在職業(yè)教育應(yīng)用視角下的VR/AR技術(shù)

魏民

摘要：站在職業(yè)教育教學(xué)應(yīng)用視角，依據(jù)職業(yè)院校教學(xué)實(shí)踐，該文將VR/AR技術(shù)分為“單純利用計算機(jī)屏幕畫面實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)”“加入可穿戴傳感器計算機(jī)屏幕畫面虛擬仿真技術(shù)”“加入專用傳感器計算機(jī)屏幕畫面虛擬仿真技術(shù)”“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”等五類，而每一類在技術(shù)性、應(yīng)用性、分類性特征方面又有所不同。按照職業(yè)教育教學(xué)需求，深入研究VR/AR技術(shù)務(wù)實(shí)應(yīng)用，對推動職業(yè)教育教學(xué)改革將會起到事半功倍作用。

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育；虛擬現(xiàn)實(shí)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；虛擬仿真

一、引言

由于職業(yè)教育是面向職業(yè)、崗位活動的一種就業(yè)能力教育，突出特征是從事技術(shù)、技能、技藝、技巧等實(shí)踐性教育教學(xué)，按照目前學(xué)者對VR/AR技術(shù)呈現(xiàn)的普遍描述，完全可以確定這項(xiàng)技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用的廣泛性、有效性與迫切性。在職業(yè)教育教學(xué)中，由于大量的教學(xué)內(nèi)容屬于實(shí)踐性內(nèi)容，而許多實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，受環(huán)境、場地、設(shè)施設(shè)備、安全、污染、資金、不可控、不可再現(xiàn)等因素影響，難以實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)，因此，“虛擬仿真”“虛擬現(xiàn)實(shí)”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”，即目前各界熱議的VR/AR技術(shù)，在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用需求應(yīng)該說是剛性需求。那么，為什么一個時期以來，職業(yè)教育教學(xué)在VR/AR技術(shù)的應(yīng)用上缺少創(chuàng)新與深入研究，為什么從事一線教學(xué)的廣大職業(yè)院校教師很難結(jié)合自己的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行VR/AR需求性設(shè)計，為什么由VR/AR專業(yè)制作公司提供的教學(xué)產(chǎn)品往往不適用，究其原因多種多樣，但筆者認(rèn)為，處于前置位置的一個重要原因，就是VR/AR技術(shù)的專業(yè)描述與職業(yè)教育教學(xué)需求性描述存在差異，導(dǎo)致職業(yè)院校廣大教師很難將自己的教學(xué)內(nèi)容與之準(zhǔn)確對應(yīng)，無法對號入座，更無法簡捷思考如何根據(jù)教學(xué)內(nèi)容運(yùn)用VR/AR技術(shù)特征進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)需求設(shè)計及教學(xué)應(yīng)用設(shè)計，因此，本文試圖依據(jù)VR/AR技術(shù)的基本定義，結(jié)合VR/AR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用需求進(jìn)行分析，將理論與應(yīng)用連接起來。

VR為“Virtual Reality”的英文縮寫，即“虛擬現(xiàn)實(shí)”的意思，多數(shù)人認(rèn)為它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實(shí)時反映實(shí)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、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，為用戶提供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)生沉浸感的交互系統(tǒng)。VR的支撐技術(shù)，普遍認(rèn)為是計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)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(jī)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)。

