VR互動教學模式的研究與實踐

摘 要：為培養學生創新思維，鍛煉學生實踐能力，在教育教學過程中引入虛擬現實和增強現實技術，將抽象的科學概念以可視化方式呈現，打破傳統授課方式，使教與學更形象具體，以符合人類認知習慣。通過對虛擬現實和增強現實技術的分析，基于虛擬現實和增強現實互動式教學特點，提出基于虛擬現實和增強現實的互動教學應用架構。通過基于位置服務的教學實踐，驗證了基于虛擬現實和增強現實的互動式教學效果，促進啟發性、協同式和情景式教學改革與發展.

關鍵詞：虛擬現實;互動教學;實踐

一、什么是VR技術

VR英文名稱：Virtual Reality，為虛擬現實技術又稱靈境技術，是20世紀發展起來的一項全新的實用技術。虛擬現實技術囊括計算機、電子信息、仿真技術于一體，其基本實現方式是計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感。隨著社會生產力和科學技術的不斷發展，各行各業對VR技術的需求日益旺盛。VR技術也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術領域。

所謂虛擬現實，就是虛擬和現實相互結合。從理論上來講，虛擬現實技術（VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術就是利用現實生活中的數據，通過計算機技術產生的電子信號，將其與各種輸出設備結合使其轉化為能夠讓人們感受到的現象，這些現象可以是現實中真真切切的物體，也可以是我們肉眼所看不到的物質，通過三維模型表現出來。因為這些現象不是我們直接所能看到的，而是通過計算機技術模擬出來的現實中的世界，故稱為虛擬現實。虛擬現實技術受到了越來越多人的認可，用戶可以在虛擬現實世界體驗到最真實的感受，其模擬環境的真實性與現實世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺;同時，虛擬現實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統;最后，它具有超強的仿真系統，真正實現了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環境最真實的反饋。正是虛擬現實技術的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

二、VR的分類

VR涉及學科眾多，應用領域廣泛，系統種類繁雜，這是由其研究對象、研究目標和應用需求決定的。從不同角度出發，可對VR系統做出不同分類。

（1）根據沉浸式體驗角度分類

沉浸式體驗分為非交互式體驗、人——虛擬環境交互式體驗和群體——虛擬環境交互式體驗等幾類。強調用戶與設備的交互體驗，相比之下，非交互式體驗中的用戶更為被動，所體驗內容均為提前規劃好的，即便允許用戶在一定程度上引導場景數據的調度，也仍沒有實質性交互行為，如場景漫游等，用戶幾乎全程無事可做;而在人——虛擬環境交互式體驗系統中，用戶則可用過諸如數據手套，數字手術刀等的設備與虛擬環境進行交互，如駕駛戰斗機模擬器等，此時的用戶可感知虛擬環境的變化，進而也就能產生在相應現實世界中可能產生的各種感受。

（2）根據系統功能角度分類

系統功能分為規劃設計、展示娛樂、訓練演練等幾類。規劃設計系統可用于新設施的實驗驗證，可大幅縮短研發時長，降低設計成本，提高設計效率，城市排水、社區規劃等領域均可使用，如VR模擬給排水系統，可大幅減少原本需用于實驗驗證的經費;展示娛樂類系統適用于提供給用戶逼真的觀賞體驗，如數字博物館，大型3D交互式游戲，影視制作等，如VR技術早在70年代便被Disney用于拍攝特效電影;訓練演練類系統則可應用于各種危險環境及一些難以獲得操作對象或實操成本極高的領域，如外科手術訓練、空間站維修訓練等。

三、VR關鍵技術

虛擬現實的關鍵技術主要包括：

1、動態環境建模技術

虛擬環境的建立是VR系統的核心內容，目的就是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要建立相應的虛擬環境模型。

2、實時三維圖形生成技術

三維圖形的生成技術已經較為成熟，那么關鍵就是“實時”生成。為保證實時，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術

虛擬現實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發展，現有的設備不能滿足需要，力學和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入，虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

4、應用系統開發工具

虛擬現實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象，選擇適當的應用對象可以大幅度提高生產效率，減輕勞動強度，提高產品質量。想要達到這一目的，則需要研究虛擬現實的開發工具。

5、系統集成技術

由于VR系統中包括大量的感知信息和模型，因此系統集成技術起著至關重要的作用，集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別與合成技術等。

四、VR技術在教學中的應用

不難看出VR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。

現在精品課程資源可以共享，但是對于整個教育教學環節而言，在教學過程中常常只滿足于“會教，教完”，而忽略了“以學生為中心，培養學生的學習興趣，培養學生的學習方法，自學能力”，即能共享的教學資源遠遠滿足不了實際教學的需求，并且不同的學校，實際教學條件、教學對象不一樣。對于我們學校來說，學生分數較低，基礎條件差，沒有學習積極性，要把低分的學生批量80%以上培養成才，解決課程難，概念復雜，課程內容枯燥乏味，教學手段單一，學生沒有興趣學等問題，因此，我們迫切需要結合本校實際情況進行課程改革，以提高該課程的教學質量。

參考文獻

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作者簡介：

徐鑒，女，漢族，黑龍江省哈爾濱人，職務：哈爾濱信息工程學院教師，職稱：副教授，學歷：在職研究生，研究方向：軟件開發、軟件設計.