虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用初探

摘要: 本文闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用及意義，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用的現(xiàn)狀，分析總結(jié)了虛擬現(xiàn)實(shí)在教育應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了若干建議，最后展望了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞: 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育應(yīng)用建議展望

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是以交互性、沉浸性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面，是迅速發(fā)展的一項(xiàng)綜合性計(jì)算機(jī)、圖形交互技術(shù)。與傳統(tǒng)教育技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可取得良好的教學(xué)效果。虛擬現(xiàn)實(shí)與教育相結(jié)合，一定會(huì)在教育領(lǐng)域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍，然而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中還沒(méi)有被廣泛得到應(yīng)用。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用及意義

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它是一種為學(xué)習(xí)者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。其主要應(yīng)用[1]有:虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬課堂、虛擬圖書(shū)館、虛擬校園、虛擬演播室、虛擬遠(yuǎn)程教育。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬的事物和環(huán)境真實(shí)而生動(dòng)，并且提供多樣化的自然交互途徑和會(huì)話手段，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并有助于激發(fā)人的形象思維和研究性思維，從而深化概念和建造新的構(gòu)想與創(chuàng)意，因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)用于教育可大大提高教學(xué)效果。同時(shí)，現(xiàn)實(shí)教學(xué)經(jīng)常會(huì)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等的限制，或者存在一些在一般教學(xué)環(huán)境下無(wú)法顯現(xiàn)的事物與現(xiàn)象。引進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，我們可以立足于有限的設(shè)備資金投入，更多地依靠軟件和智慧，有針對(duì)性地開(kāi)展各種模擬實(shí)驗(yàn)或虛擬教學(xué)。另外，在教育領(lǐng)域的Web站點(diǎn)上，虛擬教師、虛擬考場(chǎng)等新興的教育形式也將不可避免地出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，并以它們接近真實(shí)并高于真實(shí)的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的教育領(lǐng)域中占有一席之地。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育和培訓(xùn)領(lǐng)域方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育應(yīng)用中的現(xiàn)狀分析

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)許多高校都建立了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展了虛擬現(xiàn)實(shí)方面的研究工作。其中北京航空航天大學(xué)就建立了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)國(guó)家教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江大學(xué)也有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和圖形學(xué)(CAD/CG)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，其他高校如清華大學(xué)、西安交通大學(xué)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感和立體現(xiàn)實(shí)技術(shù)也都進(jìn)行了廣泛的研究，使得我國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)理論研究方面碩果累累。

但在國(guó)內(nèi)的教育領(lǐng)域的應(yīng)用方面，全浸入式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)基本沒(méi)有，大多集中在OPENGL和VRML開(kāi)發(fā)一些規(guī)模不太大的應(yīng)用，應(yīng)用平臺(tái)也以PC機(jī)為主。[2]因此，我國(guó)高校在虛擬現(xiàn)實(shí)這一領(lǐng)域，大部分都停留在技術(shù)研究上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還沒(méi)有在教育中得到真正的推廣和普及。

2.2問(wèn)題分析

我們可以看到，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)盡管發(fā)展前景廣闊，但作為一門(mén)新興的科學(xué)，目前尚有諸多因素限制它在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這些因素主要是:

(1)實(shí)驗(yàn)效果有待加強(qiáng)。從虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)效果來(lái)說(shuō)，其可信度較差，是指對(duì)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境的可信度差。可信度不高具體原因表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①虛擬世界的表示側(cè)重幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型;②虛擬世界在感知方面，有關(guān)視覺(jué)合成研究多，聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)(力覺(jué))關(guān)注較少，真實(shí)性與實(shí)時(shí)性不足;③在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語(yǔ)音識(shí)別等人工智能方面的效果還遠(yuǎn)不能令人滿意。

