劉　瑋

【摘 要】本文簡要介紹了虛擬現實技術及其技術支持VRML語言的原理、特性與設計思路。并根據當前教學現狀，指出虛擬現實技術在現代教學中各方面的應用，進一步探討了基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，探索新的教學模式和方向。

【關鍵詞】虛擬現實VRML三維課件虛擬實驗

隨著我國教育模式的不斷改革以及科學技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學形式已無法滿足學習的需要，需亟待改進。如何在已有教學媒體的基礎上，基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，用一種最新出現的教學模式，去探索新的教學方式和方向。本文主要從虛擬現實技術和VRML語言的角度探討其在現代教學中的應用。

1 虛擬現實技術及其技術支持

1.1虛擬現實技術概念及特征

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)技術，是計算機技術的綜合應用。該技術就是利用計算機生成的一種三維模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實現用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術。由于用戶對計算機環(huán)境中的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài)。其特性主要表現在：

第一，虛擬現實技術強調計算機生成的虛擬環(huán)境應該是逼真的，能給人以身臨其境的沉浸感；

第二，人們能夠以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互。

1.2虛擬現實技術的技術支持——VRML語言

1.2.1VRML概述

VRML (Virtual Reality Model Language，虛擬現實建模語言) 是一種用于對三維虛擬場景進行建模的描述性語言，它同HTML語言一樣，是一種ASCII的描述性語言，可以用文本編輯器進行VRML編輯。在描述三維物體及由它們構成的場景時，VRML能使物體在三維空間中運動（動畫），還能夠在場景中播放聲音和電影，并使觀察者能與場景進行交互，從而加強觀察者在虛擬場景中的感受。

1.2.2VRML工作原理和特性

VRML的訪問方式是基于客戶/服務器模式的。其中服務器提供VRML文件及支持資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶端通過網絡下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式地訪問該文件描述的虛擬境界。由于瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現了與硬件平臺無關性。圖一描述了VRML的工作方式。

2 虛擬現實技術在現代教學中的應用

虛擬現實在教育領域的具體應用，主要體現在虛擬學習環(huán)境、虛擬實驗室、虛擬實訓基地、虛擬仿真校園、虛擬遠程教育等方面。

2.1設計交互式三維課件

形象生動的多媒體課件是廣泛采用的計算機輔助教學的重要形式，用傳統(tǒng)的開發(fā)工具制作的課件都是二維平面的。使用虛擬現實技術設計和開發(fā)的交互式三維課件，可以有效的輔助課堂教學。

眾所周知，《數據結構》是計算機專業(yè)課中的一門必修課， 在《數據結構》課程中，對于常用的數據結構的算法思想，其抽象程度高，學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學，將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現出來，以方便教師的教學和學生的理解。

不僅如此，在大學生法制教育的教學過程中，枯燥的理論往往是同學們失去興趣，但是如果能夠有效的引入模擬法庭的方式來展示整個審判過程，將收到意想不到的教學效果。有效地把遠方的東西呈現在學生眼前，把復雜的東西變得簡單，把抽象的東西化為具體，更好地理解所學內容。嘗試用VRML進行課件的設計與運用，引入教學，促進教學任務更好地完成。將VRML運用到課件的開發(fā)設計中，能使學習者憑借系統(tǒng)提供的視聽設備而置身于一個三維空間的虛擬環(huán)境中，使學習者產生沉浸感和臨場感。

2.2在虛擬實驗室系統(tǒng)中的應用

在現代教學中，對學生進行創(chuàng)新素質教育的重要手段之一是實驗教學，它不但能使學生更好地感受、理解知識的產生和發(fā)展過程，使知識形象化易理解，而且能激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。目前，高等學校學生人數大幅度增加，然而實驗教學經費有限，致使有的器材使用長期處于過飽和狀態(tài)，有的儀器無能力購買，大大地影響了實驗教學的質量。為了盡快改善這種狀況，整合教學資源，使學生獲得最好的學習效果，把虛擬現實技術引入實驗教學，是近年來比較創(chuàng)新且有較好實際效果的做法。

通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理進行仿真實訓，避免各種危險。虛擬實驗的引入不但使教學經費降低，使教學內容不斷更新，使實驗實踐及時跟上技術的發(fā)展，而且還能為學生創(chuàng)造良好的自學條件，使他們按照自己的水平和能力進行學習，能使學生有更多的練習機會。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。在虛擬實驗中的實驗設備型號單一，性能穩(wěn)定，實驗條件過于理想化，實驗過程中的由個人原因造成異?，F象和故障出現次數極少，使學生的實踐動手能力沒有真正的得到鍛煉。因此，這就要求設計和開發(fā)虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)人員不僅有相應的計算機知識還應具有專業(yè)知識，要對實驗內容綜合分析，設計出內容覆蓋全面的虛擬實驗系統(tǒng)。

2.3虛擬場景與技能訓練

虛擬現實系統(tǒng)可以虛擬的人物形象，創(chuàng)設一個人性化的學習環(huán)境，使遠教學生能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。例如，在虛擬的課堂學習氣氛中，遠教學生可以與虛擬的教師、學生一起交流、討論，共同探討學習中的各種問題，進行協作化學習。再如，在外語教學中，可以通過計算機虛擬學生到國外旅游的情境，讓學生與人交談，達到訓練學生口語的目的。再如，與虛擬的心理醫(yī)生對話，排解心中的煩惱等。同時，利用虛擬現實技術已相應的硬件設備可以進行各種技能訓練，如外科手術技能、教學技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。

3 結束語

虛擬現實技術實現了學習媒體的情景化及自然交互性，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，在教學中有著極其巨大的應用前景，將會逐漸受到社會各界，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育領域中廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。

參考文獻：

[1]李欣.虛擬現實及其教育應用.科學出版社，2008，06.

[2]鐘毅.淺析虛擬現實技術在計算機專業(yè)教育中的應用.江西教育學院學報(綜合)，28，（6）.

[3]買桂英，華慶一.基于VRML的微機原理學習系統(tǒng)的開發(fā).重慶工學院學報(自然科學)，2008，(2).

(作者單位：中國海洋大學信息科學與工程學院，青島海川商務專修學院)