VR技术在教学中的应用研究

刘继清

摘要：随着计算机图形学的发展与计算机性能的提高，带动了虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术的新颖性、科学性和艺术性的特点，在各行各业都得到了广泛的应用，在教育领域， 虚拟现实技术具有更广泛的作用和影响。 将虚拟现实技术应用到教学中， 能够很好地满足教学中情景化及自然交互性的要求。 主要探讨虚拟现实技术的基本特征以及它在教学过程中的应用。

关键词：虚拟现实技术;教育领域;应用研究

0、 引言

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、虚拟现实的特点

VR具有三个最突出的特征 ， 也就是VR的三“I”特性 ， 因而可以用此来区别相邻技术，如多媒体技术 、科学计算可视化技术等。三个特征包括交互 、沉浸感和构想性。

（1）交互性。这是虚拟现实技术VR的最大特征，在虚拟的世界里，参与者并不是独立的，而是与世界紧密联系的，参与者的操作也可能会引起虚拟世界的变化，参与者还可以通过与虚拟世界互动，以获得某些反馈。

（2）沉浸感：用户在计算机所创造的三维虚拟环境中处于一种“全身心投入 ”的感觉状态 ，有身临其境的感觉。

（3）构想性：构建那些现实中不存在或不易观察到而只出现在人们想象中的情景。虚拟环境技术涉及到构建虚拟现实系统的多种技术 ，涉及到多个学科领域的研究 。在计算机人机界面技术方面，头盔式显示装置、数据手套 、数据衣以及其它传感装置等等是虚拟环境技术使用的一些典型的硬件设备 。虚拟环境技术还涉及到人的行为学的研究，如听觉 、视觉等的行为建模、人类观察世界 、与世界交互方式的建模等等 。此外还涉及动画 、建模、人机交互、人工智能 、数据库等等。

2、虚拟现实在教学中作用

（1） 知识学习

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 。

（2） 激發创造

通过虚拟现实技术可将学生在学习过程中产生的假设进行虚拟 ， 呈现相应的结果或效果 。这样有力于激发学生的创造性思维 ，进行主动的探索性学习 ，培养学生的创造能力。

（3）虚拟实验

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 。

（4））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。虽然目前在网络上用普通出入输出设备不易实现直接的力反馈 ， 但可实现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 。

3、 虚拟现实技术在教育领域应场景研究

（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） 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。

（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。

（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。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。

（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。

4、结论

尽管虚拟现实技术应用于教育领域倍受期待， 但作为一个新兴产业，仍面临着许多挑战。虚拟现实技术应用于教育领域目前还处于一个初级阶段，成本较高、技术受限、虚拟现实行业人才紧缺等，都是限制虚拟现实技术在教育领域推广的重要原因。随着计算机技术的发展，虚拟现实的硬件与软件成本逐渐降低，我们相信未来虚拟现实技术在教育领域的应用前景是值得期待的。

参考文献

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[2] 邱 亚 萍 .VR技术发展现状、 应用前景与对策研究 [J]. 黑 河 学 院 学 报 ，2017，8（12）：184-185.