虚拟现实技术在虚拟仿真实训中的应用

高林

随着近年来信息技术的迅猛发展，虚拟现实技术即“VR”技术，其本身作为一种新兴的科学技术产物，早已被广泛应用到各个领域之中，教育领域自然也不会例外。尤其是在虚拟仿真实训教学中的应用，虚拟现实技术更是展现出了十分强大的生命力。让学生在更加真实的虚拟仿真环境中完成相应的实训目标，进一步增强学习效果的同时，最大限度地降低实训风险。因此，对虚拟现实技术展开深入的研究与探索则具有十分重要的现实意义。为此，该文结合近些年来众多学者、教育工作者对虚拟现实技术的研究经验，提出虚拟现实技术在虚拟仿真实训中的应用。

虚拟现实技术  仿真实训  教学应用  价值  对策

中图分类号：TP399  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）02（b）-0000-00

Application of Virtual Reality Technology in Virtual Simulation Training

Abstract： With the rapid development of information technology in recent years， virtual reality technology， namely "VR" technology， as a new product of science and technology， has long been widely used in various fields， and the field of education is no exception. Especially in the application of virtual simulation training teaching， virtual reality technology shows a very strong vitality. Let students complete the corresponding training objectives in a more real virtual simulation environment， further enhance the learning effect and minimize the training risk. Therefore， it is of great practical significance to carry out in-depth research and Exploration on virtual reality technology. Therefore， combined with the research experience of many scholars and educators on virtual reality technology in recent years， this paper puts forward the application of virtual reality technology in virtual simulation training.

Key Words： Virtual reality technology; Simulation training; Teaching application; Value; Countermeasure

近年来，在教育领域中虚拟现实技术得到了高度的重视与广泛的应用。这是因为将虚拟现实技术应用到教育领域，可以更加直观、更加形象地呈现出所要教学的内容，还能够突破现有的学习限制。为此，推动虚拟现实技术与仿真实训教学的有机结合，有着十分充分的必要性与实践性，其也为实训教学工作带来了一次全新的革命，并且受到了越来越多教育工作者的认可与青睐。鉴于此，该文即结合笔者个人研究经验以及相关参考文献，首先对虚拟现实技术进行剖析，其次提出虚拟现实技术对教学的影响，最后就如何做好虚拟现实技术在虚拟仿真实训中的应用展开研究，以供广大同行参考借鉴。

单纯就虚拟现实技术而言，其本身始终走在时代的最前沿，主要是利用计算机操作三维信息构成一个相对逼真的虚拟化环境，并借助于特殊显示器为人们提供更加真实的视觉与听觉效果。即便在虚拟现实技术的使用过程中，用户改变了自身的位置，也可以通过传感器将用户信息及时传递给计算机，并通过计算机的精准计算，从新为用户再次构建出一个逼真的虚拟场景，让人们始终具备身临其境的感觉。因此，从某种意义上来讲，虚拟现实技术在使用过程中具备一定的“欺骗性”。

1.1 技术特点

对虚拟现实技术的特点展开详细的分析，可以发现虚拟现实技术具备沉浸性、交互性、多感知性、构思性这四个特点。

（1）沉浸性也被称为临场感，是指在计算机与多维方式的共同努力下，创造出一个逼真的虚拟环境，让用户完全沉浸其中。同时，还可以与虚拟环境进行相互交互，实现人境合一这一目标。也正因如此，即便通过虚拟现实技术所构建的虚拟环境并不是真实的，但用户却可以具有最真实的参与感受，进而真正地参与到环境中，获得更好的参与体验。

（2）交互性是指在虚拟现实技术的使用过程中，用户可以在指定的虛拟空间内，与其中的特定事物展开交互，也就是说在指定的虚拟空间内，用户可以触摸到虚拟空间内的特定物体，且物体会随着用户的触摸发生相应的改变，而这种交互性恰恰会给用户提供更加真实的感官享受，更好地融入其中。

（3）多感知性是指利用虚拟现实技术本身较为丰富的传感方式，良好的反馈装置，将事物更加多样化地展现在用户面前，更加真实地感知到事物的状态。

（4）在虚拟现实技术的实际运用过程中，构想出来的虚拟环境本就是无限的，且具有很大的随意性。即无论是现实存在的情景，还是现实中不可能发生的情景，都可以借助虚拟现实技术呈现在人们的眼前，这便是虚拟现实技术所独具的构思性特点，这一特点能够帮助人们大大的拓展自身固有的认知范围。

