基于VR技術的虛擬實驗教學平臺研究

溫 瑩，苗志剛，曹 瑩，王子璇

（河北金融學院，河北 保定 071051）

1 貨幣教學概述

1.1 貨幣教學的需求

中國具有四千多年的貨幣歷史，屬于世界上最早采用貨幣交易的國家之一，從早期的天然貝類到商周時期的金屬貨幣，甚至后來自制貨幣的出現，貨幣多而雜的背景很難使人銘記，同學們學起來比較吃力，傳統的方式只能使學生獲得最基本的片面知識，并不能很好地使學生了解到貨幣的真實樣貌與背后意義［1］。

1.2 貨幣教學的需求及現實意義

中國貨幣歷史久遠。中國貨幣的形成和發展，先后經歷了秦漢貨幣、六朝五銖、隋唐貨幣、宋元貨幣、明清貨幣、人民幣。由于歷史久遠，要讓學生形象地認識貨幣、了解貨幣，情景再現顯得尤為重要。通過虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術塑造貨幣樣式，貨幣得以“再現”，學生們能夠通過自己的眼睛去觀察貨幣的每一個紋路，通過自己的感知去更加深刻地了解貨幣，而不再僅是一些文字的描述以及片面的圖片［2］。

2 虛擬現實技術概述

2.1 虛擬現實技術的定義及發展

虛擬現實（Virtual Reality，VR）是通過給使用者創造一種虛擬的三維世界，運用計算機技術，給予用戶在視覺、聽覺、觸覺等方面上的感知。VR技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真與計算機圖形學、人機接口、多媒體、傳感、網絡、多種技術的集合，是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域［3-4］。

VR技術成功地將人與機器相聯系。用戶經由各類東西與計算機進行交互，使自身沉浸在虛擬空間中，產生置身于實際現實的感受。總之，VR技術是一種基于計算機技術的超級仿真系統，其結合了計算機圖形學技術和人工智能技術的成果，并將其應用于實現更完美的體驗效果。

VR技術經過了很久的發展，在1963年之前便已經產生，1963—1972年，虛擬現實已經體現在聲音和形狀中產生了結合。1973—1989年，虛擬現實的初步概念和相關理論應運而生。自1990年以來，各國都在努力完善VR技術。2012年，谷歌推出了重磅產品谷歌眼鏡，其顛覆了以前的圖像顯示設備，將普通人帶入虛擬現實，同一年，頭戴式顯示器獲得了更廣泛的關注［5］。

2.2 虛擬現實技術的特點

1992年美國國家科獎學基金資助的《互動系統計劃》的工作報告，首次更系統化地討論虛擬現實。從計算機圖像領域到電視會議、網絡技術、分布計算分技術以及新產品的開發，VR技術都在其中發揮重要作用。

1993年VR技術三角形被提出，也稱作三“I”，具體介紹如下：

“沉浸”（Immersion），這個部分十分重要。使用者在接受虛擬現實環境時的感知是不同的，而正是這種不同會引發不同的思考，從而激發了靈感的碰撞。所以沉浸指的是使用者在虛擬環境中的感受與使用者在外部真實環境的相似程度。使用者對于虛擬環境中的刺激以及對虛擬環境中事物的感知就應該如同生活在外部生活當中，體驗者在虛擬現實中通過各種體感感知到的，與在真實環境中感覺的相比，能夠達到將近完全相似的結果［6］。

“沉浸”特點使得使用者有了“真實”的感覺，讓使用者“陷入”由電腦程序所產生的“數字幻境”，擁有身臨其境的感覺，這種感覺區別于“旁觀者”，在由虛擬現實技術平臺所創設的虛擬環境中，用戶眼中所看到的、耳中所聽到的、聞到的氣味和觸摸到東西的觸感，完全與真實環境中感受到的一樣。隨著時代的進步，在理想的情況下，在虛擬現實之中使用者甚至難以分辨自己所處環境真假的程度，甚至比真的還要真。用身臨其境來形容虛擬現實可是一點都不夸張。總之，“沉浸”使使用者覺得自己已經是虛擬環境中的一部分，仿佛處于真實的生活之中。

交互（Interaction），指的是使用者與用VR產生的虛擬環境中的各種各樣物體進行交流互動，讓使用者可以擁有更加真實的感覺，使得人、機器與環境之間的相互聯系加強。當使用者在虛擬現實環境中時，通過多維度、多角度、多層面的傳感器與虛擬環境中各種各樣的對象進行溝通交流，虛擬現實環境便會根據使用者的各種操作提供相應的反饋信息與反饋操作。通過一系列技術操作，主要是通過人與機器之間的交互系統，系統就可以提供迅速、多樣的“感知”。使用者在虛擬現實創造的“幻境”以及各種因素的影響下,通過多種傳感器以及機器的操作對人際互動進行改變，根據需要進行自己的操作。同時在虛擬現實的創造過程中，實時性也是非常重要的。虛擬現實環境應該根據用戶的一舉一動進行相應的操作，從而使得虛擬現實環境更加真實，使人獲得更多的感知。

構想（Imagination），是指使用者在虛擬現實環境通過所接觸到的感知從而與其中的客觀事物進行反饋的行為。這些行為既有感性的思考，也擁有理性的認知。在現在看來，完全滿足將來一切人類所具有的感知功能應該是VR技術發展的最終目標。

虛擬現實不僅是提供給使用者、機器與虛擬現實環境交互的接口，更是讓使用者在這個虛擬環境中激發靈感、引發更深刻思考，從而得到更深理解的過程。總之，虛擬現實更是一個從最直白的觀感到更深層次的感悟的過程。

