高等職業(yè)教育中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用研究

王棟

(遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院,遼寧沈陽 110023)

1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類

按照虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“沉浸”程度,可將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大體分為四類:

(1)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),也稱窗口中的VR,主要用于制圖、建筑設(shè)計(jì)、教學(xué)等領(lǐng)域;本文中主要論述的的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要指此種類型。(2)該系統(tǒng)利用頭盔顯示器使用戶能夠在一個(gè)封閉的環(huán)境中體驗(yàn)到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)帶來的視覺和聽覺等身臨其境的真實(shí)感,這是一種比較理想和高級的接近完全的虛擬體驗(yàn)。(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),建立在前面提到的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式交互技術(shù)的基礎(chǔ)上,此種系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),將多用戶或者多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)連接在一起,讓現(xiàn)實(shí)世界中處于不同位置的用戶能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享和用戶之間的互動(dòng),用戶通過分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)信息共享,還可以針對對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作等協(xié)同工作。大大節(jié)約線下真實(shí)環(huán)境互動(dòng)的成本和風(fēng)險(xiǎn),可以廣泛用于教學(xué)和訓(xùn)練等場景。(4)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,簡稱AR)是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D建模的技術(shù),在用戶實(shí)時(shí)看到的真實(shí)世界的基礎(chǔ)上,生成對應(yīng)的疊加在真實(shí)世界之上的虛擬圖像,這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行互動(dòng),實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的效果。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

我們說虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有以下三個(gè)基本特征的“3I”特征:

(1)沉浸性(IMMERSION)。 又稱臨場感,使用者利用可穿戴的交互設(shè)備,如數(shù)字頭盔和數(shù)據(jù)手套等專用設(shè)備,置身在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,與虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生的三維立體場景進(jìn)行各種交互。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境應(yīng)該讓使用者產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)感受,就如同用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬出的真實(shí)場景感覺一致,無論是聽、看、移動(dòng)等一切活動(dòng)都如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺。(2)交互性(INTERACTION)。 使用者對虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的事物進(jìn)行操作和操作場景會(huì)給使用者以適當(dāng)?shù)姆答仭Ｌ摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專業(yè)穿戴設(shè)備根據(jù)用戶的身體各部位包括頭、眼和手等的移動(dòng),來相應(yīng)的動(dòng)態(tài)生成聲音和圖形以及反饋的程度,用戶采用與真實(shí)世界中相同的反應(yīng)和動(dòng)作,來操作虛擬場景中的對象,實(shí)現(xiàn)對虛擬場景中事物的操作和互動(dòng)。比如當(dāng)用戶抓住虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的物體的時(shí)候,能夠感受到握住物體的感覺和物體的重量;當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí),虛擬場景的事物會(huì)根據(jù)用戶所處位置和眼睛觀察的角度呈現(xiàn)不同的圖像,產(chǎn)生與真實(shí)世界一致的效果。(3)構(gòu)想性(IMAGINATION)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅是為使用者展示虛擬場景的媒介,更是一個(gè)體現(xiàn)開發(fā)者設(shè)計(jì)思想的開發(fā)設(shè)計(jì)工具。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),不僅可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中存在的場景,還可以創(chuàng)造出現(xiàn)實(shí)世界中不存在的甚至沒發(fā)生過的場景。設(shè)計(jì)者利用自己的想象力,構(gòu)思出自己想要的各種環(huán)境,將設(shè)計(jì)者的思想以視覺形式展示給用戶。比如設(shè)計(jì)一座建筑,專業(yè)的設(shè)計(jì)師會(huì)從專業(yè)角度構(gòu)圖,畫出很多圖紙和效果圖,但是普通用戶無法能夠理解這些專業(yè)的材料,通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),將設(shè)計(jì)師的構(gòu)思轉(zhuǎn)化成看得見的虛擬環(huán)境,用戶通過可穿戴設(shè)備可以完美的體會(huì)到對建筑的外觀和內(nèi)部構(gòu)造的直觀感受,這樣可以大大提高人們規(guī)劃和合計(jì)的效果和質(zhì)量。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

