VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景研究

（沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168）

本文就針對VR 虛擬數(shù)字現(xiàn)實(shí)混合技術(shù)在高等教育教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用相關(guān)問題，進(jìn)行全面性的剖析與深入探究，通過案例了解VR 虛擬混合現(xiàn)實(shí)術(shù)在技術(shù)基本特征與實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢，進(jìn)一步將其拓展到實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中的層面，并以此結(jié)合高等教育實(shí)踐做出具有實(shí)踐性質(zhì)的嘗試與深入研究。

1 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征及應(yīng)用現(xiàn)狀

VR 虛擬綜合現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)主要以新型計(jì)算機(jī)自動仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，將模擬人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感和信息系統(tǒng)自動仿真等多種技術(shù)元素進(jìn)行有機(jī)綜合，形成了先進(jìn)的新型虛擬綜合現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用推廣到各個領(lǐng)域當(dāng)中。本質(zhì)上來講，VR 中的虛擬人機(jī)現(xiàn)實(shí)視覺技術(shù)就是通過利用未來人們“視、聽、觸”等多種感官視覺器官，通過高度虛擬人機(jī)畫面與真實(shí)聲音進(jìn)行傳感，為未來人們量身制造高度虛擬仿真的人機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)畫面，讓未來人們身臨其境；同時也希望可以通過利用虛擬語言和互動手勢等視覺方式，形成人機(jī)交互視覺模式，帶給未來人們更好的高仿真視覺體驗(yàn)。

1.1 遠(yuǎn)程教育平臺

遠(yuǎn)程電子教育服務(wù)平臺主要是泛泛指通過虛擬VR 等虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)，對高校重新擴(kuò)建后的各個分校教室進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，建立一種新型電子遠(yuǎn)程教學(xué)活動場所，學(xué)生在教室里進(jìn)行學(xué)習(xí)時，就可以在教室里對知識理論進(jìn)行VR 教學(xué)模擬，直接了解學(xué)科的相關(guān)理論和知識面拓展，在有限的空間里完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)到理解教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。這不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率還節(jié)省了時間成本[1]。VR 虛擬課堂亦可克服許多外在環(huán)境條件，例如受疫情傳播的影響，學(xué)生很難在特定地點(diǎn)完成聽課，也很難到實(shí)驗(yàn)場所進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)視頻網(wǎng)課也使得教學(xué)質(zhì)量大大下降。對此，利用VR 虛擬技術(shù)，可以對線上課堂進(jìn)行改造，相比于簡單的網(wǎng)絡(luò)視頻會議教學(xué)樣式的遠(yuǎn)程科技教育教學(xué)方式，基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化和現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)的遠(yuǎn)程科學(xué)教育技術(shù)平臺學(xué)生可以直接通過交互式遠(yuǎn)程教學(xué)的教育課程資源目錄和教育網(wǎng)站鏈接作為遠(yuǎn)程科學(xué)教育基礎(chǔ)技術(shù)，使遠(yuǎn)程科學(xué)教育技術(shù)平臺的教學(xué)功能更加豐富完善。

2 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性

2.1 交互性

交互性的人是一種指電腦模擬出的三維人在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中它能夠和模擬人的人體行為方式進(jìn)行直接互動，交互時候所產(chǎn)生的人體感覺與虛擬現(xiàn)實(shí)一樣。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：虛擬環(huán)境空間中的各種電子信息計(jì)算機(jī)對人的生理行為信息進(jìn)行同步且是具有規(guī)律性和可預(yù)測性的計(jì)算，并將同步處理后的虛擬環(huán)境信息實(shí)時進(jìn)行反饋，產(chǎn)生一種人與人在虛擬環(huán)境空間的自動同步信息交互。

2.2 延伸

在三大基本技術(shù)特性的的基礎(chǔ)之上，它也逐步發(fā)展了教育虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)技術(shù)在許多教育領(lǐng)域?qū)嵺`中的重要應(yīng)用，如多媒體感知、存在和運(yùn)動自主控制深度學(xué)習(xí)思考隨機(jī)學(xué)習(xí)。

