淺談虛擬現實技術在教學中的應用

摘 要：隨著現代科技的進步，一個時代感鮮明的名詞映入了我們的眼簾——虛擬現實技術。虛擬現實技術自其出現之初，人們就發覺了其在教學領域能夠起到的非凡作用。可以說，在未來的教學環境下，我們將更多地把虛擬現實技術應用到教學過程中，虛擬現實技術將是一種非常行之有效的教學輔助手段，將給我們的教學過程帶來劃時代的變革。

關鍵詞：虛擬現實技術 計算機教學 應用

隨著現代的科技進步，我們的教學手段從傳統的一支粉筆、一塊黑板和三尺講臺組合的舊模式，轉變成以各種高科技手段輔助教學的新模式，計算機輔助教學技術就是其中的代表。在這樣的大環境下，一個時代感鮮明的名詞映入了我們的眼簾——虛擬現實技術。虛擬現實技術自其出現之初，人們就發覺了其在教學領域起到的非凡作用。可以說，在未來的教學環境下，我們將把虛擬現實技術更多地應用到我們的教學中，虛擬現實技術是一種行之有效的教學輔助手段，將給我們的教學帶來劃時代的變革。

一、什么是虛擬現實技術

虛擬現實技術是伴隨多媒體技術發展起來的計算機新技術，是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術，生成三維逼真的虛擬環境，用戶需要通過特殊的交互設備才能進入虛擬環境中。這是一門嶄新的綜合性信息技術，它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支。最早提出虛擬現實概念的學者J·Laniar曾經說過：“虛擬現實，又稱假想現實，意味著‘用電子計算機合成的人工世界’。”虛擬現實的主要特征包括：多感知性（Multi-Sensory）、浸沒感（Immersion）、交互性（Interactivity）、構想性（Imagination）等。

二、應用虛擬現實技術的意義

作為一個教育者，我們都知道，教育過程是一個知識、技術傳承的過程，也可以說是一種經驗的傳承過程。作為一種經驗的傳承，受教育者卻往往不具備這樣的經驗，甚至并沒有親身看到過經驗中的場景。我們人類雖然擁有無盡的想象力，我們的想象力就是我們創造世界和改造世界的力量源泉，但是憑空想象一個經驗場景，或者是只參照簡單的文字描述和圖片去想象一個經驗場景，對于受教育者來講還是比較困難的。教育者迫切需要一種工具，可以向受教育者直觀地展示他們所要學習的經驗場景，讓他們在這樣的場景下接受我們的經驗傳承，能達到事半功倍的效果。另外，在傳授經驗的過程中，我們雖然可以使用現實的工具，但我們的教育資源是有限的，如何為受教育者提供更多的工具，這也是教育者面臨的客觀難題。綜上所述，我們教育者在教學過程中遇到的諸多難題都可以通過虛擬現實技術來解決。

虛擬現實是在計算機中構造出一個形象逼真的模型。人與該模型可以進行交互，并產生與真實世界中相同的反饋信息，使人們獲得和真實世界中一樣的感受。當人們需要構造當前不存在的環境（合理虛擬現實）、人類不可能達到的環境（夸張虛擬現實）或構造純粹虛構的環境（虛幻虛擬現實）以取代需要耗資巨大的真實環境時，就可以利用虛擬現實技術。在虛擬教學方面，可以應用教學模擬進行演示、探索、游戲教學。利用簡易型虛擬現實技術表現某些系統（自然的、物理的、社會的）的結構和動態，為學生提供一種可供他們體驗和觀測的環境。建立教學模擬的關鍵工作是創建被模擬對象（真實世界）的模型，然后用計算機描述此模型，通過運算產生輸出。這些輸出能夠在一定程度上反映真實世界的行為，所以說，虛擬教學的模擬是一種十分有價值的 CAI 模式。

三、虛擬現實技術在教學中的應用

現階段，受一些基礎設施條件限制，虛擬現實技術在教學中的應用還停留在比較淺的層次，如多媒體課件的開發等，這些技術屬于桌面級的虛擬現實。桌面虛擬現實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，計算機的屏幕用來作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口，各種外部設備一般用來駕馭虛擬境界，并且有助于操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設備包括鼠標、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個手控輸入設備，如鼠標、追蹤球等，坐在監視器前，通過計算機屏幕觀察360度范圍內的虛擬境界，并操縱其中的物體。但這時參與者并沒有完全投入，因為他仍然會受到周圍現實環境的干擾。桌面級的虛擬現實最大特點是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，比較適用于教學過程中采用多媒體教學課件或教學軟件的應用。

以計算機硬件設備的安裝、維修調試的虛擬現實系統來舉例。在設計過程中，通過三維建模軟件，真實還原計算機系統的硬件系統，然后運用程序設計技術賦予每一個計算機硬件以相對應的真實性能參數，這樣一套計算機硬件設備的安裝、維修調試的虛擬現實系統就完成了。當然這個系統的設計過程隨著仿真程度越高也將越復雜，投入的各種資源也將越多。使用者在使用系統的時候，將以第一人稱視角進入場景中，整個場景為三維建模而成，操作者可圍繞一臺完整的計算機進行漫游。當鼠標點擊某個計算機部件時，在鼠標位置將顯示該部件名稱；鼠標右鍵單擊該配件將彈出菜單選項，內容包括：提取部件、整機的其他部分將隱藏、單獨顯示該部件等，使用者還可以通過鼠標旋轉、放大該部件。可以利用動畫加解說的形式對標準的計算機硬件安裝調試過程進行演示，在演示的過程中應可以進行暫停、播放、快進等操作。可以事先為使用者預設多個計算機硬件故障，并規定檢修時間，使用者將以第一人稱視角進入場景中，按照設置好的步驟對計算機硬件進行檢查，模擬實際的計算機硬件檢修過程。當鼠標點擊選中某個部件時，顯示該部件的名稱、方位信息，發現該部件存在故障時，可對故障進行確認，并在界面上顯示故障名稱及數量等。

四、虛擬現實技術的發展方向

隨著科技的進步，我們在教學過程中還可以實現虛擬現實技術中更高端的——投入的虛擬現實技術。高級虛擬現實系統提供完全投入的功能，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其他設備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數據手套以及其他手控輸入設備、聲音等使參與者產生一種身在虛擬環境中，能全心投入和沉浸其中的感覺。這樣的技術，完全可以排除周圍現實環境的干擾，真正做到身臨其境，給受教育者完全“真實”的經驗感受。

虛擬現實技術已經和理論分析、科學實驗一起，成為人類探索客觀世界規律的三大手段。教育者應該更善于應用這種先進的輔助教學手段，使我們的知識、技術傳承過程更直接，使受教育者能夠更直觀地感受知識內容，更好地完成學業。虛擬現實技術在未來的教育教學過程中必將占據越來越重要的位置，成為教學過程中不可或缺的重要元素。

參考文獻：

[1]張濤.多媒體技術與虛擬現實[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]賀雪晨.虛擬現實技術應用教程[M].北京：清華大學出版社，2012.

（作者單位：韶關市技師學院）