未來職業(yè)教育發(fā)展的趨勢可以說會(huì)有大量的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,而成本相對來說并不是特別高,在職業(yè)教育中虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面:

3.1 節(jié)約教育經(jīng)費(fèi)

與購買真實(shí)設(shè)備相比,虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的成本相對低廉,而且可以重復(fù)使用而不會(huì)產(chǎn)生新的成本和費(fèi)用,可以節(jié)約多種實(shí)驗(yàn)所用的原材料。

3.2 重復(fù)實(shí)驗(yàn),提高技能

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行各種技能練習(xí),如汽車駕駛技能,電氣維修技能和體育訓(xùn)練等。通過反復(fù)的聯(lián)系,直到學(xué)生完全掌握動(dòng)作或操作要領(lǐng),而不會(huì)在練習(xí)過程中受到意外的傷害和損失,如在虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造的動(dòng)車駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中,學(xué)生反復(fù)操作控制設(shè)備,對于遇到的各種問題,系統(tǒng)通過回退來讓訓(xùn)練者反復(fù)強(qiáng)化訓(xùn)練,糾正操作過程中出現(xiàn)的失誤,通過反復(fù)訓(xùn)練,達(dá)到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)在職業(yè)教育中的應(yīng)用

我們經(jīng)常說教育要分層次,當(dāng)今社會(huì)我們可以將教育群體分為四種,分別是學(xué)術(shù)型人才、工程型人才、技術(shù)型人才和技能型人才。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以較好地解決這一問題,學(xué)生在虛擬場景中可以進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),獲得與真實(shí)場景基本一致的學(xué)習(xí)體驗(yàn),豐富感性認(rèn)識,更好地理解教學(xué)內(nèi)容,真正提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,達(dá)到了職業(yè)教育的核心目的和要求。

4.1 建立虛擬實(shí)驗(yàn)室

利用當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以建立不同類型的虛擬實(shí)驗(yàn),如電工、車輛運(yùn)營調(diào)度,模擬車輛駕駛等實(shí)驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境里,學(xué)生可自由進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn),如在虛擬動(dòng)車模擬駕駛環(huán)境中,學(xué)生可以通過與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的互動(dòng),達(dá)到與真實(shí)車輛駕駛一樣的操作體驗(yàn),避免了真實(shí)車輛駕駛可能帶來的的危險(xiǎn)以及成本。

4.2 建設(shè)數(shù)字化校園

將三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合,我們可以建立虛擬校園(Virtual Campus)。用戶通過電腦登錄網(wǎng)絡(luò)即可對校園的景觀、校園內(nèi)各種設(shè)施和提供的服務(wù)一目了然,快速形成身臨其境的直觀感受,并且在網(wǎng)絡(luò)上直接享受到部分在線服務(wù)。在地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)基礎(chǔ)上,將校園地理信息與其他校園信息融合,用戶可以遠(yuǎn)程訪問虛擬現(xiàn)實(shí)校園場景。三維虛擬數(shù)字校園技術(shù)對高職院校的對外招生、宣傳、校容校貌的展示和優(yōu)化領(lǐng)導(dǎo)管理等具有非常重要的作用,是校園信息化建設(shè)的重要組成部分。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)的前景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的前景廣闊,是一項(xiàng)深遠(yuǎn)的具有極大潛力的新技術(shù),隨著其應(yīng)用越來越廣泛,人們的思維方式也在悄然改變,可以說在某種意義上改變了人們對自我、世界、時(shí)間和空間的認(rèn)知。同時(shí)作為一種新型的教學(xué)載體和途徑,虛擬現(xiàn)實(shí)以其自身強(qiáng)大的應(yīng)用場景優(yōu)勢和潛力,越來越受到教育行業(yè)工作者的重視,可以在預(yù)見未來的教育領(lǐng)域中會(huì)廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國科學(xué),2009,39(1):2-46.

[2]周紅軍,王選科.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)概述[J].航空計(jì)算技術(shù),2005,35(1):114-116.

[3]王紅兵.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)——回顧與展望[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2001,27(1):48-51.