教學(xué)用虛擬仿真（VR）系統(tǒng)制作探索與研究

董宏達

【摘要】虛擬仿真（VR）技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)已成為目前學(xué)校教學(xué)手段之一。虛擬仿真技術(shù)不但可以輔助教學(xué)，更能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對新知識、新技術(shù)的了解。本文介紹了虛擬軟件（VR）的特點及作用，重點介紹教學(xué)虛擬仿真（VR）系統(tǒng)制作、開發(fā)流程經(jīng)驗，闡明學(xué)校聯(lián)合軟件公司開發(fā)、設(shè)計虛擬仿真教學(xué)軟件的優(yōu)缺點及經(jīng)驗，為日后各學(xué)校虛擬仿真系統(tǒng)制作科研創(chuàng)新提供經(jīng)驗與教訓(xùn)。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真 設(shè)計開發(fā)流程 回顧探索

【基金項目】本文系吉林省教育科學(xué)十三五規(guī)劃立項課題，項目號：GH16501。

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）38-0236-02

1.虛擬仿真（VR）介紹

虛擬仿真（VR）技術(shù)是利用計算機技術(shù)與專用設(shè)備相結(jié)合，綜合多項科學(xué)領(lǐng)域的知識，充分發(fā)揮計算機的模擬功能，為社會、學(xué)校、團體、個人、實驗室等提供系統(tǒng)的模擬與試驗，其最大的特點是具有的“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“構(gòu)想性”，可以實現(xiàn)“人機”互動，極大的引起體驗者（學(xué)生）的興趣，是未來學(xué)校教學(xué)得力輔助工具。

虛擬仿真（VR）技術(shù)可以真實模擬“事件”全過程或“物體”組織結(jié)構(gòu)，可以將不可再現(xiàn)或難以復(fù)原的各類“事件”全過程“真實”再現(xiàn)體驗者面前。學(xué)校利用虛擬仿真（VR）技術(shù)輔助教學(xué)能夠有效改變以往的聽、讀、寫、看、記憶、背誦等老舊教學(xué)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極參與全新教學(xué)過程，

2016年被稱為我國虛擬仿真（VR）元年，目前虛擬仿真（VR）的硬件發(fā)展為虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間，虛擬仿真（VR）技術(shù)將會成為人類電子技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，為人類社會發(fā)展做出重大貢獻。

2.虛擬仿真（VR）系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

1）明確VR系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

虛擬仿真（VR）技術(shù)具有“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“構(gòu)想性”。模擬是虛擬仿真（VR）技術(shù)重要功能之一，利用虛擬仿真（VR）技術(shù)，可模擬機械裝配、醫(yī)療手術(shù)、微觀世界、虛擬駕駛等過程，通過虛擬仿真穿戴技術(shù)（手套、頭盔、目鏡等），可以將動作、聲音、場景、作用力即時反饋在學(xué)生眼前（身體上），學(xué)生身臨其境，提高學(xué)生的理解能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

學(xué)校訂制教學(xué)VR系統(tǒng)輔助教學(xué)，首先要明確做什么？也就是明確目標(biāo)。不同的學(xué)科、不同的專業(yè)、不同的教學(xué)目標(biāo)和計劃，應(yīng)配備不同的教學(xué)VR系統(tǒng)（課件），只有這樣VR才能更有效、更加專業(yè)輔助教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

例如：模擬駕駛、手術(shù)，模擬產(chǎn)品組裝等

2）組建團隊

由計算機專家、專業(yè)教師、行業(yè)專家（技術(shù)能手）組成的制作教學(xué)用虛擬仿真（VR）系統(tǒng)團隊為最佳，該團隊的組建是VR系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計成功的關(guān)鍵。專業(yè)教師負(fù)責(zé)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容講解說明，重要的是專業(yè)教師負(fù)責(zé)帶領(lǐng)團隊進行編寫VR系統(tǒng)的制作腳本，沒有該腳本計算機專家將無法制作虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，并且只有如此制作出的VR系統(tǒng)才能更好地為學(xué)校教學(xué)服務(wù)。行業(yè)專家（技術(shù)能手）負(fù)責(zé)VR系統(tǒng)腳本編制時的問題甄別，負(fù)責(zé)與實際生產(chǎn)（操作）相對比，進行VR系統(tǒng)腳本的完善過程，沒有行業(yè)專家（技術(shù)能手）的問題（流程）改善，將會出現(xiàn)知識理論化可能與實際生產(chǎn)（操作）相背離，出現(xiàn)錯誤的操作方法。計算機專家負(fù)責(zé)龐大的編程任務(wù)，負(fù)責(zé)最終的軟件制作。由于多數(shù)計算機專家對學(xué)校教學(xué)專業(yè)內(nèi)容（知識點）不熟知，因此必須在教師、專家、技術(shù)能手的不斷講解和指導(dǎo)下才能夠設(shè)計出完美的仿真系統(tǒng)。

團隊有分工，同時有協(xié)作。教師、技術(shù)能手、計算機專家三方缺一不可，任何一方都應(yīng)主動積極溝通、相互學(xué)習(xí)、互補工作，才能實現(xiàn)團隊目標(biāo)。

