(diǎn)出發(fā)認(rèn)為，虛擬場景本身的交互效果也和實(shí)際的學(xué)習(xí)實(shí)效有著巨大的關(guān)聯(lián)，所以在進(jìn)行設(shè)計上，要關(guān)注場景的可交互設(shè)計，避免千篇一律的模型構(gòu)建，這就好比在簡單的沙漠地形中和復(fù)雜的森林地形中，顯然是充滿各種動植物的森林更讓人有探索欲望，而一旦虛擬場景中的動植物變得無法交互，兩個場面其實(shí)也就沒有多大的區(qū)分。

3.通過虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M鍛煉學(xué)生技能。

分析認(rèn)為，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)還是其在試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的優(yōu)勢，和場景互動相比，試驗(yàn)中往往需要的道具都是固定的，而利用數(shù)據(jù)構(gòu)建試驗(yàn)道具較為簡單，但是該環(huán)節(jié)本身要注意各個試驗(yàn)環(huán)節(jié)物理量的設(shè)定，要讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果盡量偏向于實(shí)際試驗(yàn)中得到的結(jié)果，這才能真正展現(xiàn)模擬試驗(yàn)的價值，從而達(dá)到提升學(xué)生實(shí)際操作能力的效果。

和普通實(shí)驗(yàn)相比，模擬實(shí)驗(yàn)不受制于地點(diǎn)和道具的限制，這可一舉解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中面臨實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等實(shí)驗(yàn)展開難題，另外還有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)本身的安全性，仿真實(shí)驗(yàn)在面臨爆炸沖擊等環(huán)境時可啟動保護(hù)效果，這可大大提升危險實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)可能，通過實(shí)驗(yàn)本身，可很好地鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力，在未來實(shí)現(xiàn)成本控制后，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)將會更加明顯。

四、當(dāng)下教學(xué)中融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的方式

根據(jù)對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)下階段使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還尚未成熟，但是在教學(xué)中將其作為輔助教學(xué)工具卻有較好的實(shí)現(xiàn)可能，主要可通過在課程理論和實(shí)驗(yàn)操作上輔助效果來實(shí)現(xiàn)。

1.輔助理論課程教學(xué)。

當(dāng)下提出的一種貼近生活的教學(xué)方式要求將很多知識點(diǎn)還原到實(shí)際的場景中，這和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)宗旨是不謀而合的，所以在實(shí)際的教學(xué)中，盡量以還原生活的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，實(shí)際就是虛擬現(xiàn)實(shí)的一種手段，這更貼近于實(shí)際教學(xué)中采用的實(shí)景演練，不過不同的是，實(shí)景演練雖然往往受制于工具，但是本身的場景具備極好的交互性，這又是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不具備的優(yōu)勢，比如在進(jìn)行工程道具的組裝過程中，如果單純使用文字和圖片展示各個部件之間的聯(lián)系，這讓學(xué)生難以理解，并且缺乏直觀性的印象往往讓學(xué)生在記憶上的深刻度不足，而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的工程試驗(yàn)道具組裝，通過學(xué)生的動手能力提升其實(shí)踐技能，可大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)記憶但是實(shí)景演練的難點(diǎn)就是學(xué)生的個性不同，在面對細(xì)節(jié)的理解上往往又有自己的不同，這時教師又難以做到全面兼顧，因此可考慮使用VR的底層技術(shù)，即是使用最基本的模型構(gòu)建，讓學(xué)生使用計算機(jī)和最基本的模型進(jìn)行互動組裝，從而完成學(xué)生獨(dú)有的組裝方式，該方式在當(dāng)下的應(yīng)用有點(diǎn)就是僅僅采用VR技術(shù)中最成熟的可應(yīng)用的基本技術(shù)，讓學(xué)生完成和基層技術(shù)的互動，從而實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

2.輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)的重要部分，但是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些缺點(diǎn)就是危險系數(shù)大、成本高、污染嚴(yán)重并且受到道具的限制較為嚴(yán)重，而利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬可一舉解決以上難題。

從技術(shù)方面來看，模擬簡單的試驗(yàn)是非?？尚械?，由于不像場景模擬具備龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和交互系統(tǒng)設(shè)計，使用VR模擬試驗(yàn)僅僅需要對基本道具的模擬，道具特性的模擬和基本的交互數(shù)據(jù)模擬，比如在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，需要模擬的道具僅有為數(shù)不多的幾樣試驗(yàn)道具，實(shí)驗(yàn)材料，再給予每一樣道具物理和化學(xué)特性上的設(shè)定，最后再加上最基礎(chǔ)的交互設(shè)計，就可以正式開始試驗(yàn)。和常規(guī)試驗(yàn)相比，模擬實(shí)驗(yàn)不會產(chǎn)生污染，不存在爆炸隱患，不存在高成本問題，只要做好詳細(xì)的物理化學(xué)性質(zhì)特性模擬，即使是最昂貴的化學(xué)材料，也能在模擬實(shí)驗(yàn)中隨意使用，這是常規(guī)試驗(yàn)不具備的優(yōu)勢。不過在VR實(shí)驗(yàn)中，要盡量保證模擬數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的一致性，避免錯誤數(shù)據(jù)帶給學(xué)生的誤導(dǎo)，從而真正實(shí)現(xiàn)VR試驗(yàn)的價值所在。

3.注重虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對教育模式的轉(zhuǎn)變影響。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的價值除了本身可作為一種新型教育模式外，在當(dāng)下階段的另一種影響在于對于教育模式的轉(zhuǎn)變帶來的影響，不同于傳統(tǒng)教育方式的全新模式，有力地對傳統(tǒng)教學(xué)發(fā)起了沖擊。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的出現(xiàn)首先意味著教育模式需要在新技術(shù)上實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，打造適合現(xiàn)代社會的高技術(shù)教學(xué)方式勢在必行，在教育中，教師不僅僅注重虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的應(yīng)用，全體師生更要深入理解新型教育模式對社會思潮帶來的影響剛，主動學(xué)習(xí)了解教育新思想，這才能讓教育事業(yè)緊跟現(xiàn)代化的步伐不脫軌。在教育關(guān)系上，教師應(yīng)當(dāng)致力于打造學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)生主體相結(jié)合的教育關(guān)系，逐漸拋棄傳統(tǒng)的地域上、空間上對于教育的限制，引導(dǎo)教育向更加信息化的方向轉(zhuǎn)變，完善現(xiàn)代教學(xué)理論，創(chuàng)造出高水平，高收益的教學(xué)模式與學(xué)習(xí)方式，從而為打造教育強(qiáng)國做出積極的貢獻(xiàn)。

結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，在未來的教學(xué)中，教育將會更加科技化、人性化和現(xiàn)代化，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用就是推進(jìn)這一步實(shí)現(xiàn)的重要步驟，如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)軍我國教育領(lǐng)域的趨勢已經(jīng)十分明顯，在當(dāng)下階段中，各大有條件的高校應(yīng)該正式開啟虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用探究，不斷將其深入到教學(xué)應(yīng)用中，從而保證在未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成熟后，能最快最好地度過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和教育的融合階段，從而取得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育應(yīng)用中的優(yōu)先權(quán)。

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作者簡介：金鑫（1982.10-），女，湖北荊門人，講師，碩士，主要研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。