淺談虛擬現實技術在教學中的應用

摘 要：本文簡單論述了虛擬現實技術在輔助教學方面的應用，并對今后虛擬現實技術在教學中的應用進行了展望。

關鍵詞：虛擬現實；輔助教學；三維；人機交互

計算機技術的發展和普及給我們的生活帶來了巨大改變，步入信息網絡時代，人類的交流進入新的領域。從文字發展到圖像，從平面圖像發展到3D環境的虛擬現實（VRML）。計算機技術的發展又給我們的教育帶來了什么？

近年來，隨著多媒體技術走進課堂，大量現代化的媒體形式在教學中應用，對課堂教學方法、教學形式產生了日益顯著的影響，CAI（計算機輔助教學）概念也逐漸為人所熟識，現代教學媒體已成為傳播教育信息的重要工具。今天，3D虛擬現實技術的出現和應用則將為今后的教學形式帶來前所未有的沖擊。

1 虛擬現實技術簡介

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。

自20世紀80年代末以來，虛擬現實技術作為一個完整的體系受到人們極大關注，成為一種新技術、新媒體，尤其最近幾年發展極為迅速，并在各個領域中發揮出重要的作用。

隨著虛擬現實技術在軍事、商業、醫療、科學研究及其產品制造等領域內的應用，其應用發展前景十分誘人，在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術?？梢韵嘈?，隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，更多的應用系統將會被開發出來，在更多的領域發揮其優勢。

2 虛擬現實技術在教學方面的應用

現今的教學方式，不再是單純的依靠書本、教師授課的形式。CAI的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多方面。在表現一些空間立體化、實踐性較強的知識，如模擬設備的組成結構、機械運動時，三維模擬的展現形式必然使學習過程形象話，學生更容易接受和掌握。

通過虛擬現實技術可以開發出滿足某方面教學需要的模擬教學系統，虛擬現實場景，實現和實際相應的動畫效果，并可輸入實際操作數據，模擬真實的指令并及時反饋信息，達到人機交互、模擬實際操作的目的。三維性和交互性是虛擬現實技術顯著的本質特征。通過應用該技術，用戶可以瀏覽以三維形式表現的物體，并對其進行交互性操作以體驗身臨其境的奇妙感受。以軍隊院校教學為例，特別是對于部隊院校一些武器裝備組成、操作等教學方面，使用虛擬現實技術模擬真實的武器操作，能夠展現出武器的各部分組成，加上互動操作，演示武器部件的功能和實際操作模擬，更能夠在課余時間幫助學員熟悉和熟練武器的使用和操作流程，打破了時間上的限制。

虛擬現實技術在輔助軍隊教學方面突出特點：

⑴三維立體感：使用虛擬現實技術制作軍隊輔助教學軟件，可以增強相關環境、武器裝備組成等的三維展示效果，學員可以隨同鼠標、鍵盤前后上下左右展示模擬演練環境的各種角度，可以在任意的地理環境中進行演練，進行多角度觀查，沒有任何死角，打破了空間上的限制。

⑵環境真實感：使用虛擬現實技術制作軍隊輔助教學軟件，可以模擬白天、黑夜、風雨天等各種自然環境，在裝備操作教學方面，可以真實再現特殊天氣條件對武器裝備使用時的影響，讓學員對實操課程中的特殊情況有更加深刻的認識和體會。

⑶增強體驗感：使用虛擬現實技術制作軍隊輔助教學軟件，讓原本單一的課堂教學更加生動，讓學員感覺身臨其境，增強學員參與感，提高學習效率，促進理論知識與實際操作相結合，提高學員對所學知識的理解消化，并能針對系統模擬的特殊情況進行了解分析，形成指導實戰的知識歸納總結。

將虛擬現實技術應用于教學，能夠使學生由知識的被動接受者變成了虛擬環境中的參與者，可以調動學生的學習積極性，帶給學生體驗式學習的愉悅經歷。因此，虛擬現實技術在高等學校教學，尤其是實踐教學環節中具有廣闊的應用前景。

3 虛擬現實技術在教學方面的應用遇到的具體問題

虛擬現實技術在輔助教學方面的積極性作用是毋庸置疑的，這為虛擬現實提供了廣闊的應用前景，也在實際研究過程中遇到了許多問題。

⑴虛擬現實技術要求高：虛擬現實是一項綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等領域，該技術集成了計算機圖形（CG）技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。涉及領域多，知識更新發展快，這對虛擬現實技術在教學方面的應用開發者提出了很高的專業要求，一般授課教員無法按照各自課程需求獨自完成虛擬現實技術軟件制作，必須轉而求助相應學科專業人員開發研究相關教學應用軟件。

⑵三維數據要求高：為使虛擬環境與客觀世界相一致，需要對其中種類繁多、構形復雜的信息做出準確、完備的描述，必須要有教學人員根據教學實際需求出發收集。同時，需要研究高效的建模方法，重建其演化規律以及虛擬對象之間的各種相互關系與相互作用，這同時也要有專業技術開發人員根據建模需要指導數據收集，這些數據十分龐大，需要耗費大量精力進行數據的采集、整理、組織，以求更加真實的模擬場景。

⑶計算機硬件要求高：虛擬現實技術應用的硬件條件太過苛刻，圖形生成是虛擬現實的重要瓶頸，虛擬現實最重要的特性是人可以在隨意變化的交互控制下感受到場景的動態特性，換句話說，虛擬現實系統要求隨著人的活動（位置、方向的變化）即時生成相應的圖形畫面，三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是怎樣“實時生成”，任何一臺計算機，按照目前的虛擬現實技術，都不可能把一個無限大的場景裝載進去.

針對以上虛擬現實技術在教學中的應用研究中遇到的問題，只能通過組織專業技術人員集中開發，并在開發過程中不斷提高研究人員的專業知識，緊貼教學實際需求，在實踐中搜集準確數據，力求真實模擬環境，并通過對大場景模型拆分、動態下載和動態調度等方法，克服計算機硬件的瓶頸限制，開發出符合實際需要的教學用虛擬現實軟件。

4 結論

虛擬現實技術在教學中的應用仍是一個富有挑戰性的現實應用問題，廣大教育工作者和技術開發人員也都在研究解決虛擬現實技術在教學中的應用問題，相信隨著計算機技術和交互技術的發展，虛擬現實技術會在教育教學方面更多得應用和發展。

[參考文獻]

[1]鄭彥平，賀鈞.虛擬現實技術的應用現狀及發展[J].信息技術，2005.

作者簡介：王月蓉（1985.3-），女，陜西寶雞人，從事工作：信息技術教學與科研（信息技術教研室助教），研究方向：數據庫及圖形圖像處理。