利用虛擬現實技術提升遠程教育效果初探

孫偉強 宋巍

遼寧廣播電視大學（ 沈陽 110034 ）

0 引言

現代遠程教育中，存在諸多影響教學效果的因素，其中最主要的因素之一就是缺乏交互作用。在遠程教育的實踐中，人們越來越感到，要抑制和減少遠程教育形式的固有弱點、保證遠程教育的質量，必須加強實施現代遠程教育的交互手段，充分發揮交互作用的特點及其在遠程教學中運用的優勢，這樣，對現代遠程教育中的交互作用進行廣泛而深入的研究，就自然而然提到議事日程上來了。在信息技術高速發展的今天，遠程教育中能夠運用的以信息技術為依托的交互方式有很多，例如：Internet網絡、視頻會議系統、交互式電視等。但是這些交互方式還是過于傳統，而且，在教學效果上做不到身臨其境，教學效果也就不能充分發揮。

要充分提升遠程教學教育效果，采用虛擬現實技術是最好的解決之道。虛擬現實（Virtual Reality），簡稱 VR技術、靈境技術或、幻真技術，它實際上是一種可創建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統。此種虛擬世界由計算機生成，可以是現實世界的再現，亦可以是構想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界,并通過頭盔顯示器（HMD）、數據手套等輔助傳感設備，提供用戶一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，產生沉浸感。VR技術是計算機技術、計算機圖形學、計算機視覺、視覺生理學、視覺心理學、仿真技術、微電子技術、多媒體技術、信息技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、軟件工程、語音識別與合成技術、人機接口技術、網絡技術及人工智能技術等多種高新技術集成之結晶。其逼真性和實時交互性為系統仿真技術提供有力的支撐。它同時具有沉浸性、交互性和構想性，使人們能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多維化信息環境。

1 虛擬現實系統的構成及技術特征

虛擬現實硬件主要由專業計算機、應用軟件系統、輸入設備和演示設備等組成,虛擬現實是離不開硬件的支持的，只有在硬件的輔助上才能將虛擬現實的優越性最大程度的發揮出來. 虛擬現實技術的特征之一就是人機之間的交互性.為了實現人機之間的充分交換信息，必須設計特殊輸入和演示設備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實現真正生動的交互效果。不同的項目可以根據實際的應用可以有選擇的使用這些工具，主要包括：立體投影、立體眼鏡、頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數據手套、3D立體顯示器、三維空間交互球、多通道環幕系統。

虛擬現實產生的視覺形式可分為平面型、桌面型、立體型三類。

虛擬現實技術具有以下重要特征。

多感知性：在虛擬世界中可具有視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動感，甚至還包括味覺、嗅覺。

沉浸感：用戶感到作為主角存在于虛擬環境中的真實程度。

交互性： 用戶對虛擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度（包括實時性）。

自主性： 在虛擬環境中物體反映一般規律的真實程度和用戶在虛擬環境中應遵循的一般準則。

目前，虛擬現實技術的實際應用已經展開，具體包括虛擬現實系統在城市規劃中的應用、虛擬現實系統在醫學中應用、虛擬現實系統在娛樂、虛擬現實系統在軍事與航天工業的應用、虛擬現實系統在室內設計中的應用、虛擬現實系統在房產開發中的應用、虛擬現實系統在工業仿真中的應用、虛擬現實系統在軍事模擬中的應用、虛擬現實系統在文物古跡中的應用、虛擬現實系統在游戲中的應用、虛擬現實系統在 Web3d/產品/靜物展示中的應用、虛擬現實系統在道路橋梁中的應用、虛擬現實系統在地理中的應用、虛擬現實系統在虛擬演播室中的應用、虛擬現實系統在水文地質研究中的應用。

2 遠程教育中虛擬現實技術應用模型

虛擬現實系統的組成模型如圖1所示。

圖1 虛擬現實系統的組成模型

通過對遠程教育中虛擬現實系統的應用特殊性的分析，給出了如圖2的應用模型

圖2 虛擬現實技術的遠程教育應用模型

圖2中，每個學生使用的客戶端都是一個獨立的虛擬現實系統，其組成與圖1中虛線內部分相同。

教師授課系統通過虛擬現實服務器上的應用代理與虛擬現實客戶端進行通信。

學生在虛擬現實客戶端上進行操作過程中形成的模擬數據上傳到虛擬現實服務器的數據庫，以供教師遠程調閱，教師可根據調閱的數據進行同步或者異步的指導。

教師可以通過遠程通信的方式在虛擬現實服務器上為學生指定虛擬操作的內容供學生在尋你客戶端進行操作。

教師可以在授課系統上進行虛擬演示，演示過程上傳至虛擬現實服務器并間接在學生虛擬現實客戶端進行直播，教師可以在操作的時候進行同步解說。

3 結束語

虛擬現實技術能夠為參加遠程教育的學生提供生動、逼真的學習壞境，學生能夠成為虛擬環境的一名參與者，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能，強化教學過程的互動都將起到積極的作用。

[1]楊榮.虛擬現實系統的組成及技術.咸寧學院學報,2007.27(3).

[2]李春玲,周振軍.虛擬教學技術教學應用分析.石家莊學院學報,2005.7(3).

[3]楊世軍.虛擬現實技術及其在遠程教育中的應用.三峽大學學報, 2009.31.