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

李冰　陳寰宇　李建新　劉新悅　王浩

摘 要 隨著素質(zhì)教育的不斷深入，教學(xué)方法和手段也在不斷的改革。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為教學(xué)的輔助工具，改變以往說教式的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，延長知識(shí)記憶的時(shí)間。本文首先分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢，通過對教學(xué)系統(tǒng)的分析，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對教學(xué)的影響。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) VRP 交互系統(tǒng)

0引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)生產(chǎn)模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備讓用戶投入到環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)和環(huán)境的自然交互的技術(shù)。因此若將此技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，學(xué)生不再是被動(dòng)地接受所提供的內(nèi)容，而是能夠以各種形式參與到教學(xué)中去，并且在此過程中是交互的主體，自始至終發(fā)揮著作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用三維的形式生動(dòng)形象地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營造一個(gè)沉浸式的教學(xué)環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量。因此國家科委國防科工委部已將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和高校也都在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的研究和應(yīng)用并取得了一些不錯(cuò)的研究成果。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)具有傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境所不具備的優(yōu)勢：

（1）能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境可以讓參與者全身心地投入到環(huán)境中和環(huán)境進(jìn)行自然的交互，這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，亦可提高信息記憶的時(shí)間。（2）避免不必要的損壞和危險(xiǎn)。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境能夠?yàn)閰⑴c者提供身臨其境的體驗(yàn)，同時(shí)也保證參與者不受虛擬三維物體的傷害。通常我們的實(shí)驗(yàn)操作或?qū)υO(shè)備，或?qū)Σ僮髡咴斐筛鞣N損壞和危險(xiǎn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬操作，可以放心地去做各種操作，不會(huì)給學(xué)生和設(shè)備帶來傷害。（3）有利于成本的節(jié)約。正常的教學(xué)系統(tǒng)往往由于時(shí)間或操作的原因，造成設(shè)備老化，損壞。需要一定的經(jīng)費(fèi)對其進(jìn)行維持。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，可以讓參與者獲得與真實(shí)系統(tǒng)一樣的體會(huì)效果。在保證教學(xué)效果的前提下，節(jié)省了成本。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互設(shè)計(jì)

交互性是人機(jī)和諧的關(guān)鍵因素。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三方面的交互方式：（1）鼠標(biāo)交互。學(xué)習(xí)者可以通過鼠標(biāo)控制攝像機(jī)的變化視角，視角的變化以設(shè)備模型對象為基準(zhǔn)，變換操作的方式可分為三類：圍繞模型旋轉(zhuǎn)、畫面縮放、畫面平移。在模型組件上雙擊，可以選中模型的任意部分，對模型進(jìn)行分解，通過拆分模型的操作，學(xué)習(xí)者可以更加清晰地了解模型的結(jié)構(gòu)，模型每部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，對模型的組成部分的組合有更加全面的認(rèn)識(shí)。（2）按鈕交互。除了運(yùn)用鼠標(biāo)，學(xué)習(xí)者還可以通過虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中設(shè)置好的按鈕實(shí)現(xiàn)交互操作，通過點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。同樣可以通過“恢復(fù)”按鈕實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)體顯示狀態(tài)，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行選擇。（3）菜單交互。可以通過在菜單中選擇相應(yīng)的菜單選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)交互，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)需要，選擇合適的顯示方式，也可以選擇事先錄制好的動(dòng)畫進(jìn)行播放學(xué)習(xí)，增加了操作的靈活性。

3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，首先通過計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件3DSMAX構(gòu)造出三維虛擬多媒體教室和三維的交互設(shè)備（如攝像機(jī)）模型，使用photoshop軟件對模型需要的貼圖，材質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對模型進(jìn)行紋理映射、燈光制作、渲染烘焙等處理，使其在視覺效果上與真實(shí)的設(shè)備基本相同。其次，使用三維互動(dòng)仿真平臺(tái)VRP完成三維場景的集成、動(dòng)畫設(shè)計(jì)，菜單、按鈕的點(diǎn)擊事件，對模型可以進(jìn)行360度全方位立體觀察的效果，并且可以對模型拆裝操作。最后，對創(chuàng)建好的模型進(jìn)行交互動(dòng)作設(shè)計(jì)，使其可以與學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)鍵盤對設(shè)備模型進(jìn)行操作，了解設(shè)備的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，操作方法。

4總結(jié)

本項(xiàng)目著重研究關(guān)于基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互教學(xué)平臺(tái)的相關(guān)理論；根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論，對三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)與架構(gòu)進(jìn)行研究。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)對物體的2D視覺模式，開啟了新的3D視覺模式，使物體更加的立體化，真實(shí)化；為參與者提供了多樣化的視覺效果，使其在一個(gè)角度可以看到全方位的事物，讓用戶充分體驗(yàn)系統(tǒng)的便捷和舒適；總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，有助于提高教學(xué)水平，改善教學(xué)環(huán)境，降低教學(xué)成本，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才產(chǎn)生重要的影響。

參考文獻(xiàn)

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