虛擬現實技術在教學中的應用

李冰　陳寰宇　李建新　劉新悅　王浩

摘 要 隨著素質教育的不斷深入，教學方法和手段也在不斷的改革。將虛擬現實技術作為教學的輔助工具，改變以往說教式的教學模式，提高學生的學習興趣，延長知識記憶的時間。本文首先分析了虛擬現實技術的優勢，通過對教學系統的分析，探討了虛擬現實技術對教學的影響。

關鍵詞 虛擬現實技術 VRP 交互系統

0引言

虛擬現實技術就是利用計算機生產模擬環境，通過多種傳感設備讓用戶投入到環境中，實現和環境的自然交互的技術。因此若將此技術應用于教學系統當中，學生不再是被動地接受所提供的內容，而是能夠以各種形式參與到教學中去，并且在此過程中是交互的主體，自始至終發揮著作用。虛擬現實技術使用三維的形式生動形象地表現教學內容，有效地營造一個沉浸式的教學環境，調動學生的學習積極性，提高學生學習的效率，優化教學過程，提高教學質量。因此國家科委國防科工委部已將虛擬現實技術的研究列為重點攻關項目，國內許多研究機構和高校也都在進行虛擬現實的研究和應用并取得了一些不錯的研究成果。

1虛擬現實技術的優勢

使用虛擬現實技術創建的互動教學系統具有傳統學習環境所不具備的優勢：

（1）能夠促進學生自主學習。基于虛擬現實技術的互動學習環境可以讓參與者全身心地投入到環境中和環境進行自然的交互，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，亦可提高信息記憶的時間。（2）避免不必要的損壞和危險。虛擬學習環境能夠為參與者提供身臨其境的體驗，同時也保證參與者不受虛擬三維物體的傷害。通常我們的實驗操作或對設備，或對操作者造成各種損壞和危險，利用虛擬現實技術進行虛擬操作，可以放心地去做各種操作，不會給學生和設備帶來傷害。（3）有利于成本的節約。正常的教學系統往往由于時間或操作的原因，造成設備老化，損壞。需要一定的經費對其進行維持。基于虛擬現實技術的教學系統，可以讓參與者獲得與真實系統一樣的體會效果。在保證教學效果的前提下，節省了成本。

2虛擬現實技術的交互設計

交互性是人機和諧的關鍵因素。基于虛擬現實技術的交互系統設計主要有三方面的交互方式：（1）鼠標交互。學習者可以通過鼠標控制攝像機的變化視角，視角的變化以設備模型對象為基準，變換操作的方式可分為三類：圍繞模型旋轉、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，對模型進行分解，通過拆分模型的操作，學習者可以更加清晰地了解模型的結構，模型每部分之間的結構關系，對模型的組成部分的組合有更加全面的認識。（2）按鈕交互。除了運用鼠標，學習者還可以通過虛擬學習環境中設置好的按鈕實現交互操作，通過點擊相應的按鈕實現相應的功能。同樣可以通過“恢復”按鈕實現模型的實體顯示狀態，學習者可以根據自己的要求進行選擇。（3）菜單交互。可以通過在菜單中選擇相應的菜單選項實現交互，學習者可以根據需要，選擇合適的顯示方式，也可以選擇事先錄制好的動畫進行播放學習，增加了操作的靈活性。

3系統的實現

本項目設計的互動教學平臺，首先通過計算機三維動畫設計軟件3DSMAX構造出三維虛擬多媒體教室和三維的交互設備（如攝像機）模型，使用photoshop軟件對模型需要的貼圖，材質進行設計，并對模型進行紋理映射、燈光制作、渲染烘焙等處理，使其在視覺效果上與真實的設備基本相同。其次，使用三維互動仿真平臺VRP完成三維場景的集成、動畫設計，菜單、按鈕的點擊事件，對模型可以進行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，對創建好的模型進行交互動作設計，使其可以與學生進行動態交互，學生可以通過鼠標鍵盤對設備模型進行操作，了解設備的工作原理，內部結構，操作方法。

4總結

本項目著重研究關于基于虛擬現實技術的交互教學平臺的相關理論；根據相應的設計理論，對三維虛擬學習環境的設計與架構進行研究。本系統的設計打破了傳統計算機對物體的2D視覺模式，開啟了新的3D視覺模式，使物體更加的立體化，真實化；為參與者提供了多樣化的視覺效果，使其在一個角度可以看到全方位的事物，讓用戶充分體驗系統的便捷和舒適；總之，虛擬現實技術應用于教學，有助于提高教學水平，改善教學環境，降低教學成本，對培養創新型人才產生重要的影響。

參考文獻

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