计算机虚拟现实技术解析及其在高校教学中的应用探究

史瑞芳

[摘要]近些年来，计算机领域出现了许多新的技术，如虚拟现实技术，现如今，这些新技术已经被广泛应用到了社会各领域。本文阐述计算机虚拟现实技術的概念，分析其基本特征和关键技术，并探索其在高校教学中的具体应用。

[关键词]计算机；虚拟现实技术；高校教学

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2017.18.140

[中图分类号]G424.1 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）18-0223-02

随着科技的迅猛发展，各种新型的教学媒体不断涌现，现如今，虚拟现实技术也被应用在了教学领域，并对高校的教学产生了深远影响。为了更好地在教学过程中应用此项技术，本文对虚拟现实技术进行深入剖析。

1虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是一项高端技术。在计算机业界，虚拟现实是一种高级人机界面的技术，目的是给人以身临其境的体验。在虚拟技术的建设过程中，构想、沉浸和交互是其在网络建设方面的主要内容，其运用的高端技术比较多，如人工智能、多传感技术、计算机图形学等。在高校教学中，虚拟技术被看作是一种教育技术的革命性发展，其改变了传统的高校教学方式，为学生创造了一个自我学习的环境，能够让学生在信息环境中灵活转换其学习模式，帮助学生习获得新的知识和技能。虚拟现实技术能够创造一个虚拟的教学场所，学生能够在任何时间开启学习模式。在交互性的影响下，学生会完全沉浸在虚拟环境中，能够有效帮助学生集中注意力，取得更好的学习效果。

2虚拟现实技术的基本特征和关键技术

2.1虚拟现实技术的基本特征

虚拟现实技术的基本特征有4个。一是沉浸性，即Immersion，此项特征是整个系统的核心，用户身临其境的感觉完全来自于此项特征。虚拟现实技术的沉浸性特征能够让用户全面投入，并在计算机中根据用户的需要，生成一系列虚拟场景，给予用户置身其中的感觉。二是交互性，即Interaction，这主要是指用户与计算机之间在虚拟现实技术的作用下，二者并不是相互独立而发生作用的，而是相互联系的，在虚拟场景中，各对象之间的交互作用主要是通过交互性实现，并且其是影响人机和谐的重要因素。三是多感知性，即Multi-Sensory，在虚拟现实系统中，其传感反应装置比较多，人在使用过程中，用户的视觉、听觉、触觉以及动觉的感受都非常明显，用户能够在虚拟环境中体会到多种感知，给人以在现实环境中同样的感受。四是构想性，即Imagination，用户在虚拟现实中能够同时提升自己的感性和理性认知，汲取新的知识，进而在其脑海中产生新的构思，提升用户的创造性。在虚拟现实技术特征的影响下，操作者能够在三维虚拟环境中与计算机之间产生互动，并且在虚拟环境的交互式作用下，能够有效提升用户原有的感知能力，帮助其获得更多的空间和逻辑信息，进一步启发用户的思维。此外，虚拟现实技术还具备一定的趣味性特征，能够给予参与者以新奇之感，进而达到虚拟现实的目的，完成在现实环境中对时空环境的重新构想。

