虚拟现实技术在实践教学中的应用

鼋３叶拉２０１０ｇ－￥２３卷第１２期Ｅ】ｅｃｔｍｎｊｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｋ／Ｄｅｃ．１５，２０１０虚拟现实技术在实践教学中的应用韩勇（内蒙古财经学院计算机信息管理学院，内蒙古呼和浩特０１００１０）摘要文中从分析虚拟现实技术的内涵和特性入手，对虚拟现实技术在实践教学中应用的优势、应用形式和目前在应用中存在的问题进行了深入探究。关键词虚拟现实技术；实践教学；应用中图分类号Ｇ４３４文献标识码Ａ文章编号１００７—７８２０（２０１０）１２—１２２—０２ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＴｅａｃｈｉｎｇＨａｎＹｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｂｓｔｒａｃｔＶｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓａｎＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，ｈｏｈｈｏｔ０１００１０，Ｃｈｉｎａ）ｅｍｅｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈａｔｈａｓｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｗａｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｔｏｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｅａｃｈｅｒｓｌｅａｒｎｅｒｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｏｆｌｅａｒｎｅｒｓ，ｔｏｄｅｖｅｌｏｐｓｅｌｆ－ｃｏｎｔｒｏｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅｈａｓｏｎａｐｏｓｉｔｉｖｅｍｅａｎｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅａｎｉｎｇｏｆｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓｓｔａｒｔｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｍｓａｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓｃｕｒｒｅｎｔｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｅａｃｈｉｎｇ，ｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｅｐｔｈｉｎｑｕｉｒｙ．ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ随着科技的不断发展与进步，虚拟现实技术在教学中得到应用，它能够创造逼真的学习场景，具有良好的交互性，符合实践教学中对学习环境建构、提升学生独立探究能力的需求。１等技术，产生三维立体空间的交互场景，通过包括键盘、鼠标和力矩球等各种输入设备操纵虚拟世界，实现与虚拟世界的交互。该系统属于实用型，技术简单且成本低廉。（２）沉浸式虚拟现实系统。此种系统提供完全沉浸的体验，它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，帮助参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。该系统属于理想型，效果逼真但价格高昂。（３）共享式虚拟现实系统，也称分布式虚拟现实系统。它是一种基于网络连接的虚拟现实系统。它将多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，从而使虚拟用户达到一个更高的境界。该系统属于优越性，成效显著且易于操作。１．３虚拟现实技术的特性沉浸、交互和构想是虚拟现实技术的３大特性：沉浸是指用户的各种感觉器官在计算机产生的三维虚拟环境中置身其中，有身临其境感；交互是指用户能够使用多种传感器与多维化信息的虚拟环境发生交互作用，由使用者状态的改变而使虚拟环境也发生相应的转变；构想主要是指用户的感觉器官在接受刺激之后，结合自身固有的知识经验产生有创意的、幻觉性虚拟现实技术简介１．１虚拟现实技术的涵义虚拟现实技术，是以计算机技术为主，融合了计算机三维图形、模拟、传感、人机界面、显示等多种学科技术。