虛擬現實技術在虛擬仿真實訓中的應用

高林

隨著近年來信息技術的迅猛發展，虛擬現實技術即“VR”技術，其本身作為一種新興的科學技術產物，早已被廣泛應用到各個領域之中，教育領域自然也不會例外。尤其是在虛擬仿真實訓教學中的應用，虛擬現實技術更是展現出了十分強大的生命力。讓學生在更加真實的虛擬仿真環境中完成相應的實訓目標，進一步增強學習效果的同時，最大限度地降低實訓風險。因此，對虛擬現實技術展開深入的研究與探索則具有十分重要的現實意義。為此，該文結合近些年來眾多學者、教育工作者對虛擬現實技術的研究經驗，提出虛擬現實技術在虛擬仿真實訓中的應用。

虛擬現實技術 ?仿真實訓 ?教學應用 ?價值 ?對策

中圖分類號：TP399??文獻標識碼：A ??文章編號：1672-3791（2022）02（b）-0000-00

Application of Virtual Reality Technology in Virtual Simulation Training

Abstract： With the rapid development of information technology in recent years， virtual reality technology， namely "VR" technology， as a new product of science and technology， has long been widely used in various fields， and the field of education is no exception. Especially in the application of virtual simulation training teaching， virtual reality technology shows a very strong vitality. Let students complete the corresponding training objectives in a more real virtual simulation environment， further enhance the learning effect and minimize the training risk. Therefore， it is of great practical significance to carry out in-depth research and Exploration on virtual reality technology. Therefore， combined with the research experience of many scholars and educators on virtual reality technology in recent years， this paper puts forward the application of virtual reality technology in virtual simulation training.

Key Words： Virtual reality technology; Simulation training; Teaching application; Value; Countermeasure

近年來，在教育領域中虛擬現實技術得到了高度的重視與廣泛的應用。這是因為將虛擬現實技術應用到教育領域，可以更加直觀、更加形象地呈現出所要教學的內容，還能夠突破現有的學習限制。為此，推動虛擬現實技術與仿真實訓教學的有機結合，有著十分充分的必要性與實踐性，其也為實訓教學工作帶來了一次全新的革命，并且受到了越來越多教育工作者的認可與青睞。鑒于此，該文即結合筆者個人研究經驗以及相關參考文獻，首先對虛擬現實技術進行剖析，其次提出虛擬現實技術對教學的影響，最后就如何做好虛擬現實技術在虛擬仿真實訓中的應用展開研究，以供廣大同行參考借鑒。

單純就虛擬現實技術而言，其本身始終走在時代的最前沿，主要是利用計算機操作三維信息構成一個相對逼真的虛擬化環境，并借助于特殊顯示器為人們提供更加真實的視覺與聽覺效果。即便在虛擬現實技術的使用過程中，用戶改變了自身的位置，也可以通過傳感器將用戶信息及時傳遞給計算機，并通過計算機的精準計算，從新為用戶再次構建出一個逼真的虛擬場景，讓人們始終具備身臨其境的感覺。因此，從某種意義上來講，虛擬現實技術在使用過程中具備一定的“欺騙性”。

1.1 技術特點

對虛擬現實技術的特點展開詳細的分析，可以發現虛擬現實技術具備沉浸性、交互性、多感知性、構思性這四個特點。

（1）沉浸性也被稱為臨場感，是指在計算機與多維方式的共同努力下，創造出一個逼真的虛擬環境，讓用戶完全沉浸其中。同時，還可以與虛擬環境進行相互交互，實現人境合一這一目標。也正因如此，即便通過虛擬現實技術所構建的虛擬環境并不是真實的，但用戶卻可以具有最真實的參與感受，進而真正地參與到環境中，獲得更好的參與體驗。

（2）交互性是指在虛擬現實技術的使用過程中，用戶可以在指定的虛擬空間內，與其中的特定事物展開交互，也就是說在指定的虛擬空間內，用戶可以觸摸到虛擬空間內的特定物體，且物體會隨著用戶的觸摸發生相應的改變，而這種交互性恰恰會給用戶提供更加真實的感官享受，更好地融入其中。

（3）多感知性是指利用虛擬現實技術本身較為豐富的傳感方式，良好的反饋裝置，將事物更加多樣化地展現在用戶面前，更加真實地感知到事物的狀態。

（4）在虛擬現實技術的實際運用過程中，構想出來的虛擬環境本就是無限的，且具有很大的隨意性。即無論是現實存在的情景，還是現實中不可能發生的情景，都可以借助虛擬現實技術呈現在人們的眼前，這便是虛擬現實技術所獨具的構思性特點，這一特點能夠幫助人們大大的拓展自身固有的認知范圍。

