VR虚拟现实技术在职业教育中的应用价值评述

覃斌

（辽宁林业职业技术学院，辽宁 沈阳 110101）

VR虚拟现实技术在职业教育中的应用价值评述

覃斌

（辽宁林业职业技术学院，辽宁 沈阳 110101）

虚拟现实技术生成的虚拟环境与现实社会环境有着极高的类似度，可以创设高仿真的学习情景并提供一种多源信息融合的交互方式，能很好地解决传统教学在教学内容、教学手段、时间、空间、安全性、经费等方面的限制。其先进的技术手段能为现代职业教育技术提供一种科学的解决方案。

职业教育；VR虚拟现实技术；沉浸感；交互性

一、虚拟现实技术的内涵

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，是在20世纪80年代初由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）提出的[1]。其具体内涵是：综合利用计算机图形技术、计算机仿真技术和人工智能、传感技术、显示技术、网络等各种并行控制接口设备，在计算机上生成的三维动态视景环境中提供和实体行为可产生仿真沉浸、自然交互感觉的技术[1-2]。

如今，VR技术正逐步走向人们的生活，它可以利用电脑模拟产生一个能让人沉浸在三维动态视景环境的虚拟空间世界，除了可以在视觉上让使用者实时、没有限制地观察三度空间内的事物外，还可以从触觉、听觉等方面为使用者提供与自然环境极为相似的感官模拟[3-5]。概括地说，虚拟现实技术与受欢迎的视窗操作和传统的人机界面相比，为人们提供了一种新的可视化操作和交互功能呈现方式，有着质的技术思想飞跃[3-5]。

二、虚拟现实技术的特征与优势

VR技术最大的特点就是能够带给人一种身临其境的感觉，它具备两个典型特征：沉浸感和交互性。VR技术能将人们很自然地带入并沉浸在虚拟世界中，人们也可以通过一定的交互方式与虚拟世界相互作用与影响[6-7]。

沉浸感是指利用计算机产生的三维仿真图像给人带来真实的认知体验和感官体验，让人身临其境地专注于当前的虚拟环境，从而忘记现实环境。VR技术带来的真实沉浸感来源于VR技术创造的虚拟“现实”环境，理想的虚拟环境可以达到使用户难辨真假的程度，用户作为主角存在于虚拟环境中的临场参与感的真实程度不亚于现实[8]。“虚拟”是指用计算机生成的意思。虚拟现实中的“现实”是指通过计算机模拟出的能再现客观事物或环境的物理属性和功能属性的“现实”，它是一种特殊现实环境，可以是客观事物或环境的再现，也可以是超越客观现实存在的“超现实事物或环境”[8]。因此，虚拟现实是指用计算机技术辅助生成特殊现实环境的一种全方面、全环节、多感知的官能体验模拟系统，用户可以通过使用各种交互装置将自己“投放”到这个系统环境中，通过逼真的操作控制环境，实现接近现实或超越现实的特殊目的[8]。如何理解沉浸感？以一场篮球赛游戏为例，在传统的电脑画面中，你只能通过转动鼠标才能看到其他视角的情景，且眼睛与电脑屏幕间的物理距离使你感到“视景环境只是屏幕中的视景环境”；而在VR篮球赛游戏里，你所看到的是和人视角一致的三维动态视景环境，你可以以人视角看到和自己站在一起的队员，你也可以跟他们一起跑动，当你转身就可以看到背后的球员在干嘛，一如你身临其境地站在篮球场上。在目前现有的传感技术条件下，VR技术具备除一般计算机所具有的理想的虚拟现实环境能为用户提供真实的沉浸感[4]。

交互性指用户对三维动态视景虚拟环境内物体的可操作程度及通过互动从虚拟环境得到响应反馈的自然程度[8]。在计算机生成的虚拟环境中，人们可以利用一些传感交互设备进行人机交互，在人操控计算机的同时也让“计算机适应人”，基于在视觉、听觉、触觉、力觉和运动感知作用下的良好交互体验，可以让用户获得身临其境的官能感受，如同在真实客观世界中一样。如何理解VR技术的交互?还是以篮球赛游戏为例，除了自身运动带来的三维动态视景变换外，你还能在虚拟环境中和队员们一起抢球互动。VR技术的多维特点注定了它的交互要比平面图形交互拥有更加丰富的形式。目前，VR交互仍在探索和研究中，与各种高科技的结合，将会使VR交互产生无限可能。现有的VR交互方式主要有动作捕捉、触觉反馈、眼球追踪、手势跟踪、方向追踪、肌电模拟、语音交互等，这些交互方式可以让用户想要获得较理想的沉浸感。

三、虚拟现实技术在教学中的应用价值

由于虚拟现实技术可以使人以真实的感觉沉浸在虚拟环境中，能够使人在虚拟环境之中产生多维信息的互动，因此该技术具有可以对虚拟环境中的“客观世界和客观事物”产生感性（或理性）的认知。其所带来的视觉“沉浸感”和可交互性能让学生进入观察学习、模拟操作等，它可以模拟真实的工作场景，让学生身临其境般地体验工作过程。与传统教学相比，VR技术带来的体验式学习改变了传统的教学方式，不仅可以打破空间、时间的限制，还可以节省成本，规避风险[7-9]。