2.2虚拟现实技术的关键技术

虚拟现实技术是众多技术的集成，在整个系统中，虚拟现实涵盖的关键技术主要有6大类。一是实时三维计算机图形技术，这种技术的实时性特征鲜明，将其用在高校教学中，能够及时刷新图像，提升图像的质量，即使是在非常复杂的虚拟环境中，其也能够较好的使用，并帮助克服一些困难。二是立体广角显示技术，此种技术是为了保证用户在使用中能够获取较好的立体感，给用户造成一定的视觉差，让用户的两只眼睛分别看到不同的图像。而要达到此种目的，通常需要设置不同的显示器，或者是佩戴特殊的眼镜。三是用户头眼的跟踪技术，每一个物体在虚拟环境中都有一个对应的位置，用户视觉接收的信息都是根据其头、眼的方向来确定的，通过头部运动改变图像视角，将用户的视觉与感知系统有机联系起来。四是立体声技术，在虚拟现实系统中，用户的头部无论做什么运动，或者是怎样偏转，其听觉系统的感受并不会发生任何变化。这便与现实环境不一样，在实际生活中，只要头部发生了转动，声音传来的方向也会发生相应的改变。五是触觉与力觉反馈技术，在虚拟现实系统中存在一支虚拟钢笔，体验者能够握住它并进行系列活动，但手中却没有任何触感。六是语音输入、输出技术，虚拟环境能够打破语音信号的多边性困境，让计算机在用户参与过程中能听懂人的语言，并在二者之间进行实时交互。

3虚拟现实技术在高校教学中的应用

3.1在课堂教学中的应用

在高校教学中使用虚拟现实技术，最主要的应用场所便是课堂教学，在不同的专业课程中，虚拟现实发挥的作用也不尽相同。具体而言，在展示立体物体时，虚拟现实技术主要是在原有的图片、实物以及软件动画展示方法的基础上，将这些内容利用3DS MAX进行建模，构建一个与实物一样的三维物体，并将其格式调整成为VRML。然后通过对应的播放器，将三维物体展示在学生面前，以便让学生更形象、直观地感受实物信息，进而帮助教师更好地进行教学活动。

在展示立体空间时，在高校课堂教学中，尤其是在建筑专业相关课程教学中，会涉及很多现实生活中存在的立体空间，而由于受到客观条件的限制，学生并不能在每一次的课堂教学中都进入特定的立体空间中。为了改变之前的纯想象式的立体空间教学方式，教师需要将虚拟现实技术应用教学过程中，让学生能够在视觉、听觉和触觉中感受建筑立体空间，进而在自己的脑海中形成印象。如，为了能够让学生感受宇宙的神奇，让其能够身临其境地感受宇宙的奥秘，教师可以利用虚拟现实技术，打造梦幻的宇宙虚拟空间，让学生切身体验失重，给学生以更大的认知冲击。当在学习或者是验证伽利略相关实验结论时，教师也可以在教学中融入虚拟现实技术，全面展示铁球、乒乓球的同时落地实验，给学生以更深刻的认知。

在高校的语言课堂教学中，教师常常需要构造很多的虚拟场景，在没有使用虚拟现实技术进行教学时，大部分的虚拟场景都是教师利用语言描述出来的，或者是利用图片和录像创设虚拟情境，学生在这之中的主动性并没有得到提高，并且此种虚拟场景构建方式，还容易引发认知偏差，降低教学质量。而将虚拟现实技术应用在语言课堂教学中，学生变能够实时与其他国家的友人进行“面对面”交谈，进一步提升自己的口语表达水平。

3.2在科学实验中的应用

在很多的高校中，由于技术、设备或者是资金投入等原因，很多重要的实验并不能在现有条件下进行，这在一定程度上影响了高校的实验教学效果，不利于激发学生的科学探究精神。在一般情况下，高校都不可能做地震波传导和火山喷发等实验，也不会让学生做有毒物质或者是放射性物质的实验，风洞实验因为经费的原因也不能进行。而虚拟现实技术能够在计算机上，建立与实验相关的虚拟实验室，让学生在虚拟场景中操作各项实验仪器，体验实验过程，并感受实验结果。将虚拟现实技术应用在高校科学实验教学中，能够打破各种因素的限制，并且能够在不耗费实验器材的情况下，进行多次重复实验，直到学生完全接受了实验信息。

4结语

虚拟现实技术的特征明显，功能强大，将其应用在高校课堂和科学实验教学中，能够取得较好的成效，帮助高校提升课堂教学质量，给予学生丰富的体验，帮助学生更好地认知世界，提升其知识技能。