1.2 核心技術

根據虛擬現實技術所展示出的特點，還可以對虛擬現實技術的核心技術進行探討。由此可以清楚地看到，由多種先進的科學技術綜合而成的虛擬現實技術，其最為關鍵的核心技術，主要體現在以下幾個方面：首先是環境建模技術，也被稱為對虛擬環境的建模。實施此項技術的根本目的，是為了從實際的三維環境中獲取三維數據，并且結合實際應用需要，利用所獲取的三維數據打造出與之相匹配的虛擬環境模型。其次是立體聲合成技術與立體顯示技術，實施此項技術的根本目的，是為了消除處于虛擬現實系統中聲音方向與用戶頭部運行之間存在的相關性，同時在相對復雜的場景中實時生成立體化的圖形。再次是觸覺反饋技術。該項技術的實施就是為了讓用戶，能夠在虛擬環境中感受到虛擬物體，并且直接操作到虛擬物體，進而獲得身臨其境的真實感受。第四是交互技術。交互技術主要是指在虛擬現實環境中充分利用一些傳感器設備，如數字頭盔、手套等，以及三維交互技術、語音識別技術，實現人機之間的有效交互。最后是集成技術。集成技術由同步技術、數據轉換、識別以及合成等技術組合而成，可謂是虛擬現實技術中最為核心的技術，同時其中也包含了大量的感知信息與感知模型。

開展教學工作的本質就是為了更好地培養學生們的探索學習能力、創新思維能力。而就虛擬現實技術而言，其不僅是先進科學技術的重要代表，其在提高教學質量、教學效率等方面也發揮著至關重要的作用。這是因為將虛擬現實技術應用到教學工作中，可以使學校不具備條件存在的事物，出現在學生眼前，使一些不具備條件開展的實踐工作變成可能，從而做好相關內容知識的學習。因此，做好虛擬現實技術與教育教學工作的充分融合，具有十分重要的現實意義。需要注意的是，在虛擬現實技術的實際應用過程中，教師應該充分了解所要講授的教學知識，對教學內容展開詳盡的梳理，明確各個教學流程，在借助于虛擬現實技術構建出與之相匹配的虛擬場景，以達到事半功倍的教學效果。

3 做好虛擬現實技術在仿真實訓教學工作過程中的應用對策

在虛擬現實技術應用到仿真實訓教學工作中，不僅可以有效推動實訓工作的開展，還可以有效強化學生們的技能訓練，打破傳統實訓室的各種固化限制，讓學生們通過反復的技能訓練，進一步加強自身的動手操作能力，加深對理論知識的理解。

尤其是與傳統的實驗室相比，虛擬現實教學的成本更低，耗財更少，但教學效率更高。這是因為在虛擬實訓過程中，其所使用到的實驗儀器、實訓工具，基本上都是通過3D建模這種虛擬手段設計出來的。因此，在實訓前，就可以為學生預留出充足的時間，讓學生對實訓課程中可能用到的各類工具與設備，建立一個初步的感性認識。

同時，還可以充分利用虛擬現實技術，創建出不同的虛擬實訓環境，也可以通過不同參數的設置，設定出不同配置的虛擬環境，讓學生們能夠在虛擬實訓環境中，通過反復多次的實踐技能訓練，獲得不同環境下、不同因素影響下，最為真實的實驗數據。而在這個過程中，無論是實驗環境還是實驗儀器，都是虛擬出來的，所以也大大地節省了實訓設備的更新、維護費用，以及實訓場地的鋪設費用。

此外，在教學過程中還可以根據現實技術和實訓設備的型號發展，緊貼時代技術的潮流前段，對實訓室進行大規模的全面更新，建設出常更、常新的實訓基地。而學生在實訓過程中，也不必擔心因為人為操作失誤，造成實訓設備的毀壞，也不必擔心在實驗過程中出現任何的人身危險，這樣學生就可以放心大膽地進行實訓，更有利于學生發揮自身的創造性思維。所以，在仿真實訓中，做好虛擬現實技術的應用十分必要。

第一，進一步加強虛擬實訓環境與真實環境的相互融合。在教育教學工作的實際開展過程中，將虛擬現實技術應用到網絡工程仿真虛擬平臺上，并與真實的網絡工程環境相結合，其根本目的就是為了更好地打造出真實的虛擬實訓場景，進而將仿真實訓與實訓教學更好地融合在一起，形成完善的教育教學體系，尤其是通過對網絡工程環境的真實模擬，可將網絡工程環境中所涉及的所有因素全部植入到仿真實訓教學中，使虛擬現實技術更加具有欺騙性，讓學生能夠身臨其境地面對各種問題，這不僅增強了學生們的實踐應用能力、實踐操作能力，也讓學生在更加真實的虛擬實訓場景中通過動手操作給出最為完美的答卷，達到仿真實訓的真實目的，所以在虛擬現實技術的應用過程中，要進一步加強虛擬實訓環境與真實環境的相互結合。需要注意的是，在虛擬現實技術的運行過程中，教師應該將虛擬情景植入到學生們的內心中，對學生們實訓過程中提出的問題也要按照學生的實際水平予以設定。

