虛擬現實技術在遠程教育平臺中的應用

韓桂明

（江蘇省鹽城市特殊教育中等專業學校，江蘇 鹽城 224002）

虛擬現實技術在遠程教育平臺中的應用

韓桂明

（江蘇省鹽城市特殊教育中等專業學校，江蘇 鹽城 224002）

本文研究了遠程教育平臺中虛擬現實技術的應用途徑以及VR M D EP的實現，提出構建VR M D EP的總體框架，設計虛擬同步與異步教學系統，構建模擬場景以實現用戶之間的交互。

遠程教育平臺；虛擬現實技術

1 虛擬現實技術的概述

傳統模式下，以Web為基礎的遠程教育平臺在發展歷程中遭遇了一些瓶頸和局限，因此必須要充分利用虛擬現實技術，生成更加真實的圖像與三維動畫，借此打造出科學有效的遠程教育平臺。

1.1 實物虛化技術

該技術指的是實際空間朝著多維信息化空間所投射的映像，其主要包含了基礎模型建設、空間追蹤、聲音定位、視覺追蹤以及視點感應等核心技術。通過這一系列技術可以構建具有真實感的模擬空間，使得用戶能夠在虛擬環境下進行數據操作。其中，基礎模型建設技術是計算機技術構建模擬環境的關鍵所在，能夠把現實世界中存在的對象重新組建于3D模擬的空間中，并且按照系統所需保留一部分物體的屬性。空間追蹤技術是利用頭盔顯示器、數據手套以及數據服裝等，在此類交互設備中安插空間傳感器，從而確定用戶的頭、四肢、軀干或其他部位在3D模擬空間中的具體方位。聲音定位技術是在模擬環境中進行聲音的追蹤。視覺追蹤及視點感應技術，主要使用從視頻錄像機至X-Y平面陣列，周圍光或追蹤光在圖像投影平面在不同時間段與不同方位上產生的影像，算出追蹤目標的所在位置。

1.2 虛物實化技術

所謂虛物實化技術，就是要讓用戶在模擬的空間中獲得如同現實當中一樣的視覺、聽覺、觸覺等感受，屬于感官認知類的核心技術。該技術之所以可以讓用戶產生較為真實的感官體驗，其關鍵在于不僅能使用戶得到視覺與聽覺的感知，還能讓用戶自主操控虛擬物品，從而在反作用力中生成力覺與觸覺的感受。

1.3 智能技術

該項技術可以構建一個用戶與計算機交互的空間。計算機需從用戶的不同語言、動作甚至表情中獲取對應的信息。如果需要準確分析這些信息，必須借助人工智能技術進行處理。目前智能接口領域正在探究相關問題，比如人的語音識別、自然語言分析、圖形圖像辨別、文字識別、多媒體技術虛擬顯示等。

2 遠程教育平臺中虛擬現實技術的應用途徑

2.1 構建VRMDEP的總體框架

VRMDEP是虛擬現實技術下現代遠程平臺的簡稱，其總體框架構建如圖1所示，采用MVC（Model-View-Controller)的實現模式，使用J2EE分布式架構，以此切合多用戶共同使用虛擬空間的需求。在客戶端，用戶可以用教師、學生、管理員這3類不同的身份登錄遠程教育平臺，并依據不同的身份享受不同的權限。用戶在模擬環境當中所產生的感受，可以經由替身（avatar）來呈現，這種替身屬于展示用戶身份的三維對象。在虛擬遠程教育平臺中，其結構主要包含了虛擬同步教學系統、虛擬異步教學系統以及通用管理這三個版塊。其中虛擬同步教學系統的功能是共享協同虛擬環境下的學習，虛擬異步教學系統的功能是模擬課程的開發以及模擬教務的管理，通用管理則負責視頻播放、網站運用、模擬空間管理等。當布置好開發環境之后，可運用以角色為基礎的訪問控制理論，即RBAC，展開訪問控制。并利用計算機協同理論構建起交互式模擬教室，再與信息庫中的數據聯系起來，從而滿足模擬空間內的教學需求。

圖1 總體框架圖

2.2 設計虛擬同步教學系統

要實現VRMDEP的功能設計，首先必須要設計虛擬同步教學系統，呈現出科學而清晰的內容劃分，完善網站的導航組合，制作出簡潔、美觀、人性化的操作界面。虛擬同步教學系統不僅可以為教師構建出相對真實的教學環境，還能為學生建立起自主學習的理想空間。該系統的重心就是模擬教室、模擬實驗室、模擬工作室以及討論交流室。首先，對于模擬教室的構建，要設計出講臺、黑板、課桌與椅子、門窗、投影儀等。教師采用豐富的虛擬資源展開知識講授，而學生則需要注冊并登錄，然后進入模擬教室學習。其功能界面的作用有：（1）安插課程導航。教師可利用課程導航和課件的信息庫完成交互，進而科學運用教學資源，達到教學調控的目的；（2）安插作業處理欄。教師可利用這項功能給學生布置作業，并進行作業批改，再將改好的作業發還給學生。學生也可通過這項功能進行作業遞交、獲取；（3）安插電子白板。學生可利用電子白板向老師提問，而老師也可通過白板進行信息通知、公布答案等。

