淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應用

王建華 吳華 郭川 王彥峰

摘 要：隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)的不斷提升，綜合運用前沿新技術(shù)，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)的在教育中的應用日趨廣泛和深入。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被公認為是二十一世紀重要的發(fā)展學科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；教育

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，強大的軟件平臺和日益更新的硬件設(shè)備，推動著計算能力、高清圖像處理能力和顯示技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷提升。通過綜合應用計算機視覺技術(shù)、可穿戴移動計算技術(shù)、人機交互技術(shù)、人工智能技術(shù)等等前沿新技術(shù)，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)重新回到科技界的視線內(nèi)，并迅速成為一個新熱點。通過虛擬技術(shù)，使參與者在虛擬環(huán)境中進退自如的自由交互，并沉浸其中，充分發(fā)揮了人在虛擬系統(tǒng)中的主導作用，實現(xiàn)了人機交互內(nèi)容和方式的革新。如今虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個行業(yè)中被廣泛應用，在實際的應用過程中使用者都對虛擬技術(shù)所帶來的體驗和使用效果給予了充分的肯定，同時也提出不斷改進的期望。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實（virtual Reality，VR）作為一種綜合計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學技術(shù)而發(fā)展起來的計算機領(lǐng)域的新技術(shù)，目前所涉及的研究應用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、醫(yī)學、心理學、教育、科研、商業(yè)、影視、娛樂、制造業(yè)、工程訓練等。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。VR技術(shù)已經(jīng)被公認為是21世紀重要的發(fā)展學科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特色

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在信息化教學和訓練中應用的最大特色是新型的人機交互。

1.2.1人機交互的特點

（1）改變了人機接口的內(nèi)容。提供“環(huán)境”，不是傳輸“數(shù)據(jù)，信息”。

（2）改變了人機接口的形式。操作者由視覺，聽覺，力覺感知環(huán)境，由自然的動作操作環(huán)境。不是通過屏幕，鍵盤，鼠標和計算機交互。

（3）改變了人機接口的效果。逼真的感知和自然的動作.使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺。

1.2.2人機交互作用

一是通過視覺通道、聽覺通道、觸覺通道、運動接口和其他接口，給人類操作者提供環(huán)境信息。二是通過位置跟蹤和映射、語音識別等技術(shù)，感覺人類操作者的動作和響應。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育和培訓中的應用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在很多領(lǐng)域都有應用，通過其特有的視覺、聽覺、觸覺等感受到的虛擬環(huán)境，來做出判斷和響應。虛擬現(xiàn)實應用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍，在教育領(lǐng)域中，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)品作為一種新的學習工具，一方面可以使學習者從逼真的虛擬假想空間中獲取真實世界中得不到的或難以得到的經(jīng)驗和感受，另一方面也使教師等教育工作者逐漸養(yǎng)成用數(shù)字時代的思維方式去教育學生的行為方式與習慣。

在教育領(lǐng)域的實踐中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應用大致可以分為一些幾個方面：

（1）模擬訓練

通過相應的三維訓練環(huán)境圖形圖像庫，包括訓練的背景、占地場景、各種訓練設(shè)備和訓練人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、逼近真實的立體訓練環(huán)境，以增強其臨場感覺，提高訓練質(zhì)量。例如：在虛擬的飛機駕駛訓練系統(tǒng)中，學員可以反復操縱控制設(shè)備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機就起飛，降落，通過反復訓練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。

（2）虛擬教學環(huán)境

在數(shù)字化時代下，虛擬教學環(huán)境不僅實現(xiàn)了為學生提供豐富、逼真的學習環(huán)境，快速查詢獲取相關(guān)的資源，而且也代表著數(shù)字化時代下學習環(huán)境的創(chuàng)新發(fā)展潮流，能夠跨越空間、時間的界限，及時準確傳遞知識，具有更好的經(jīng)濟性。例如：中國科技大學研究室研制的“幾何光學實驗設(shè)計平臺”是我國第一個虛擬教學軟件；北京航天航空大學針對分布式飛行采用虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計采用虛擬教學技術(shù)等，虛擬教學環(huán)境越來越被廣泛的應用。

（3）虛擬實驗室

利于虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以搭建各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學等實驗室，在實驗室里學生可以大膽地做各種實驗。比如在虛擬的地理實驗室里，可以做地震、火山噴發(fā)等實驗，感受地震和火山噴發(fā)帶我們的那種震撼；在虛擬物理實驗室里，學生可以做重力、慣性等實驗，了解重力對慣性秤的影響、重力與慣性秤的振動周期的關(guān)系；在虛擬的化學實驗室里，可以利用各種化學藥品、溫度計等工具，做各種不同的化學反應，觀察燃燒、爆炸等反應現(xiàn)象，近距離的觀察各種反應現(xiàn)象。

3總結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是本世紀發(fā)展的重要技術(shù)之一，并改變了人們的思維方式，改變了人們對世界、空間和時間的看法，是一項具有深遠發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)，也是具有廣泛應用的新技術(shù)，虛擬作為一個新型的教學媒體，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會在教學過程中廣泛應用并發(fā)揮重要作用，同時給我們的未來生活帶來翻天覆地的變化。

參考文獻

[1]《桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應用》，賈晶晶，2008

[2]《虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育應用的潛力、進展與挑戰(zhàn)》，劉德建，2016

[3]《虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應用》李長山，2006