AR為“Augmented Reality”的英文縮寫，即“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”的意思，多數(shù)人認(rèn)為，它是通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，使真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時地疊加到了同一個畫面或空間交互系統(tǒng)。也有人提出了MR概念，即“Mix Reality”的英文縮寫，即“混合現(xiàn)實(shí)”的意思，一般認(rèn)為，是指包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)虛擬，合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境，在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對象共存，并實(shí)時互動交互系統(tǒng)。還有人提出了HR概念，即“Hologram Reality”的英文縮寫，即“全息現(xiàn)實(shí)”的意思，一般認(rèn)為，是指利用光學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完整的、可以從360度球形空間觀察的虛擬影像，通常是依托可以多方向觀察的多面體設(shè)備和多個不同角度的投影來實(shí)現(xiàn)，圖像可以多人多角度觀看，因此，也有人把它叫做“面向全體的AR/全息技術(shù)”。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許許多多有關(guān)計算機(jī)“虛擬仿真”“虛擬現(xiàn)實(shí)”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”的創(chuàng)新名詞撲面而來，由于專業(yè)、技術(shù)、應(yīng)用視角不同，對“虛擬仿真”“虛擬現(xiàn)實(shí)”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”等概念在應(yīng)用上的理解與解釋就有所不同，這對研究具體應(yīng)用這些技術(shù)的實(shí)踐者們，特別是職業(yè)院校廣大一線教師，提出了挑戰(zhàn)。為了深入研究VR/AR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用，必須站在職業(yè)教育視角，以融合職業(yè)教育教學(xué)應(yīng)用需求，尊重職業(yè)教育教學(xué)基本特征與規(guī)律，并結(jié)合大量成功應(yīng)用案例，重新分類描述、分析、思考VR/AR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用方向，當(dāng)然最好實(shí)現(xiàn)“對號入座”，這對VR/AR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用推廣、破解職業(yè)教育教學(xué)實(shí)踐性教學(xué)中的瓶頸難題，具有十分重要的意義。

二、單純利用計算機(jī)屏幕畫面虛擬仿真技術(shù)

單純利用計算機(jī)屏幕畫面虛擬仿真技術(shù)，簡稱“屏幕仿真技術(shù)”，是目前職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一種虛擬仿真技術(shù)，由此技術(shù)所創(chuàng)作的虛擬仿真課件、軟件數(shù)量眾多，這些課件、軟件在職業(yè)教育教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。這里需要強(qiáng)調(diào)，仿真教學(xué)課件與仿真教學(xué)軟件有著根本性區(qū)別，鑒于目前職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用仿真課件比例較大，因此本文著重針對虛擬仿真課件進(jìn)行分析討論。

（一）技術(shù)性特征

“屏幕仿真技術(shù)”可以劃歸到AR技術(shù)范疇，它不需要其它外接設(shè)備的支持，僅僅在一臺普通PC（或平板電腦、手機(jī)）上，利用鼠標(biāo)、鍵盤就可以實(shí)施操作了。支持這種操作的核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)在屏幕上實(shí)施虛擬仿真操作的專用工具軟件。隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，“屏幕仿真技術(shù)”所應(yīng)用的核心工具軟件越來越專業(yè)化、普及化。一般認(rèn)為“屏幕仿真技術(shù)”技術(shù)性特征有以下5個方面：（1）工具軟件研發(fā)技術(shù)成熟，已經(jīng)逐步形成專業(yè)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，如虛擬實(shí)景（境）技術(shù)等；（2）制作工具軟件的種類、系列繁多，基本形成了依據(jù)行業(yè)、職業(yè)、專業(yè)、崗位的不同需求定向研究開發(fā)制作軟件的局面；（3）由于定向開發(fā)制作工具軟件的方便性，使該類課件的制作成本逐漸減低，制作周期逐漸縮短；（4）在應(yīng)用需求的拉動下，單純利用計算機(jī)屏幕畫面實(shí)現(xiàn)的虛擬仿真的教學(xué)課件，基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)版、單機(jī)版共存，PC機(jī)、平板電腦、手機(jī)共用，支持人工更新、自動更新共有的應(yīng)用水平；（5）虛擬虛景（境）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。在虛擬環(huán)境下虛擬虛景（境），使所有設(shè)計參數(shù)與現(xiàn)實(shí)參數(shù)關(guān)聯(lián)，虛景相互之間的數(shù)據(jù)關(guān)系與現(xiàn)實(shí)比例一致，因此，廣泛用于產(chǎn)品（項(xiàng)目）設(shè)計領(lǐng)域，是“屏幕仿真技術(shù)”的另一個拓展技術(shù)性特征。

