沉浸式虛擬車間的教學模式構建探討

王玉科

摘 要：本文通過對學習環境的個性化設計，提出了一種基于虛擬平臺的 360 度環境下的教育學習模型。虛擬車間讓用戶置身于虛擬的學習環境中，可以自由瀏覽 360 度的視頻和圖片。本研究的主要目的是分析虛擬學習環境中附加信息的本質、用戶在網絡學習中的認知困難以及潛在的沉浸式學習在教育中的作用。結果表明，我們的學習環境提高了用戶學習信息的可視化系統。

關鍵詞：虛擬平臺;沉浸式學習

近年來，隨著教育全球化和信息化的進一步推進，很多學者認為高等教育必須意識到信息技術所帶來的挑戰。顛覆性技術給教育帶來了挑戰，特別是作為未來的職業教育需要數字化和創新技術的提高。當前社會，學習方法通過多種媒體技術可以提高學生獲取、管理、創建和共享信息的能力。課堂上常用的教學方法，學生開始不感興趣，甚至不知道學習的主題。一些研究者指出，高質量的教與學需要學生的主動學習活動。當70%的學生參與討論時，可以進行主動學習，而在實際工廠或模擬環境中的實習可以增加到90%。尤其是職業院校，其強調實踐與學習的比例，強調學生在工廠中工作的感受。工程安裝類課程的最佳輔助教材比其他學科更具挑戰性，因為在理論課之外，學生需要在機械工具、設備和輔導等實驗環境中得到提高。因此，使用沉浸式技術來提高教育質量，讓學生沉浸在超越現實世界的教學內容中，不失為以行之有效的方法。

1 相關方向研究現狀

近年來，伴隨著網絡技術、虛擬現實、智能手機等硬件和軟件技術的飛速發展，它不僅可以作為娛樂手段，而且可以作為學習虛擬環境的重要手段。虛擬環境是用戶與計算機直觀地進行交互的一種方式。這種虛擬環境可以將真實世界的場景360度地轉換成圖片和視頻來構建。在健康課程中，有學者提議實施虛擬現實技術來評估日常記憶，虛擬商店幫助青年和成年學習者在日常生活中建立記憶的有效性;類似地，Kleinert 等人也提出了一個名為沉浸式虛擬病人模擬器的框架，用于外科臨床決策的培訓;還有研究者為教師開發了一個學習地球科學課程的工具。這種身臨其境的博物館學習，成功地吸引學生學習地球科學課程。

有幾個與虛擬現實實現有效性學習的相關因素。一個是技術所允許的沉浸程度。一個高度沉浸式感官沉浸意味著外面的世界被拒之門外，由于使用了頭戴式顯示器和耳機，減少了外部內容的干擾。這種身臨其境的虛擬環境，可以引導學習者花更多的時間在內容上，減少走神的發生。另一項研究表明，具象的圖形和更高的互動性是有效地吸引學習者的關鍵。這些360度全景視頻是全方位的全景視頻，觀看者可以不受干擾地在一個圓圈中搖擺和傾斜，而不是傳統視頻中固定的視角。由于觀眾可以通過 360 度視頻環顧四周，探索場景的不同部分，這些視頻比傳統的二維視頻更具有身臨其境的感覺，但比不上真正身臨其境的虛擬現實學習體驗。然而，虛擬現實技術在教育中的應用并非沒有挑戰，特別是在沒有良好設計接口的情況下，使用VR 應用程序的較為困難且更加消耗資源。

2 具體設計思路與方法

2.1 問題分析

這個階段更像是工程實際需求?；?60 度可視化和多媒體的虛擬車間模擬器是工程安裝類課程的輔助學習材料。本文主要從學習資源收集、虛擬環境和學習資料處理以及網絡仿真應用三個方面提出該系統。

2.2 具體設計

收集學習材料數據是在設計階段完成的。機械加工車間的虛擬環境建設分為初學者導入區、中級學者導入區和前進區三個區域。第一部分是機械車間的左側場景，左側場景是用戶進入虛擬車間的第一步。本部分所收集的學習資源是學生所需要的基本工具。場景的第二部分是車間中部場景，在這個場景中用戶可以探索相關機器和設備的學習材料。最后，場景部分是實際安裝工藝環節。每一個實際教學環節，我們收集整理相關圖片和視頻。并整合關于工具和機器設備的手工描述，以文本、圖片和視頻的形式整理。機械車間環境記錄使用一個360度雙鏡頭攝像機，360度相機采集的圖像和視頻結果與傳統相機不同，輸出文件為等矩形投影圖。

2.3 具體設計

為了實現虛擬機械車間，第一步是創建虛擬環境場景，第二步是插入學習材料作為熱點。學生可以通過點擊圖片和視頻細節圖標來瀏覽周圍環境，在物體和場景之間移動，平移或縮放虛擬應用程序。本文通過連接每個全景圖片構建一個虛擬環境學習場景，場景是以全景圖像順序顯示，并作為交互媒體序列。此外，考慮用戶還將探索在此場景中編寫的環境，圖像全景處理必須滿足 2：1的長寬比。虛擬環境完成后，通過熱點將文本、圖片和視頻等插入到應用程序，即在全景圖像場景中插入一個紅色圓圈。這一點將顯示為圖片圖標，定位于特定的工具或設備，以顯示其過程的細節。

2.4 測試

系統的最后一部分將虛擬學習材料顯示到基于網絡或虛擬現實的眼鏡中給用戶。使用PHP規范將模擬器應用程序上傳到共享web服務器，性能測試是基于 Google chrome 開發工具進行的。結果表明，該虛擬現實性能良好。

2.5 維護

系統的維護是軟件開發方法的最后一部分，在這一部分中，修訂和更新被認為是用戶訪問網絡應用程序時的反饋。

3 總結

本文旨在將虛擬車間引入職業教育課堂，與傳統教學相比，是從導入理論和實習環境方面支撐創新學習。學生通過圖片和視頻的形式獲取信息，就像他們在一個真實車間一樣，大大提高技能訓練質量。

參考文獻

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