第二，加強對仿真實訓教學場景的結構設計。傳統的仿真實訓教室不可能對學生展開多元化的教學環境設計，實施個性化打造，而虛擬現實技術的應用，恰恰可以通過虛擬實訓教學場景的設置，滿足實訓教學過程中對不同場景的布置需求與個性化打造，更有利于發揮實踐技能訓練效果，增強學生們的實際操作能力。在虛擬場景的打造過程中，雖然可對其系統功能進行隨意改造與調整，但其首要功能仍舊不可脫離實際，所以，要想做好虛擬現實技術在仿真實訓中的應用，就必須加強對仿真實訓教學場景的結構設計，有目的、有計劃地打造出更加完善的系統結構。為此，在開展實際仿真實訓教學過程中，應該加強對仿真實訓活動全過程的模擬構建，充分利用虛擬現實技術，將仿真實訓教學的各個階段串聯在一起，使教學結構變得更加系統化，同時通過虛擬現實技術，對教學內容展開重新的規劃，用虛擬場景進行還原，使實訓課堂變得更加生動、系統、立體、直觀，更加容易被學生們接受，以便于更好地提高實訓課堂質量，需要注意的是，利用虛擬現實技術構建虛擬教學場景時，布置的所有教學場景，必須要能夠滿足仿真實訓的教學內容，且具備可變性與適用性，從而使實訓教學結構變得更加地生動、豐富，更加具備適應性。

第三，做好仿真實訓中虛擬角色的構建。依托于虛擬現實技術打造的仿真實訓教室其場景均為虛擬化場景，因此也就省去了對各項實訓設備的采購成本、維護成本，進一步降低了學校的實訓支出，但卻大大地提高了實訓教學質量。至于以虛擬現實技術構建出的虛擬角色，即滿足學生們實踐訓練的一切實訓角色，恰恰可通過虛擬現實技術與學生進行互動，讓學生能夠更加身臨其境地進入到虛擬仿真實訓場景之中，進行自由地走動，操作場景中的實訓教學設施，并且通過個人的語言或者是手勢與虛擬實訓室內的其他學生進行互動，給予學生最真實的體驗。因此，做好虛擬仿真教學系統中的虛擬角色構建具有十分重要的現實意義。需要注意的是，因虛擬仿真實訓教學場景內的一切有關實訓的角色都是通過虛擬現實技術構建出來的，這里所指的角色不緊要從外形特征、行為特征等諸多方面滿足學生們的實際實訓應用需求，還應該與學生之間形成良好的互動關系，從而使虛擬實訓場景更加具備真實性，對于這個環節的角色構建，直接關系到仿真實訓的教學效果。所以，在借助虛擬現實技術開展仿真實訓教學的過程中，學生與虛擬場景之間應該是相互合作的關系，并構建出真實的教學角色，從而更好地還原出學生對專業理論知識理解的現實感。

此外，在實訓教學的操作過程中，雖然虛擬現實技術可以給學生們帶來身臨其境的感觸，讓學生體會到真實的操作感。但是虛擬操作畢竟也只是虛擬操作，即便是給予學生們相同的視覺、聽覺、觸覺沖擊力，能夠模擬出現實生活中的一切質變、量變產生的變化，但如若只是單純的利用虛擬現實技術，過于依賴于虛擬現實技術的使用，仍舊會在一定程度上給學生們的認知帶來一定的偏差，甚至會在實際生活中預埋下一些潛在的錯誤。所以，對于傳統的實訓操作我們并不應該完全摒棄，不能完全依賴于虛擬實訓室的打造，去取替真實的實訓實驗。而是要結合學生們的實際學習情況、實訓教學的實際內容特點展開科學的分析，決定是否使用虛擬現實技術，或者是如何用好虛擬現實技術，進而讓虛擬現實技術更好地服務于實訓教學工作，避免虛擬現實技術在應用過程中過于權威化。

4 虛擬現實技術的未來應用前景展望

盡管虛擬現實技術本身擁有著十分得天獨厚的技術優勢，以及相對廣闊的發展空間。但是就目前我國虛擬現實技術在教育領域的使用而言，其實際使用比例仍然相對偏低，且在很多時候并不能充分發揮出虛擬現實技術在教育教學工作中的巨大作用與價值意義。因此，要想達到人們的預期目標，盡可能地提高虛擬現實技術本身的應用能力，達到普及應用的程度。除了要從技術層面入手，進一步提高虛擬現實技術本身的硬件技術，緊跟科學信息技術的發展步伐，以先進的科學信息技術為基礎不斷的完善與優化虛擬現實技術;還要從教育理論層次入手，為虛擬現實技術在教育教學工作中的應用，提供更多的系統的理論依據支撐，進而更好地服務于實訓教學以及整個教育教學系統。所以，虛擬現實技術在教育教學工作中的應用，勢必會成為一種不可逆轉的主流趨勢。

綜上所述，該文就虛擬現實技術的原理、特點、類型以及其在虛擬仿真實訓教學中的應用展開了粗淺的探討，希望能夠為廣大同行在實際使用虛擬現實技術的過程中提供一些有益的參考借鑒，更好地發揮出虛擬現實技術在教育教學工作中的最大作用，使學生在身臨其境的學習氛圍中，更好地理解知識點、消化知識點、固化知識點，提升其學習效率與學習能力，為進一步推動我國教育事業的穩步發展奠定良好的基礎。

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