VR技術的發展現狀及在教育領域場景研究

劉繼清

（江漢大學人工智能學院，湖北 武漢 430010）

VR技術具有沉浸性、多感知性、交互性、想象性四個特征，能夠模擬真實實驗不具備的環境，或實現難以完成的教學功能和實訓，降低成本，因此在教育領域有突出地位和廣泛的應用前景。虛擬現實在教育領域的具體應用，主要體現在虛擬學習環境、虛擬實驗室、虛擬實訓基地、虛擬仿真校園、虛擬遠程教育等方面。虛擬現實技術為學習者提供了可視化的模型或模擬器，這些作為教育教學的輔助工具促進了學生對教學內容的理解。同時，通過虛擬現實技術可以構建沉浸式虛擬現實環境系統，為學習者提供視覺、聽覺、觸覺等多感官體驗的互動方式，既可以培養學生的學習興趣與熱情，又能使教育教學達到事半功倍的效果。

1 VR技術的國內外發展現狀

1.1 國外虛擬現實技術發展現狀

虛擬現實技術，又稱VR技術。目前虛擬現實技術發展進步非常快的，從20世紀80年代至今，研究成果一直在不斷進步。目前該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

1.2 國內VR技術發展狀況

受限于高昂的成本和使用費用，國內對于虛擬現實技術的研究起步較晚，在我國VR研究與技術與世界發達國家之間研制和技術領域存在一定差距。隨著計算機技術等先進技術的飛速發展，該技術在我國各個不同領域都得到了重視，拓展了VR技術研究的深度。科學技術委員會和國防部已將VR技術作為核心研究項目。近年來，中國許多的大學和研究機構也在虛擬現實技術方面取得了一些特別的研究成果，中國的虛擬現實技術由此進入了快速發展的階段。

2 虛擬現實技術在教育領域應場景研究

2.1 利用VR技術，創建一個虛擬學習環境，進行知識學習

VR教育，并改變方式講授抽象的理論課程和實踐訓練，VR 技術給學生提供一個虛擬學習環境，在教學中，學生對虛擬現實技術所表達的教學內容進行交互, 從而學習相關的知識。采用虛擬現實技術表達教學內容可以使學生在瀏覽器中觀察到在現實生活中不能或不易觀察到的現象或事物 ,并提供了極為自然的理想觀察模式。通過虛擬現實技術，學生可以接近并加深對理論知識的理解。一個特殊的經驗以改善學習環境，并增加互動作用，使學習更有趣，增加感官刺激，你可以模擬相關的自然和社會環境，讓學生通過時間和空間，模擬環境之間的互動，快速獲取相關專業知識。

例如：將VR技術應用到醫學教育中，使醫生可以虛擬手術中感受視覺和觸覺的雙重體驗，從而提高了經驗。

2.2 利用VR技術，建立虛擬實驗室

采用虛擬現實技術可以將合適的實驗在網上虛擬實驗室中表達出來，并由學生在這些虛擬實驗室中完成實驗。這樣可以完成不易觀察的、有危險的或費用高的實驗，提高多媒體教學中實驗課的效率。

例如：外科手術方面。可以利用VR技術，模擬一個虛擬的手術室實驗環境，外科醫生可在其中熟悉各種手術工具或進行一些精密手術的訓練，降低因失誤而造成手術失敗概率。

2.3 利用VR技術，進行技能培訓

由于虛擬現實技術可實現在逼真的虛擬環境中以自然的方式進行交互，所以它非常適于進行技能培訓，使學習者在接近真實的環境中更易于掌握相應的技能。利用VR技術，在虛擬環境中進行有關三維空間位置、變形、時間順序、顏色紋理及音視頻等方面的交互，從而可進行與這些內容相關的技能培訓。

例如：將VR應用于醫學教育領域中，其最核心的價值體現在臨床操作。傳統的醫療培訓給與學員的實踐機會很少，較高的成本和稀缺的資源是長期以來限制臨床培訓的主要原因。而VR技術通過計算機仿真，讓學員可以在沉浸式的虛擬環境中進行實踐學習，積累復雜的臨床經驗。如：解剖學方面。復雜的人體結構很難用課本或3D的教學資源來闡述清晰。實踐階段，學生常常通過解剖被福爾馬林長期浸泡過的尸體來學習這門課程。一方面，許多學生反映難以忍受刺鼻的味道；另一方面，尸體資源相當珍貴，不能滿足每個學員的需要。可以利用VR技術，模擬解剖全過程，讓學員地成本的反復訓練，達到訓練目標。

2.4 利用VR技術，建立虛擬仿真校園

目前，許多高校都使用這種技術來模擬校園環境，通過3D全景虛擬校園建立完整的現實生活校環境，校園網絡等，達到宣傳學校的目的，促進學校的發展。虛擬校園的成功建設對于大學展示校園，擴大招生，改善就業具有重要意義。也為人們了解學校環境提供了更直接方便的方法。在虛擬仿真校園建成之后，學校的宣傳方式除了傳統的文字，圖片等方式之外，還可以讓用戶通過網絡等手段了解學校的相關情況和大致的環境。虛擬仿真校園有很多好處，如學生可以在短時間內熟悉校園環境；將學校的環境更好的展示給更多的人，向全國各地的學生宣傳學校；促進學校信息化建設快速發展，促使校園文化和校園外觀完善。

2.5 利用VR技術，建立虛擬遠程教育

把教育資源，包括教師資源和學習資源，整合到云端里。利用虛擬現實技術借助3D技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成三維逼真的虛擬環境，使用者戴上特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環境一員，進行實時交互，感知和操作虛擬現實世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。這對調動學生的學習積極性，專注性將起到積極的作用，對學生的學習效率也將有很大的改善。

3 結論

VR技術在教育領域的應用是情景學習理論革新式的實踐，不僅豐富了教學手法和內容，更有效地提高了學習效率。但是，VR技術在教育領用的應用，還存在很多待解決的問題，比如：性價比問題。由于VR設備價格高，目前VR依然只能滿足小眾需求，存在價格和性能兩難的局面。通常價格高的產品，同時，VR內容建設還有待進一步加強，目前VR在教育領域多數的應用依然停留在VR技術層面，和內容不匹配。VR技術只是一種新的學習輔助手段，學習內容才是教學根本，過多的虛擬功能、場景、感官體驗反而分散了學習者的注意力。因此，我們要正確地辯證地處理好VR技術在教育領域應用的關系，合理的使用VR技術，不搞一刀切，一窩蜂上的勞民傷財的形象工程。