淺談虛擬現實技術在高等教育的應用

孟海涅

摘 要 通過對虛擬現實技術理論陳述，部分實例進行分析，著手于軟硬件兩方面，結合高等教育中已有的優秀實例，對虛擬現實技術在高等教育領域的應用提出部分建議。

關鍵詞 虛擬現實 增強現實 三維技術 教育 軟件開發

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

虛擬現實技術到現在已經發展十多年了，近幾年發展極為迅速。可穿戴式的沉浸式體驗，讓這項技術在社會中得到極大地推廣和使用。在高等教育領域，也越來越多的將該技術引入到科研和教學上。下面，我們來具體談談。

1虛擬現實在教育領域的應用

虛擬現實技術在傳遞信息方面是多媒體技術的一大突破。VR所傳遞的信息不僅僅是簡單的圖形、聲音或者超文本，而是一系列實時生成的擬真聲像信息、觸覺和運動感知（未來還要加上嗅覺和味覺）等。VR最大的特點就是“身臨其境”，這和教育原理中的“情景構建”理論不謀而合，因此將VR應用到教育領域也成為一個較為熱門的研究方向。

下面列舉了幾種典型的VR在教育領域的應用：

1.1 VR訓練場和實驗臺

顧名思義，VR訓練場和實驗臺就是在虛擬世界中構建出實驗場所來供學習者進行活動與操作。由于操作對象從實際存在的物體變成了虛擬世界中的模型，允許操作方式會隨著教學設計者的設計精細程度而增加或者減少（一般是減少），設計者可以給出較為精簡的操作流程提示告知學習者應當怎樣控制和處理“眼前”的對象。同時，從虛擬現實的體驗來看，利用虛擬現實技術，可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學、生物實驗室等等，擁有傳統實驗室難以比擬的優勢。利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據隨時生成新的設備。教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等，在廣泛的科目領域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。虛擬現實的沉浸性和交互性，非常有利于學生的技能訓練。包括軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等各種職業技能的訓練。

1.2科技研究與模擬觀測

清華大學在計算機基礎課程中，還增加了虛擬現實相關的內容。清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統；北京師范大學教育部虛擬現實應用工程研究中心就主要從事這項技術在文化遺產保護和醫學上的應用，先后開發了北京胡同虛擬現實游覽交互系統、秦兵馬俑陣列運動模擬、虛擬內窺鏡等程序；華中理工大學機械學院工程檢測實驗室將其虛擬實驗室成果在網上公開展示，供遠程教育使用；復旦大學、上海交通大學、暨南大學等一批高校也開發了一批新的虛擬儀器系統用于教學和科研。

1.3虛擬校園

“不出門便知天下事”在前互聯網時代已經開始逐步實現，而VR系統將賦予這句中國古諺以更新的內涵。相比傳統的主要提供音視頻及超文本內容的遠程教育系統來說，若能用VR系統構建高度仿真的校園，我們就可以克服由于交互性或互動性不足所帶來的一系列問題。比如，國外一些高校利用VR技術吸引生源，推廣校園文化。位于美國佐治亞州的Savannah藝術設計院校成為第一個大規模使用VR技術的高校，錄制好校園介紹并寄給已被錄取但尚未入學的學生。

2虛擬現實系統在高等教育的發展期望

人對自然界有視聽觸味嗅五種感覺，后三種是較難通過硬件設備模擬的。觸覺直接和身體的運動接觸有關，因此想要達到高度擬真的運動控制及受力反饋，最好的方案依然是將人體的實際動作傳遞到虛擬世界中去。實現這一需求的輸入設備包括體感服等，但仍很難解決輸出即受力反饋問題。

類似這樣的問題，還未能很好的解決。所以很多高等學府也將虛擬現實技術作為科研課題進行研究，在技術上真正實現突破。“VR+ 教育”是有技術門檻的，人們對VR 的認知普遍不多，在市場上VR 容易被仿冒及誤導使用， 從而讓大家對VR 的期待值一降再降，導致最后VR 還未真正問世，就已經淪為了供過于求的“垃圾”科技， 這讓正牌VR 的損失難以估量。產品內容方面，硬件配置與學科教育契合度偏低，VR 教育課程的開發缺乏學科教育專家和老師的參與。而相對于使用Oculus、HTC Vive 等純虛擬現實環境來說，增強現實環境不需要佩戴沉重的頭盔，不需要放置捕獲用戶空間位置的專用定位器和特定的活動范圍空間。它僅需要一臺電腦配合一個普通攝像頭，或者僅需要平板電腦或手機（ 本身自帶攝像頭），即可做到真實環境和虛擬對象的融合互動。因此，這種對硬件條件要求不高的學習技術更容易在學校落地，并擁有更多的受眾用戶。更重要的是，增強現實環境將虛擬的學習內容與現實環境進行了有意義的關聯。所以，AR 技術作為當前研究熱點之一的VR 技術的分支，更能為學生創設出一個科學探究的環境。

因此，在未來教育中，我們應深掘教育規律， 借助VR/AR 學習環境，構建技術平臺支撐下的新型教學模式，探求VR/AR 學習環境如何支持學與教， 以提升學生在課堂教學中的學習效果，通過重塑學習方式回歸教育本質，對培育創新型人才和教育提供支持。

參考文獻

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