計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用與軟件開發(fā)研究

宋志鵬

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東 青島 266000）

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，即“VR”技術(shù)，其是計算機科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物，是一種新興的科學(xué)技術(shù)，同時也代表著虛擬技術(shù)更加大眾化和平民化。目前，這種技術(shù)在教育教學(xué)、航天航空等領(lǐng)域被廣泛運用。本文將對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行探討，探討其本身的具體內(nèi)容，然后再分析其在教育中的具體應(yīng)用，從而充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的作用，推動我國教育的進(jìn)一步發(fā)展，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機中多種技術(shù)的融合，其中既包括仿真技術(shù)，也包括計算機圖形學(xué)等。因此，就虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身而言，其具有較大的挑戰(zhàn)性，走在時代的前沿。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，主要是使用計算機對三維信息進(jìn)行操作，使其構(gòu)成逼真的虛擬環(huán)境，并通過特殊的顯示器使人們具有更加真實的視覺、聽覺和觸覺，并且在用戶改變或者移動自己位置的時候，這些信息會通過傳感器傳送給計算機，然后計算機對其進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，再重新塑造一個場景，使人們在這一過程中具有身臨其境之感。從某種意義上來說，虛擬技術(shù)具有“欺騙性”。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要類型

就虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來看，其主要有4種類型，包括增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、沉浸式虛擬系統(tǒng)、分布式虛擬系統(tǒng)。在桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，無論是顯示器，亦或是輸入設(shè)備，還是圖形工作站，都是不可或缺的，通過三者的共同作用，可以構(gòu)成桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在這一過程中，輸入設(shè)備尤為關(guān)鍵，其可以使用戶參與到模擬場景中，更好地體驗相關(guān)情境。而在沉浸式虛擬系統(tǒng)中，主要是通過顯示器頭盔，控制用戶的各種感受，使其處于一個虛擬的區(qū)域內(nèi)，并置身于虛擬的環(huán)境中。分布式虛擬系統(tǒng)，又被稱為DVR，其需要在網(wǎng)絡(luò)的虛擬環(huán)境中進(jìn)行，在這一系統(tǒng)中，可以使用戶跨越地理的限制實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以使多個用戶處于同一虛擬環(huán)境中，共享資源或者協(xié)同作業(yè)。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

4.1 沉浸性

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，沉浸性即臨場感，其主要是指在計算機與多維方式的共同作用下，創(chuàng)造的一個虛擬環(huán)境，用戶在其中具有真實的體驗，完全地沉浸其中，并且還可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互，進(jìn)而實現(xiàn)人境合一。在這一過程中，雖然就環(huán)境本身而言，其是虛擬的環(huán)境，但是卻不可以否認(rèn)用戶的真實性，用戶是真實的參與者。就虛擬技術(shù)本身而言，因為其具有沉浸性的特點，所以即使環(huán)境是不真實的，是虛擬的，用戶也具有真實的參與感，可以得到更好地體驗，真正參與其中[1]。

4.2 交互性

交互性主要是指通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在特定的虛擬空間中，用戶可以與其中的事物進(jìn)行交互。比如在虛擬環(huán)境中，用戶可以用手去觸摸環(huán)境中的物體，而這個設(shè)備能夠影響用戶的神經(jīng)，讓用戶具有觸摸實體物品的感覺，并且場景中的物體也會隨著用戶的觸摸而改變形狀。再比如，在虛擬環(huán)境中，如果用戶想要移動一個物體，那么用戶會真正感覺到物體在移動，并且物體也會隨著用戶的動作而移動。由此可見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有很強的交互性[2]。在這一過程中，用戶與虛擬環(huán)境并不是相互隔離的，而是具有交互性，用戶可以對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，這樣會使其參與感更加真實，進(jìn)而更好地融入其中。

4.3 多感知性

就虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身來看，因為其傳感裝置較為豐富，兼具聽覺、觸覺和動覺等，同時也具有良好的反饋裝置，這樣可以使事物更加多樣化地呈現(xiàn)在用戶眼前，打破以往僅僅依靠視覺單一地感受事物的狀態(tài)，可以充分運用觸覺、聽覺等多種感官，更加真實地感知事物。

4.4 構(gòu)想性

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，計算機是最重要的，而且在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，其中也具有更加廣闊的想象空間。因此，在對虛擬現(xiàn)實技術(shù)加以運用的過程中，虛擬的環(huán)境是無限的，不僅可以使存在的環(huán)境通過這一技術(shù)展現(xiàn)出來，而且在對環(huán)境進(jìn)行構(gòu)想的過程中，還具有隨意性，可以想象任何環(huán)境，無論是存在現(xiàn)實事件中的情景，亦或是不可能發(fā)生的情景，都可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)出來，這樣有利于擴展人們的認(rèn)知范圍。

5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與軟件開發(fā)研究

5.1 虛擬技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)中，需要對學(xué)生探索學(xué)習(xí)的能力進(jìn)行培養(yǎng)，進(jìn)而培養(yǎng)其創(chuàng)新思維，使其具有創(chuàng)造能力。而就虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身而言，其是時代的產(chǎn)物，同時也是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表，其在提高工作效率方面發(fā)揮著重要的作用，在教學(xué)中也是如此?；诖?，在教學(xué)中充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是必要的，這樣可以為學(xué)生提供一個更好的學(xué)習(xí)平臺。