（二）應(yīng)用性特征

通過對大量“屏幕仿真技術(shù)”作品分析可以確定，此類作品在職業(yè)院校教育教學(xué)中，主要有以下4個應(yīng)用性特征：（1）對環(huán)境、場景、目標(biāo)物等，進(jìn)行漫游式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)；（2）對設(shè)施、設(shè)備、儀器、儀表、工具等過程性操作，進(jìn)行交互式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)；（3）將虛擬操作結(jié)果轉(zhuǎn)接至實(shí)物實(shí)體操作，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合式實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)；（4）實(shí)施虛擬虛景（境）設(shè)計實(shí)訓(xùn)。

（三）類別性特征

根據(jù)職業(yè)教育教學(xué)特征，我們可以將“屏幕仿真技術(shù)”類別性特征歸納成以下5種：

1.單純漫游式屏幕仿真教學(xué)課件

這種課件是利用計算機(jī)屏幕來呈現(xiàn)立體、逼真的漫游環(huán)境、場景、或目標(biāo)物畫面，操作者通過對鼠標(biāo)、鍵盤的規(guī)范操作，實(shí)現(xiàn)對計算機(jī)屏幕畫面的操作與控制，并以第一人稱視覺進(jìn)人畫面實(shí)施漫游。單純漫游式屏幕仿真教學(xué)課件的主要教學(xué)功能是：學(xué)習(xí)者通過對環(huán)境、場景、或目標(biāo)物的漫游，了解、熟悉、記憶畫中環(huán)境、觀測對象、目標(biāo)物特征，并通過畫中環(huán)境、場景、觀測對象或目標(biāo)物上的媒體提示，獲得具有與實(shí)地、親臨、接觸相同的現(xiàn)場學(xué)習(xí)效果。這種課件的典型案例如虛擬導(dǎo)游實(shí)訓(xùn)、虛擬現(xiàn)場參觀實(shí)訓(xùn)、虛擬目標(biāo)物觀測觀察實(shí)訓(xùn)等。

2.漫游互動式屏幕仿真教學(xué)課件

這種課件與“單純漫游式屏幕仿真教學(xué)課件”的重要區(qū)別是，學(xué)習(xí)者在操作漫游畫面時，可以根據(jù)教學(xué)需要，激活漫游場景中的某一處畫面，并與被激活的畫面實(shí)施互動交流。典型案例如在操作虛擬圖書館參觀實(shí)訓(xùn)課件時，當(dāng)操作者想打開一本書觀看時，只要用鼠標(biāo)選擇點(diǎn)擊這本書，并將其激活，就可以一頁一頁翻開這本書觀看了。在職業(yè)教育教學(xué)中，特別是在實(shí)踐性教學(xué)中，這種課件照比“單純漫游式屏幕仿真教學(xué)課件”，更具有教學(xué)性。

3.植入某種屬性漫游互動式屏幕仿真教學(xué)課件

根據(jù)教學(xué)需要，在“漫游互動式屏幕仿真教學(xué)課件”某一個教學(xué)點(diǎn)中加入數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、自然、專業(yè)以及某種思維、邏輯屬性的一種屏幕仿真課件。這種仿真課件的最大特征是將被仿真物體（或被仿真事件）的真實(shí)屬性平移到仿真物體（事件）中，使操作者具有與實(shí)際操作相同的操作感覺與操作效果。典型案例如利用屏幕仿真課件在機(jī)械加工車間廠房漫游時，當(dāng)操作者激活車間廠房中的吊車，并欲操縱吊車吊住物件移動，此時，如果在物件上加入重力、運(yùn)動慣性力學(xué)算法，當(dāng)運(yùn)用鼠標(biāo)、鍵盤操縱屏幕仿真畫面，吊起該物件并進(jìn)行移動時，該物件在屏幕畫面中的運(yùn)動力學(xué)特征就與真實(shí)物件移動時的運(yùn)動力學(xué)特征完全一致。這種“植入某種屬性漫游互動式屏幕仿真教學(xué)課件”在職業(yè)教育教學(xué)中具有重要的應(yīng)用價值，從某種意義上說，加入真實(shí)操作端，它將會完全取代真實(shí)的實(shí)訓(xùn)操作訓(xùn)練。因此，這種課件比“漫游互動式屏幕仿真教學(xué)課件”更具有教學(xué)性和應(yīng)用價值。

