浅谈虚拟现实技术在教学中的应用

摘 要：随着现代科技的进步，一个时代感鲜明的名词映入了我们的眼帘——虚拟现实技术。虚拟现实技术自其出现之初，人们就发觉了其在教学领域能够起到的非凡作用。可以说，在未来的教学环境下，我们将更多地把虚拟现实技术应用到教学过程中，虚拟现实技术将是一种非常行之有效的教学辅助手段，将给我们的教学过程带来划时代的变革。

关键词：虚拟现实技术 计算机教学 应用

随着现代的科技进步，我们的教学手段从传统的一支粉笔、一块黑板和三尺讲台组合的旧模式，转变成以各种高科技手段辅助教学的新模式，计算机辅助教学技术就是其中的代表。在这样的大环境下，一个时代感鲜明的名词映入了我们的眼帘——虚拟现实技术。虚拟现实技术自其出现之初，人们就发觉了其在教学领域起到的非凡作用。可以说，在未来的教学环境下，我们将把虚拟现实技术更多地应用到我们的教学中，虚拟现实技术是一种行之有效的教学辅助手段，将给我们的教学带来划时代的变革。

一、什么是虚拟现实技术

虚拟现实技术是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟环境中。这是一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。最早提出虚拟现实概念的学者J·Laniar曾经说过：“虚拟现实，又称假想现实，意味着‘用电子计算机合成的人工世界’。”虚拟现实的主要特征包括：多感知性（Multi-Sensory）、浸没感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）等。

二、应用虚拟现实技术的意义

作为一个教育者，我们都知道，教育过程是一个知识、技术传承的过程，也可以说是一种经验的传承过程。作为一种经验的传承，受教育者却往往不具备这样的经验，甚至并没有亲身看到过经验中的场景。我们人类虽然拥有无尽的想象力，我们的想象力就是我们创造世界和改造世界的力量源泉，但是凭空想象一个经验场景，或者是只参照简单的文字描述和图片去想象一个经验场景，对于受教育者来讲还是比较困难的。教育者迫切需要一种工具，可以向受教育者直观地展示他们所要学习的经验场景，让他们在这样的场景下接受我们的经验传承，能达到事半功倍的效果。另外，在传授经验的过程中，我们虽然可以使用现实的工具，但我们的教育资源是有限的，如何为受教育者提供更多的工具，这也是教育者面临的客观难题。综上所述，我们教育者在教学过程中遇到的诸多难题都可以通过虚拟现实技术来解决。

虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现实）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。在虚拟教学方面，可以应用教学模拟进行演示、探索、游戏教学。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统（自然的、物理的、社会的）的结构和动态，为学生提供一种可供他们体验和观测的环境。建立教学模拟的关键工作是创建被模拟对象（真实世界）的模型，然后用计算机描述此模型，通过运算产生输出。这些输出能够在一定程度上反映真实世界的行为，所以说，虚拟教学的模拟是一种十分有价值的 CAI 模式。

三、虚拟现实技术在教学中的应用

现阶段，受一些基础设施条件限制，虚拟现实技术在教学中的应用还停留在比较浅的层次，如多媒体课件的开发等，这些技术属于桌面级的虚拟现实。桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭虚拟境界，并且有助于操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用位置跟踪器和另一个手控输入设备，如鼠标、追踪球等，坐在监视器前，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。但这时参与者并没有完全投入，因为他仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能，但是成本也相对低一些，比较适用于教学过程中采用多媒体教学课件或教学软件的应用。

以计算机硬件设备的安装、维修调试的虚拟现实系统来举例。在设计过程中，通过三维建模软件，真实还原计算机系统的硬件系统，然后运用程序设计技术赋予每一个计算机硬件以相对应的真实性能参数，这样一套计算机硬件设备的安装、维修调试的虚拟现实系统就完成了。当然这个系统的设计过程随着仿真程度越高也将越复杂，投入的各种资源也将越多。使用者在使用系统的时候，将以第一人称视角进入场景中，整个场景为三维建模而成，操作者可围绕一台完整的计算机进行漫游。当鼠标点击某个计算机部件时，在鼠标位置将显示该部件名称；鼠标右键单击该配件将弹出菜单选项，内容包括：提取部件、整机的其他部分将隐藏、单独显示该部件等，使用者还可以通过鼠标旋转、放大该部件。可以利用动画加解说的形式对标准的计算机硬件安装调试过程进行演示，在演示的过程中应可以进行暂停、播放、快进等操作。可以事先为使用者预设多个计算机硬件故障，并规定检修时间，使用者将以第一人称视角进入场景中，按照设置好的步骤对计算机硬件进行检查，模拟实际的计算机硬件检修过程。当鼠标点击选中某个部件时，显示该部件的名称、方位信息，发现该部件存在故障时，可对故障进行确认，并在界面上显示故障名称及数量等。

四、虚拟现实技术的发展方向

随着科技的进步，我们在教学过程中还可以实现虚拟现实技术中更高端的——投入的虚拟现实技术。高级虚拟现实系统提供完全投入的功能，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其他设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套以及其他手控输入设备、声音等使参与者产生一种身在虚拟环境中，能全心投入和沉浸其中的感觉。这样的技术，完全可以排除周围现实环境的干扰，真正做到身临其境，给受教育者完全“真实”的经验感受。

虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。教育者应该更善于应用这种先进的辅助教学手段，使我们的知识、技术传承过程更直接，使受教育者能够更直观地感受知识内容，更好地完成学业。虚拟现实技术在未来的教育教学过程中必将占据越来越重要的位置，成为教学过程中不可或缺的重要元素。

参考文献：

[1]张涛.多媒体技术与虚拟现实[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]贺雪晨.虚拟现实技术应用教程[M].北京：清华大学出版社，2012.

（作者单位：韶关市技师学院）