淺析虛擬現實技術及實踐教學的虛擬化

王慧婷

【摘要】近年來隨著實踐教學的深入改革，虛擬現實技術在教學中的應用越來越普及，對教學質量的提高日益重要。本文對虛擬現實技術作了介紹，并對它在實踐教學中的應用作了簡要論說：如何擺脫現階段實踐教學中的各種困境以及提高實踐教學質量問題；實踐教學中利用虛擬現實技術的作用和意義。

【關鍵詞】虛擬現實技術 實踐教學虛擬化 應用意義

【基金項目】浙江農林大學實驗技術與管理研究項目：SYB1215。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0022-02

隨著信息技術的發展，各種新型的信息技術層出不窮，其中虛擬現實技術這門全新的綜合性信息技術在各個行業影響越來越重要。虛擬現實技術讓體驗者能夠完全進入到特定的環境里面去，通過對虛擬現實技術創造的虛擬環境中的各種對象及對環境進行控制，可讓體驗者與虛擬環境融為一體，取得深刻的感知和認識。

1.虛擬現實技術在實踐教學中的應用

1.1虛擬現實技術的原理

是通過電腦技術模擬的創造一個三維空間的虛擬空間，在這空間中提供體驗者各種感官的模擬切身體會和隨心所欲的觀察和體驗三度空間內各種情景，關鍵技術有：對虛擬環境建立新模型的技術，得到真實三維場景的全部數據，根據數據建立三維虛擬環境模型；通過聲音的立體技術合成技術，以及三維立體顯示技術，能夠虛擬現實環境中的立體聽覺感受以及三維立體視覺系統；體驗者在虛擬技術中的觸覺反饋技術，虛擬環境中可以讓用戶能夠直接對虛擬物體操控并且可以真實地感受到虛擬物體的觸覺反饋產生與真實環境相同的感受；人機交互的技術，現在虛擬技術已經脫離了傳統的鍵盤和鼠標模式，已經有豐富的佩戴系統與傳感傳感器設備，甚至出現了語音識別和三維交互技術以及體感識別等等；包括信息同步技術、模型標定技術、數據轉換技術、識別和合成技術等等。

1.2實踐教學虛擬化中的技術具體操作方法

通過列舉測量課程的教學虛擬化的具體操作方法進行闡述。介紹虛擬化技術在教學中的應用，測量學實踐課中將虛擬現實技術與網絡技術相結合，制作出可交互的網絡模擬實驗環境，并提供多種“實驗設備”，讓學生在課外也能與教學同步進行測量實驗，對實驗設備可反復“操作”，并可通過多種預置操作提示實現隨教隨學、隨學隨用，實踐教學效果將顯著提高[1]。此外，通過模擬各種對設備的錯誤操作，使學生深刻理解不符合規程的儀器操作將會引起的后果，輕則造成某站測量數據的錯誤，重則損壞儀器。在普通計算機系統的基礎上，利用3DS MAX， Maya、VIR-tool等軟件，建立一個“多設備”“多場景”“多項目”的桌面虛擬測量實踐教學系統，提供給學生一個從最初的“設備操作練習”到最終的“實際工程演練”多層次可持續的模擬練習平臺。該虛擬實驗系統的構成如圖1所示。

圖1

虛擬現實技術在于測量實踐課程的教學中，建立“多設備”“多場景”“多項目”的虛擬測量實踐教學系統，將突破傳統測量實踐課程教學易受設備、場地、時間限制的瓶頸，提供給學生一個全方位、無限制的測量實踐教學平臺。對于學生們培養興趣，激發學習潛力作用極大。實踐教學與理論教學的互相配合、相互作用，是培養學生實踐能力必不可少的。有效的提升學生分析能力和動手能力，充分的開發學生們創造能力，促進綜合素質的培養[2]。

