基于VR技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)研究

溫 瑩，苗志剛，曹 瑩，王子璇

（河北金融學(xué)院，河北 保定 071051）

1 貨幣教學(xué)概述

1.1 貨幣教學(xué)的需求

中國(guó)具有四千多年的貨幣歷史，屬于世界上最早采用貨幣交易的國(guó)家之一，從早期的天然貝類到商周時(shí)期的金屬貨幣，甚至后來(lái)自制貨幣的出現(xiàn)，貨幣多而雜的背景很難使人銘記，同學(xué)們學(xué)起來(lái)比較吃力，傳統(tǒng)的方式只能使學(xué)生獲得最基本的片面知識(shí)，并不能很好地使學(xué)生了解到貨幣的真實(shí)樣貌與背后意義［1］。

1.2 貨幣教學(xué)的需求及現(xiàn)實(shí)意義

中國(guó)貨幣歷史久遠(yuǎn)。中國(guó)貨幣的形成和發(fā)展，先后經(jīng)歷了秦漢貨幣、六朝五銖、隋唐貨幣、宋元貨幣、明清貨幣、人民幣。由于歷史久遠(yuǎn)，要讓學(xué)生形象地認(rèn)識(shí)貨幣、了解貨幣，情景再現(xiàn)顯得尤為重要。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)塑造貨幣樣式，貨幣得以“再現(xiàn)”，學(xué)生們能夠通過(guò)自己的眼睛去觀察貨幣的每一個(gè)紋路，通過(guò)自己的感知去更加深刻地了解貨幣，而不再僅是一些文字的描述以及片面的圖片［2］。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義及發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是通過(guò)給使用者創(chuàng)造一種虛擬的三維世界，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，給予用戶在視覺、聽覺、觸覺等方面上的感知。VR技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、多媒體、傳感、網(wǎng)絡(luò)、多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域［3-4］。

VR技術(shù)成功地將人與機(jī)器相聯(lián)系。用戶經(jīng)由各類東西與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，使自身沉浸在虛擬空間中，產(chǎn)生置身于實(shí)際現(xiàn)實(shí)的感受?？傊?，VR技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的超級(jí)仿真系統(tǒng)，其結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和人工智能技術(shù)的成果，并將其應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)更完美的體驗(yàn)效果。

VR技術(shù)經(jīng)過(guò)了很久的發(fā)展，在1963年之前便已經(jīng)產(chǎn)生，1963—1972年，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)體現(xiàn)在聲音和形狀中產(chǎn)生了結(jié)合。1973—1989年，虛擬現(xiàn)實(shí)的初步概念和相關(guān)理論應(yīng)運(yùn)而生。自1990年以來(lái)，各國(guó)都在努力完善VR技術(shù)。2012年，谷歌推出了重磅產(chǎn)品谷歌眼鏡，其顛覆了以前的圖像顯示設(shè)備，將普通人帶入虛擬現(xiàn)實(shí)，同一年，頭戴式顯示器獲得了更廣泛的關(guān)注［5］。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

1992年美國(guó)國(guó)家科獎(jiǎng)學(xué)基金資助的《互動(dòng)系統(tǒng)計(jì)劃》的工作報(bào)告，首次更系統(tǒng)化地討論虛擬現(xiàn)實(shí)。從計(jì)算機(jī)圖像領(lǐng)域到電視會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布計(jì)算分技術(shù)以及新產(chǎn)品的開發(fā)，VR技術(shù)都在其中發(fā)揮重要作用。

