劉繼清

（江漢大學(xué)人工智能學(xué)院，湖北 武漢 430010）

VR技術(shù)具有沉浸性、多感知性、交互性、想象性四個特征，能夠模擬真實實驗不具備的環(huán)境，或?qū)崿F(xiàn)難以完成的教學(xué)功能和實訓(xùn)，降低成本，因此在教育領(lǐng)域有突出地位和廣泛的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實在教育領(lǐng)域的具體應(yīng)用，主要體現(xiàn)在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬實驗室、虛擬實訓(xùn)基地、虛擬仿真校園、虛擬遠程教育等方面。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供了可視化的模型或模擬器，這些作為教育教學(xué)的輔助工具促進了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。同時，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以構(gòu)建沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境系統(tǒng)，為學(xué)習(xí)者提供視覺、聽覺、觸覺等多感官體驗的互動方式，既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，又能使教育教學(xué)達到事半功倍的效果。

1 VR技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，又稱VR技術(shù)。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展進步非常快的，從20世紀80年代至今，研究成果一直在不斷進步。目前該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

1.2 國內(nèi)VR技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

受限于高昂的成本和使用費用，國內(nèi)對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究起步較晚，在我國VR研究與技術(shù)與世界發(fā)達國家之間研制和技術(shù)領(lǐng)域存在一定差距。隨著計算機技術(shù)等先進技術(shù)的飛速發(fā)展，該技術(shù)在我國各個不同領(lǐng)域都得到了重視，拓展了VR技術(shù)研究的深度。科學(xué)技術(shù)委員會和國防部已將VR技術(shù)作為核心研究項目。近年來，中國許多的大學(xué)和研究機構(gòu)也在虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面取得了一些特別的研究成果，中國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)由此進入了快速發(fā)展的階段。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)場景研究

2.1 利用VR技術(shù)，創(chuàng)建一個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，進行知識學(xué)習(xí)

VR教育，并改變方式講授抽象的理論課程和實踐訓(xùn)練，VR 技術(shù)給學(xué)生提供一個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，在教學(xué)中，學(xué)生對虛擬現(xiàn)實技術(shù)所表達的教學(xué)內(nèi)容進行交互, 從而學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)表達教學(xué)內(nèi)容可以使學(xué)生在瀏覽器中觀察到在現(xiàn)實生活中不能或不易觀察到的現(xiàn)象或事物 ,并提供了極為自然的理想觀察模式。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可以接近并加深對理論知識的理解。一個特殊的經(jīng)驗以改善學(xué)習(xí)環(huán)境，并增加互動作用，使學(xué)習(xí)更有趣，增加感官刺激，你可以模擬相關(guān)的自然和社會環(huán)境，讓學(xué)生通過時間和空間，模擬環(huán)境之間的互動，快速獲取相關(guān)專業(yè)知識。

例如：將VR技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)教育中，使醫(yī)生可以虛擬手術(shù)中感受視覺和觸覺的雙重體驗，從而提高了經(jīng)驗。

2.2 利用VR技術(shù)，建立虛擬實驗室

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將合適的實驗在網(wǎng)上虛擬實驗室中表達出來，并由學(xué)生在這些虛擬實驗室中完成實驗。這樣可以完成不易觀察的、有危險的或費用高的實驗，提高多媒體教學(xué)中實驗課的效率。

例如：外科手術(shù)方面?？梢岳肰R技術(shù)，模擬一個虛擬的手術(shù)室實驗環(huán)境，外科醫(yī)生可在其中熟悉各種手術(shù)工具或進行一些精密手術(shù)的訓(xùn)練，降低因失誤而造成手術(shù)失敗概率。

2.3 利用VR技術(shù)，進行技能培訓(xùn)

