虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代遠程教育中的應用研究

鄒玲

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，在現(xiàn)代遠程教育領(lǐng)域具有良好的應用前景。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代遠程教育領(lǐng)域的應用，本文論述了該技術(shù)的主要優(yōu)勢和主要的應用模式，分析了應用過程中應該關(guān)注的若干問題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；遠程教育；應用模式

中圖分類號：G726 文獻標識碼：A

一、引言

教育技術(shù)的發(fā)展緊緊伴隨著技術(shù)進步的步伐發(fā)展，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展現(xiàn)代教育技術(shù)也呈現(xiàn)出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)教育技術(shù)特別是遠程教育技術(shù)的研究呈現(xiàn)出由電視技術(shù)到計算機技術(shù)再到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展路徑。例如美國早期的教育技術(shù)研究集中在視聽教育方面，對電視媒體比較關(guān)注。90年代以后，計算機逐漸普及應用，教育技術(shù)相關(guān)的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現(xiàn)。今天，隨著新教育理念和教育技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實和數(shù)字媒體技術(shù)的發(fā)展，“遠程網(wǎng)絡(luò)教育平臺”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實驗”等新術(shù)語又不斷出現(xiàn)在現(xiàn)代教育技術(shù)研究的舞臺上，呈現(xiàn)出新的發(fā)展局面。我國是教育大國，發(fā)展現(xiàn)代遠程教育已成為我國教育發(fā)展的一項戰(zhàn)略措施。近年來，在我國教育技術(shù)主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠程教育》《開放教育研究》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《現(xiàn)代遠距離教育》，對包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)在內(nèi)的新的信息技術(shù)應用做了大量研究。本文在綜合分析相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，分別論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要的應用特點、虛擬現(xiàn)實在教育技術(shù)中的應用模式和關(guān)鍵技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于遠程教育的主要優(yōu)勢

我國的遠程教育經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 一是主要依靠郵政通訊手段進行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎(chǔ)開展的現(xiàn)代遠程教育。特別是20世紀90年代以來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)為代表的遠程傳輸技術(shù)和移動計算技術(shù)的發(fā)展，隨著多媒體、虛擬現(xiàn)實等新型媒體技術(shù)的發(fā)展和應用，現(xiàn)代遠程教育成功突破了傳統(tǒng)面授教育的局限，提供了一種突破時空界限、資源共享、交互沉浸式的學習環(huán)境。其中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”是一種利用計算機為用戶生成模擬人物和場景的技術(shù)，該模擬的人物和場景非常相似于所對應的現(xiàn)實世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實世界所能給與的感受和體驗。所以又稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以虛擬出“一個真實的世界”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)同時還具有鮮明的特色—3I特性：“沉浸（Immersion）”“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)首先追求的是能夠達到沉浸的“真實”體驗，能夠提供有效的人機“交互”，能夠為用戶提供一種甚至超越現(xiàn)實意境的“想象”空間。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行計算技術(shù)、人工智能等特殊的信息技術(shù)，而且涉及數(shù)學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關(guān)知識。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現(xiàn)實世界，同時又具有3I特性，必將在遠程教育中發(fā)揮重要的作用。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教育領(lǐng)域的主要應用模式

前一個時期，我國遠程教育技術(shù)大多還是基于網(wǎng)頁的遠程教育平臺，依靠文字和平面動畫提供在線的教育服務。由于教育者和學習者的時空相對分離而無法提供身臨其境的學習環(huán)境，也由于教育內(nèi)容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機交互環(huán)境，還由于只是通過視頻進行演示教學而無法提供真實的實驗教學環(huán)境，大大降低了學習的主動性，已無法激起學生的學習興趣和積極性。現(xiàn)代遠程教育的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化。虛擬現(xiàn)實技術(shù)因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點，在遠程教育中具有強大優(yōu)勢和潛力。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身也在發(fā)展之中，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用也在實踐探索之中。從目前情況看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教育中的主要應用可以分為兩個層面：一是簡單應用，基本上是在教室教學資料中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作課件，將抽象問題和復雜問題直觀化、可視化。例如醫(yī)學教育中的人體結(jié)構(gòu)和各類生命循環(huán)系統(tǒng)功能演示等。二是高級應用，所謂高級是用虛擬現(xiàn)實技術(shù)專門制作特殊功能的系統(tǒng)，并在遠程教育平臺上使用。這類高級的虛擬現(xiàn)實應用主要包括三個方面：