1993年VR技術(shù)三角形被提出，也稱作三“I”，具體介紹如下：

“沉浸”（Immersion），這個(gè)部分十分重要。使用者在接受虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境時(shí)的感知是不同的，而正是這種不同會(huì)引發(fā)不同的思考，從而激發(fā)了靈感的碰撞。所以沉浸指的是使用者在虛擬環(huán)境中的感受與使用者在外部真實(shí)環(huán)境的相似程度。使用者對(duì)于虛擬環(huán)境中的刺激以及對(duì)虛擬環(huán)境中事物的感知就應(yīng)該如同生活在外部生活當(dāng)中，體驗(yàn)者在虛擬現(xiàn)實(shí)中通過(guò)各種體感感知到的，與在真實(shí)環(huán)境中感覺的相比，能夠達(dá)到將近完全相似的結(jié)果［6］。

“沉浸”特點(diǎn)使得使用者有了“真實(shí)”的感覺，讓使用者“陷入”由電腦程序所產(chǎn)生的“數(shù)字幻境”，擁有身臨其境的感覺，這種感覺區(qū)別于“旁觀者”，在由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境中，用戶眼中所看到的、耳中所聽到的、聞到的氣味和觸摸到東西的觸感，完全與真實(shí)環(huán)境中感受到的一樣。隨著時(shí)代的進(jìn)步，在理想的情況下，在虛擬現(xiàn)實(shí)之中使用者甚至難以分辨自己所處環(huán)境真假的程度，甚至比真的還要真。用身臨其境來(lái)形容虛擬現(xiàn)實(shí)可是一點(diǎn)都不夸張?？傊?，“沉浸”使使用者覺得自己已經(jīng)是虛擬環(huán)境中的一部分，仿佛處于真實(shí)的生活之中。

交互（Interaction），指的是使用者與用VR產(chǎn)生的虛擬環(huán)境中的各種各樣物體進(jìn)行交流互動(dòng)，讓使用者可以擁有更加真實(shí)的感覺，使得人、機(jī)器與環(huán)境之間的相互聯(lián)系加強(qiáng)。當(dāng)使用者在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中時(shí)，通過(guò)多維度、多角度、多層面的傳感器與虛擬環(huán)境中各種各樣的對(duì)象進(jìn)行溝通交流，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境便會(huì)根據(jù)使用者的各種操作提供相應(yīng)的反饋信息與反饋操作。通過(guò)一系列技術(shù)操作，主要是通過(guò)人與機(jī)器之間的交互系統(tǒng)，系統(tǒng)就可以提供迅速、多樣的“感知”。使用者在虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造的“幻境”以及各種因素的影響下,通過(guò)多種傳感器以及機(jī)器的操作對(duì)人際互動(dòng)進(jìn)行改變，根據(jù)需要進(jìn)行自己的操作。同時(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)造過(guò)程中，實(shí)時(shí)性也是非常重要的。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境應(yīng)該根據(jù)用戶的一舉一動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而使得虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境更加真實(shí)，使人獲得更多的感知。

構(gòu)想（Imagination），是指使用者在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境通過(guò)所接觸到的感知從而與其中的客觀事物進(jìn)行反饋的行為。這些行為既有感性的思考，也擁有理性的認(rèn)知。在現(xiàn)在看來(lái)，完全滿足將來(lái)一切人類所具有的感知功能應(yīng)該是VR技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)。

虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是提供給使用者、機(jī)器與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境交互的接口，更是讓使用者在這個(gè)虛擬環(huán)境中激發(fā)靈感、引發(fā)更深刻思考，從而得到更深理解的過(guò)程。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)更是一個(gè)從最直白的觀感到更深層次的感悟的過(guò)程。

3 利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)的發(fā)展途徑

3.1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)貨幣教學(xué)現(xiàn)狀

中國(guó)具有源遠(yuǎn)流長(zhǎng)、內(nèi)涵豐富的貨幣文化。從最早的貝殼用于貿(mào)易，直至春秋戰(zhàn)國(guó)，貝類走出了歷史的舞臺(tái)。各地區(qū)、各朝代根據(jù)獨(dú)有的社會(huì)條件和文化差異形成了不同的貨幣。在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期和戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，黃河地域的布幣，齊、燕地區(qū)的刀幣和晉、周三地區(qū)的環(huán)形錢幣，秦代方孔的半兩錢幣，隋代的寶文錢幣，北宋的餃子錢幣，明代的銀幣和今天的人民幣。每個(gè)時(shí)代都有自己獨(dú)特的貨幣，并且每個(gè)貨幣都有一個(gè)自己獨(dú)特的模板?，F(xiàn)在學(xué)生幾乎沒有機(jī)會(huì)可以親眼目睹所有種類的貨幣，因此貨幣教學(xué)在傳承貨幣文化方面尤為重要。