3 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育的優(yōu)化應(yīng)用路徑

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

高等教育實(shí)際教學(xué)中，對于不同專業(yè)學(xué)科都非常需要充分培養(yǎng)每個學(xué)生的理論實(shí)踐操作能力，所以通常我們會特別涉及或說到“實(shí)驗(yàn)操作”，有些時候會認(rèn)為是一些危險性大系數(shù)較高的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，例如進(jìn)行化學(xué)生物等學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，許多金屬材料具有高危險性，實(shí)驗(yàn)器材容易損壞，這類實(shí)驗(yàn)無法真正帶領(lǐng)學(xué)生在生活中進(jìn)行手動操作。為了充分保障全體學(xué)生的安全，利用此虛擬技術(shù)對普通高等院校學(xué)生進(jìn)行虛擬教學(xué)，可以客服以上危險的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，減少實(shí)驗(yàn)器材的損失成本，又促進(jìn)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作理解和實(shí)驗(yàn)效果認(rèn)識，有效滿足高校構(gòu)建現(xiàn)實(shí)主義和虛擬情景教學(xué)認(rèn)知以及高校智能化多媒體模擬教學(xué)等多項(xiàng)虛擬教學(xué)技術(shù)需求，能夠有效通過為在校學(xué)生本身提供真實(shí)化的模擬教學(xué)情境，將基礎(chǔ)知識與虛擬實(shí)踐訓(xùn)練形成交互教學(xué)模式，使在校學(xué)生通過真實(shí)虛擬情境觀察、操作與實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)知識與實(shí)踐技能的全面虛擬掌握[2]。利用VR 虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)科學(xué)技術(shù)開發(fā)構(gòu)建新的虛擬科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一方面不僅可以由于讓廣大學(xué)生充分觀察和深入了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)同時，同時還由于可以充分參與融入到構(gòu)建虛擬科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的場景當(dāng)中，改變了以往學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)時，只能親自到達(dá)指定地點(diǎn)接觸實(shí)物、了解相關(guān)設(shè)備的情形，全面性地拓展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐思維，有效率地提高師生學(xué)習(xí)工作效率。

3.2 數(shù)字場館漫游

在高等教育課程教學(xué)中，教師還甚至可以根據(jù)教學(xué)專業(yè)課的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與數(shù)字等等技術(shù)，將虛擬數(shù)字教學(xué)場景組合設(shè)定成為具有不同差異性，如虛擬數(shù)字教育博物館教學(xué)場景、數(shù)字教學(xué)城市、校園體育場景等的，引導(dǎo)廣大學(xué)生在不同的教學(xué)場景中可以扮演不同的教學(xué)角色，通過利用虛擬數(shù)字場景可以獲得真實(shí)的教學(xué)體驗(yàn)和視覺感受。學(xué)生甚至可以在虛擬環(huán)境中對學(xué)習(xí)的物體進(jìn)行改造，這就增加了教學(xué)生動性以及加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的溝通，有利于實(shí)現(xiàn)教對相關(guān)知識的普及，還可以在參觀文物等文化遺產(chǎn)時，還原當(dāng)時的文物背景和歷史場景，使用播放故事的方式講解和評價，更加促學(xué)生進(jìn)對文物的理解。以此不斷提高廣大學(xué)生自主學(xué)習(xí)工作效率，同時不斷拓展廣大學(xué)生的自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)思維，促進(jìn)高等教育課程教學(xué)技術(shù)水平的全面優(yōu)化提升，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+高等教育課程教學(xué)的融合發(fā)展創(chuàng)新目的。

