虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在“軟件工程”相關(guān)課程巾的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);軟件工程;課程;應(yīng)用

中圖法分類號(hào)：TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

VR技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，其核心主要是利用數(shù)據(jù)手套以及傳感器頭盔等設(shè)備為用戶營造三維動(dòng)態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。常規(guī)情況下，人們通過視覺、聽覺等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知，而利用VR技術(shù)可以通過人工模擬計(jì)算機(jī)模擬實(shí)施人機(jī)對(duì)接繼而智能化發(fā)展。技術(shù)應(yīng)用面逐漸拓寬與教育聯(lián)合成為目前教學(xué)過程中的主流趨勢(shì)，該教育模式對(duì)教學(xué)成果以及培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力起到重要推動(dòng)。本文重點(diǎn)以“軟件工程”相關(guān)課程教學(xué)中VR技術(shù)應(yīng)用為例進(jìn)行講解，以VR技術(shù)特點(diǎn)分析為切入點(diǎn)，同時(shí)講解“軟件工程”相關(guān)課程中技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，分析“軟件工程”相關(guān)課程教學(xué)現(xiàn)狀與應(yīng)用VR技術(shù)教學(xué)優(yōu)勢(shì)，最后重點(diǎn)介紹VR技術(shù)在“軟件工程”相關(guān)課程教學(xué)的主要內(nèi)容，旨在深化教育和科技聯(lián)合發(fā)展的教育新局面。

1 VR技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

VR技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。VR技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、仿真技術(shù)，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。

VR技術(shù)的特點(diǎn)包括：沉浸性，該特性屬于VR技術(shù)的關(guān)鍵特征，可以讓用戶將自己當(dāng)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，并且通過技術(shù)感知、觸覺、嗅覺、味覺、運(yùn)動(dòng)感等讓人產(chǎn)生思維共鳴，進(jìn)而產(chǎn)生同理心，如同進(jìn)入真實(shí)世界;交互性，VR技術(shù)可以通過內(nèi)部環(huán)境物體的模擬，更加真實(shí)地反應(yīng)自然環(huán)境，用戶進(jìn)入虛擬空間后，可以利用模擬環(huán)境，體驗(yàn)真實(shí)操作。在真實(shí)操作的過程中，周圍環(huán)境同樣會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而增強(qiáng)體驗(yàn)者的交互性;多感知特點(diǎn)，VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)模擬聽覺、嗅覺、觸覺;構(gòu)想性（也稱為想象性），VR技術(shù)在應(yīng)用的過程中模擬空間感可以和周圍物體進(jìn)行互動(dòng)，以此有效增強(qiáng)人的認(rèn)知范圍，同時(shí)依據(jù)自身直覺對(duì)其內(nèi)部知識(shí)進(jìn)行理解吸收，提升其思維發(fā)散性;自主性，當(dāng)使用者進(jìn)入虛擬環(huán)境中，通過環(huán)境的變化，自身感覺、知覺運(yùn)動(dòng)情況也會(huì)發(fā)生變化，一旦受到外力推動(dòng)，人體會(huì)隨之發(fā)生位移。

2VR技術(shù)在“軟件工程”相關(guān)課程中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1豐富學(xué)習(xí)資源

相對(duì)而言，“軟件工程”相關(guān)課程具有一定的抽象性，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很難對(duì)其內(nèi)在真實(shí)知識(shí)以及技能進(jìn)行掌握。而在開展“軟件工程”課程教學(xué)的過程中，利用VR技術(shù)可以為學(xué)生提供較為豐富的學(xué)習(xí)資源。除此之外，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)、黑板式教學(xué)模式進(jìn)行改革，可以為學(xué)生提供新的學(xué)習(xí)材料以及學(xué)習(xí)方式。在這種情況下，可以大幅度提升學(xué)生對(duì)“軟件工程”內(nèi)部知識(shí)的掌握水平，對(duì)具有抽象性且操作性強(qiáng)的理論實(shí)踐知識(shí)，提供科學(xué)輔助教學(xué)，可以讓學(xué)生理解軟件內(nèi)部的工作原理以及真實(shí)的軟件應(yīng)用情況。

2.2加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)積累

“軟件工程”課程在教學(xué)過程中具有一定的復(fù)雜性，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在“軟件工程”學(xué)科眾多上，其中包含程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)工具、系統(tǒng)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)、電子郵件、嵌入式系統(tǒng)、人機(jī)界面、辦公套件、操作系統(tǒng)、編譯器、數(shù)據(jù)庫、游戲等，而且各個(gè)方面均與當(dāng)前新興行業(yè)以及傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，例如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、銀行、航空、政府等部門。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中需要花費(fèi)較長的時(shí)間參透知識(shí)內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時(shí)需積累自身的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。利用傳統(tǒng)課堂教學(xué)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間才能讓學(xué)生逐漸接觸各種事物，并且進(jìn)行實(shí)踐，而利用VR技術(shù)，只需要花費(fèi)較少的時(shí)間就能讓學(xué)生參加豐富的實(shí)踐活動(dòng)。