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)可實現(xiàn)在逼真的虛擬環(huán)境中以自然的方式進行交互，所以它非常適于進行技能培訓(xùn)，使學(xué)習(xí)者在接近真實的環(huán)境中更易于掌握相應(yīng)的技能。利用VR技術(shù)，在虛擬環(huán)境中進行有關(guān)三維空間位置、變形、時間順序、顏色紋理及音視頻等方面的交互，從而可進行與這些內(nèi)容相關(guān)的技能培訓(xùn)。

例如：將VR應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域中，其最核心的價值體現(xiàn)在臨床操作。傳統(tǒng)的醫(yī)療培訓(xùn)給與學(xué)員的實踐機會很少，較高的成本和稀缺的資源是長期以來限制臨床培訓(xùn)的主要原因。而VR技術(shù)通過計算機仿真，讓學(xué)員可以在沉浸式的虛擬環(huán)境中進行實踐學(xué)習(xí)，積累復(fù)雜的臨床經(jīng)驗。如：解剖學(xué)方面。復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)很難用課本或3D的教學(xué)資源來闡述清晰。實踐階段，學(xué)生常常通過解剖被福爾馬林長期浸泡過的尸體來學(xué)習(xí)這門課程。一方面，許多學(xué)生反映難以忍受刺鼻的味道；另一方面，尸體資源相當(dāng)珍貴，不能滿足每個學(xué)員的需要?？梢岳肰R技術(shù)，模擬解剖全過程，讓學(xué)員地成本的反復(fù)訓(xùn)練，達到訓(xùn)練目標(biāo)。

2.4 利用VR技術(shù)，建立虛擬仿真校園

目前，許多高校都使用這種技術(shù)來模擬校園環(huán)境，通過3D全景虛擬校園建立完整的現(xiàn)實生活校環(huán)境，校園網(wǎng)絡(luò)等，達到宣傳學(xué)校的目的，促進學(xué)校的發(fā)展。虛擬校園的成功建設(shè)對于大學(xué)展示校園，擴大招生，改善就業(yè)具有重要意義。也為人們了解學(xué)校環(huán)境提供了更直接方便的方法。在虛擬仿真校園建成之后，學(xué)校的宣傳方式除了傳統(tǒng)的文字，圖片等方式之外，還可以讓用戶通過網(wǎng)絡(luò)等手段了解學(xué)校的相關(guān)情況和大致的環(huán)境。虛擬仿真校園有很多好處，如學(xué)生可以在短時間內(nèi)熟悉校園環(huán)境；將學(xué)校的環(huán)境更好的展示給更多的人，向全國各地的學(xué)生宣傳學(xué)校；促進學(xué)校信息化建設(shè)快速發(fā)展，促使校園文化和校園外觀完善。

2.5 利用VR技術(shù)，建立虛擬遠程教育

把教育資源，包括教師資源和學(xué)習(xí)資源，整合到云端里。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助3D技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境一員，進行實時交互，感知和操作虛擬現(xiàn)實世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。這對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，專注性將起到積極的作用，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效率也將有很大的改善。

3 結(jié)論

VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是情景學(xué)習(xí)理論革新式的實踐，不僅豐富了教學(xué)手法和內(nèi)容，更有效地提高了學(xué)習(xí)效率。但是，VR技術(shù)在教育領(lǐng)用的應(yīng)用，還存在很多待解決的問題，比如：性價比問題。由于VR設(shè)備價格高，目前VR依然只能滿足小眾需求，存在價格和性能兩難的局面。通常價格高的產(chǎn)品，同時，VR內(nèi)容建設(shè)還有待進一步加強，目前VR在教育領(lǐng)域多數(shù)的應(yīng)用依然停留在VR技術(shù)層面，和內(nèi)容不匹配。VR技術(shù)只是一種新的學(xué)習(xí)輔助手段，學(xué)習(xí)內(nèi)容才是教學(xué)根本，過多的虛擬功能、場景、感官體驗反而分散了學(xué)習(xí)者的注意力。因此，我們要正確地辯證地處理好VR技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)系，合理的使用VR技術(shù)，不搞一刀切，一窩蜂上的勞民傷財?shù)男蜗蠊こ獭?/p>