淺析虛擬現實技術在教學中的運用

耿　彧

[摘要]在教學中運用虛擬現實技術不但能有效的提高教學效果，激發學生的學習興趣，而且還能提升教學過程中的科技含量。闡述虛擬現實技術在教學中的重要作用，重點探討在各基礎學科中虛擬現實技術的運用。

[關鍵詞]虛擬現實技術 虛擬實驗室

中圖分類號：G43文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510123－01

一、引言

隨著計算機技術的飛速發展，虛擬現實技術已經從前沿的航天、軍事領域開始進入教育領域，并涉及高等教育的各個學科。計算機變成實驗臺，軟件變成儀器，網絡變成實驗室的虛擬現實技術能形象生動地表現各個學科的教學內容， 有效地營造隨技術發展的教學環境，提高教學質量。

二、虛擬現實技術概述

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及顯示技術，生成三維的虛擬環境，介入者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，或者帶上頭盔、數據手套等傳感設備進入虛擬環境，在虛擬環境中進行實時交互，并且能夠感知和操作虛擬環境中的各種對象，獲得身臨其境的感受和體驗。

虛擬現實技術具有沉浸感、交互性和想象力三個基本特征。在具體的教學實驗中，學生可以作為主角存在于虛擬環境中，對虛擬環境內的物體進行操作并從環境中得到自然的反饋，而且當學生沉浸在多維信息空間中時，能夠主動地獲取知識，尋求解答，形成新的概念。

虛擬現實技術以其諸多的優點決定了它在教育領域中的重要作用。一是避免真實實驗或操作所帶來的各種危險并降低真實實驗的實驗用品損耗；二是在虛擬實驗中可以獲得與真實實驗一樣的學習效果，還可根據實驗教學發展需求“引入”新設備，不斷對新設備進行擴展。三是徹底打破空間與時間的限制。總之，虛擬現實技術結合多媒體技術和計算機網絡，能提高實驗效果與效率，充分發揮教學優勢。

三、虛擬實驗室的實現

虛擬實驗室是由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。在虛擬實驗室中，學生能夠在計算機建立的三維的模擬實驗場景中從不同的視角觀察一個實驗對象，通過鼠標的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實驗對象之間的交互。

（一）仿真實驗

虛擬實驗室實際上就是數字化的仿真技術在實驗教學中的應用，一個真正的虛擬實驗教學系統的前臺是多媒體或是虛擬化的環境，后臺是實時仿真的過程。

目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構建虛擬實驗時，應根據具體需求，選擇合適的開發工具。如何將計算機仿真技術與虛擬化的儀器或多媒體環境有機的結合起來是虛擬實驗室建立的關鍵和核心技術。

（二）支持技術

目前國內外對虛擬實驗室的開發大致采用以下幾種方法 ：

1．使用JAVA+VRML進行開發。Java目前已經成為跨平臺應用軟件開發的一種規范，主要討論對象行為。VRML 是一種虛擬現實建模語言，著重于虛擬場景中對象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實現較復雜動態場景控制等高級交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現實的虛擬實驗在制作上較復雜，客戶端需要有大量的專業的設備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運行VRML對客戶端計算機的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件進行開發。ActiveX技術是Microsoft為適應網絡發展的需要而將OLE技術在Internet上的重定義。在虛擬實驗室的開發過程中，代碼復用性對于持續開發過程尤為重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規范的開發工具來進行ActiveX控件的開發。由于ActiveX控件只能運行在基于Microsoft Windows的操作系統，因而移植性和通用性較差。

3．使用QuickTime VR進行開發。QuickTime VR（簡稱QTVR）是新一代的、基于靜態圖像處理的實景建模的虛擬現實技術。QTVR可以應用照片、錄像或數字圖像等離散數據來創建虛擬環境，完成三維空間及三維物體的造型，并實現全方位觀察。具有更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節特征。QTVR制作簡單、周期較短、可控性也很強，對開發一些簡單的網絡實驗教學軟件的難度不大。

4．使用FLASH進行開發。FLASH是一種基于矢量的圖形系統，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點。而且Flash中的工作組功能極為強大，包含一套新的工作流程，可自動更新Flash網站的數據驅動，從而大大節約了開發者的時間。因此，FlashActionScript是網上教學虛擬實驗室開發的最佳平臺。

（三）功能模塊設計

無論建設哪個學科的虛擬實驗系統，從功能模塊上均可劃分為三個部分。

1．網絡服務。用戶可通過網絡注冊個人信息并經過驗證后登錄虛擬實驗系統。登錄該系統后學生可自主選擇將要進行的實驗，并根據實際需要獲得相關的指導。

2．仿真實驗。采用計算機仿真技術來構建實驗模型，設計出用于測試的虛擬儀器設備、實驗線路或回路、實驗元器件或構件庫、判別實驗效果的評價標準等。用戶選擇相關的仿真實驗以后，根據提示進行相關的操作，觀察實驗現象并記錄實驗結果。

3．數據庫。為虛擬實驗系統提供相關的數據服務。維護虛擬實驗系統的數據信息及用戶的相關權限，為仿真實驗提供支持。

四、結束語

如何將虛擬現實技術很好地運用于教學中是目前教育領域發展的一個新熱點。虛擬現實技術在教學中具有廣闊的應用和發展前景。虛擬實驗的普及能更好的提高教學效率，優化教學過程，達到更好的教學效果。

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作者簡介：

耿彧，碩士，遼寧醫學院計算機教研室，講師，研究方向：計算機教育。