生成一个逼真的三维世界，向用户提供具有视觉、听觉和触觉等感知功能，使用者可以自己的视点为主，对虚拟世界中的物体进行浏览和交互汇，从而亲身体验沉浸虚拟空间中的感受…。１．２虚拟现实技术的分类按照虚拟现实技术创建系统的功能和实现方式的不同，可以将其分为３种类型：桌面式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统和共享式虚拟现实系统拉１。（１）桌面式虚拟现实系统。该系统利用个人计算机或触及图形工作站等设备，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用立体图形、自然交互收稿日期：２０１０．０８—０７作者简介：韩勇（１９８０一），男，硕士研究生，讲师。研究方向：多媒体技术。１２２万方数据韩勇：虚拟现实技术在实践教学中的应用的对环境的设想。２虚拟现实技术在实践教学中应用的优势虚拟现实技术所具有逼真、共享的优势能形象生动地表现教学内容、优化教学过程，有效提高学生的学习效率和教师的教学质量，具有以下几个方面优势＂１－（１）培养学生独立的思维探索能力。虚拟现实技术与传统的教师授课、学生听课的教学模式最根本的区别就在于可以最大限度地发挥学生的学习主动性。即通过刺激学生的多种感官，使学生融于教师授课的情境之中，仿佛置身其内，并依据自身的实际情况对所学内容进行联想、想象，给予感性和理性的认识与理解，开导学生思维的流畅性、变通性和精细性，为培养学生的发散思维提供了丰富的资源和便利的空间。（２）彻底打破时空限制。在现实生活中，每个人不可能经历所有情境，也不可能使情景时刻存在等待我们去感受，它受时间和空间、特定地理环境、时代背景的限制。因此，在实践教学的过程中，采用虚拟现实技术可以打破时间和空间的限制，模拟还原某个情境或者场景，使某种情节既合乎理论又生动形象的展现出来，也可以放大时间，把一瞬间结束的事件慢慢展现在学生面前，学生感同身受，能深刻体会该事件的内涵。（３）弥补教学条件的不足。利用虚拟现实技术，可以解决学校普遍存在的实验设备不足、型号落后，教学经费场地缺乏，难以跟上科技发展速度等方面的不足，并将有助于解决不可视、不可摸、不可入、危险性场所或真实实验操作所带来的各种危险问题，使学生可试做各种各样的实验，获得与真实体验近乎一样的感受，加深对教学内容的理解。３虚拟现实技术在实践教学中的应用形式（１）虚拟校园。虚拟校园是指从因特网、虚拟现实技术、网上虚拟社区和３Ｓ技术的发展角度，对现实校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，是基于现实校园的一个三维虚拟环境，用于支持对现实校园的资源管理、环境规划和学校发展。（２）虚拟实验教学。虚拟实验教学是指因教学条件有限等原因无法正常进行的实验，依据虚拟现实技术的相关原理构建的一个虚拟实验环境，学习者通过视频窗口观察实验过程，了解实验结果。（３）虚拟技能培训。虚拟技能培训是指利用虚拟万方数据现实技术和计算机多媒体技术，创造一个接近真实的训练环境，使学习者身处其中，自己动手操纵仪器，获得操作经验，掌握实践能力。利用虚拟现实技术可以克服天气、场地、器械、经费等各种条件的限制，使这种专业技能培训更加安全，且成本较低，可以循环反复操作，适合大范围推广。４虚拟现实技术目前在应用中存在的问题虚拟现实技术具有不可复制的优点，但它是与时代发展、与科技进步、与人文素质有密不可分的联系，所以虽然该技术非常优越，但基于现实条件，在实际操作中仍存在一些问题：（１）相关硬件设备没有到位。一方面由于目前虚拟现实系统应用的相关设备价格昂贵，局限性大。另一方面这些设备在使用时难以达到虚拟现实系统所需的要求，沉浸效果有待改进，因此，限制了设备的推广使用。（２）软件开发技术亟待提高。多数虚拟现实系统软件存在语言专业性较强、通用性较差、易用性差等缺点，因此软件所能实现的效果逼真度、自然交互性不够、许多算法及相关理论与技术有待解决。（３）教师人员观念急需改变。因虚拟现实系统要求教师具有熟练的多媒体操作水平和现代教育理念，以适应现代化教学的需要。（４）学生整体素质参差不齐。虚拟现实系统的主体使用者是学生，他们的学识水平、技术能力、理解力、自控力直接决定了操作该系统的实际使用效果的差异，造成了对虚拟现实系统的偏颇理解。５结束语总之，虚拟现实系统是一个充满活力，并具有广泛应用前景的新领域，虚拟现实应用于教学，是教育技术发展的一个飞跃。它能够营造“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式，过渡到学习者通过自身与信息环境的相互作用掌握知识、技能的新型学习方式。参考文献［１］李峰，郭杰锋．虚拟现实在实验教学中的应用［Ｊ］．科技资讯，２００９（８）：１８９．［２］付长亮．虚拟现实技术简介［Ｊ］．信息与电脑：理论版，２００９（１１）：６０—６１．［３］姬洪强．浅谈虚拟现实技术在学科教学中的应用［Ｊ］．中国现代教育装备，２００８（３）：４６—４７．１２３