虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)在職業(yè)學(xué)校教育教學(xué)中滲透

李萌 蔣莉

摘要：由于科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技、教育、信息、游戲等領(lǐng)域發(fā)展迅速。虛擬技術(shù)與教育的結(jié)合，將會(huì)使教育形式發(fā)生巨大變化。該文針對職業(yè)學(xué)校虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)狀及需求分析，利用3dmax、u3d及“創(chuàng)想世界”軟件初步實(shí)現(xiàn)了VR在虛擬校園、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬思政課堂等方面的滲透。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);職業(yè)教育;開發(fā);滲透

中圖分類號(hào)：G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0162-02

1 背景

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是一種新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它是利用計(jì)算機(jī)模擬生成構(gòu)建模擬三維空間，讓大家模擬體驗(yàn)，沉浸其中，仿佛身臨其境[1]。它是在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中利用人們自然感知以及人為控制實(shí)現(xiàn)人和計(jì)算機(jī)互動(dòng)的技術(shù)。

由于科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，這一技術(shù)也取得了很大發(fā)展并迅速在軍事、教育、傳媒、娛樂、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展運(yùn)用[2]。佩戴VR眼鏡、運(yùn)用控制柄等專業(yè)操控設(shè)備，就可以在虛擬的仿真空間里根據(jù)需要進(jìn)行尋找、選擇、移動(dòng)等操作，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)高度融合。這就是一種嶄新的高科技，而且這項(xiàng)技術(shù)正在悄悄得改變著我們的學(xué)習(xí)和娛樂方式。

VR與教育活動(dòng)的結(jié)合，將會(huì)在徹底改變傳統(tǒng)教育教學(xué)模式的過程中發(fā)揮巨大作用。VR技術(shù)所創(chuàng)建的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，給人們提供了一個(gè)可以自主學(xué)習(xí)，自由探究的寬松環(huán)境，激發(fā)著人們學(xué)習(xí)的潛能和求知的沖動(dòng)。雖然VR技術(shù)并不可能徹底代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)形式，但它以后的趨勢是明顯的，潛能是巨大的。伴隨VR技術(shù)不斷成熟，它將對教育領(lǐng)域產(chǎn)生廣闊而深遠(yuǎn)的影響。

2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)在教育教學(xué)的優(yōu)勢

VR虛擬現(xiàn)實(shí)在教育教學(xué)的優(yōu)勢體現(xiàn)于以下方面。

1）豐富資源激發(fā)自主學(xué)習(xí)

當(dāng)這種嶄新的形式出現(xiàn)以后，豐富的虛擬資源大量出現(xiàn)，人們就會(huì)出于好奇主動(dòng)去探究各種資源了，自然而然人們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性得到了激發(fā)。VR將傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式變?yōu)橹鲃?dòng)型的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)習(xí)的效果也是可以想象的。

2）浸入式體驗(yàn)提升教學(xué)效率

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的是教學(xué)形式的升級(jí)和內(nèi)容的擴(kuò)展。VR讓人們實(shí)現(xiàn)在教學(xué)中就可以浸入在宇宙中、歷史長河里、波濤大海上，根據(jù)需要選擇與歷史對話，與未來交流。這種全新的模式改變了人們常規(guī)的學(xué)習(xí)模式，激發(fā)了人們的強(qiáng)烈的知識(shí)渴求，培養(yǎng)了人們的想象力和創(chuàng)造力。同時(shí)，VR技術(shù)通過模擬建立的虛擬環(huán)境，讓人們在虛擬的環(huán)境進(jìn)行模擬操作，也正好解決了很多在實(shí)際操作中不容易實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容以及一些在實(shí)際操作中有著高危險(xiǎn)性或高成本的操作。

3）資源共享節(jié)約教學(xué)成本

VR模式可以在初次開發(fā)以后通過引入和重復(fù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)虛擬資源的共享，VR還可以將傳統(tǒng)式課堂教學(xué)中高昂的設(shè)備成本以及巨大的資源損耗降至最少，使教學(xué)環(huán)境資源成本費(fèi)降低，讓人們在VR中完成全部的學(xué)習(xí)實(shí)踐同時(shí)極大降低教學(xué)各種常規(guī)成本[3]。

