基于VR技術在多媒體教學模式中的應用研究

馮長喜++段一明++張煜坤

摘 要：在教育中引入VR技術，既符合計算機技術、傳感技術和互聯(lián)網技術的發(fā)展目標，也適應我國教育事業(yè)發(fā)展的需求。在某種程度上，解決了學校經費不足的難題，緩解了實驗設備不足問題，通過VR技術建立虛擬的現(xiàn)代化實驗室，打破傳統(tǒng)的實驗場地和設備限制，改變傳統(tǒng)的教學方式、教學手段，構建了一種全新的教學模式。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術 多媒體教學 實驗教學

一、虛擬現(xiàn)實技術的基本特征

虛擬現(xiàn)實技術有沉浸感、交互性、想象力等三大基本特征。

1.沉浸感：沉浸感可理解為浸入性，虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展已經可以使人“沉浸”在計算機模擬出來的虛擬環(huán)境中而不分真假，讓使用者感覺已經成為了虛擬世界中的一部分，從而使用者從被動的觀察者成為主動的參與者。理想的虛擬環(huán)境是可以達到讓使用者難分真假的程度，由于目前科學技術發(fā)展的局限性，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究與應用比較成熟的只有視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸和嗅覺沉浸。

2.交互性：交互性主要指使用者操作虛擬物體和從虛擬環(huán)境中得到反饋信息的程度。交互性是虛擬現(xiàn)實技術同傳統(tǒng)多媒體技術差別最大的地方，強調人機交互的自然性，如植物的搖動、水系的流動、鳥蟲的鳴叫等。當學生在虛擬環(huán)境中抓住一個實體，其感受都與自然環(huán)境中一致或者極為相似。但交互性的有效性和實時性就需要回饋設備等強大的硬件系統(tǒng)和特殊設備支持。

3.想象力：虛擬現(xiàn)實技術具有十分開放的構想性。使用者沉浸在虛擬的環(huán)境中，除了體驗真實的自然感覺，還可以想象一些客觀不存在的超越自然的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術可以提供這種豐富想象空間的特點，能夠使學習者增加興趣，提高學習效率。

二、VR技術的教育應用前景

計算機應用技術的迅速發(fā)展使VR技術的應用范圍日益擴大。虛擬現(xiàn)實從單純科學研究、軍事應用等專業(yè)領域逐漸進入了日常教育教學活動中，出現(xiàn)了“虛擬教學”的新局面。這些應用也是教育高科技的展示，是教育信息化、現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)。實踐證明，通過VR技術可構建一種沉浸感、想象力、交互性的三維虛擬實物場景，并在這個場景中實現(xiàn)物體的動態(tài)交互感知，同時結合網絡技術實現(xiàn)虛擬場景的傳播和共享。VR技術在教育教學中應用，特別是在實驗教學中的應用可以在一定程度上緩解現(xiàn)有實驗設備與學生需求間的矛盾。通過三維建模技術構建在實驗教學過程中所需要的實驗設備，可以讓學生“真實”感受實驗設備的性能。利用虛擬現(xiàn)實語言結合程序設計思想可模擬實驗的過程和實驗中的現(xiàn)象，學生可準確地認識這些現(xiàn)象并掌握事物規(guī)律，從而達到更好的學習效果。