4.具有考試考核功能的屏幕仿真教學(xué)課件

在上述3種屏幕仿真課件中，根據(jù)教學(xué)需要，加入考試考核功能，即成為“具有考試考核功能的屏幕仿真教學(xué)課件”。這種課件一般設(shè)計有檢測學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果功能，是比較成熟、比較完整的屏幕仿真課件。典型案例如利用記錄操作者的漫游路線（軌跡），判斷操作者是否記住行走路線；利用操作者互動操作的正確性、規(guī)范性，判斷操作者的學(xué)習(xí)效果；利用操作者在有屬性課件中操作的準(zhǔn)確性，判斷操作者是否熟練掌握該項(xiàng)技能等。當(dāng)然最簡單的設(shè)計是在屏幕仿真課件中加入專門設(shè)計的考試考核窗口。我們通常將“具有考試考核功能的屏幕仿真教學(xué)課件”叫做助學(xué)性（或自學(xué)性）課件。

5.可以鏈接多種教學(xué)媒體的屏幕仿真教學(xué)課件

在上述4種屏幕仿真課件中，運(yùn)用某種技術(shù)，在虛擬仿真系統(tǒng)中加入對其它教學(xué)媒體的鏈接功能，即成為“可以鏈接多種教學(xué)媒體的屏幕仿真教學(xué)課件”。有時候我們把這種課件叫做“富媒體屏幕仿真課件”，這種課件的教學(xué)功能比較強(qiáng)大，可視性也很好，而且可以承載更多的教學(xué)內(nèi)容。這種“富媒體屏幕仿真課件”在職業(yè)教育教學(xué)中具有十分廣泛的應(yīng)用前景，特別是在實(shí)踐性教學(xué)中的應(yīng)用價值很高。典型案例如在數(shù)字博物館漫游課件的某一個具體畫面中，鏈接一段視頻，當(dāng)漫游操作者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊視頻窗口時，該視頻窗口開始播放所鏈接的視頻文件，形成畫中畫效果。“可以鏈接多種教學(xué)媒體的屏幕仿真教學(xué)課件”是職業(yè)教育教學(xué)中十分實(shí)用的一種虛擬仿真教學(xué)課件，它不但可以實(shí)現(xiàn)與其它屏幕仿真課件相同的教學(xué)功效，同時可以拓展成“屏幕仿真課堂”“屏幕仿真教學(xué)”“屏幕仿真實(shí)習(xí)”“屏幕仿真實(shí)驗(yàn)”“屏幕仿真實(shí)訓(xùn)”“屏幕仿真工作包”“屏幕仿真項(xiàng)目包”等教學(xué)軟件。

6.可以實(shí)現(xiàn)多人聯(lián)合或順序操作的屏幕仿真教學(xué)課件

在上述5種屏幕仿真課件中，運(yùn)用某種技術(shù)，在虛擬仿真系統(tǒng)中，加入多終端操作設(shè)計，即幾個操作者分別以不同角色共同實(shí)時操作一個屏幕仿真課件，我們把這種課件叫做“可以實(shí)現(xiàn)多人聯(lián)合或順序操作的屏幕仿真教學(xué)課件”。這種課件特別適合職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)習(xí)教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)或生產(chǎn)性教學(xué)中的聯(lián)合作業(yè)、流水線作業(yè)、程序化作業(yè)及協(xié)作式操作訓(xùn)練等教學(xué)內(nèi)容。典型案例如在物流實(shí)訓(xùn)屏幕仿真課件中，設(shè)計了接送貨物員、汽車運(yùn)輸司機(jī)、裝卸工、庫房管理員、物流調(diào)度幾個角色，操作者分別以不同身份、角色進(jìn)入屏幕仿真課件，并按照所設(shè)計的規(guī)范、流程實(shí)施操作。這種課件不僅再現(xiàn)了工作職場真實(shí)的群體作業(yè)過程，而且訓(xùn)練了學(xué)生們聯(lián)合協(xié)作、團(tuán)結(jié)互助的團(tuán)隊(duì)精神。

