計算機虛擬現實技術的教學應用與軟件的開發研究

楊娟

摘要：本文從虛擬現實技術的原理和特點著手，重點解析虛擬現實技術在教育教學中的應用和相關軟件開發的研究。

關鍵詞：虛擬現實技術；教學應用；軟件開發

虛擬現實技術，也就是所謂的“VR”技術，是近幾年計算機科學發展到一定階段所催生的產物，是虛擬技術從實驗室走向平民化、大眾化的一種新興科技。目前，這種技術被廣泛運用于航空航天、醫學臨床、教育教學、建筑設計等眾多領域。

一、虛擬現實技術的原理及主要類型

（一）原理

虛擬現實技術，是計算機領域里仿真技術、計算機圖形學、傳感器技術等多種技術的一種融合，是一門極具挑戰性的交叉的且前沿的學科和新型領域。其主要是計算機通過三維信息構成逼真的虛擬環境，并借由特殊的如數據手套、頭盔顯示器等設備提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，并且在用戶進行位置移動或改變時，設備上的傳感器會即使的把這些信息傳達給計算機，計算機通過精準的計算重塑場景，因而讓人更有種身臨其境的感覺。從某種層面上來講，虛擬技術其實就是一種“欺騙”行為。

（二）主要類型

現在的虛擬現實系統主要有四大類：桌面虛擬現實系統、沉浸式虛擬現實系統、分布式虛擬現實系統和增強式虛擬現實系統。桌面虛擬現實系統主要是利用相應的圖形工作站、顯示器、輸入設備這三者來實現，這里的輸入設備是用戶參與使用的重要工具。而沉浸式虛擬系統則是通過顯示器頭盔把用戶的各種感官“困在”一個虛擬區域內，使用戶完全置身于某種虛擬環境中。分布式虛擬系統，又被叫做DVR，是一種基于網絡的虛擬環境，在這個系統中，不僅可以使不同地理位置的多個用戶或者多個虛擬環境通過網絡實現互聯，也可以讓多個用戶同時參與到一個虛擬環境中，以此實現資源的共享或者協同作業。

二、虛擬現實技術的特點

（一）沉浸性

沉浸性又被叫做臨場感，是虛擬技術通過多維的方式與計算機聯合所創造的一種虛擬環境，可以使用戶全身心的沉浸在這個虛擬環境中與之進行交互，進而達到人境合一的感覺，但值得一提的是，在這個環境中用戶確實為真實的參與者。

（二）交互性

交互式是指人們可以在這個特定的虛擬空間中與其呈現的事物之間進行交互，比如用戶可以用手去抓握環境中的物體，而這個設備能觸發用戶的神經，讓用戶真實的感受到抓取的東西重量，并且場景中物體也會隨著用戶手的移動而移動。

（三）多感知性

由于虛擬現實技術中配備有各種各樣的如聽、觸、動等的傳感裝置和反饋裝置，這樣就可以使用戶對事物的了解不再簡單的通過眼球去被動接受，而是在聽覺、觸覺等多種感官下的刺激下的類似于真實的感知。

（四）構想性

由于虛擬現實技術的主要處理核心還是計算機，而且在大數據技術的蓬勃加持下，使得虛擬現實技術具有寬闊的令人想象的空間。因此人們不僅可以借助這一優勢對現實存在的環境進行再現，還可以隨意的構想客觀不存在甚至是不可能發生的環境，這樣就在一定程度上拓寬了人們的認知范圍。

三、虛擬現實技術在教學中的應用與軟件開發研究

（一）虛擬技術在教學中的應用

1、促進知識學習

雖然中國優秀的教師不少，但在教學的過程中對于某些抽象的、難以理解的知識或者過程，也很難用有限的詞語去形容或者描述清楚，即便是網絡上的資源很多，學生也能從那些資源中得到一些淺薄的體會，但總的來說還是沒有身臨其境來的震撼，來的有高度。

2、方便探索學習

建設“創新型國家”、培養“創新型人才”一直是我國竭力的追求。虛擬現實技術在教學中的運用，給學生的提供了這樣一個平臺。學生在學習過程中提出的一些假設或者建立的某種模型可以通過虛擬現實技術進行仿真，與此同時還可以對其過程、結果、效果等進行觀察和驗證。比如學生在進行電路設計的時候，可以通過虛擬現實技術對所設計的電路進行模擬，畢竟理論在大部分情況下都是一種理想的概念，但在實際運用中不僅受內因的影響，外在因素也不可忽視。而且這樣也可以激發學生創造的積極性，因為以往的學習，即使學生自己設計出了東西，也沒有相應條件去進行實驗和驗證，到最后也只會不了了之，也就不利于學生創造力的培養。

3、開設虛擬實驗和技能訓練

虛擬現實技術完全就是實驗研究和技能訓練的福音，學生可以通過虛擬現實技術對多種實驗進行虛擬模擬，比如物理中的勻速運動、加速度運動，化學中的金屬與酸性物質的反應、氧化物的燃燒等等。此外，對于需要動手操作的一些學生來說，也是大有益處，比如醫學院的學生可以通過虛擬現實技術進行動物解剖、人體手術等技能操作，駕校學生也可以通過虛擬技術進行駕駛技能學習，軍校學生也可以進行虛擬的軍事作戰指揮等等，這樣不僅降低了學生因技能不熟練而造成的不必要的損害，還可以讓學生反復的進行操作實訓，直到掌握技能為止。

（二）基于VR的教學軟件開發研究

VR可以模仿真實世界的3D窗口，是一種非常優秀的教育媒介。欲實現VR教學軟件的開發，必須有一個前提：統一的操作系統軟件開發平臺。此外，還須得有滿足以下幾個問題：第一，有一個開放的一整套的專業的VR課堂教學管理系統，包括穩定的網絡層、完備的教學指揮系統等，使內容的開發者可以輕松的開發出真正適用于課堂教學的VR內容；第二，課件支持市場上主流的如VR眼鏡、頭盔等設備，使開發者和硬件商不必考慮兼容性的問題；第三，平臺要同VR教育云相連，集中整合優秀的VR教育內容，再打包輸送給學校的需求端。這樣才能在適配問題、接口問題、教育應用方面沒有顧忌。

結語：

繼多媒體教學、遠程教學、網絡課程等教學模式之后，一種叫“VR”的新型教學媒體也將走進課堂，其學習模式給學生一種全新的體驗，使學生對知識的學習從被動的接受到了主動的交互，實現了質的發展和突破。但其在教育運用中還存在著一些瓶頸，希望各界人士齊心協力攻克難關，讓VR強大的潛力和優勢為教育事業增光添彩。

參考文獻：

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