3.3 模擬訓(xùn)練

模擬訓(xùn)練模式是除了理論知識之外的一種實(shí)際可操性的學(xué)習(xí)訓(xùn)練模式，主要是指利用一臺VR 虛擬機(jī)在現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)中，所需要模擬的多維操作場景，對每個學(xué)生身體進(jìn)行的各種操作模擬訓(xùn)練，如初中教育操作訓(xùn)練模擬區(qū)、三維場景仿真后的軍事體育文化活動模擬場、歷史文化展館以及室外建筑景觀設(shè)計(jì)仿真區(qū)等，都主要是通過利用3d 交互技術(shù)，結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)多項(xiàng)智能技術(shù)，來模擬實(shí)現(xiàn)的。能夠有效幫助學(xué)校教師主動引導(dǎo)廣大學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)實(shí)操作和進(jìn)行訓(xùn)練，通過學(xué)生戴上移動立體眼鏡和移動頭盔、把握移動操作者的手柄等，來自動實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，讓廣大學(xué)生親身體驗(yàn)真實(shí)的操作場景，而且大膽自主嘗試各種操作訓(xùn)練，并同時結(jié)合學(xué)校老師所需要傳授的教學(xué)理論知識，一方面可以提高學(xué)生實(shí)際操作訓(xùn)練能力，另一方面又能滿足新歷史時期學(xué)校教育教學(xué)改革中，對知識理論+教學(xué)實(shí)踐的互操作結(jié)合教學(xué)模式不斷革新的實(shí)際需求。而各種VR 現(xiàn)實(shí)虛擬仿真現(xiàn)實(shí)駕駛技術(shù)就是能夠自動設(shè)計(jì)創(chuàng)造出各種模擬仿真的駕駛模擬訓(xùn)練環(huán)境場景，如高等教育汽車教學(xué)中針對在校學(xué)生模擬駕駛訓(xùn)練技能進(jìn)行訓(xùn)練時，可以直接讓在校學(xué)生隨機(jī)進(jìn)行各種仿真駕駛模擬訓(xùn)練，利用各種VR 現(xiàn)實(shí)虛擬仿真現(xiàn)實(shí)駕駛技術(shù)能夠構(gòu)建各種仿真駕駛模擬訓(xùn)練環(huán)境，通過學(xué)生聽覺、視覺和運(yùn)動觸覺，獲得真實(shí)駕駛體驗(yàn)，在安全的各種仿真模擬駕駛訓(xùn)練環(huán)境中快速完成駕駛訓(xùn)練。

4 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展前景

VR 的虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)還希望可以廣泛發(fā)展用于課堂外的文化教育，例如通過音樂、美術(shù)等對感興趣的學(xué)生深度教育培養(yǎng)，沉浸式課堂數(shù)字圖書館的整合開發(fā)，等等。從實(shí)際應(yīng)用角度分析出發(fā)，目前雖然VR 互動虛擬混合現(xiàn)實(shí)體育技術(shù)在我國教育教學(xué)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用范圍方面還很少，但由于VR 互動虛擬混合現(xiàn)實(shí)體育技術(shù)本身仍然具有較強(qiáng)的體育教學(xué)技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，其設(shè)計(jì)多樣化、真實(shí)的生動體育課堂將大大提高體育學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和綜合理解能力，大大提高體育教學(xué)工作效率。交互性的教學(xué)特點(diǎn)將有機(jī)會大大提升在校學(xué)生的專業(yè)綜合理論實(shí)踐應(yīng)用能力。虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)給高等教育培訓(xùn)行業(yè)發(fā)展帶來的一切將逐漸日益來越受到我國高等教育者的高度技術(shù)關(guān)注和廣泛性的青睞，必將最終使其技術(shù)不可避免更快更多地被廣泛應(yīng)用于高等教育以及職業(yè)培訓(xùn)各個領(lǐng)域，發(fā)揮其重要技術(shù)引導(dǎo)者的作用。

5 結(jié)語

VR 虛擬混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)本身是當(dāng)前全球信息科學(xué)技術(shù)高速進(jìn)步發(fā)展下的新型技術(shù)產(chǎn)物，將其成功引進(jìn)高等教育當(dāng)中，不只是利于能有效培養(yǎng)廣大學(xué)生濃厚的體育訓(xùn)練活動興趣，拓展學(xué)生創(chuàng)新教學(xué)思維，而且仍利于有效改進(jìn)體育教學(xué)模式與課程結(jié)構(gòu)，這種功能改變了以往教學(xué)中學(xué)生只可以進(jìn)行想象，而無法進(jìn)行操作體驗(yàn)的不足。學(xué)生可以以一種深層次的體驗(yàn)學(xué)習(xí)，給我國傳統(tǒng)高等教育向更為現(xiàn)代化多元化的教育教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變引路，發(fā)揮當(dāng)前VR 教學(xué)虛擬混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)技術(shù)的巨大潛力與優(yōu)勢作用，更加有效的推動教育的形式創(chuàng)新和促進(jìn)教育的內(nèi)容更新。而本文就是針對一下VR 數(shù)學(xué)虛擬混合現(xiàn)實(shí)相關(guān)科技在高等教育中廣泛應(yīng)用所需要進(jìn)行的專題研究，了解了一下VR 數(shù)學(xué)虛擬混合現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的實(shí)際研究價值與應(yīng)用特征，希望它們可以有效促進(jìn)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)+高等教育”全面科學(xué)發(fā)展。