三、加入可穿戴傳感器計算機(jī)屏幕虛擬仿真技術(shù)

在單純利用計算機(jī)屏幕畫面實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，加入可穿戴傳感器，形成“加入可穿戴傳感器計算機(jī)屏幕畫面虛擬仿真技術(shù)”，簡稱“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”。一些學(xué)者認(rèn)為，可穿戴傳感器不應(yīng)該獨(dú)立出來，應(yīng)該與操縱桿、方向盤、開關(guān)、腳踏板等傳感器合為一體進(jìn)行討論，這種思維對直接研究VR/AR技術(shù)來講是可行的，但對進(jìn)行職業(yè)教育教學(xué)應(yīng)用性研究來講就可能引起混淆，因此必須分開討論。“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”又有人把它叫做“可進(jìn)入虛擬畫面操作式虛擬仿真技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)可以劃歸到VR技術(shù)范疇，所加入的可穿戴傳感器如數(shù)據(jù)手套、腳墊、定位頭套等，可以按照操作者的需求，設(shè)計進(jìn)入畫面，并對畫面中的虛擬仿真物體實(shí)施操作。

（一）技術(shù)性特征

“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”與“屏幕仿真技術(shù)”的區(qū)別在于，前者加入了可穿戴傳感器而后者沒有。隨著虛擬仿真技術(shù)在各類工程領(lǐng)域中的不斷應(yīng)用，推動了可穿戴傳感技術(shù)的快速發(fā)展，無論在撲捉運(yùn)動的精準(zhǔn)性、對運(yùn)動的識別性、穿戴運(yùn)動的舒適性等方面都有了大幅提升，可以說，從硬件技術(shù)方面對“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”的發(fā)展提供了有力支持。分析“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”的技術(shù)性特征，一般認(rèn)為有以下3個：1.隨著數(shù)據(jù)手套等可穿戴傳感器精度的不斷提升，越來越多關(guān)聯(lián)操縱、操作、駕駛、調(diào)控等崗位作業(yè)活動的虛擬仿真課件，會首選此種技術(shù)；2.在需求的拉動下，數(shù)據(jù)手套等可穿戴傳感器的生產(chǎn)成本會越來越低，成為職業(yè)院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中常用的裝備之一；3.隨著可穿戴傳感技術(shù)的發(fā)展，操作者完全可以對屏幕仿真畫面中的設(shè)施、設(shè)備、裝備、儀器、儀表等實(shí)行全面操控。

（二）應(yīng)用性特征

“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”與“屏幕仿真技術(shù)”最大應(yīng)有性區(qū)別是，前者甩開了利用計算機(jī)鼠標(biāo)、鍵盤操作、控制屏幕仿真畫面操作模式，取而代之的是利用操作者真實(shí)的肢體動作操作、控制屏幕畫面，增強(qiáng)了操作、控制屏幕畫面的真實(shí)感。

（三）類別性特征

對比“屏幕仿真技術(shù)”“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”類別性特征重點(diǎn)是，在操作者身體上穿戴上接有傳感器的物品，利用操作者的模擬操作動作，實(shí)現(xiàn)對虛擬仿真畫面中的設(shè)備、裝備、儀器、儀表等實(shí)施全面操控或深度交互。典型案例如利用數(shù)據(jù)手套抓取、安裝、拆卸、調(diào)整、操縱屏幕仿真畫面中的物體，利用傳感腳墊進(jìn)入屏幕仿真環(huán)境、場景之中，利用傳感帽定位多人進(jìn)入屏幕仿真畫面等。也有人將“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”稱之為“沉浸式虛擬仿真技術(shù)”。按照職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)一般規(guī)律，運(yùn)用數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)操作屏幕畫面技術(shù)具有較大的應(yīng)用空間。例如利用數(shù)據(jù)手套，并在屏幕仿真畫面中的目標(biāo)物體上加入某種屬性，據(jù)此所創(chuàng)作的屏幕仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)課件，在職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)中會發(fā)揮重要作用。