然后，對于模擬實驗室的構建，要設置出相對逼真的實驗環境，例如實驗臺、儀器設備、門窗等，讓教師和學生運用這些設備展開模擬實驗。其主要功能包括：（1）安插實驗導航。學生和教師可以利用這一導航完成實驗數據交互，并整合實驗資源，科學進行模擬實驗；（2）安插實驗控制臺。對于每個實驗，都能夠提供相應的設備、過程展示、原理講解、自主實驗等功能；（3）安插實驗工具箱。當進行不同的實驗時，其所需設備也有所不同，因此需要設置工具箱，以此裝載實驗設備。

最后是模擬工作室與討論交流室的構建。模擬工作室能夠為教師模擬教學的開展提供必要的技術支撐，且教師能夠在模擬工作室內采用不同的工具、軟件進行教學，通過人性化的操作界面完成課程介紹、要點講授、信息傳遞等任務。構建討論交流室，則是利用電子郵件、公告欄等，讓學生和教師、學生和學生之間實現多向異步在線溝通，讓學生獲得自主學習與發言的機會。

2.3 設計虛擬異步教學系統

這一教學系統主要包含了兩個部分，即模擬課程的開發以及模擬教務的管理。該功能和傳統遠程教育當中所體現的功能大體相同，而差別則是增添了替身（avatar）在模擬空間內起到的效用。進行模擬課程開發，其重點實施的功能有如下幾點：管理模擬資源庫、維護課件模板、向導管理、模擬素材整合、資源連接、模擬課件開發。而模擬教務管理則是VRMDEP當中為老師、學生及管理員提供信息查詢和統計功能的平臺，其重點包括以下功能：課程管理、教師管理、學生管理、考試信息管理、報表統計等。

3 遠程教育平臺中虛擬現實技術的應用優勢

3.1 構建模擬學習環境與仿真實驗場景，增強真實體驗

在傳統的遠程教育中，學習者與教師無法進行面對面的交流，使得學習者只能獨立地完成學習效果，缺乏互動與交流。而融合了虛擬現實技術的遠程教育平臺，能夠利用3D建模技術構建出虛擬的教室與課堂，使學習者有如置身真實的課堂中，實現了人機交互，從而有利于增強其真實體驗，能夠增強學習的趣味性，并且讓更多的人感受到校園生活。

此外，在應用虛擬現實技術之前，遠程教育很難對學習者的實驗技能提供有效的指導，學習者無法直接參與到實驗操作的過程中，這也是傳統遠程教育最大的弊端。而利用虛擬現實技術能夠為學習者打造一個全面、完善、仿真的虛擬實驗場所，并提供一切相關的實驗器材，讓學習者能夠借助一定的設備來進行實驗操作，直接地體驗實驗過程，從而強化對學習內容的理解，促進實踐技能的提升。

3.2 能夠為多人合作的實現提供虛擬平臺

由于遠程教育都是學習者分散進行的，很難進行小組之間的合作與交流，而在虛擬現實系統中，能夠利用信息技術以及人機交互的模式將不同物理位置的用戶聯系在一起，實現模擬場景的共享。并在虛擬的空間中進行聯機操作，讓用戶即使身處異地也能夠“聚”在一起學習與交流，其聲音也能夠實時地相互傳遞，甚至還可以在仿真的實驗場景中共同完成實驗任務。這一特點與傳統遠程教育中學習者個體獨立學習是完全不一樣的。學習者能夠通過與他人之間的協作獲得啟發，并增強經驗與知識的積累，進一步提升自身的學習效率。

3.3 實現交互

模擬空間中的交互性主要表現在兩大方面：一是用戶和模擬空間內的對象進行交互，用戶能夠調節其對象的方位、形態等，還能采取添加、刪除等措施；二是用戶和用戶之間實現交互，即用戶操控替身的行動，如跑、走、跳、舉手、扭頭等。此外還可以看見其余用戶的替身形態，并和他人溝通、交流，進行探討及演示。這樣一來用戶之間便能實現共同開發、合作試驗等，完成對模擬場景的控制。

4 結束語

遠程教育平臺既是一個多元化的綜合應用系統，也是一個亟待發展與完善的開放性系統。在設計與運用的過程中，一定要全面結合其延展性、伸縮性、異構性等多項特征，并挑選出適當的網絡架構及通訊協議等，以便提升模擬場景的實時性與操作效果。

[1]亓傳偉，任艷斐．基于虛擬現實技術的遠程教育平臺設計與研究[J]．濮陽職業技術學院學報，2013(02)：158-16 0．

[2]楊世軍．虛擬現實技術及其在遠程教育中的應用[J]．三峽大學學報(人文社會科學版)，2009(S1)：288-29 0．

[3]徐武，張婕．虛擬現實技術在現代遠程教育中的應用[J]．高等函授學報(自然科學版)，2008(03)：34-35．

TheApplication of Virtual Reality Technology in Distance Education Platform

Han Guiming
(Yancheng Special Education Secondary Specialized School,Yancheng 224002,Jiangsu)

This paper studies the application of virtual reality technology and the realization of VRMDEP in the distance education platform.It proposes the general framework of VRMDEP,designs the virtual synchronous and asynchronous teaching system and constructs the simulation scene to realize the interaction between users.

distance education platform;virtual reality technology

TP391.9

A

1008-6609(2016)12-0056-03

韓桂明（1975-），男，江蘇鹽城人，本科，高級講師，研究方向為計算機應用與教學。