三、傳統(tǒng)多媒體教學中存在的主要問題

多媒體課件具有放大、再現(xiàn)、模擬、分析和探索等功能。課堂中應用課件的這些功能，能彌補語言、文字描述的不足，彌補教學的局限性；打破單一的教學模式，實現(xiàn)教和學的多元化；提高課堂效率、增加課堂容量；同時能激發(fā)學習興趣，有利于對知識的分析和理解。但是對于好多實驗教學，傳統(tǒng)的多媒體教學的效果就會大打折扣。比如，許多實驗性科目的特性決定了不能在實際運營設備上進行學員的培訓工作，在學生的培訓中，傳統(tǒng)多媒體教學大多是理論講解和課件展示學習，通過實際操作經驗的積累來完成的，現(xiàn)場的運行設備是不能隨意操作的。有些故障只能在實際發(fā)生時才能得到實際操作的機會，致使受訓學生只有感性認識，沒有實際操作的經驗。這樣一來，學生即使理論知識再純熟，實踐中遇到一些臨時操作和事故處理顯得束手無策，時常出現(xiàn)誤操作和事故擴大等嚴重后果。VR技術與多媒體技術的結合，可以切實提高實驗教學水平，為學生提供更多實踐的機會，將會使得實驗教學變得更“真實”，從傳統(tǒng)的以教材、教室為中心，轉變?yōu)橐阅M技能為中心。

四、VR技術輔助多媒體展開教學的主要應用分析

1.VR技術在跳傘訓練中的應用利用

通過引進VR技術可以建立一個真實模擬跳傘中的視覺、聽覺、觸覺等環(huán)境的訓練系統(tǒng)。傘兵們戴上特制的VR眼鏡，穿上電腦控制的背帶系統(tǒng)，配合軟件模擬，不僅可以同步看到在空中的真實場景，還能隨著操縱感受空中姿態(tài)的改變。VR眼鏡顯示的是跳傘員的第一視角，導調員則可以從第三視角監(jiān)控跳傘員在空中的情況，判斷其處置正確或者錯誤，及時指教。

2.利用VR技術實現(xiàn)模擬飛行訓練

以VR技術及硬件輔助為依托，以數(shù)據庫建設為基礎，充分利用Unity3D、3DMax、VS2015等軟件，結合VR頭盔、六自由度平臺、數(shù)據手套等外設，可以建立一套滿足飛機的通用駕駛技術、儀表飛行以及特情處置等功能性訓練的VR模擬訓練平臺。通過模擬飛行訓練，不但能夠讓飛行員在實裝訓練前就能熟悉座艙設備的邏輯控制關系，儀表信息的識別、認讀及使用方法，而且還可以掌握飛行的操縱程序，更重要的是通過模擬發(fā)動機停車等常見特情處置訓練，能使飛行員及時發(fā)現(xiàn)、準確判斷、正確處置特情，從而提高飛行員訓練效率和培養(yǎng)速度。

3.利用VR技術進行硬件組裝、維護、維修等實驗

在大多數(shù)領域的硬件組裝、維護和維修教學中，都存在著或多或小的人員和設備的危險，例如飛機、汽車等大型設備的維修、計算機、服務器等電子設備的升級維護，為了防止學生在操作過程中破壞設備，可以利用VR技術創(chuàng)建虛擬的教學環(huán)境，學生可以在“虛擬硬件”上進行硬件的裝卸、系統(tǒng)參數(shù)的設置以及軟件的安裝、升級、維護等操作。實驗之后，老師也不需要花費大量的時間去恢復設備和操作，以準備下一批次的學生進行相關的實驗。

五、結語

VR技術已在各領域得到廣泛應用，而如果能應用到教育領域的實驗教學中，將會使得實驗教學變得更“真實”，從傳統(tǒng)的以教材、教室為中心，轉變?yōu)橐阅M技能為中心。在教育中引入VR技術，既符合計算機技術、傳感技術和互聯(lián)網技術的發(fā)展目標，也適應我國職業(yè)教育發(fā)展的需求。在某種程度上，解決了學校經費不足的難題，緩解了實驗設備不足問題，通過VR技術建立虛擬的現(xiàn)代化實驗室，打破傳統(tǒng)的實驗場地和設備限制，改變傳統(tǒng)的教學方式、教學手段，構建了一種全新的教學模式。通過這種模擬環(huán)境，在有效降低培訓成本的同時，全面的提升了培訓效果，相信在不久，隨著這個技術的不斷發(fā)展和成熟，將實現(xiàn)整個教育領域的技術革新，可以說VR技術在多媒體教學模式中的應用對提高教學效率具有重大意義。

參考文獻

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