3 利用VR技術實現虛擬教學的發展途徑

3.1 基于虛擬現實貨幣教學現狀

中國具有源遠流長、內涵豐富的貨幣文化。從最早的貝殼用于貿易，直至春秋戰國，貝類走出了歷史的舞臺。各地區、各朝代根據獨有的社會條件和文化差異形成了不同的貨幣。在春秋戰國時期和戰國時期，黃河地域的布幣，齊、燕地區的刀幣和晉、周三地區的環形錢幣，秦代方孔的半兩錢幣，隋代的寶文錢幣，北宋的餃子錢幣，明代的銀幣和今天的人民幣。每個時代都有自己獨特的貨幣，并且每個貨幣都有一個自己獨特的模板。現在學生幾乎沒有機會可以親眼目睹所有種類的貨幣，因此貨幣教學在傳承貨幣文化方面尤為重要。

現代的教學方式，單純的書本、教師授課并不能完全滿足學生的知識獲取需要，對于空間立體化較強、實踐性較強的知識，三維的展現更有利于學生從視覺、觀感、身心等方面更好地理解知識、掌握知識。VR技術在教學中的應用，有助于調動學生的學習積極性，給其帶來體驗式的愉悅體驗，使學生從被動地接受知識走向主動地獲取知識。

現代貨幣教學主要通過課堂教學、視頻教學等形式，可以使學生看到貨幣的照片，了解其知識。但是由于大量的文化知識量使得學生學起來越發枯燥，貨幣教學現狀并不樂觀。但是通過利用VR技術，會帶給學生們一種新鮮感，從而引起學生對于學習的興趣。并且，VR技術有助于營造一種全新的感知環境，通過自己有效的觀感去認識貨幣、了解貨幣，通過模擬環境的還原，使學生們去感知貨幣背后的文化。

3.2 基于VR技術的貨幣教學的優勢

3.2.1 實現方式

第一，通過查閱資料等，研究中國貨幣文化千百年來的發展史，構建中國貨幣知識體系，研究秦漢幣、人民幣的歷史背景。了解每種貨幣的歷史背景、發行過程、貨幣特點、材質樣貌、文化內涵等，剖析每種貨幣的起起落落，根據時間線，將中國貨幣故事進行串聯。

第二，通過VR技術搭建三維立體場景，利用Unity3D、三維模型等相關技術，構建終端APP，以中國貨幣歷史為線索，通過手機等用戶終端的學習平臺，將VR技術與課堂相結合，學習者通過終端APP使用VR眼鏡，與學習平臺共同構成貨幣教學體系。使用者以體驗者的身份加入到人機交互之中，感知虛擬貨幣、體驗貨幣價值、提升貨幣認知。該平臺也將實現貨幣的識別功能和語音介紹功能，當學習者點擊某種貨幣時，能夠準確無誤地出現貨幣形態和文字介紹，同時也會出現一個人物模型用語音向學習者介紹相關知識，為學習者提供應用場景，學習者可以在場景內感受貨幣內涵。

3.2.2 VR技術的貨幣教學優勢與意義

與其他發達國家相比，我國的VR技術還有很大欠缺，正是因為如此，國家和科學家給予了VR技術更多關注。國內一些重點大學，在這個領域投入了大量的研究工作，都將VR引入教育平臺。VR技術在教學中的應用具有重要意義。

（1）使教學組織走出了困境。隨著現代教育與信息技術時代的飛速發展，更加要求人們將信息技術與思想教育結合在一起。VR技術在教學中應用的實現，可有效解決教學過程中出現的組織保障受限、經費投入不足覆蓋面小、校外實踐教學存在安全隱患、考核難等問題，實現移動學習，更好地與學生生活無縫銜接。

（2）更有利于促進師生之間的互動。VR技術為一種新型的現代化教學手段，體現了教學應用的智慧、互動學習的智慧，精準配置實踐教學資源的智慧，給教學帶來巨大創新。以學生為中心、以體驗為中心的實踐教學的設計，可以很好地形成師生互動、生生互動的教學模式，給教與學帶來一場全新革命。特別是當代學生的時代特點，人工智能手機的廣泛使用、微信網絡的普及、VR技術的成熟等，使VR技術在實踐教學中的應用推廣能夠實現，有較大發展空間。

4 結語

在今后的發展過程中，VR技術的應用會更加成熟、廣泛，但是其發展不可避免地會遇到一些障礙。VR技術依舊有短板存在，并沒有做到至善至美。盡管如此，VR技術為科學技術的發展和進步帶來了新的研究方向，并將對人類文明產生長期而深刻的影響，其將在電子商務、醫學、教育、娛樂、軍事航天、通信等領域發揮重要而不可替代的作用。

VR技術在貨幣教學中的應用，不僅會是貨幣教學的新突破，更將會是VR技術在教育中應用的延伸。通過將貨幣的“再現”，使同學們不僅能再現貨幣的樣貌，更能使其更加貼近古代生活，使同學們內心對古代環境進行一定的認識，激發同學們的想象力，去思考某種貨幣背后的文化內涵，為什么會是這個樣子，為什么會是這種材質，引發一系列從其每個細節到整體的一種思考。從而使學生更加了解古代貨幣，更加了解古代生活。

本課題最終成果提交中國貨幣史知識體系研究報告，依據該知識體系構建相應的端上APP學習平臺。在端上APP中利用VR技術構建三維立體模型，為學習者講述貨幣歷史背景、發行過程、貨幣特點、文化內涵等內容，為學習者提供真實、沉浸的學習體驗，最終將端上APP在校內推廣應用，并逐漸向教育領域延伸。