淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文簡(jiǎn)單論述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助教學(xué)方面的應(yīng)用，并對(duì)今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；輔助教學(xué)；三維；人機(jī)交互

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及給我們的生活帶來(lái)了巨大改變，步入信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人類(lèi)的交流進(jìn)入新的領(lǐng)域。從文字發(fā)展到圖像，從平面圖像發(fā)展到3D環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)（VRML）。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又給我們的教育帶來(lái)了什么？

近年來(lái)，隨著多媒體技術(shù)走進(jìn)課堂，大量現(xiàn)代化的媒體形式在教學(xué)中應(yīng)用，對(duì)課堂教學(xué)方法、教學(xué)形式產(chǎn)生了日益顯著的影響，CAI（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）概念也逐漸為人所熟識(shí)，現(xiàn)代教學(xué)媒體已成為傳播教育信息的重要工具。今天，3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用則將為今后的教學(xué)形式帶來(lái)前所未有的沖擊。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR，又譯作靈境、幻真）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱(chēng)靈境技術(shù)或人工環(huán)境。是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)完整的體系受到人們極大關(guān)注，成為一種新技術(shù)、新媒體，尤其最近幾年發(fā)展極為迅速，并在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮出重要的作用。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事、商業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究及其產(chǎn)品制造等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，其應(yīng)用發(fā)展前景十分誘人，在某種意義上說(shuō)它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗?duì)世界、自己、空間和時(shí)間的看法。它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)?？梢韵嘈牛S著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，更多的應(yīng)用系統(tǒng)將會(huì)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)方面的應(yīng)用

現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純的依靠書(shū)本、教師授課的形式。CAI的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化、實(shí)踐性較強(qiáng)的知識(shí)，如模擬設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，三維模擬的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過(guò)程形象話(huà)，學(xué)生更容易接受和掌握。

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足某方面教學(xué)需要的模擬教學(xué)系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)和實(shí)際相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果，并可輸入實(shí)際操作數(shù)據(jù)，模擬真實(shí)的指令并及時(shí)反饋信息，達(dá)到人機(jī)交互、模擬實(shí)際操作的目的。三維性和交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯著的本質(zhì)特征。通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，用戶(hù)可以瀏覽以三維形式表現(xiàn)的物體，并對(duì)其進(jìn)行交互性操作以體驗(yàn)身臨其境的奇妙感受。以軍隊(duì)院校教學(xué)為例，特別是對(duì)于部隊(duì)院校一些武器裝備組成、操作等教學(xué)方面，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)的武器操作，能夠展現(xiàn)出武器的各部分組成，加上互動(dòng)操作，演示武器部件的功能和實(shí)際操作模擬，更能夠在課余時(shí)間幫助學(xué)員熟悉和熟練武器的使用和操作流程，打破了時(shí)間上的限制。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助軍隊(duì)教學(xué)方面突出特點(diǎn)：

⑴三維立體感：使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作軍隊(duì)輔助教學(xué)軟件，可以增強(qiáng)相關(guān)環(huán)境、武器裝備組成等的三維展示效果，學(xué)員可以隨同鼠標(biāo)、鍵盤(pán)前后上下左右展示模擬演練環(huán)境的各種角度，可以在任意的地理環(huán)境中進(jìn)行演練，進(jìn)行多角度觀查，沒(méi)有任何死角，打破了空間上的限制。

⑵環(huán)境真實(shí)感：使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作軍隊(duì)輔助教學(xué)軟件，可以模擬白天、黑夜、風(fēng)雨天等各種自然環(huán)境，在裝備操作教學(xué)方面，可以真實(shí)再現(xiàn)特殊天氣條件對(duì)武器裝備使用時(shí)的影響，讓學(xué)員對(duì)實(shí)操課程中的特殊情況有更加深刻的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

⑶增強(qiáng)體驗(yàn)感：使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作軍隊(duì)輔助教學(xué)軟件，讓原本單一的課堂教學(xué)更加生動(dòng)，讓學(xué)員感覺(jué)身臨其境，增強(qiáng)學(xué)員參與感，提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，提高學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解消化，并能針對(duì)系統(tǒng)模擬的特殊情況進(jìn)行了解分析，形成指導(dǎo)實(shí)戰(zhàn)的知識(shí)歸納總結(jié)。

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，能夠使學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者變成了虛擬環(huán)境中的參與者，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，帶給學(xué)生體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的愉悅經(jīng)歷。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等學(xué)校教學(xué)，尤其是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)方面的應(yīng)用遇到的具體問(wèn)題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助教學(xué)方面的積極性作用是毋庸置疑的，這為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了廣闊的應(yīng)用前景，也在實(shí)際研究過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題。

⑴虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要求高：虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形（CG）技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。涉及領(lǐng)域多，知識(shí)更新發(fā)展快，這對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)方面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)者提出了很高的專(zhuān)業(yè)要求，一般授課教員無(wú)法按照各自課程需求獨(dú)自完成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)軟件制作，必須轉(zhuǎn)而求助相應(yīng)學(xué)科專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)發(fā)研究相關(guān)教學(xué)應(yīng)用軟件。

⑵三維數(shù)據(jù)要求高：為使虛擬環(huán)境與客觀世界相一致，需要對(duì)其中種類(lèi)繁多、構(gòu)形復(fù)雜的信息做出準(zhǔn)確、完備的描述，必須要有教學(xué)人員根據(jù)教學(xué)實(shí)際需求出發(fā)收集。同時(shí)，需要研究高效的建模方法，重建其演化規(guī)律以及虛擬對(duì)象之間的各種相互關(guān)系與相互作用，這同時(shí)也要有專(zhuān)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)人員根據(jù)建模需要指導(dǎo)數(shù)據(jù)收集，這些數(shù)據(jù)十分龐大，需要耗費(fèi)大量精力進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、整理、組織，以求更加真實(shí)的模擬場(chǎng)景。

⑶計(jì)算機(jī)硬件要求高：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的硬件條件太過(guò)苛刻，圖形生成是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要瓶頸，虛擬現(xiàn)實(shí)最重要的特性是人可以在隨意變化的交互控制下感受到場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)特性，換句話(huà)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求隨著人的活動(dòng)（位置、方向的變化）即時(shí)生成相應(yīng)的圖形畫(huà)面，三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是怎樣“實(shí)時(shí)生成”，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)，按照目前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，都不可能把一個(gè)無(wú)限大的場(chǎng)景裝載進(jìn)去.

針對(duì)以上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究中遇到的問(wèn)題，只能通過(guò)組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員集中開(kāi)發(fā)，并在開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷提高研究人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，緊貼教學(xué)實(shí)際需求，在實(shí)踐中搜集準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，力求真實(shí)模擬環(huán)境，并通過(guò)對(duì)大場(chǎng)景模型拆分、動(dòng)態(tài)下載和動(dòng)態(tài)調(diào)度等方法，克服計(jì)算機(jī)硬件的瓶頸限制，開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際需要的教學(xué)用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用仍是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問(wèn)題，廣大教育工作者和技術(shù)開(kāi)發(fā)人員也都在研究解決虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用問(wèn)題，相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和交互技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)在教育教學(xué)方面更多得應(yīng)用和發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄭彥平，賀鈞.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].信息技術(shù)，2005.

作者簡(jiǎn)介：王月蓉（1985.3-），女，陜西寶雞人，從事工作：信息技術(shù)教學(xué)與科研（信息技術(shù)教研室助教），研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)及圖形圖像處理。