3）虛擬仿真（VR）系統(tǒng)腳本編寫

腳本編制是VR系統(tǒng)制作的重點，虛擬仿真（VR）系統(tǒng)腳本如同拍攝電影劇本一樣重要，腳本需要將每一個場景、內(nèi)容、人物編寫細(xì)致、清晰明了，并且與計算機專家進行有效溝通，使計算機專家對腳本充分理解，才能設(shè)計出優(yōu)秀的虛擬仿真（VR）課件。如果腳本編制不夠詳細(xì)，教師與計算機專家溝通不暢，就會出現(xiàn)由于計算機專家對教學(xué)內(nèi)容不了解，對專業(yè)知識不熟知，制作出來的VR系統(tǒng)（課件）將與教學(xué)要求相距千里，無法清晰表達、展示需要的內(nèi)容。

腳本編制需要有局部細(xì)致性，同時要有大局觀。學(xué)校教學(xué)內(nèi)容（課程）是遞進式，環(huán)環(huán)相扣，知識的關(guān)聯(lián)性極強，因此VR系統(tǒng)（課件）腳本編寫時既要關(guān)注模擬單一教學(xué)內(nèi)容，又要注重本專業(yè)整體性，更為重要的是要為VR軟件日后擴展開發(fā)做好銜接準(zhǔn)備。

例如：環(huán)境、場景的一致性、設(shè)備設(shè)施的統(tǒng)一性、課程間的連接性等。

腳本編制應(yīng)注意有階段性驗收（討論）時間，團隊成員定期對VR軟件設(shè)計進行研討（驗收），避免出現(xiàn)大的漏洞時對VR編程進行修改浪費時間。

4）教學(xué)“VR”制作與改善

腳本編寫完畢，虛擬仿真（VR）系統(tǒng)制作就進入實質(zhì)設(shè)計與開發(fā)階段。該階段主要由計算機專家承擔(dān)，其主要任務(wù)是建模、建庫、編程等一系列工作，該工作相當(dāng)繁瑣、費時、費力，并且容易出現(xiàn)返工耗費大量的人力、物力、財力。

制作過程中常見問題有：

腳本需要進行修改

腳本理解錯誤、制作有偏差

環(huán)境、物體、“事件”與事實不符

操作過程（流程）順序錯誤

物質(zhì)貼圖、體積大小尺寸失真

情節(jié)設(shè)計沒有吸引力

過于程序化，沒有隨機性

3.虛擬仿真（VR）制作探索研究

教學(xué)用虛擬仿真軟件系統(tǒng)開發(fā)主要有三種形式。

其一：學(xué)校與軟件公司合作進行設(shè)計開發(fā)

其二：購買成型軟件系統(tǒng)

其三：學(xué)校組織教師獨立設(shè)計開發(fā)

學(xué)校與軟件公司合作設(shè)計開發(fā)虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，其優(yōu)點在于教師通過參與軟件設(shè)計開發(fā)強化了教師的專業(yè)知識內(nèi)容、學(xué)習(xí)和掌握了實際操作（應(yīng)用）過程，通過結(jié)識行業(yè)專家、技術(shù)能手，使學(xué)校教師將理論與實際相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近實際，能夠滿足社會、行業(yè)的需求。

學(xué)校向軟件公司購買成型虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)快速應(yīng)用，但缺點是教師由于沒有參與設(shè)計、開發(fā)，軟件不能完全符合教師授課的需求，教學(xué)重點、難點不能很好的展現(xiàn)出來，教師對軟件僅僅處于使用的過程，沒有得到鍛煉與成長。

學(xué)校組織教師獨立設(shè)計開發(fā)軟件系統(tǒng)，優(yōu)點是軟件完全能夠符合教學(xué)要求，但缺點是教師忙于授課，沒有時間進行軟件編程、設(shè)計；其次，軟件編程制作不是專業(yè)教師的強項；其三，學(xué)校投入費用較大、時間長、經(jīng)費籌集困難。

通過以上的分析建議學(xué)校與軟件公司進行合作，同心協(xié)力開發(fā)教學(xué)虛擬仿真軟件。合作開發(fā)軟件使學(xué)校教師得到鍛煉，軟件更能符合教學(xué)要求，軟件公司也有的放矢，并且學(xué)校對軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，成為軟件公司的免費實體廣告，學(xué)校、軟件公司雙方受益。

虛擬仿真（VR）系統(tǒng)主要是通過其模擬功能將不可再現(xiàn)的事件過程、微觀世界展現(xiàn)在體驗者面前，通過其“交互性”操作功能，使體驗者能夠隨機進行探索與實踐，通過其具有的“沉浸感”激發(fā)體驗者對該“事件”（課程、專業(yè)）的興趣，從而實現(xiàn)輔助教學(xué)。

虛擬仿真（VR）系統(tǒng)能夠幫助教師輕松、細(xì)致講解課程，作為教學(xué)輔助工具，不僅可以減輕教師工作量，更為突出的是能夠促使教師思考教學(xué)如何創(chuàng)新、改善，更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。endprint