虚拟现实技术的教育应用研究

袁川晔

摘要：本文对虚拟现实技术的定义进行界定，并重点阐述虚拟现实技术在教育领域的应用以及相关发展方向，在此基础上，对未来虚拟技术在教育应用上将遇到的瓶颈进行阐述。

关键词：虚拟现实（VR）；虚拟教学；虚拟环境；交互

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）46-0233-02

一、引言

伴随信息时代的到来，新科技手段的应用衍生了各种新型教学媒体，虚拟现实技术（Virtual Reality）是继多媒体之后，教育技术领域又出现的一个新型教学媒体。

虚拟现实技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，相关学者认为2016年是VR元年，它融合了计算机图形学、多媒体技术、数字图像、处理传感器技术等多个学科。以往人机互动是枯燥冰冷的，虚拟现实技术的出现改变了现状，生成的视觉和音效是立体的，人机交互是和谐友好的，因此，极大地影响了传统的多媒体教学。

二、VR概念与现状

虚拟现实（VR）是一个仿真的模拟环境，一种由计算机和传感器等创造的新世界。通过多种传感设备，用户对虚拟世界中的物体进行各种感知和操作，根据自身的感觉反应，参与虚拟事件。各种逼真的模拟环境，使参与者沉浸在其中。简而言之，虚拟现实就是人们可以通过视、听、触等信息通道感受到全新的虚拟世界，跟设计者进行高级的互动。

近年来，VR技术带来了巨大的经济效益，越来越广泛地应用在医学、艺术、设计、地产、军事、考古、娱乐等诸多领域。1980s是个人计算机的时代，1990s是网络、多媒体的时代，而现在则是VR技术的时代。

三、VR在教学中的应用方向

VR技术的应用前景是非常宽广的，它可应用于所有计算机相关的领域。在教育领域，因为VR技术能将三维空间的空间感清楚直观地表现，在虚拟环境中能使学习者直接与对象进行交互，并具有更强的事件的发展变化的参与感，提升环境控制和操作自由度。这种呈现多维度的虚拟学习和培训环境，可以提供一种全新的途径给参与者以最直观、最有效的方式掌握一门新知识、新技能。因此，该项技术可以应用在如虚拟科学实验室生态教育、特殊教育、仿真试验、专业领域等的训练中，具有明显的优势和特点。

在教育领域中应用虚拟现实技术是教育技术发展的一个大进步。虚拟现实技术与学习结合产生的各种产品来帮助学习，一来可以轻易地给予学习者某些现实环境中不太容易得到的一些体验和感受，二来也使得学生和老师更好地养成数字时代的思维方式去学与教。现阶段，国内外的此类教育应用主要有以下几个方面：

（一）模拟训练

多种专业培训由于真实的演练或操作具有一定的危险性或者困难度，以往比较少让学生直接参与，但是如今借助于VR技术的各项成果，人们可以多次、安全、高效地进行真实感极高的训练操作。例如在驾驶培训领域，新手司机驾驶汽车上路前要进行长期的理论培训和单项考试，可是离真正独自上路驾驶的感受还有一定距离，即使通过了路考依然无法保证能适应真实路况。现在借助VR技术，就可以轻易解决这类问题。同理新的飞行员驾驶新飞机前的试飞，驾驶各类交通工具等的操作技能培训都能加入VR技术，大大降低了培训难度。

（二）虚拟实验室

课堂教学环境下很难实现完成的教学或实验，特别是一些花费高，危险系数大的实验项目现在就可以利用VR技术，较好地完成教学，让学生能反复地观察实验进行学习和探索。例如，美国的“虚拟物理实验室”系统，该系统令学生可以通过实践自主的进行学习。比如，传统的教学方式是利用图示或播放录像的方式向学生展示机器的结构、组装、工作原理，但这些方法很难使学生对这种机械装置内部的运转以及工作原理有一个直观的了解。此时，VR技术的直观性、仿真性都能很好地帮助教学，解决上述的问题。通过对机器运转过程的真实模拟，向学生展示机器内部结构的运转原理，详细的结构设计，甚至可以模拟机器故障状态，让学生去解决，例如一些维修模拟训练等。这种直观的实验能够帮助教学，让学生学习效果事半功倍。

（三）虚拟学习环境和仿真虚拟校园

通过应用VR技术给学生带来一个逼真、生动的学习环境，能够激发学生的学习兴趣，調动积极性，而且特别是在复杂技能的传授方面更有利于突破教学中的难点、重点问题，有着特别重要的作用。

四、虚拟现实技术在教育应用中的问题

（一）硬件不足：视觉设备与交互设备产品不足

虚拟现实硬件产品大致可以分为输入设备和输出设备两大类。输入设备包括：3D扫描仪、位置追踪仪、数据手套、3D输人设备、动作捕捉设备眼动仪、力反馈设备等；输出设备包括：视觉显示设备（如3D展示系统、大型投影系统、头戴式立体显示器等）、声音设备（如3D声音系统）。

目前从技术层面讲，VR数据量处理能力在提升，技术水平明显提高，但仅仅达到及格而已。目前普遍现象是如今的VR体验远没达到用户的舒适体验。一般观众戴个笨重的眼镜看影片、VR短片超过10分钟就会头晕，所以目前的VR视频基本为短片。显然，VR眼镜技术是VR扩展消费边际的关键。VR技术里，哪些是已经实现的“现实”，哪些是还没实现的，应心中有数。目前的VR技术还处于开发层面，存在很多短板。

由于现阶段VR还不成熟，VR视频存在眩晕拖拽、纱窗效应，以及屏幕分辨率、显示率不足等方面的问题，使得目前VR长片技术的挑战非常大。作为一种全新技术的出现，为教育业带来了新鲜的体验感，但同时VR技术如果尚不能解决时长问题，对于教育领域的应用就无法深入普及，因为任何一个学习课程的时间都不可能太短。VR技术问题还是需要时间来攻破和提升的，但前景是被大家看好的。

（二）人员软件不足

VR技术是新兴的技术手段，相关的设备操作人员培养和教师资质培训尚未跟上。VR教学的相关软件研发力度也未能满足大规模的推广VR教学。

五、结论

传统的教学方式在我国的教育事业中应用多年，照本宣科的教育方式让人们已经意识到了它的弊病与不足。而近些年引进并普及多媒体教学方法后，老师们不再被局限于黑板，而是可以借助于计算机、投影仪、音像设备等，通过全方位的展示、更加形象活泼的方式辅助教学，教学效果比以往有所提升，可是学生低参与度的弱点依然存在，从照本宣科时代进入了照PPT宣科依然不是我们所满足的。

所以尽管目前VR技术的发展还处于未成熟阶段，但从其技术的突破性不难预测VR技术将成为教学系统的重要工具，只要能解决目前VR输出设备的佩戴感受差、设备的价格略高，以及最关键的一点，VR视频的观赏舒适度低的这些问题，我们有理由相信其未来所带来的效果一定会不同凡响，并将给教育技术领域带来翻天覆地的改变。

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