四、加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”，我們通常又把它叫做“有實(shí)物介入式屏幕仿真技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)可以劃歸到VR技術(shù)范疇。“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”與“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”的重要區(qū)別是：一個加入了“可穿戴傳感器”，一個加入了“專用傳感器”。

（一）技術(shù)性特征

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”與“加入可穿戴傳感器屏幕仿真技術(shù)”的技術(shù)性特征基本相同，不作詳述。

（二）應(yīng)用性特征

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”應(yīng)用性特征，可以歸納以下3各方面：（1）引入實(shí)際操作對象，操作者通過對實(shí)際操作對象的操縱，實(shí)現(xiàn)對屏幕畫面內(nèi)仿真物體的操作；（2）實(shí)際操作對象可以是真實(shí)實(shí)物，也可以是模擬實(shí)物，當(dāng)采用模擬實(shí)物時，其動作、力度、姿態(tài)、速度等要盡可能靠近真實(shí)實(shí)物操作；（3）在引入實(shí)際操作時，同時引入模擬操作環(huán)境，以增加操作的真實(shí)感。

（三）類別性特征

為簡化分析，以“專用傳感器”為題目進(jìn)行類別性特征分析。

1.單一部件實(shí)物支持下的“加人專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”

所謂“單一部件實(shí)物”是指方向盤、操縱桿、按鈕等等。由“單一部件實(shí)物”組成的“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”系統(tǒng)比較簡單，且往往可以適用于運(yùn)動性質(zhì)相同的單一部件屏幕仿真課件，起到以一當(dāng)十的效果，因此，普遍受到應(yīng)用者歡迎。

2.組合部件實(shí)物支持下的“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”

所謂“組合部件實(shí)物”是指由2個或2個以上“單一部件實(shí)物”，根據(jù)真實(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)計要求規(guī)范布局形成的一組部件實(shí)物，當(dāng)這組部件實(shí)物與真實(shí)操作實(shí)物數(shù)量一致，且一一對應(yīng)時，這組組合部件實(shí)物可稱為“全部件實(shí)物”。由“組合部件實(shí)物”支持的“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”系統(tǒng)相對復(fù)雜一些，但因感覺逼真、效果凸顯，常常被用于關(guān)鍵能力、核心能力實(shí)際操作訓(xùn)練前的虛擬仿真導(dǎo)訓(xùn)中。例如，將汽車的方向盤、腳油門、腳剎車、換擋器部件實(shí)物作為專用傳感器，形成“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”即屬于“全部件實(shí)物”系統(tǒng)。應(yīng)該注意，“單一部件實(shí)物”“組合部件實(shí)物”“全部件實(shí)物”均是提取了某種核心操作部件實(shí)物，即便是“全部件實(shí)物”，仍然沒有將其全部有關(guān)操作實(shí)物提取出來。當(dāng)需要全部提取時，必須進(jìn)行仿真操作必要性、系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性論證后方可實(shí)施。

3.系統(tǒng)部件實(shí)物支持下的“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”

“系統(tǒng)部件實(shí)物”與“組合部件實(shí)物”“全部件實(shí)物”的最大區(qū)別是，前者強(qiáng)調(diào)的是加入部件的系統(tǒng)性，后二者強(qiáng)調(diào)的是加人部件的作用性、功能性，這在職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)中是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。

4.無模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境支持的“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”

所謂無模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境支持，既是不強(qiáng)調(diào)或不可能強(qiáng)調(diào)現(xiàn)實(shí)環(huán)境對“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”的教學(xué)效果影響。

5.有模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境支持的“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”

所謂有模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境支持，既是強(qiáng)調(diào)現(xiàn)實(shí)環(huán)境對“加入專用傳感器屏幕仿真系統(tǒng)”的教學(xué)效果影響。

五、加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

（一）技術(shù)性特征

“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”與“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”比較，其技術(shù)性特征有以下3個：

1.“專用傳感器”區(qū)別

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”中所提到的“專用傳感器”其實(shí)物載體最小為“部件”，而“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”中所提到的“專用傳感器”的實(shí)物載體一般最大是“部件”，多數(shù)“專用傳感器”的實(shí)物載體是小型工具、游戲玩具。

