計算機虛擬現實技術的教學應用與軟件開發研究

宋志鵬

（青島酒店管理職業技術學院 山東 青島 266000）

1 引言

虛擬現實技術，即“VR”技術，其是計算機科學發展的產物，是一種新興的科學技術，同時也代表著虛擬技術更加大眾化和平民化。目前，這種技術在教育教學、航天航空等領域被廣泛運用。本文將對虛擬現實技術進行探討，探討其本身的具體內容，然后再分析其在教育中的具體應用，從而充分發揮虛擬現實技術在教育中的作用，推動我國教育的進一步發展，提升學生的學習能力。

2 虛擬現實技術的原理

虛擬現實技術是計算機中多種技術的融合，其中既包括仿真技術，也包括計算機圖形學等。因此，就虛擬現實技術本身而言，其具有較大的挑戰性，走在時代的前沿。在虛擬現實技術中，主要是使用計算機對三維信息進行操作，使其構成逼真的虛擬環境，并通過特殊的顯示器使人們具有更加真實的視覺、聽覺和觸覺，并且在用戶改變或者移動自己位置的時候，這些信息會通過傳感器傳送給計算機，然后計算機對其進行精準的計算，再重新塑造一個場景，使人們在這一過程中具有身臨其境之感。從某種意義上來說，虛擬技術具有“欺騙性”。

3 虛擬現實技術的主要類型

就虛擬現實系統來看，其主要有4種類型，包括增強式虛擬現實系統、桌面虛擬現實系統、沉浸式虛擬系統、分布式虛擬系統。在桌面虛擬現實系統中，無論是顯示器，亦或是輸入設備，還是圖形工作站，都是不可或缺的，通過三者的共同作用，可以構成桌面虛擬現實系統。在這一過程中，輸入設備尤為關鍵，其可以使用戶參與到模擬場景中，更好地體驗相關情境。而在沉浸式虛擬系統中，主要是通過顯示器頭盔，控制用戶的各種感受，使其處于一個虛擬的區域內，并置身于虛擬的環境中。分布式虛擬系統，又被稱為DVR，其需要在網絡的虛擬環境中進行，在這一系統中，可以使用戶跨越地理的限制實現網絡互聯，也可以使多個用戶處于同一虛擬環境中，共享資源或者協同作業。

4 虛擬現實技術的特點

4.1 沉浸性

在虛擬現實技術中，沉浸性即臨場感，其主要是指在計算機與多維方式的共同作用下，創造的一個虛擬環境，用戶在其中具有真實的體驗，完全地沉浸其中，并且還可以在虛擬環境中進行交互，進而實現人境合一。在這一過程中，雖然就環境本身而言，其是虛擬的環境，但是卻不可以否認用戶的真實性，用戶是真實的參與者。就虛擬技術本身而言，因為其具有沉浸性的特點，所以即使環境是不真實的，是虛擬的，用戶也具有真實的參與感，可以得到更好地體驗，真正參與其中[1]。

4.2 交互性

交互性主要是指通過虛擬現實技術，在特定的虛擬空間中，用戶可以與其中的事物進行交互。比如在虛擬環境中，用戶可以用手去觸摸環境中的物體，而這個設備能夠影響用戶的神經，讓用戶具有觸摸實體物品的感覺，并且場景中的物體也會隨著用戶的觸摸而改變形狀。再比如，在虛擬環境中，如果用戶想要移動一個物體，那么用戶會真正感覺到物體在移動，并且物體也會隨著用戶的動作而移動。由此可見，虛擬現實技術具有很強的交互性[2]。在這一過程中，用戶與虛擬環境并不是相互隔離的，而是具有交互性，用戶可以對環境產生一定的影響，這樣會使其參與感更加真實，進而更好地融入其中。

4.3 多感知性

就虛擬現實技術本身來看，因為其傳感裝置較為豐富，兼具聽覺、觸覺和動覺等，同時也具有良好的反饋裝置，這樣可以使事物更加多樣化地呈現在用戶眼前，打破以往僅僅依靠視覺單一地感受事物的狀態，可以充分運用觸覺、聽覺等多種感官，更加真實地感知事物。

4.4 構想性

在虛擬現實技術中，計算機是最重要的，而且在大數據技術的支持下，使虛擬現實技術得到了進一步的發展，其中也具有更加廣闊的想象空間。因此，在對虛擬現實技術加以運用的過程中，虛擬的環境是無限的，不僅可以使存在的環境通過這一技術展現出來，而且在對環境進行構想的過程中，還具有隨意性，可以想象任何環境，無論是存在現實事件中的情景，亦或是不可能發生的情景，都可以通過虛擬現實技術展現出來，這樣有利于擴展人們的認知范圍。

5 虛擬現實技術在教學中的應用與軟件開發研究

5.1 虛擬技術在教學中的應用

在教學中，需要對學生探索學習的能力進行培養，進而培養其創新思維，使其具有創造能力。而就虛擬現實技術本身而言，其是時代的產物，同時也是先進科學技術的代表，其在提高工作效率方面發揮著重要的作用，在教學中也是如此。基于此，在教學中充分運用虛擬現實技術是必要的，這樣可以為學生提供一個更好的學習平臺。