(2)硬件環(huán)境的建立。這主要存在兩個(gè)方面問(wèn)題:第一是相關(guān)設(shè)備普遍存在使用不方便，效果不佳等情況，難以滿足虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的需求;第二是硬件設(shè)備品種有待進(jìn)一步擴(kuò)展。在改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備的同時(shí)，應(yīng)該加快新設(shè)備的研制工作。同時(shí)，針對(duì)不同的領(lǐng)域要開(kāi)發(fā)能滿足應(yīng)用要求的特殊硬件設(shè)備。

(3)實(shí)現(xiàn)成本問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備價(jià)格也比較昂貴，且這些設(shè)備局限性很大。如購(gòu)置一個(gè)三維鼠標(biāo)需數(shù)萬(wàn)元，建設(shè)CAVE系統(tǒng)的投資達(dá)百萬(wàn)以上;一個(gè)頭盔式顯示器一般達(dá)數(shù)萬(wàn)元。

3.幾點(diǎn)建議

(1)遵循“需求牽引、技術(shù)推動(dòng)”的原則。在教育需求的牽引下，重點(diǎn)研究核心技術(shù)，如動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)[4]、實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)、新型交互設(shè)備的研制、智能化語(yǔ)音虛擬現(xiàn)實(shí)建模等。只有把這些最關(guān)鍵、最需要解決的技術(shù)問(wèn)題攻克了，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展才能不斷邁上新臺(tái)階。

(2)注意虛實(shí)結(jié)合。在采用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，并不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬的實(shí)驗(yàn)，缺少“實(shí)物感”，正如在網(wǎng)上看書(shū)與拿真實(shí)的書(shū)看時(shí)，總會(huì)覺(jué)得真實(shí)的書(shū)更實(shí)在。因此，在具體實(shí)施中，應(yīng)該進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合。有目的地安排一些實(shí)驗(yàn)在真實(shí)環(huán)境中操作，這樣更能加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，提高實(shí)驗(yàn)的效果。

(3)關(guān)注國(guó)外發(fā)展，充分利用政策支持。我們要重視虛擬技術(shù)的研究，但不能關(guān)起門(mén)來(lái)搞研究，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注國(guó)外虛擬技術(shù)和理論的發(fā)展，并通過(guò)各種途徑與國(guó)外進(jìn)行交流，如訪學(xué)、參觀等。除此之外，還可以建立“虛擬團(tuán)隊(duì)”[3]。在虛擬團(tuán)隊(duì)中，其成員在空間分散，主要通過(guò)電子信息溝通技術(shù)(電子郵件、視頻會(huì)議等)協(xié)調(diào)工作。而且，新的溝通技術(shù)的發(fā)展，例如互聯(lián)網(wǎng)等，加速了這種趨勢(shì)。目前，虛擬團(tuán)隊(duì)已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，比如RD組織、客戶服務(wù)、科學(xué)研究等。

同時(shí)，作為一門(mén)新興科學(xué)，虛擬技術(shù)需要一個(gè)良好的發(fā)展環(huán)境。可喜的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》列為前沿技術(shù)——信息技術(shù)的三大主題之一，這無(wú)疑將為虛擬技術(shù)提供更多的發(fā)展空間和更好的發(fā)展環(huán)境。

4.展望

隨著與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相關(guān)科技的日趨成熟，來(lái)自各種領(lǐng)域的研究與應(yīng)用勢(shì)必不斷推陳出新，范圍也將不斷擴(kuò)大，這已是必然的趨勢(shì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的“明星”技術(shù)，它將使21世紀(jì)的教育與培訓(xùn)事業(yè)發(fā)生質(zhì)的變化。

參考文獻(xiàn):

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[2]葉愫，王昊鵬.教育中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)教學(xué)與教育信息化，2008，22(2).

[3]陳蓉泉，鄧靖松.虛擬團(tuán)隊(duì)的文化建構(gòu)[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2004，287(7).

[4]Pietro Murano，Dino Mackey.Usefulness of VRML building models in a direction finding context[J].Interacting with Computers，2007，(19):305-313.