基于VR技術的仿真虛擬教學資源應用開發

楊 波

（吉首大學教師技能訓練中心 湖南 吉首 416000）

1 引言

VR全稱Virtual Reality，中文譯名虛擬現實又或靈境技術。其內涵是指，綜合利用計算機圖形系統的各種現實及控制設備，為觀察者提供沉浸感覺的三維虛擬環境。

在智能終端普及以前，受技術、設備及成本影響，VR發展緩慢。但隨著高性能智能手機等終端設備，以及低成本VR光學眼鏡的推廣，VR開始進入高速發展期[1]。此時利用VR技術的特性，在教育改革中嘗試VR虛擬教學資源的開發與應用研究，對提高教學效率，增加教學手段意義重大。

2 VR在教學中的應用現狀

教育必須借助技術手段來予以實施，因此技術的革新必然會帶來教育的改革。PC時代的到來，為我們提供了CAI（計算機輔助教學）教學模式，隨之而來的是各種課件資源的開發和應用；在線時代的到來，為我們提供了MOOC教學模式，隨之而來的是各種微課資源的開發與應用；現在是智能移動終端的時代，它能帶給我們什么？

2.1 國外利用VR仿真虛擬教學的研究狀況

VR為教學提供了一種新型的手段，目前在國內外已被廣泛的應用在高等教育行業，以及特殊教育行業。從目前可考的資源來看，美國是VR的發源地，也是最早在教育行業運用VR技術的國家，其研究水平基本可代表國際VR的發展。

上世紀九十年代初，東卡羅琳那大學（美國）成立了虛擬現實技術與教育實驗室(VREL)[2]。目的就是確認虛擬現實技術在教育上的適用性，考察虛擬現實技術對未來教育的影響，將虛擬現實與其它教育媒體進行比較。

在歐洲關于VR教育資源開發及應用的研究，以英國為首。英國第一個在教育中應用VR資源及技術的是West Denton中學，該校探索用VR進行教育應用的方法。

同時在教育方面對VR虛擬教學進行研究和探索的還有諾丁漢大學的VIRART(Virtual Reality Application Research Team)項目，其目標主要在于探索桌面VR設備。VIRART小組還和學校緊密合作，把桌面VR系統用于學習上有困難和身體嚴重殘疾孩子的教育上[3]。

2.2 國內利用VR仿真虛擬教學的研究狀況

國內在引進VR技術用于教育的研究主要有以下幾個方面：

2.2.1 虛擬校園 早在上世紀90年代，天津大學就基于VRML國際標準在SGI硬件平臺上開發了最早的虛擬校園。

在本世紀初的國家863成果展上，浙江大學展出了他們的虛擬校園。對虛擬現實技術與教育的結合起了“領頭羊”的作用，讓人們更加深一步不斷了解和應用。

中央廣播電視大學，基于游戲圖形引擎，將其網絡學院具體的實際功能進行了整合，拓展了功能，突破了虛擬現實技術的應用僅停留在校園的一般性瀏覽上，實現廣泛應用。

強化大局意識。軍民融合是國家發展戰略，是必須長期堅持的一項基本國策。要切實強化軍地各級、各部門“講融合就是講政治、抓融合就是抓建設、促融合就是促發展”的大局意識，充分認清軍民融合是協調推進“四個全面”戰略布局的重大舉措，自覺打破狹隘的本位主義、部門利益和個人利益的束縛，切實把國防和軍隊建設融入經濟社會發展體系，確保“四個全面”各項任務落到實處。

隨著數字校園建設的深入，人們不再滿足于對一般線上教學資源的瀏覽。探討并應用高層次的教學迫在眉睫，基于教學、管理、服務的三維可感知虛擬數字校園不斷完善，并初具規模，實現人們的心中所想。