2.“阻斷操作者視力”區(qū)別

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”是通過計算機(jī)屏幕、投影屏幕開放式獲得虛擬仿真畫面，而“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”卻是通過“阻斷操作者視力”，使操作者的視覺完全置于虛擬場景之中。

3.操作者與虛擬仿真場景融入性區(qū)別

“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”，操作者與虛擬仿真場景實(shí)現(xiàn)的是“控制性融入模式”，此時，屏幕仿真場景中的人物、動物及其他內(nèi)容物的設(shè)計，傾向于被操作、被激活狀態(tài)；而“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，更注重場景中的人物、動物及其他內(nèi)容物與操作者展開自然互動狀態(tài)，操作者以第一人稱身份，利用手中“工具”進(jìn)入虛擬場景，并與虛擬場景中的人物、動物、景物等產(chǎn)生強(qiáng)烈互動。這一點(diǎn)為職業(yè)教育設(shè)計虛擬職場體驗(yàn)式教學(xué)模式提供了技術(shù)支持。

（二）應(yīng)用性特征

“加入專用傳感器并阻斷操作者視力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”除了與“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”具有相同應(yīng)用性特征外，對比分析，還具有以下3個獨(dú)立應(yīng)用性特征：

1.形成情節(jié)化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)課件

我們知道，職業(yè)教育教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容是實(shí)踐性教學(xué)，而實(shí)踐性教學(xué)最好的教學(xué)方法是老師帶領(lǐng)學(xué)生真正走進(jìn)工作職場、工作崗位，在“全環(huán)境”下進(jìn)行學(xué)習(xí)，或者說在真實(shí)的職場中、崗位上獲得學(xué)習(xí)，但在現(xiàn)實(shí)中，因?yàn)榉N種原因，這種“全環(huán)境”學(xué)習(xí)環(huán)境是難以提供給學(xué)生的，“情節(jié)化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)課件”可以一舉破解這一難題。

2.配合數(shù)據(jù)手套，形成萬能實(shí)訓(xùn)工作臺

許多崗位能力訓(xùn)練是在工作臺面上進(jìn)行的，配合數(shù)據(jù)手套，“加入專用傳感器并阻斷操作者視力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”完全可以創(chuàng)建出“萬能實(shí)訓(xùn)臺”，學(xué)生戴上可視眼鏡、數(shù)據(jù)手套，在PC機(jī)的支持下，實(shí)施多種多樣的虛擬實(shí)訓(xùn)。

3.實(shí)施真實(shí)操作前的驗(yàn)證性虛擬操作

幾乎所有虛擬仿真課件，都可以設(shè)計成“實(shí)施真實(shí)操作前的驗(yàn)證性虛擬操作”功能，但驗(yàn)證精度、準(zhǔn)確性，虛擬的逼真性卻各不相同。“加入專用傳感器并阻斷操作者視力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”可以設(shè)計成與現(xiàn)實(shí)狀況完全一致的驗(yàn)證精度與操作的準(zhǔn)確性，并大幅度提高虛擬場景的逼真性，這項(xiàng)技術(shù)為職業(yè)教育實(shí)操實(shí)訓(xùn)前的虛擬仿真導(dǎo)訓(xùn)，提供了技術(shù)支持。

（三）類別性特征

“加入專用傳感器并阻斷操作者視力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”與“加入專用傳感器屏幕仿真技術(shù)”，在類別性特征方面主要有3點(diǎn)區(qū)別：

1.單人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件

由于排除了視覺干擾，“加入專用傳感器并阻斷操作者視力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”完全可以實(shí)現(xiàn)“單人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件”功能。顧名思義，這種課件首先是“情節(jié)化”，其次是“單人進(jìn)入”。“單人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件”，破解了職業(yè)教育虛擬實(shí)習(xí)教學(xué)難題，是服務(wù)職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

2.多人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件

在“單人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件”基礎(chǔ)上，設(shè)計成多人進(jìn)入通道，既可以實(shí)現(xiàn)“多人進(jìn)入式情節(jié)化虛擬仿真課件”。按照崗位操作需求，將每一個通道設(shè)計成不同操作者角色，大家在虛擬場景下，各自按照崗位操作規(guī)范，實(shí)施聯(lián)合操作、順序操作、邏輯化操作。