1.2 核心技术

根据虚拟现实技术所展示出的特点，还可以对虚拟现实技术的核心技术进行探讨。由此可以清楚地看到，由多种先进的科学技术综合而成的虚拟现实技术，其最为关键的核心技术，主要体现在以下几个方面：首先是环境建模技术，也被称为对虚拟环境的建模。实施此项技术的根本目的，是为了从实际的三维环境中获取三维数据，并且结合实际应用需要，利用所获取的三维数据打造出与之相匹配的虚拟环境模型。其次是立体声合成技术与立体显示技术，实施此项技术的根本目的，是为了消除处于虚拟现实系统中声音方向与用户头部运行之间存在的相关性，同时在相对复杂的场景中实时生成立体化的图形。再次是触觉反馈技术。该项技术的实施就是为了让用户，能够在虚拟环境中感受到虚拟物体，并且直接操作到虚拟物体，进而获得身临其境的真实感受。第四是交互技术。交互技术主要是指在虚拟现实环境中充分利用一些传感器设备，如数字头盔、手套等，以及三维交互技术、语音识别技术，实现人机之间的有效交互。最后是集成技术。集成技术由同步技术、数据转换、识别以及合成等技术组合而成，可谓是虚拟现实技术中最为核心的技术，同时其中也包含了大量的感知信息与感知模型。

开展教学工作的本质就是为了更好地培养学生们的探索学习能力、创新思维能力。而就虚拟现实技术而言，其不仅是先进科学技术的重要代表，其在提高教学质量、教学效率等方面也发挥着至关重要的作用。这是因为将虚拟现实技术应用到教学工作中，可以使学校不具备条件存在的事物，出现在学生眼前，使一些不具备条件开展的实践工作变成可能，从而做好相关内容知识的学习。因此，做好虚拟现实技术与教育教学工作的充分融合，具有十分重要的现实意义。需要注意的是，在虚拟现实技术的实际应用过程中，教师应该充分了解所要讲授的教学知识，对教学内容展开详尽的梳理，明确各个教学流程，在借助于虚拟现实技术构建出与之相匹配的虚拟场景，以达到事半功倍的教学效果。

3 做好虚拟现实技术在仿真实训教学工作过程中的应用对策

在虚拟现实技术应用到仿真实训教学工作中，不仅可以有效推动实训工作的开展，还可以有效强化学生们的技能训练，打破传统实训室的各种固化限制，让学生们通过反复的技能训练，进一步加强自身的动手操作能力，加深对理论知识的理解。

尤其是与传统的实验室相比，虚拟现实教学的成本更低，耗财更少，但教学效率更高。这是因为在虚拟实训过程中，其所使用到的实验仪器、实训工具，基本上都是通过3D建模这种虚拟手段设计出来的。因此，在实训前，就可以为学生预留出充足的时间，让学生对实训课程中可能用到的各类工具与设备，建立一个初步的感性认识。

同时，还可以充分利用虚拟现实技术，创建出不同的虚拟实训环境，也可以通过不同参数的设置，设定出不同配置的虚拟环境，让学生们能够在虚拟实训环境中，通过反复多次的实践技能训练，获得不同环境下、不同因素影响下，最为真实的实验数据。而在这个过程中，无论是实验环境还是实验仪器，都是虚拟出来的，所以也大大地节省了实训设备的更新、维护费用，以及实训场地的铺设费用。

此外，在教学过程中还可以根据现实技术和实训设备的型号发展，紧贴时代技术的潮流前段，对实训室进行大规模的全面更新，建设出常更、常新的实训基地。而学生在实训过程中，也不必担心因为人为操作失误，造成实训设备的毁坏，也不必担心在实验过程中出现任何的人身危险，这样学生就可以放心大胆地进行实训，更有利于学生发挥自身的创造性思维。所以，在仿真实训中，做好虚拟现实技术的应用十分必要。

第一，进一步加强虚拟实训环境与真实环境的相互融合。在教育教学工作的实际开展过程中，将虚拟现实技术应用到网络工程仿真虚拟平台上，并与真实的网络工程环境相结合，其根本目的就是为了更好地打造出真实的虚拟实训场景，进而将仿真实训与实训教学更好地融合在一起，形成完善的教育教学体系，尤其是通过对网络工程环境的真实模拟，可将网络工程环境中所涉及的所有因素全部植入到仿真实训教学中，使虚拟现实技术更加具有欺骗性，让学生能够身临其境地面对各种问题，这不仅增强了学生们的实践应用能力、实践操作能力，也让学生在更加真实的虚拟实训场景中通过动手操作给出最为完美的答卷，达到仿真实训的真实目的，所以在虚拟现实技术的应用过程中，要进一步加强虚拟实训环境与真实环境的相互结合。需要注意的是，在虚拟现实技术的运行过程中，教师应该将虚拟情景植入到学生们的内心中，对学生们实训过程中提出的问题也要按照学生的实际水平予以设定。