2.3提供實(shí)戰(zhàn)能力

“軟件工程”課程對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)來講，重點(diǎn)在于實(shí)踐教學(xué)，利用實(shí)踐教學(xué)可有效提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，幫助其掌握核心技術(shù)。學(xué)習(xí)“軟件工程”課程，可以讓學(xué)生提前掌握真實(shí)的就業(yè)信息，了解程序的編寫運(yùn)行過程，學(xué)會(huì)在軟件開發(fā)的過程中有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理，明確軟件內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制，學(xué)會(huì)如何進(jìn)行軟件開發(fā)，最終制作出滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品。

3“軟件工程”相關(guān)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與解決措施

3.1教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，教學(xué)方法陳舊目前，“軟件工程”在不斷發(fā)展的過程中出現(xiàn)眾多新的技術(shù)，例如WER技術(shù)、軟件重用技術(shù)、原型開發(fā)技術(shù)等，這為“軟件工程”相關(guān)課程的教學(xué)增加了一定的難度。高校在開展教學(xué)的過程中，知識(shí)更新速度以及知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容取材均存在一定的缺陷，部分高校在開展教學(xué)的過程中忽略了目前更適用、更流行的面向?qū)ο蠓椒ā６以诮虒W(xué)的過程中，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，一旦教學(xué)方法無法及時(shí)更新并且完善，極易導(dǎo)致學(xué)生無法掌握軟件開發(fā)等相關(guān)知識(shí)。想要進(jìn)一步改善現(xiàn)“軟件工程”課程教學(xué)現(xiàn)狀，需要不斷對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新。

3.2缺乏理論與實(shí)踐聯(lián)合教學(xué)應(yīng)用

通常來說，“軟件工程”相關(guān)課程的理論并非是空洞、無用的，它的內(nèi)部知識(shí)結(jié)構(gòu)以及理論均通過實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來，而教學(xué)目的及教學(xué)需求則是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生滿足用戶需求的能力?！败浖こ獭睂儆趯?shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，如果單從理論上進(jìn)行知識(shí)教學(xué)，學(xué)生很難具備從事工程實(shí)踐的能力。但是在現(xiàn)階段“軟件工程”相關(guān)課程的教學(xué)過程中，普遍存在理論知識(shí)、基礎(chǔ)教學(xué)占比較大，而課程實(shí)踐教學(xué)占比較小的情況，造成學(xué)生在課程知識(shí)學(xué)習(xí)的過程中缺乏理論應(yīng)用與實(shí)踐能力。因此，需要充分重視“軟件工程”的實(shí)踐教學(xué)發(fā)展，并對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效梳理。利用課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)如何對(duì)需求進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)編碼和測(cè)試，提高學(xué)生運(yùn)用“軟件工程”的技術(shù)工具進(jìn)行軟件開發(fā)和軟件項(xiàng)目管理的能力，也可以有效培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。

3.3學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性不強(qiáng)

興趣是最好的老師同時(shí)也是學(xué)生產(chǎn)生求知欲的關(guān)鍵，對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展起到重要推動(dòng)作用?！败浖こ獭毕嚓P(guān)課程學(xué)習(xí)起來具有一定的枯燥性，學(xué)生很難有效地進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)，并且付諸實(shí)踐。在這種情況下，學(xué)生的積極性、主動(dòng)性就會(huì)受到影響。為改善這一情況，“軟件工程”相關(guān)課程在教學(xué)的過程中需要充分重視多媒體教學(xué)、技術(shù)應(yīng)用教學(xué)，利用VR技術(shù)可以讓學(xué)生對(duì)軟件課有更深層次的認(rèn)知與理解。除此之外，新鮮的教學(xué)模式可以進(jìn)一步吸引學(xué)生的注意力，提高其學(xué)習(xí)的積極性。讓學(xué)生系統(tǒng)地明確知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行問題分析、問題討論、問題解決。

4 VR技術(shù)在“軟件工程”相關(guān)課程中的應(yīng)用內(nèi)容

4.1 課程系統(tǒng)類型

VR技術(shù)在“軟件工程”相關(guān)課程中的應(yīng)用類型通常分為三部分：其一，簡易型VR系統(tǒng);其二，沉浸型VR系統(tǒng);其三，共享型VR系統(tǒng)。這三種系統(tǒng)類型通?？梢詫?shí)現(xiàn)用戶將真實(shí)的環(huán)境與虛擬環(huán)境進(jìn)行融合，進(jìn)而形成沉浸式體驗(yàn)。