3 推動(dòng)VR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

最近，VR這一新生事物已被納入教育重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃之中。在2019年，教育部發(fā)布《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》一文以及2020年教育部發(fā)布《關(guān)于開展“網(wǎng)上重走長征路”暨推動(dòng)“四史”學(xué)習(xí)教育的工作方案》的通知中強(qiáng)調(diào)指出要大力發(fā)展VR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用研究工作，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、VR、AR等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用[4]。

與此同時(shí)，各地主管部門也在教育領(lǐng)域積極推動(dòng)VR技術(shù)。據(jù)最新相關(guān)報(bào)道，北航、清華、復(fù)旦等高校已建成了多個(gè)相關(guān)VR實(shí)驗(yàn)室。清華大學(xué)已將虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)課程納入到了計(jì)算機(jī)必修課程之中，同時(shí)利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測VR實(shí)訓(xùn)室。北師大計(jì)算機(jī)中心還用 VR技術(shù)為保護(hù)歷史古跡開發(fā)了“北京胡同”VR體驗(yàn)系統(tǒng)、“秦兵俑”觀摩系統(tǒng)等。上海交大、復(fù)旦大學(xué)等頂尖高校也有許多VR虛擬系統(tǒng)在開發(fā)建設(shè)當(dāng)中。

隨著我們國家對教育的重視和資金投入的加大，目前各類院校的信息化水平得到極大提升[5]。VR技術(shù)雖然在國內(nèi)很多高校中得到了越來越多的開發(fā)和應(yīng)用，但針對普通學(xué)校特別是職業(yè)學(xué)校的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)相距甚遠(yuǎn)，相關(guān)配套的和學(xué)校教學(xué)密切結(jié)合的VR項(xiàng)目應(yīng)用基本為零。

職業(yè)學(xué)校的專業(yè)門類眾多，需求多樣，VR的浸入性和交互性特點(diǎn)對于學(xué)生實(shí)際技能的訓(xùn)練提高是非常有效的。然而調(diào)查結(jié)果顯示，這些運(yùn)用基本沒有。所以，VR技術(shù)在職業(yè)類學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用顯得尤為急切緊迫。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)開發(fā)實(shí)現(xiàn)所要儲(chǔ)備的條件包括以下方面：

1）設(shè)備端。包括顯示技術(shù)、定位技術(shù)、識(shí)別技術(shù)三個(gè)方面。

顯示技術(shù)，目前有三種類型的VR顯示設(shè)備：外置頭顯，一體機(jī)，手機(jī)套。其中VR眼鏡要用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng);定位技術(shù)，包括外置激光定位、外置視覺定位、內(nèi)置視覺定位。VR中圖像的生成依賴于定位實(shí)現(xiàn)，這涉及頭部定位和手柄定位兩個(gè)方面技術(shù);識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)需要精準(zhǔn)地識(shí)別操控者的各種動(dòng)作、狀態(tài)，包括手勢、姿態(tài)、表情等。

2）應(yīng)用端。包括內(nèi)容開發(fā)、視頻制作、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

內(nèi)容開發(fā)，VR教學(xué)開發(fā)類似游戲開發(fā)，大都是使用 U3D、Ue4引擎，3dmax、maya 等三維制作軟件;視頻制作，VR視頻的制作實(shí)現(xiàn)有很多可選設(shè)備，較多較方便的方式可以用照相機(jī)、攝像機(jī)、拍攝架實(shí)現(xiàn)360全景攝像。還有就是為解決帶寬不夠以及芯片解碼限制需要了解視頻分片編解碼技術(shù)以及多攝像頭、多個(gè)角度拍攝同一個(gè)場景，最終合成3D視頻場景的容積攝影技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，云VR是虛擬現(xiàn)實(shí)以后的發(fā)展趨勢，因此云端服務(wù)器的支持就是必不可缺的一環(huán)，這樣云端內(nèi)容編碼以及云端高效傳輸問題也需要解決。此外未來的虛擬社交將會(huì)對網(wǎng)絡(luò)傳輸有更高的要求，如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多人同步服務(wù)，還需要在數(shù)據(jù)同步方面做更多研究[6]。