3.情節(jié)化技能測試考核體驗(yàn)包

我們知道，技能測試、技能考核、技能操作體驗(yàn)是職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)不可或缺的三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于“加人專用傳感器并阻斷操作者視力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”可以創(chuàng)設(shè)身臨其境的虛擬效果，同時又可輕松加入虛擬操作“情節(jié)”，所以，完全可以設(shè)計成“情節(jié)化技能測試考核體驗(yàn)包”。

六、實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

通常我們又把它叫做“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”或“現(xiàn)實(shí)畫面與仿真畫面混合式仿真技術(shù)”，即AR技術(shù)。

（一）技術(shù)性特征

“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”的技術(shù)性特征，有以下4個方面：

1.不阻斷操作者視力

這項(xiàng)技術(shù)不需要操作者戴頭套、戴眼鏡，在自然環(huán)境下觀看現(xiàn)實(shí)畫面與虛擬畫面的融合畫面。

2.實(shí)施畫面融合

以“屏幕仿真技術(shù)”為基礎(chǔ)支撐，加入現(xiàn)實(shí)視頻畫面，通過某種軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬畫面與現(xiàn)實(shí)視頻畫面融合。

3.操作者利用自身視頻圖像控制虛擬畫面

操作者通過操作現(xiàn)實(shí)空間中某種具有標(biāo)記物體，并利用實(shí)時視頻畫面對虛擬畫面內(nèi)的“物體”實(shí)施操作，達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。

4.實(shí)現(xiàn)隨機(jī)操作

操作者可以隨機(jī)改變操作路徑、方法、手段，已形成即時隨機(jī)示教操作效果。

（二）應(yīng)用性特征

“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”的主要應(yīng)用性特征有以下5個方面：

1.用于教師利用虛擬仿真畫面、實(shí)時操作視頻進(jìn)行實(shí)時、隨機(jī)、示范性操作，并以合成視頻形式實(shí)施教學(xué)展示；

2.用于實(shí)踐性教學(xué)中適合于學(xué)生桌面操作的虛擬操作訓(xùn)練；

3.用于在虛擬目標(biāo)物支持下的立體化、形象化、虛擬化閱讀學(xué)習(xí)；

4.用于將學(xué)習(xí)內(nèi)容在視頻拍攝技術(shù)支持下，進(jìn)行可視化、形象化、互動式鏈接；

5.自助式操作，形成虛擬仿真與現(xiàn)實(shí)操作高度融合、完美疊加的教學(xué)視頻畫面。

（三）類別性特征

“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”的類別性特征有以下5個：（1）助教用“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，該項(xiàng)技術(shù)所支持的目標(biāo)物是，教師的教學(xué)示范、教學(xué)展示視頻；（2）助學(xué)用“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，該項(xiàng)技術(shù)所支持的目標(biāo)物是學(xué)生自主操作、自主學(xué)習(xí)、自主訓(xùn)練；（3）無屬性“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，這里提到的屬性與前述屬性概念一致。所謂無屬性，是指虛擬仿真畫面中的目標(biāo)物未設(shè)計任何屬性；（4）有屬性“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，所謂有屬性，是指虛擬仿真畫面中的目標(biāo)物設(shè)計了必要的屬性；（5）可檢測操作路徑的“實(shí)時加入真實(shí)視頻畫面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，記錄真實(shí)視頻畫面與虛擬仿真畫面所合成畫面操作軌跡，分析、判斷操作者操作的熟練度與正確性。

通過分析我們確定，VR/AR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用需求是剛性的，所發(fā)揮的作用是革命性的，隨著職業(yè)院校信息化水平的不斷提升，廣大教師信息化教學(xué)意識、信息化教學(xué)能力的不斷提升，在職業(yè)教育實(shí)施現(xiàn)代化建設(shè)、教育教學(xué)改革的歷史進(jìn)程中，VR/AR技術(shù)，乃至MR、HR技術(shù)，必將發(fā)揮不可替代的重要作用。