由此可見，使用虛擬現實化技術，老師或學生能夠在計算機上精確地操作各種試驗，包括真實環境條件不能滿足的科學實驗，或者實驗危險系數較高的項目，既節約了教學成本也同時保證了學生的自身安全，可以非常經濟有效的達到教學目的。另外，實踐教學中，虛擬化技術可對學生在學習進程中，提出的各種疑問以及假設，針對性地完成各種模型的假設，再通過虛擬化很直觀的完成各種任務和得到實驗結果。利用這種技術，學生可以探索更多的知識面，而且很有可能研究出新的科學技術成果，從而激發學生的創造性思維，培養學生的創新能力。

1.3 虛擬化教學在技能訓練方面應用

虛擬現實技術可以使人身臨其境，能讓學生在虛擬的環境中充當一個角色，集中注意力，專心致志地投入學習過程中，十分有利于幫助學生開展技能訓練。利用這種技術，能夠讓學生進行各種技能訓練，例如，航空航天院校學生利用飛行模擬設備進行飛行操作、和編隊作戰等方面的訓練，極大程度地減少飛行設備以及學員的安全。

2.虛擬現實技術在課堂教學中的應用

在課堂教學中使用簡易的虛擬現實技術，比如課堂教學需要給學生表現一些系統的結構和動態，無論是自然學科還是社會學科，都可以通過虛擬現實技術為學生創造一種可以體驗和觀察的場景。在現代教學中，很多教學內容和實驗需要讓學生更容易理解和體驗，使用虛擬現實化的教學手段就能很方便快捷的做到，學生們通過切身感受虛擬體驗過程，快速地理解和鞏固所傳授的知識。

使用虛擬現實技術可以克服傳統授課中只有抽象思維而沒有實際感受的缺陷。在課堂教學中，教學虛擬現實化的模擬軟件為學生創造了一個無害的、低風險的、經濟實惠的方式，與真實世界進行交互。一方面為學生展現現實生活中無法觀察到的自然現象或萬物變化的過程，可以提供栩栩如生、逼真再現的感性學習資料，讓學生們很方便解決學習中的知識難點。

教學中有的知識點，運用傳統的教學方式，學生們很難理解。由于空間的三維性，除了制作結構模型沒有其他更加高效的辦法。現在，在晶體學中的教學，除了制作模型外，可以利用虛擬現實的技術讓學生體驗晶體結構三維空間展示效果，使學生非常容易觀察、理解和制作，從而解決了傳統教學中教師講授比較抽象、非常難以理解的晶體結構問題。

3.虛擬現實技術在實踐教學的積極作用

3.1有利改善教學環境，提高教學效率，開發學生學習潛能；增加學校教學承載能力，改善教育資源；解決學校部分教育經費短缺問題。

3.2 通過該技術可以建立各種實驗實訓基地，利用傳統實踐與虛擬技術相結合的方式方法進行實踐教學訓練，能夠使教育緊跟現代科學進步技術發展，培養出符合現代社會及時需要的高素質畢業生。

3.3 可以很有效的規避實驗或實踐教學的各種危險。例如，化學實驗實踐中利用虛擬技術，能夠規避化學燃燒、爆炸的危險；外科手術實踐通過虛擬化演練，可避免手術的誤操作造成醫療事故等。

3.4滿足學校培養新型復合型人才的需要，培養出高素質的技術人員和更高級其他人才。

4.結語

虛擬現實技術的應用是現代實踐教學的大趨所勢，也是大中小院校教學改革與研究的新課題，該技術對當今教育工作者教學方法的探索提出新的要求和思路：現階段，我國的虛擬現實技術實踐教學才處于起步階段，與歐美發達國家相比有很大的差距，提升的空間非常巨大，這需要所有教育工作者的共同努力，重視素質教育，全面提高教學水平，為國家培養更多高素質人才。

參考文獻：

[1]吳英.基于網絡環境下大學生虛擬社會實踐問題研究[D].中南民族大學，2012.

[2]張永彬，汪金花.測繪實踐課程教學的探討[J].測繪科學，2009，34（4）：239-240.