5.1.1 虛擬現實技術與教學充分結合

在計算機教學中，運用虛擬現實技術進行教學是必要的，這樣可以使不可能的事物變為可能，使相關內容充分展現在學生眼前，提升學生的體驗感，進而使學生學好相關知識。在教學中，教師應該充分運用虛擬現實技術，在對教學內容進行充分分析的基礎上，運用虛擬現實技術設置相應的場景，讓學生在學習中具有真實的學習體驗感，更加真實有效地學習，為了達到這一目標，教師將虛擬現實技術與教學充分結合是必要的。在這一過程中，教師需要注意方方面面的內容，既要合理地使用虛擬現實技術，又要充分地了解教學知識點，將二者結合起來進行教學，進而達到事半功倍的效果。比如，在教授《計算機組裝與維修》課程時，學校現有的硬件設備難以滿足學生的實驗需求。而在傳統的教學中，通常是通過多媒體技術播放相關的課件，通過圖片或者視頻的方式將相關的組裝流程展現出來。在這種教學方式下，學生只能在頭腦中認識到如何組裝計算機，但在實際動手操作方面還存在一定的問題。在此情況下，教師充分將虛擬現實技術與計算機組裝與維修的相關內容進行結合是必要的。首先，教師應該將教學內容進行梳理，明確各個流程，然后再通過虛擬現實技術設置相應的場景，使計算機組裝與維修的整個場景真實展現在學生眼前，進而提升其體驗感。在這一過程中，教師也要引導學生通過虛擬現實技術進行操作，進而提升其操作能力，使其學好相關知識[3-4]。

5.1.2 開設虛擬實驗和技能訓練

在教學中運用虛擬現實技術是十分必要的，其不僅可以推動實驗研究的開展，而且還可以加強學生的技能訓練，使其可以多次反復地進行技能訓練。在實踐教學中，教師可以充分地運用虛擬現實技術，進而打破實驗的各種限制，不拘泥于學校各種設備的不足，進而做好實驗教學工作，使學生可以通過虛擬現實技術進行實踐操作，這樣不僅有利于加深其對理論知識的印象，也有利于其熟練地掌握實踐技能。除此之外，一些課程的動手操作能力較強，在其中充分運用虛擬現實技術也是必要的。比如，以醫學生為例，醫學生學習的理論知識本就較為復雜，而且其中還涉及各種各樣的實驗操作、解剖等，較為麻煩。而通過虛擬現實技術，可以有效地解決這一問題。比如教師在教學解剖的相關內容時，可以通過虛擬現實技術將標本展現在學生眼前，然后讓學生在那個場景中進行實驗操作，這樣可以提高醫學生的實踐能力，使其更好地學習，進而為社會培養優秀的醫生。而虛擬現實技術也可以被運用在駕校中，就學車本身而言，其中最重要的不是理論知識，而是開車的技能，所以在學生的科二和科三中，需要不斷地練車。而通過虛擬現實技術的運用，可以打破學生練車的時空限制，為其設置相應的練車情景，讓學員自己在模擬情景中練車，可以使學員練車更加高效，進而更快、更好地學會開車。

5.2 基于VR的教學軟件開發研究

VR可以模仿真實的世界，其在教育中運用大有益處。在開發VR教學軟件時，有一方面的內容尤為重要，那就是需要具備統一的操作系統軟件開發平臺。此外，還需要滿足以下幾個方面的內容：（1）VR課堂教學系統還需要具有完整性，其中既要有穩定的網絡層，也需要具備教學指揮系統等。這樣才有利于使VR在課堂教學中得到充分的運用，相關開發者開發出適合課堂教學的VR內容。（2）對課件也有所要求，其需要支持市面上主流的相關設備，比如VR眼鏡等，進而使開發者和硬件商僅需注重研究設備，而不用再考慮設備的兼容性問題。（3）平臺需要和VR教育互相融合，收集優秀的VR教育內容，并將其進行整合，然后再打包給相關學校，這樣才可以使適配良好、接口可用、教育應用方面良好，不存在任何問題，從而將VR更好地運用在教育中。在這之后，應該充分將VR技術應用在教育中，從而使學生在學習的過程中產生身臨其境之感，更好地理解相關內容，使重難點知識更加簡單地呈現在學生眼前，使其更好地學習相關知識，不斷提升其學習能力，促進其全面發展[5]。

6 結語

隨著教育的不斷改革，將虛擬現實技術應用其中是必要的。就虛擬現實技術的具體應用情況來看，其不僅具有交互性，而且具有沉浸性等特點，因此將其運用在教學中是必要的，這樣有利于使學生在學習中產生身臨其境之感，更好地學習重難點知識，不斷地提升學習能力。因此，在教育中，充分運用虛擬現實技術是必要的，這樣才可以提高教學的質量與效率，使學生更好地進行學習，實現學生的全面發展。