浅析虚拟现实技术及实践教学的虚拟化

王慧婷

【摘要】近年来随着实践教学的深入改革，虚拟现实技术在教学中的应用越来越普及，对教学质量的提高日益重要。本文对虚拟现实技术作了介绍，并对它在实践教学中的应用作了简要论说：如何摆脱现阶段实践教学中的各种困境以及提高实践教学质量问题；实践教学中利用虚拟现实技术的作用和意义。

【关键词】虚拟现实技术 实践教学虚拟化 应用意义

【基金项目】浙江农林大学实验技术与管理研究项目：SYB1215。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0022-02

随着信息技术的发展，各种新型的信息技术层出不穷，其中虚拟现实技术这门全新的综合性信息技术在各个行业影响越来越重要。虚拟现实技术让体验者能够完全进入到特定的环境里面去，通过对虚拟现实技术创造的虚拟环境中的各种对象及对环境进行控制，可让体验者与虚拟环境融为一体，取得深刻的感知和认识。

1.虚拟现实技术在实践教学中的应用

1.1虚拟现实技术的原理

是通过电脑技术模拟的创造一个三维空间的虚拟空间，在这空间中提供体验者各种感官的模拟切身体会和随心所欲的观察和体验三度空间内各种情景，关键技术有：对虚拟环境建立新模型的技术，得到真实三维场景的全部数据，根据数据建立三维虚拟环境模型；通过声音的立体技术合成技术，以及三维立体显示技术，能够虚拟现实环境中的立体听觉感受以及三维立体视觉系统；体验者在虚拟技术中的触觉反馈技术，虚拟环境中可以让用户能够直接对虚拟物体操控并且可以真实地感受到虚拟物体的触觉反馈产生与真实环境相同的感受；人机交互的技术，现在虚拟技术已经脱离了传统的键盘和鼠标模式，已经有丰富的佩戴系统与传感传感器设备，甚至出现了语音识别和三维交互技术以及体感识别等等；包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。

1.2实践教学虚拟化中的技术具体操作方法

通过列举测量课程的教学虚拟化的具体操作方法进行阐述。介绍虚拟化技术在教学中的应用，测量学实践课中将虚拟现实技术与网络技术相结合，制作出可交互的网络模拟实验环境，并提供多种“实验设备”，让学生在课外也能与教学同步进行测量实验，对实验设备可反复“操作”，并可通过多种预置操作提示实现随教随学、随学随用，实践教学效果将显著提高[1]。此外，通过模拟各种对设备的错误操作，使学生深刻理解不符合规程的仪器操作将会引起的后果，轻则造成某站测量数据的错误，重则损坏仪器。在普通计算机系统的基础上，利用3DS MAX， Maya、VIR-tool等软件，建立一个“多设备”“多场景”“多项目”的桌面虚拟测量实践教学系统，提供给学生一个从最初的“设备操作练习”到最终的“实际工程演练”多层次可持续的模拟练习平台。该虚拟实验系统的构成如图1所示。

图1

虚拟现实技术在于测量实践课程的教学中，建立“多设备”“多场景”“多项目”的虚拟测量实践教学系统，将突破传统测量实践课程教学易受设备、场地、时间限制的瓶颈，提供给学生一个全方位、无限制的测量实践教学平台。对于学生们培养兴趣，激发学习潜力作用极大。实践教学与理论教学的互相配合、相互作用，是培养学生实践能力必不可少的。有效的提升学生分析能力和动手能力，充分的开发学生们创造能力，促进综合素质的培养[2]。

由此可见，使用虚拟现实化技术，老师或学生能够在计算机上精确地操作各种试验，包括真实环境条件不能满足的科学实验，或者实验危险系数较高的项目，既节约了教学成本也同时保证了学生的自身安全，可以非常经济有效的达到教学目的。另外，实践教学中，虚拟化技术可对学生在学习进程中，提出的各种疑问以及假设，针对性地完成各种模型的假设，再通过虚拟化很直观的完成各种任务和得到实验结果。利用这种技术，学生可以探索更多的知识面，而且很有可能研究出新的科学技术成果，从而激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

1.3 虚拟化教学在技能训练方面应用

虚拟现实技术可以使人身临其境，能让学生在虚拟的环境中充当一个角色，集中注意力，专心致志地投入学习过程中，十分有利于帮助学生开展技能训练。利用这种技术，能够让学生进行各种技能训练，例如，航空航天院校学生利用飞行模拟设备进行飞行操作、和编队作战等方面的训练，极大程度地减少飞行设备以及学员的安全。

2.虚拟现实技术在课堂教学中的应用

在课堂教学中使用简易的虚拟现实技术，比如课堂教学需要给学生表现一些系统的结构和动态，无论是自然学科还是社会学科，都可以通过虚拟现实技术为学生创造一种可以体验和观察的场景。在现代教学中，很多教学内容和实验需要让学生更容易理解和体验，使用虚拟现实化的教学手段就能很方便快捷的做到，学生们通过切身感受虚拟体验过程，快速地理解和巩固所传授的知识。

使用虚拟现实技术可以克服传统授课中只有抽象思维而没有实际感受的缺陷。在课堂教学中，教学虚拟现实化的模拟软件为学生创造了一个无害的、低风险的、经济实惠的方式，与真实世界进行交互。一方面为学生展现现实生活中无法观察到的自然现象或万物变化的过程，可以提供栩栩如生、逼真再现的感性学习资料，让学生们很方便解决学习中的知识难点。

教学中有的知识点，运用传统的教学方式，学生们很难理解。由于空间的三维性，除了制作结构模型没有其他更加高效的办法。现在，在晶体学中的教学，除了制作模型外，可以利用虚拟现实的技术让学生体验晶体结构三维空间展示效果，使学生非常容易观察、理解和制作，从而解决了传统教学中教师讲授比较抽象、非常难以理解的晶体结构问题。

3.虚拟现实技术在实践教学的积极作用

3.1有利改善教学环境，提高教学效率，开发学生学习潜能；增加学校教学承载能力，改善教育资源；解决学校部分教育经费短缺问题。

3.2 通过该技术可以建立各种实验实训基地，利用传统实践与虚拟技术相结合的方式方法进行实践教学训练，能够使教育紧跟现代科学进步技术发展，培养出符合现代社会及时需要的高素质毕业生。

3.3 可以很有效的规避实验或实践教学的各种危险。例如，化学实验实践中利用虚拟技术，能够规避化学燃烧、爆炸的危险；外科手术实践通过虚拟化演练，可避免手术的误操作造成医疗事故等。

3.4满足学校培养新型复合型人才的需要，培养出高素质的技术人员和更高级其他人才。

4.结语

虚拟现实技术的应用是现代实践教学的大趋所势，也是大中小院校教学改革与研究的新课题，该技术对当今教育工作者教学方法的探索提出新的要求和思路：现阶段，我国的虚拟现实技术实践教学才处于起步阶段，与欧美发达国家相比有很大的差距，提升的空间非常巨大，这需要所有教育工作者的共同努力，重视素质教育，全面提高教学水平，为国家培养更多高素质人才。

参考文献：

[1]吴英.基于网络环境下大学生虚拟社会实践问题研究[D].中南民族大学，2012.

[2]张永彬，汪金花.测绘实践课程教学的探讨[J].测绘科学，2009，34（4）：239-240.