2.2.2 虛擬教學 基于VR虛擬現實技術的特點，它在理工科的教學中應有前途廣大。尤其在如建筑、機械等工科性較強的學科教學中都有著質的突破。

如，西南交通大學在工程教學上的虛擬現實應用研究，在目前流行的虛擬現實技術基礎上，自行開發出了一系列高水平的計算機仿真和虛擬現實應用產品，在規劃仿真、學員培訓仿真及教學交互上取得了非常突出的成果。

同濟大學則在其建筑學院的虛擬實驗室建設中，就對建筑景觀、建筑結構等教學內容進行了相關的仿真資源建設，使學生從更全方位的來進行學習，達到最終的教學目的，傳播知識，應用于實踐。

2.2.3 仿真實驗 國內大多數仿真實驗都還停留在PC終端，即利用計算機軟件將人工智能、虛擬體驗與教學有機的結合起來，為教育、教學開放了一個嶄新的窗口。使教學內容、實驗設備、教學指導與操作者的思考在虛擬平臺上有機的融合。

當然也有少部分運用了純圖形三維的表現方式，讓學生在一個虛擬實驗室環境下進行操作，通過終端設備還原真實，達到更高的水平。

隨著教育信息技術的快速發展，基于VR的數字教學資源建設、應用必將具有更加廣闊的教育應用發展前景。我們必須緊跟形勢，大膽應用，才能使我們的教育教學充滿生機和活力。

3 VR在教學的應用及開發優勢

3.1 新視角、新感受，為學習者提供沉浸式的學習體驗

沉浸式的體驗是指用第一人稱視角體驗并獲取相關信息。

常規教學活動中，學習者獲取信息的方式主要是通過旁觀者的視角來觀察獲取。受環境因素影響，學習者在理解教師傳遞的信息時很容易受到各種干擾，不利于理解教師的教學意圖。使用VR技術后，學習者可以直接沉浸到教學活動中，甚至是使用教師的第一人稱視角來獲取教學信息。

VR技術直接改變了學習者的 學習地位，為學習者提供了常規教學所無法企及的學習體驗，其教學影響不言而喻。

3.2 低成本，高效率，開創仿真虛擬教學新領域

受環境、成本、安全等因素影響，仿真虛擬教學是高等教育，尤其是特殊專業教育所推崇的。在過去，仿真虛擬教學的實施主要通過兩種方式來實現，一、建設專門的仿真虛擬教學教室；二、基于PC平臺，通過三維軟件讓學習者模擬操作。但是，這些方式都有天然的瓶頸，巨大的投入、環境的局限、資源的開發都使仿真虛擬教學在一般高校難以為繼。

VR資源開發利用的是現在已經非常成熟的電視技術，資源應用使用的是幾乎人人都有的智能手機，唯一需要添置的設備就是淘寶上可以采購的，最低價格不足十元的VR眼鏡。

其資源開發、建設投入將不再是仿真虛擬教學的攔路虎，擺脫專門教室和PC平臺的限制，結合校園網內部傳輸便捷的特點，現有的網內視頻教學資源平臺立馬就可以實現華麗的轉身，變成具有學校特色，可獨立開發、應用學校特有資源的仿真虛擬教學新陣地。

3.3 新資源、厚基礎，讓數字校園更智慧

“數字校園”是高等教育信息化進入高級階段的表現形式。擁有新的、更能直觀體驗的“數字校園”，VR虛擬教學資源必不可少。我們建設校內的大平臺、云資源庫為的就是實現集體知識共生共榮，業務應用智能融合，團隊協作便利充分，而這一切指向的目標只有一個，高效率的培養當前社會需要的人才。

隨著智能終端的在現實生活中的廣泛應用，探討并進行智慧校園勢在必行[4]。從校園數字教學資源來看，原來只能在特定場所，用旁觀者角度獲取的信息現在可以用第一人稱視角來體驗，新的智慧校園建設必須要考慮到未來的發展趨勢。

基于VR技術的虛擬教學資源開發及應用能為數字校園更智慧提供資源支撐，為以后從VR教學轉變為AR（增強現實技術）教學，數字校園變成智慧虛擬現實校園提供基礎。