現(xiàn)代的教學(xué)方式，單純的書本、教師授課并不能完全滿足學(xué)生的知識(shí)獲取需要，對(duì)于空間立體化較強(qiáng)、實(shí)踐性較強(qiáng)的知識(shí)，三維的展現(xiàn)更有利于學(xué)生從視覺、觀感、身心等方面更好地理解知識(shí)、掌握知識(shí)。VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，給其帶來(lái)體驗(yàn)式的愉悅體驗(yàn)，使學(xué)生從被動(dòng)地接受知識(shí)走向主動(dòng)地獲取知識(shí)。

現(xiàn)代貨幣教學(xué)主要通過(guò)課堂教學(xué)、視頻教學(xué)等形式，可以使學(xué)生看到貨幣的照片，了解其知識(shí)。但是由于大量的文化知識(shí)量使得學(xué)生學(xué)起來(lái)越發(fā)枯燥，貨幣教學(xué)現(xiàn)狀并不樂(lè)觀。但是通過(guò)利用VR技術(shù)，會(huì)帶給學(xué)生們一種新鮮感，從而引起學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的興趣。并且，VR技術(shù)有助于營(yíng)造一種全新的感知環(huán)境，通過(guò)自己有效的觀感去認(rèn)識(shí)貨幣、了解貨幣，通過(guò)模擬環(huán)境的還原，使學(xué)生們?nèi)ジ兄泿疟澈蟮奈幕?/p>

3.2 基于VR技術(shù)的貨幣教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

3.2.1 實(shí)現(xiàn)方式

第一，通過(guò)查閱資料等，研究中國(guó)貨幣文化千百年來(lái)的發(fā)展史，構(gòu)建中國(guó)貨幣知識(shí)體系，研究秦漢幣、人民幣的歷史背景。了解每種貨幣的歷史背景、發(fā)行過(guò)程、貨幣特點(diǎn)、材質(zhì)樣貌、文化內(nèi)涵等，剖析每種貨幣的起起落落，根據(jù)時(shí)間線，將中國(guó)貨幣故事進(jìn)行串聯(lián)。

第二，通過(guò)VR技術(shù)搭建三維立體場(chǎng)景，利用Unity3D、三維模型等相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建終端APP，以中國(guó)貨幣歷史為線索，通過(guò)手機(jī)等用戶終端的學(xué)習(xí)平臺(tái)，將VR技術(shù)與課堂相結(jié)合，學(xué)習(xí)者通過(guò)終端APP使用VR眼鏡，與學(xué)習(xí)平臺(tái)共同構(gòu)成貨幣教學(xué)體系。使用者以體驗(yàn)者的身份加入到人機(jī)交互之中，感知虛擬貨幣、體驗(yàn)貨幣價(jià)值、提升貨幣認(rèn)知。該平臺(tái)也將實(shí)現(xiàn)貨幣的識(shí)別功能和語(yǔ)音介紹功能，當(dāng)學(xué)習(xí)者點(diǎn)擊某種貨幣時(shí)，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地出現(xiàn)貨幣形態(tài)和文字介紹，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)人物模型用語(yǔ)音向?qū)W習(xí)者介紹相關(guān)知識(shí)，為學(xué)習(xí)者提供應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)習(xí)者可以在場(chǎng)景內(nèi)感受貨幣內(nèi)涵。