一是虛擬訓練場和虛擬實驗室。專門提供規(guī)模較大的分布式專業(yè)訓練和實驗環(huán)境。例如軍事訓練環(huán)境，運用軍事仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和分布計算技術(shù)，構(gòu)建真實的軍事對抗訓練環(huán)境，這已經(jīng)是成功的應用模式了。同樣，在一般的學科專業(yè)教學中，可以通過建構(gòu)虛擬實驗室，使得許多現(xiàn)實的實驗室功能可以虛擬化。

二是虛擬教室和學習環(huán)境。這類應用主要是提供虛擬的數(shù)字校園，在網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字校園里有著許多不同授課內(nèi)容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學科專業(yè)網(wǎng)站，甚至有著同類學員的學習“社區(qū)”。

三是虛擬創(chuàng)新設(shè)計環(huán)境。現(xiàn)代教育提倡的創(chuàng)新學習，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用也逐漸成為了可能。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以建立實際動手設(shè)計環(huán)境，學生可以開展近乎真實的創(chuàng)新設(shè)計。如服裝設(shè)計、藝術(shù)設(shè)計和科技產(chǎn)品設(shè)計。如果再能夠利用產(chǎn)學研結(jié)合的機制，這樣的設(shè)計環(huán)境將會是非常有意義的。

總之，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)人們可以虛擬出一個真實的校園環(huán)境或者構(gòu)建一個虛擬的學習環(huán)境，經(jīng)過實時渲染的分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境將會讓學生在虛擬現(xiàn)實空間中學習的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實時地進行三維交互、實時地參與教學活動、與教師進行溝通。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于遠程教育應該重點關(guān)注的問題

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有非常理想的發(fā)展前景，但是仍處于快速發(fā)展的階段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于遠程教育，應該分別從技術(shù)和應用兩個方面關(guān)注以下問題。

從技術(shù)的角度，要重點關(guān)注虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的動態(tài)。要想理想地用計算機生成真實感很強的虛擬世界，并且能夠在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)交互使用，技術(shù)難度是很大的。目前大多數(shù)人認為有五項關(guān)鍵技術(shù)正在積極突破。

（一）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

一般說環(huán)境建模比對象個體建模復雜，而動態(tài)的環(huán)境建模更具有挑戰(zhàn)。動態(tài)環(huán)境建模目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。

（二）實時三維圖形生成技術(shù)

目前三維圖形技術(shù)盡管已經(jīng)較為成熟，但是如何實現(xiàn)“實時”生成仍然是挑戰(zhàn)。

（三）立體顯示技術(shù)

目前虛擬現(xiàn)實的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)。但現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實還遠遠不能滿足需要，虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

（四）系統(tǒng)開發(fā)工具和運行平臺

虛擬現(xiàn)實應用的開發(fā)比較復雜，效率和質(zhì)量保證也很困難，網(wǎng)絡(luò)化的運行平臺也很難滿足廣域網(wǎng)環(huán)境。目前還必須重點研究虛擬現(xiàn)實的有效開發(fā)工具和高效分布式運行平臺。

（五）系統(tǒng)集成技術(shù)

集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術(shù)等等。由于虛擬現(xiàn)實中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成也非常復雜。

從應用角度，要更新教育觀念并能夠有效運用建模技術(shù)構(gòu)建學習環(huán)境。包括如何運用建模技術(shù)構(gòu)建與教學相關(guān)的對象和場景，如何構(gòu)建以學生為主體的自主學習過程，如何設(shè)計人機交互環(huán)節(jié)等等。當然熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)字媒體技術(shù)是重要的應用基礎(chǔ)。正像高質(zhì)量的動漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現(xiàn)實教育作品的研發(fā)也是具有挑戰(zhàn)性的。

五、結(jié)語

現(xiàn)代教育技術(shù)的應用逐漸呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代遠程教育領(lǐng)域的主要應用模式包括：虛擬訓練場和虛擬實驗室、虛擬教室和學習環(huán)境、虛擬創(chuàng)新設(shè)計環(huán)境。當前相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和新的應用模式都還在積極的發(fā)展之中，有著良好的前景。

參考文獻

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