VR技术的发展现状及在教育领域场景研究

刘继清

（江汉大学人工智能学院，湖北 武汉 430010）

VR技术具有沉浸性、多感知性、交互性、想象性四个特征，能够模拟真实实验不具备的环境，或实现难以完成的教学功能和实训，降低成本，因此在教育领域有突出地位和广泛的应用前景。虚拟现实在教育领域的具体应用，主要体现在虚拟学习环境、虚拟实验室、虚拟实训基地、虚拟仿真校园、虚拟远程教育等方面。虚拟现实技术为学习者提供了可视化的模型或模拟器，这些作为教育教学的辅助工具促进了学生对教学内容的理解。同时，通过虚拟现实技术可以构建沉浸式虚拟现实环境系统，为学习者提供视觉、听觉、触觉等多感官体验的互动方式，既可以培养学生的学习兴趣与热情，又能使教育教学达到事半功倍的效果。

1 VR技术的国内外发展现状

1.1 国外虚拟现实技术发展现状

虚拟现实技术，又称VR技术。目前虚拟现实技术发展进步非常快的，从20世纪80年代至今，研究成果一直在不断进步。目前该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

1.2 国内VR技术发展状况

受限于高昂的成本和使用费用，国内对于虚拟现实技术的研究起步较晚，在我国VR研究与技术与世界发达国家之间研制和技术领域存在一定差距。随着计算机技术等先进技术的飞速发展，该技术在我国各个不同领域都得到了重视，拓展了VR技术研究的深度。科学技术委员会和国防部已将VR技术作为核心研究项目。近年来，中国许多的大学和研究机构也在虚拟现实技术方面取得了一些特别的研究成果，中国的虚拟现实技术由此进入了快速发展的阶段。

2 虚拟现实技术在教育领域应场景研究

2.1 利用VR技术，创建一个虚拟学习环境，进行知识学习

VR教育，并改变方式讲授抽象的理论课程和实践训练，VR 技术给学生提供一个虚拟学习环境，在教学中，学生对虚拟现实技术所表达的教学内容进行交互, 从而学习相关的知识。采用虚拟现实技术表达教学内容可以使学生在浏览器中观察到在现实生活中不能或不易观察到的现象或事物 ,并提供了极为自然的理想观察模式。通过虚拟现实技术，学生可以接近并加深对理论知识的理解。一个特殊的经验以改善学习环境，并增加互动作用，使学习更有趣，增加感官刺激，你可以模拟相关的自然和社会环境，让学生通过时间和空间，模拟环境之间的互动，快速获取相关专业知识。

例如：将VR技术应用到医学教育中，使医生可以虚拟手术中感受视觉和触觉的双重体验，从而提高了经验。

2.2 利用VR技术，建立虚拟实验室

采用虚拟现实技术可以将合适的实验在网上虚拟实验室中表达出来，并由学生在这些虚拟实验室中完成实验。这样可以完成不易观察的、有危险的或费用高的实验，提高多媒体教学中实验课的效率。

例如：外科手术方面。可以利用VR技术，模拟一个虚拟的手术室实验环境，外科医生可在其中熟悉各种手术工具或进行一些精密手术的训练，降低因失误而造成手术失败概率。

2.3 利用VR技术，进行技能培训

由于虚拟现实技术可实现在逼真的虚拟环境中以自然的方式进行交互，所以它非常适于进行技能培训，使学习者在接近真实的环境中更易于掌握相应的技能。利用VR技术，在虚拟环境中进行有关三维空间位置、变形、时间顺序、颜色纹理及音视频等方面的交互，从而可进行与这些内容相关的技能培训。

例如：将VR应用于医学教育领域中，其最核心的价值体现在临床操作。传统的医疗培训给与学员的实践机会很少，较高的成本和稀缺的资源是长期以来限制临床培训的主要原因。而VR技术通过计算机仿真，让学员可以在沉浸式的虚拟环境中进行实践学习，积累复杂的临床经验。如：解剖学方面。复杂的人体结构很难用课本或3D的教学资源来阐述清晰。实践阶段，学生常常通过解剖被福尔马林长期浸泡过的尸体来学习这门课程。一方面，许多学生反映难以忍受刺鼻的味道；另一方面，尸体资源相当珍贵，不能满足每个学员的需要。可以利用VR技术，模拟解剖全过程，让学员地成本的反复训练，达到训练目标。

2.4 利用VR技术，建立虚拟仿真校园

目前，许多高校都使用这种技术来模拟校园环境，通过3D全景虚拟校园建立完整的现实生活校环境，校园网络等，达到宣传学校的目的，促进学校的发展。虚拟校园的成功建设对于大学展示校园，扩大招生，改善就业具有重要意义。也为人们了解学校环境提供了更直接方便的方法。在虚拟仿真校园建成之后，学校的宣传方式除了传统的文字，图片等方式之外，还可以让用户通过网络等手段了解学校的相关情况和大致的环境。虚拟仿真校园有很多好处，如学生可以在短时间内熟悉校园环境；将学校的环境更好的展示给更多的人，向全国各地的学生宣传学校；促进学校信息化建设快速发展，促使校园文化和校园外观完善。

2.5 利用VR技术，建立虚拟远程教育

把教育资源，包括教师资源和学习资源，整合到云端里。利用虚拟现实技术借助3D技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境一员，进行实时交互，感知和操作虚拟现实世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。这对调动学生的学习积极性，专注性将起到积极的作用，对学生的学习效率也将有很大的改善。

3 结论

VR技术在教育领域的应用是情景学习理论革新式的实践，不仅丰富了教学手法和内容，更有效地提高了学习效率。但是，VR技术在教育领用的应用，还存在很多待解决的问题，比如：性价比问题。由于VR设备价格高，目前VR依然只能满足小众需求，存在价格和性能两难的局面。通常价格高的产品，同时，VR内容建设还有待进一步加强，目前VR在教育领域多数的应用依然停留在VR技术层面，和内容不匹配。VR技术只是一种新的学习辅助手段，学习内容才是教学根本，过多的虚拟功能、场景、感官体验反而分散了学习者的注意力。因此，我们要正确地辩证地处理好VR技术在教育领域应用的关系，合理的使用VR技术，不搞一刀切，一窝蜂上的劳民伤财的形象工程。