3.2.2 VR技術(shù)的貨幣教學(xué)優(yōu)勢(shì)與意義

與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的VR技術(shù)還有很大欠缺，正是因?yàn)槿绱?，?guó)家和科學(xué)家給予了VR技術(shù)更多關(guān)注。國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)大學(xué)，在這個(gè)領(lǐng)域投入了大量的研究工作，都將VR引入教育平臺(tái)。VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。

（1）使教學(xué)組織走出了困境。隨著現(xiàn)代教育與信息技術(shù)時(shí)代的飛速發(fā)展，更加要求人們將信息技術(shù)與思想教育結(jié)合在一起。VR技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，可有效解決教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的組織保障受限、經(jīng)費(fèi)投入不足覆蓋面小、校外實(shí)踐教學(xué)存在安全隱患、考核難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)，更好地與學(xué)生生活無(wú)縫銜接。

（2）更有利于促進(jìn)師生之間的互動(dòng)。VR技術(shù)為一種新型的現(xiàn)代化教學(xué)手段，體現(xiàn)了教學(xué)應(yīng)用的智慧、互動(dòng)學(xué)習(xí)的智慧，精準(zhǔn)配置實(shí)踐教學(xué)資源的智慧，給教學(xué)帶來(lái)巨大創(chuàng)新。以學(xué)生為中心、以體驗(yàn)為中心的實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)，可以很好地形成師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的教學(xué)模式，給教與學(xué)帶來(lái)一場(chǎng)全新革命。特別是當(dāng)代學(xué)生的時(shí)代特點(diǎn)，人工智能手機(jī)的廣泛使用、微信網(wǎng)絡(luò)的普及、VR技術(shù)的成熟等，使VR技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用推廣能夠?qū)崿F(xiàn)，有較大發(fā)展空間。

4 結(jié)語(yǔ)

在今后的發(fā)展過(guò)程中，VR技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加成熟、廣泛，但是其發(fā)展不可避免地會(huì)遇到一些障礙。VR技術(shù)依舊有短板存在，并沒有做到至善至美。盡管如此，VR技術(shù)為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步帶來(lái)了新的研究方向，并將對(duì)人類文明產(chǎn)生長(zhǎng)期而深刻的影響，其將在電子商務(wù)、醫(yī)學(xué)、教育、娛樂(lè)、軍事航天、通信等領(lǐng)域發(fā)揮重要而不可替代的作用。

VR技術(shù)在貨幣教學(xué)中的應(yīng)用，不僅會(huì)是貨幣教學(xué)的新突破，更將會(huì)是VR技術(shù)在教育中應(yīng)用的延伸。通過(guò)將貨幣的“再現(xiàn)”，使同學(xué)們不僅能再現(xiàn)貨幣的樣貌，更能使其更加貼近古代生活，使同學(xué)們內(nèi)心對(duì)古代環(huán)境進(jìn)行一定的認(rèn)識(shí)，激發(fā)同學(xué)們的想象力，去思考某種貨幣背后的文化內(nèi)涵，為什么會(huì)是這個(gè)樣子，為什么會(huì)是這種材質(zhì)，引發(fā)一系列從其每個(gè)細(xì)節(jié)到整體的一種思考。從而使學(xué)生更加了解古代貨幣，更加了解古代生活。

本課題最終成果提交中國(guó)貨幣史知識(shí)體系研究報(bào)告，依據(jù)該知識(shí)體系構(gòu)建相應(yīng)的端上APP學(xué)習(xí)平臺(tái)。在端上APP中利用VR技術(shù)構(gòu)建三維立體模型，為學(xué)習(xí)者講述貨幣歷史背景、發(fā)行過(guò)程、貨幣特點(diǎn)、文化內(nèi)涵等內(nèi)容，為學(xué)習(xí)者提供真實(shí)、沉浸的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，最終將端上APP在校內(nèi)推廣應(yīng)用，并逐漸向教育領(lǐng)域延伸。