5.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)充分結(jié)合

在計算機教學(xué)中，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行教學(xué)是必要的，這樣可以使不可能的事物變?yōu)榭赡?，使相關(guān)內(nèi)容充分展現(xiàn)在學(xué)生眼前，提升學(xué)生的體驗感，進(jìn)而使學(xué)生學(xué)好相關(guān)知識。在教學(xué)中，教師應(yīng)該充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)置相應(yīng)的場景，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中具有真實的學(xué)習(xí)體驗感，更加真實有效地學(xué)習(xí)，為了達(dá)到這一目標(biāo)，教師將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)充分結(jié)合是必要的。在這一過程中，教師需要注意方方面面的內(nèi)容，既要合理地使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，又要充分地了解教學(xué)知識點，將二者結(jié)合起來進(jìn)行教學(xué)，進(jìn)而達(dá)到事半功倍的效果。比如，在教授《計算機組裝與維修》課程時，學(xué)校現(xiàn)有的硬件設(shè)備難以滿足學(xué)生的實驗需求。而在傳統(tǒng)的教學(xué)中，通常是通過多媒體技術(shù)播放相關(guān)的課件，通過圖片或者視頻的方式將相關(guān)的組裝流程展現(xiàn)出來。在這種教學(xué)方式下，學(xué)生只能在頭腦中認(rèn)識到如何組裝計算機，但在實際動手操作方面還存在一定的問題。在此情況下，教師充分將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機組裝與維修的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合是必要的。首先，教師應(yīng)該將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，明確各個流程，然后再通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)置相應(yīng)的場景，使計算機組裝與維修的整個場景真實展現(xiàn)在學(xué)生眼前，進(jìn)而提升其體驗感。在這一過程中，教師也要引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行操作，進(jìn)而提升其操作能力，使其學(xué)好相關(guān)知識[3-4]。

5.1.2 開設(shè)虛擬實驗和技能訓(xùn)練

在教學(xué)中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是十分必要的，其不僅可以推動實驗研究的開展，而且還可以加強學(xué)生的技能訓(xùn)練，使其可以多次反復(fù)地進(jìn)行技能訓(xùn)練。在實踐教學(xué)中，教師可以充分地運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，進(jìn)而打破實驗的各種限制，不拘泥于學(xué)校各種設(shè)備的不足，進(jìn)而做好實驗教學(xué)工作，使學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行實踐操作，這樣不僅有利于加深其對理論知識的印象，也有利于其熟練地掌握實踐技能。除此之外，一些課程的動手操作能力較強，在其中充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是必要的。比如，以醫(yī)學(xué)生為例，醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識本就較為復(fù)雜，而且其中還涉及各種各樣的實驗操作、解剖等，較為麻煩。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以有效地解決這一問題。比如教師在教學(xué)解剖的相關(guān)內(nèi)容時，可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將標(biāo)本展現(xiàn)在學(xué)生眼前，然后讓學(xué)生在那個場景中進(jìn)行實驗操作，這樣可以提高醫(yī)學(xué)生的實踐能力，使其更好地學(xué)習(xí)，進(jìn)而為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的醫(yī)生。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可以被運用在駕校中，就學(xué)車本身而言，其中最重要的不是理論知識，而是開車的技能，所以在學(xué)生的科二和科三中，需要不斷地練車。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用，可以打破學(xué)生練車的時空限制，為其設(shè)置相應(yīng)的練車情景，讓學(xué)員自己在模擬情景中練車，可以使學(xué)員練車更加高效，進(jìn)而更快、更好地學(xué)會開車。

5.2 基于VR的教學(xué)軟件開發(fā)研究

VR可以模仿真實的世界，其在教育中運用大有益處。在開發(fā)VR教學(xué)軟件時，有一方面的內(nèi)容尤為重要，那就是需要具備統(tǒng)一的操作系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。此外，還需要滿足以下幾個方面的內(nèi)容：（1）VR課堂教學(xué)系統(tǒng)還需要具有完整性，其中既要有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)層，也需要具備教學(xué)指揮系統(tǒng)等。這樣才有利于使VR在課堂教學(xué)中得到充分的運用，相關(guān)開發(fā)者開發(fā)出適合課堂教學(xué)的VR內(nèi)容。（2）對課件也有所要求，其需要支持市面上主流的相關(guān)設(shè)備，比如VR眼鏡等，進(jìn)而使開發(fā)者和硬件商僅需注重研究設(shè)備，而不用再考慮設(shè)備的兼容性問題。（3）平臺需要和VR教育互相融合，收集優(yōu)秀的VR教育內(nèi)容，并將其進(jìn)行整合，然后再打包給相關(guān)學(xué)校，這樣才可以使適配良好、接口可用、教育應(yīng)用方面良好，不存在任何問題，從而將VR更好地運用在教育中。在這之后，應(yīng)該充分將VR技術(shù)應(yīng)用在教育中，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生身臨其境之感，更好地理解相關(guān)內(nèi)容，使重難點知識更加簡單地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，使其更好地學(xué)習(xí)相關(guān)知識，不斷提升其學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)其全面發(fā)展[5]。

6 結(jié)語

隨著教育的不斷改革，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用其中是必要的。就虛擬現(xiàn)實技術(shù)的具體應(yīng)用情況來看，其不僅具有交互性，而且具有沉浸性等特點，因此將其運用在教學(xué)中是必要的，這樣有利于使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生身臨其境之感，更好地學(xué)習(xí)重難點知識，不斷地提升學(xué)習(xí)能力。因此，在教育中，充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是必要的，這樣才可以提高教學(xué)的質(zhì)量與效率，使學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。