4 VR技術(shù)在職業(yè)學(xué)校教育教學(xué)中的滲透

通過對職業(yè)學(xué)校虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)狀及需求分析，結(jié)合學(xué)校普遍實(shí)際環(huán)境和軟硬件條件，我們利用3dmax建模軟件、u3d引擎軟件及“創(chuàng)想世界”引擎軟件初步實(shí)現(xiàn)了VR技術(shù)開發(fā)在職業(yè)學(xué)校教育教學(xué)中以下幾個(gè)方面的滲透。

1）虛擬校園漫游。

虛擬校園漫游就是運(yùn)用三維動(dòng)畫、三維建模、腳本交互技術(shù)，將校園地理位置信息、空間信息、功能信息等結(jié)合起來組成一個(gè)虛擬的校園環(huán)境[7]。用戶可以在其中進(jìn)行模擬體驗(yàn)，還可以利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行異地遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)，并可在虛擬的校園場景中進(jìn)行自由游覽訪問，從而在遙遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)那頭就可以身臨其境的了解學(xué)校的位置、環(huán)境、設(shè)施等相關(guān)信息。VR校園漫游系統(tǒng)對于以后數(shù)字校園的建設(shè)與研究意義重大[8]。首先，建立的校園VR體驗(yàn)系統(tǒng)既可以搭建起良好學(xué)校設(shè)施環(huán)境，宣傳校園文化，提高學(xué)校的知名度。其次，每年新生在報(bào)道前通過對VR校園宿舍、教學(xué)樓、食堂等環(huán)境的游覽可以提前了解校園的功能、布局等相關(guān)信息，促進(jìn)學(xué)生更快適應(yīng)未來學(xué)校學(xué)習(xí)生活。最后，虛擬校園還可以為校園規(guī)劃升級(jí)提供重要輔助。如在翻建校園設(shè)施、道路或校園改擴(kuò)建時(shí)，我們可以先在虛擬環(huán)境中進(jìn)行評(píng)估測試，為校園規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供幫助，提高了學(xué)校規(guī)劃的科學(xué)有效性，更好加快校園建設(shè)。

2）虛擬實(shí)驗(yàn)室。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是利用虛擬技術(shù)講教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、科研、教學(xué)內(nèi)容整合到一起的一項(xiàng)技術(shù)。它以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合投影技術(shù)、同步技術(shù)、聲音技術(shù)等融合起來，創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完全沉浸式的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境[9]。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生既可以在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)按課前設(shè)計(jì)好的步驟進(jìn)行操作，也根據(jù)自己實(shí)際需求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展教學(xué)內(nèi)容，這樣學(xué)習(xí)者不但實(shí)操能力得到了訓(xùn)練提高，設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力也有很好的培養(yǎng)。利用虛擬實(shí)驗(yàn)室還可以實(shí)現(xiàn)一些高危險(xiǎn)或者不易實(shí)現(xiàn)的操作，為此我們設(shè)計(jì)了職業(yè)學(xué)校中機(jī)修專業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)故障維修實(shí)驗(yàn)、電子專業(yè)中高壓電接入實(shí)驗(yàn)、工程裝修專業(yè)裝修材質(zhì)更替實(shí)驗(yàn)等VR課件。這樣不僅減少了實(shí)訓(xùn)耗材費(fèi)用的支出，而且也降低了實(shí)訓(xùn)中發(fā)生危險(xiǎn)的可能性[10]。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)分為以下三個(gè)過程，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、操作交互設(shè)計(jì)、軟件網(wǎng)絡(luò)發(fā)布三個(gè)階段。