第二，加强对仿真实训教学场景的结构设计。传统的仿真实训教室不可能对学生展开多元化的教学环境设计，实施个性化打造，而虚拟现实技术的应用，恰恰可以通过虚拟实训教学场景的设置，满足实训教学过程中对不同场景的布置需求与个性化打造，更有利于发挥实践技能训练效果，增强学生们的实际操作能力。在虚拟场景的打造过程中，虽然可对其系统功能进行随意改造与调整，但其首要功能仍旧不可脱离实际，所以，要想做好虚拟现实技术在仿真实训中的应用，就必须加强对仿真实训教学场景的结构设计，有目的、有计划地打造出更加完善的系统结构。为此，在开展实际仿真实训教学过程中，应该加强对仿真实训活动全过程的模拟构建，充分利用虚拟现实技术，将仿真实训教学的各个阶段串联在一起，使教学结构变得更加系统化，同时通过虚拟现实技术，对教学內容展开重新的规划，用虚拟场景进行还原，使实训课堂变得更加生动、系统、立体、直观，更加容易被学生们接受，以便于更好地提高实训课堂质量，需要注意的是，利用虚拟现实技术构建虚拟教学场景时，布置的所有教学场景，必须要能够满足仿真实训的教学内容，且具备可变性与适用性，从而使实训教学结构变得更加地生动、丰富，更加具备适应性。

第三，做好仿真实训中虚拟角色的构建。依托于虚拟现实技术打造的仿真实训教室其场景均为虚拟化场景，因此也就省去了对各项实训设备的采购成本、维护成本，进一步降低了学校的实训支出，但却大大地提高了实训教学质量。至于以虚拟现实技术构建出的虚拟角色，即满足学生们实践训练的一切实训角色，恰恰可通过虚拟现实技术与学生进行互动，让学生能够更加身临其境地进入到虚拟仿真实训场景之中，进行自由地走动，操作场景中的实训教学设施，并且通过个人的语言或者是手势与虚拟实训室内的其他学生进行互动，给予学生最真实的体验。因此，做好虚拟仿真教学系统中的虚拟角色构建具有十分重要的现实意义。需要注意的是，因虚拟仿真实训教学场景内的一切有关实训的角色都是通过虚拟现实技术构建出来的，这里所指的角色不紧要从外形特征、行为特征等诸多方面满足学生们的实际实训应用需求，还应该与学生之间形成良好的互动关系，从而使虚拟实训场景更加具备真实性，对于这个环节的角色构建，直接关系到仿真实训的教学效果。所以，在借助虚拟现实技术开展仿真实训教学的过程中，学生与虚拟场景之间应该是相互合作的关系，并构建出真实的教学角色，从而更好地还原出学生对专业理论知识理解的现实感。

此外，在实训教学的操作过程中，虽然虚拟现实技术可以给学生们带来身临其境的感触，让学生体会到真实的操作感。但是虚拟操作毕竟也只是虚拟操作，即便是给予学生们相同的视觉、听觉、触觉冲击力，能够模拟出现实生活中的一切质变、量变产生的变化，但如若只是单纯的利用虚拟现实技术，过于依赖于虚拟现实技术的使用，仍旧会在一定程度上给学生们的认知带来一定的偏差，甚至会在实际生活中预埋下一些潜在的错误。所以，对于传统的实训操作我们并不应该完全摒弃，不能完全依赖于虚拟实训室的打造，去取替真实的实训实验。而是要结合学生们的实际学习情况、实训教学的实际内容特点展开科学的分析，决定是否使用虚拟现实技术，或者是如何用好虚拟现实技术，进而让虚拟现实技术更好地服务于实训教学工作，避免虚拟现实技术在应用过程中过于权威化。

4 虚拟现实技术的未来应用前景展望

尽管虚拟现实技术本身拥有着十分得天独厚的技术优势，以及相对广阔的发展空间。但是就目前我国虚拟现实技术在教育领域的使用而言，其实际使用比例仍然相对偏低，且在很多时候并不能充分发挥出虚拟现实技术在教育教学工作中的巨大作用与价值意义。因此，要想达到人们的预期目标，尽可能地提高虚拟现实技术本身的应用能力，达到普及应用的程度。除了要从技术层面入手，进一步提高虚拟现实技术本身的硬件技术，紧跟科学信息技术的发展步伐，以先进的科学信息技术为基础不断的完善与优化虚拟现实技术;还要从教育理论层次入手，为虚拟现实技术在教育教学工作中的应用，提供更多的系统的理论依据支撑，进而更好地服务于实训教学以及整个教育教学系统。所以，虚拟现实技术在教育教学工作中的应用，势必会成为一种不可逆转的主流趋势。

综上所述，该文就虚拟现实技术的原理、特点、类型以及其在虚拟仿真实训教学中的应用展开了粗浅的探讨，希望能够为广大同行在实际使用虚拟现实技术的过程中提供一些有益的参考借鉴，更好地发挥出虚拟现实技术在教育教学工作中的最大作用，使学生在身临其境的学习氛围中，更好地理解知识点、消化知识点、固化知识点，提升其学习效率与学习能力，为进一步推动我国教育事业的稳步发展奠定良好的基础。

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