1．营造沉浸式体验学习情景，变革传统的教学方式

当前采用以线性多媒体信息技术为技术支撑的现代教育手段，使学生学习兴趣得到了提高，学生的主体性得到了较大的发挥。但是，不可否认的是，绝大部分多媒体信息系统只能按照时间的流程，按电脑中程序设计的流向进行浏览和学习，这大大降低了学生参与学习的主动性和学习热情，具有明显的局限性。虚拟现实技术创造的环境类似于现实社会，能虚拟出具有真实沉浸感和良好自然交互性的学习情景，从而弥补了传统多媒体技术在创造真实学习情景和提供自然交互功能上的不足。今天，迅猛发展的信息技术挑战着职业教育现有的教育内容、教育方法和手段。虚拟现实技术能跟随技术的发展通过有效地营造仿真教学环境去形象生动地呈现教学内容，优化了教学形式和过程，能充分调动学生的学习积极性、突破教学中重点、难点的运用，从而提高学生掌握知识、技能的效率，提高教学质量。与此同时，结合了益智游戏、情景学习、协作学习、移动教学等多种手段的虚拟现实技术，能够有效解决许多以前根本无法解决的问题，寓教于乐，激发学习兴趣，创建学习情景，支持知识表达及应用，促进合作交流均能有效地实现。因此，将虚拟现实技术运用于职业教育教学中，构建优良的学习环境，将形成良好效果。

2．打破空间、时间的限制，优化教学环境

职业教育开展实践教学最大的瓶颈之一是受空间和时间的限制。尤其是一些特殊行业的特有职业技能的训练，诸如医学学生模拟实习、飞机操作、汽车轮船驾驶、机床操作、建筑施工等，需要学校提供现实的工作环境以供学习训练。而诸如为“机床技能操作训练而建造一个真实实训工厂”的做法是有很多困难和弊端的，除需要足够的场地和资金作保障外，设备的更新升级和消耗材料的持续投入都是不可回避的问题。又如“轮船驾驶技能训练”中，应对特殊气候天气的技能训练需要提供一个真实的自然环境以供教学所需，受时间限制，这也是校方不可控的。而虚拟现实技术在教育中应用最大的优势就是模拟训练系统的开发与研制，它可以打破空间、时间的限制，提供一个理想的虚拟实训教学环境。

3．节省成本，规避风险

充裕的资金投入是保证职业教育实践教学顺利有效实施的根本条件。一方面实训场地建设需要充裕的资金投入，另一方面消耗材料的持续投入同样需要充裕的资金做保障。一个专业有多门课程，按每门课程配套实训条件建设，对于学校而言将是极大的经济负担。现今，节省教学成本已经成为各院校的一种共识。虚拟现实技术的核心是计算机软件，可以在同一场地中实现多种实训教学功能，同时不会产生材料消耗，由此可以极大地降低教学成本。

一些特殊行业特有工种的实践技能训练常伴随着危险，如建筑施工、勘探、驾驶等。对于存在危险或对身体健康有危害的实训实验教学，传统的教学手段一般主要是采用播放电视录像或展示图片的方式来替代实训实验，致使学生无法身临其境般地参与实训实验的全过程操作，获得直观的感性认知，教学效果大打折扣。虚拟现实技术可以模拟真实的工作场景和过程，其所带来的“沉浸感”和“可交互性”可以让学生身临其境般地进入观察学习、模拟操作，甚至可以根据教学需要模拟危险体验。利用虚拟现实技术进行虚拟实践教学可以免除安全顾虑，规避风险

总之，从教育规律而言，在知识、技能、素质的获取路径中，主动交互式学习方式与被动的观摩学习有着本质的区别。通过亲身经历体验构建具有直观感受的学习方式要远比空洞抽象的说教方式更直接有效。虚拟现实技术可以很好地解决传统教学中无法解决的问题，创设一种学习情景真实、学习内容形象、学习方式有趣味、学习手段先进、学习资源丰富的综合性学习平台，突破时间和空间的限制，减少现实空间中某些实践操作训练的困难和危险，大幅度降低实践教学成本。因此，在现代职业教育中应用虚拟现实技术辅助教学具有广阔的前景。

[1]张茂军.虚拟现实系统[M].北京:科学出版社,2002:1-10.

[2]汪成为,高文.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[M].

The Review of Application Values of Virtual Reality Technology in Vocational Education

QIN Bin
(Liaoning Forestry Vocation-technical College,Shenyang 110101,China)

Virtual environment generated by virtual reality technology has a very high degree of similarity to real social environment.It can create a high simulation learning scenarios and provide an interactive mode for multi-source information fusion,and better solve the limitation of traditional teaching in teaching content,teaching means,time,space,security,funds and other aspects.The advanced technical method can provide a scientific solution for modern vocational education technology.

vocational education;virtual reality technology;immersion;interaction

G712;TP311

A

1009—7600（2017）02—0107—03

2016-12-29

覃斌（1980—），男（土家族），湖北长阳人，副教授，硕士。