簡易型VR系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，而且開發(fā)難度較低，需要花費(fèi)的成本也較低，對(duì)于社會(huì)推廣以及大面積普及具有一定的科學(xué)性;沉浸型VR系統(tǒng)往往相對(duì)于簡易型VR系統(tǒng)來說較為復(fù)雜，而且很難在社會(huì)上進(jìn)行廣泛普及。共享型VR系統(tǒng)通常需要使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接不同區(qū)域、不同環(huán)境內(nèi)的不同人群，為這部分人群（空間內(nèi)容納人數(shù)較多）營造一個(gè)虛擬空間，使所有參與者均可以對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行操作并且進(jìn)行觀察，還可以進(jìn)行相互配合，以此完成相應(yīng)的任務(wù)。

4.2游戲開發(fā)應(yīng)用

前文提到，VR技術(shù)具有沉浸性、交互性多、感知性、共享性以及自主性等特點(diǎn)，在目前的游戲開發(fā)過程中利用這些特點(diǎn)具有重要價(jià)值，而且也更加符合游戲開發(fā)的要求。VR技術(shù)可以將虛擬與現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)為使用者進(jìn)行最大化仿真，可以對(duì)現(xiàn)實(shí)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬，在模擬的基礎(chǔ)之上進(jìn)行不斷完善優(yōu)化，以此吸引更多的參與者。現(xiàn)階段VR技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到游戲開發(fā)中，傳統(tǒng)的游戲開發(fā)往往缺乏對(duì)玩家與游戲真實(shí)體驗(yàn)感的重視，導(dǎo)致玩家在游戲的過程中無法對(duì)其游戲內(nèi)部場(chǎng)景進(jìn)行體驗(yàn)。當(dāng)前，隨著VR技術(shù)的應(yīng)用，游戲設(shè)計(jì)者在游戲開發(fā)的過程中更具創(chuàng)新性，使游戲人群能更好地獲得交互式體驗(yàn)。

VR技術(shù)在游戲開發(fā)中同樣也分為三部分：其一，影像式;其二，幾何式;其三，“影像式+幾何式”。VR技術(shù)在應(yīng)用的過程中，通過使用攝像方法對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行獲取，并且在獲取真實(shí)場(chǎng)景后，利用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行影片處理，以此獲得全方位影像。以該方式進(jìn)行的游戲開發(fā)，往往可以為游戲體驗(yàn)者提供具備高度真實(shí)性特點(diǎn)的游戲體驗(yàn)，但是卻未能滿足立體感設(shè)計(jì)需求。幾何式VR技術(shù)在游戲的開發(fā)中則可以有效彌補(bǔ)影像式游戲開發(fā)的缺點(diǎn)，可以為游戲體驗(yàn)者營造良好的立體感，使體驗(yàn)者可以在虛擬場(chǎng)景下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，獲得更好的游戲體驗(yàn)。利用“影像式+幾何式”游戲設(shè)計(jì)方式，可以對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)部場(chǎng)景以及人物感知進(jìn)行深度融合，進(jìn)一步為游戲體驗(yàn)者提供愉快舒適、過癮的游戲體驗(yàn)，如圖1所示。

4.3影視短片制作

當(dāng)前，信息技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了影視制作的發(fā)展，而VR技術(shù)可以為影視短片的制作過程提供360°全方位的影像制作條件。將影視短片制作與游戲開發(fā)進(jìn)行充分結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)漫游場(chǎng)景與全方位場(chǎng)景的聯(lián)合。例如在《二重奏》以及Lost等中，通過VR技術(shù)可以進(jìn)一步為觀眾提供新的視覺體驗(yàn)。而且，當(dāng)前VR技術(shù)應(yīng)用于影視作品制作中已經(jīng)較為普遍。而在影視制作課程中，為學(xué)生提供沉浸式觀影體驗(yàn)，可以進(jìn)一步加大學(xué)生對(duì)技術(shù)實(shí)踐的知識(shí)轉(zhuǎn)移能力，提升學(xué)生在教學(xué)過程中對(duì)知識(shí)的新鮮感。

5總結(jié)

本文針對(duì)“軟件工程”課程中的VR教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用重點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)在課程系統(tǒng)類型、游戲開發(fā)應(yīng)用以及影視短片制作過程中，該教學(xué)方法可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，為學(xué)生提供視覺、感知、觸覺等多方面體驗(yàn)。因此，在今后的“軟件工程”課程教學(xué)中需要進(jìn)一步深化對(duì)VR技術(shù)的講解，同時(shí)積極開展VR技術(shù)在其他課程教學(xué)中的應(yīng)用，提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，為“科技+教育”長期發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

作者簡介：

張勇強(qiáng)（1980—），碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)。