利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提升遠程教育效果初探

孫偉強 宋巍

遼寧廣播電視大學(xué)（ 沈陽 110034 ）

0 引言

現(xiàn)代遠程教育中，存在諸多影響教學(xué)效果的因素，其中最主要的因素之一就是缺乏交互作用。在遠程教育的實踐中，人們越來越感到，要抑制和減少遠程教育形式的固有弱點、保證遠程教育的質(zhì)量，必須加強實施現(xiàn)代遠程教育的交互手段，充分發(fā)揮交互作用的特點及其在遠程教學(xué)中運用的優(yōu)勢，這樣，對現(xiàn)代遠程教育中的交互作用進行廣泛而深入的研究，就自然而然提到議事日程上來了。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，遠程教育中能夠運用的以信息技術(shù)為依托的交互方式有很多，例如：Internet網(wǎng)絡(luò)、視頻會議系統(tǒng)、交互式電視等。但是這些交互方式還是過于傳統(tǒng)，而且，在教學(xué)效果上做不到身臨其境，教學(xué)效果也就不能充分發(fā)揮。

要充分提升遠程教學(xué)教育效果，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是最好的解決之道。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），簡稱 VR技術(shù)、靈境技術(shù)或、幻真技術(shù)，它實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統(tǒng)。此種虛擬世界由計算機生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界,并通過頭盔顯示器（HMD）、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，提供用戶一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。VR技術(shù)是計算機技術(shù)、計算機圖形學(xué)、計算機視覺、視覺生理學(xué)、視覺心理學(xué)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、軟件工程、語音識別與合成技術(shù)、人機接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)集成之結(jié)晶。其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐。它同時具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使人們能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多維化信息環(huán)境。

1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)特征

虛擬現(xiàn)實硬件主要由專業(yè)計算機、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入設(shè)備和演示設(shè)備等組成,虛擬現(xiàn)實是離不開硬件的支持的，只有在硬件的輔助上才能將虛擬現(xiàn)實的優(yōu)越性最大程度的發(fā)揮出來. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征之一就是人機之間的交互性.為了實現(xiàn)人機之間的充分交換信息，必須設(shè)計特殊輸入和演示設(shè)備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實現(xiàn)真正生動的交互效果。不同的項目可以根據(jù)實際的應(yīng)用可以有選擇的使用這些工具，主要包括：立體投影、立體眼鏡、頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數(shù)據(jù)手套、3D立體顯示器、三維空間交互球、多通道環(huán)幕系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實產(chǎn)生的視覺形式可分為平面型、桌面型、立體型三類。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下重要特征。

多感知性：在虛擬世界中可具有視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動感，甚至還包括味覺、嗅覺。

沉浸感：用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。

交互性： 用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。

自主性： 在虛擬環(huán)境中物體反映一般規(guī)律的真實程度和用戶在虛擬環(huán)境中應(yīng)遵循的一般準則。

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際應(yīng)用已經(jīng)展開，具體包括虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在娛樂、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在軍事與航天工業(yè)的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在房產(chǎn)開發(fā)中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在工業(yè)仿真中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在軍事模擬中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在文物古跡中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在游戲中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在 Web3d/產(chǎn)品/靜物展示中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在道路橋梁中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在地理中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在虛擬演播室中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用。

2 遠程教育中虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用模型

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成模型如圖1所示。

圖1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成模型

通過對遠程教育中虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用特殊性的分析，給出了如圖2的應(yīng)用模型

圖2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遠程教育應(yīng)用模型

圖2中，每個學(xué)生使用的客戶端都是一個獨立的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其組成與圖1中虛線內(nèi)部分相同。

教師授課系統(tǒng)通過虛擬現(xiàn)實服務(wù)器上的應(yīng)用代理與虛擬現(xiàn)實客戶端進行通信。

學(xué)生在虛擬現(xiàn)實客戶端上進行操作過程中形成的模擬數(shù)據(jù)上傳到虛擬現(xiàn)實服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，以供教師遠程調(diào)閱，教師可根據(jù)調(diào)閱的數(shù)據(jù)進行同步或者異步的指導(dǎo)。

教師可以通過遠程通信的方式在虛擬現(xiàn)實服務(wù)器上為學(xué)生指定虛擬操作的內(nèi)容供學(xué)生在尋你客戶端進行操作。

教師可以在授課系統(tǒng)上進行虛擬演示，演示過程上傳至虛擬現(xiàn)實服務(wù)器并間接在學(xué)生虛擬現(xiàn)實客戶端進行直播，教師可以在操作的時候進行同步解說。

3 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為參加遠程教育的學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)壞境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，這對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點、難點，培養(yǎng)學(xué)生的技能，強化教學(xué)過程的互動都將起到積極的作用。

[1]楊榮.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成及技術(shù).咸寧學(xué)院學(xué)報,2007.27(3).

[2]李春玲,周振軍.虛擬教學(xué)技術(shù)教學(xué)應(yīng)用分析.石家莊學(xué)院學(xué)報,2005.7(3).

[3]楊世軍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在遠程教育中的應(yīng)用.三峽大學(xué)學(xué)報, 2009.31.