① 建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在建立?shù)字模型比例協(xié)調(diào)和視覺真實(shí)性的前提下盡量面少，刪掉多余模型元素，合并同類模型，優(yōu)化模型，可以很好提高反應(yīng)速度。模型建好后，要進(jìn)行不同材質(zhì)賦予和燈光系統(tǒng)布設(shè)。最后烘焙模型，利用插件導(dǎo)出場景[11]。

② 操作交互設(shè)計(jì)。交互設(shè)計(jì)包括基本對象位移、旋轉(zhuǎn)、縮放等交互設(shè)置。還包括場景觸發(fā)、場景切換、事件觸發(fā)等復(fù)雜交互設(shè)置。

③ 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。完成操作設(shè)置后，需要將程序?qū)ο髮?dǎo)出，需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的要發(fā)布到服務(wù)器端。學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)或本地機(jī)隨時(shí)隨地使用[12]。

虛擬實(shí)驗(yàn)室研究具有很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室所不具有的特點(diǎn)，作為教育新技術(shù)的建設(shè)者，我們該大膽的嘗試將虛擬信息技術(shù)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開發(fā)中，將VR實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)和科研中的作用發(fā)揮出來。

3）虛擬現(xiàn)實(shí)思政教育。

培養(yǎng)學(xué)生健康向上的政治觀念，形成真確的政治意識(shí)是學(xué)校思政教育的核心目的，。思政教育的發(fā)展必須與社會(huì)發(fā)展同步進(jìn)行。通過VR思政課堂，VR情景讓學(xué)生置身于黨的基本路線和方針之中，真實(shí)體驗(yàn)著黨的光輝歷史。VR思政教育通過視覺、聽覺、觸覺等多種體驗(yàn)激發(fā)著學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)興趣。運(yùn)用VR技術(shù)這一現(xiàn)代化技術(shù)手段，將思政教育內(nèi)容融于VR場景之中，很好地提高了教育效果[13]。隨著VR在思政教學(xué)中應(yīng)用，學(xué)生的世界觀、人生觀、價(jià)值觀在創(chuàng)新的思政教育模式下得以更好實(shí)現(xiàn)。在這樣指導(dǎo)思想下，我們結(jié)合國家“愛國教育”和“一帶一路”等思政體裁，設(shè)計(jì)開發(fā)了如鄭和下西洋、博物館游覽等虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)課件。

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在以上幾個(gè)方面教育教學(xué)方面的滲透嘗試取得了良好的教育教學(xué)效果，以后我們將根據(jù)教學(xué)實(shí)際需要開發(fā)更多的VR作品并進(jìn)行推廣，為職業(yè)學(xué)校的教育教學(xué)發(fā)展提供更好服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葛磊.虛擬現(xiàn)實(shí)場景交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2018.

[2] 王圣潔.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].無錫：江南大學(xué)，2018.

[3] 趙蔚，段紅.虛擬現(xiàn)實(shí)軟件研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（2）：229-233.

[4] 鄒玲.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用研究[J].繼續(xù)教育，2017，31（4）：39-40.

[5] 梁峙，秦曉峰.中文版3ds Max 2014基礎(chǔ)培訓(xùn)教程[M].北京：人民郵電出版社，2017.

[6] 謝菊明.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用效果分析——評(píng)《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用及其效果評(píng)價(jià)研究——以旅游教學(xué)為例》[J].中國教育學(xué)刊，2019（8）：139.

[7] 王艷春，張曙.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，23（1）：77-79.

[8] 季長清.基于移動(dòng)云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育模式研究[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)（學(xué)科版），2011，27（1）：135-136.

[9] 王學(xué)吉.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育智能化中的運(yùn)用[J].福建電腦，2017，33（7）：136，142.

[10] 劉德建.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育應(yīng)用的潛力、進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2016（8）.

[11] 姚芳，李哲.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推動(dòng)普通高校教學(xué)改革[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（8）：18-20.

[12] 商桑.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用[J].虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用：淺析遠(yuǎn)程擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[J].中國遠(yuǎn)程教育，2000（7）：49-50，64.

[13] 胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】