劉崇進 賀佐成 葉雯 吳應(yīng)良 張云霏

摘 要：本文簡述了沉浸式虛擬現(xiàn)實（immersive VR）和非沉浸式虛擬現(xiàn)實（non-immersive VR）的概念，概述了沉浸式VR的特征和在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，討論了沉浸式VR在教育培訓(xùn)中的優(yōu)缺點及其應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：沉浸式虛擬現(xiàn)實；教育培訓(xùn)；應(yīng)用現(xiàn)狀；展望

中圖分類號：G451 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）15-0009-05

一、引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡寫VR）的概念來自于科幻小說，Laurence Manning在1933年出版了一系列的科幻小說，提出了虛擬生活（Virtual life）的概念。隨著電子管計算機的應(yīng)用和全息照相技術(shù)的發(fā)展，為VR技術(shù)的實現(xiàn)提供了基本的條件。Ivan E.Sutherland 在1965 年發(fā)表了《終極的顯示》的論文，首次提出了虛擬現(xiàn)實的思想，并在1968年發(fā)明了第一臺頭顯設(shè)備（Head-mounted display，HMD）。[1]隨著計算機和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實越來越類似于現(xiàn)實的世界。Jaron Lanier在1989年推出了面向市場的第一臺VR頭盔——EyePhone VR頭盔和數(shù)據(jù)手套，這是現(xiàn)代意義的沉浸式虛擬現(xiàn)實（immersive VR）的VR套件。

Jaron Lanier 在研發(fā)EyePhone VR套件的過程中，發(fā)展了沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，他在1989年介紹該產(chǎn)品時最早使用“Virtual Reality（VR）”一詞。在1990年，以麻省理工學(xué)院為中心，召開了圣巴巴拉會議，把不同稱謂的沉浸式虛擬現(xiàn)實統(tǒng)稱為“Virtual Reality（VR）”[2]，Jaron Lanier也被稱為“虛擬現(xiàn)實之父”[3]，在2010年被美國“時代”雜志評為100個最有影響的人物之一。沉浸式VR技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，能模擬生成虛擬的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生等有關(guān)人員在這個模擬環(huán)境中學(xué)習(xí)或得到培訓(xùn)。Delucia A 等人把這個學(xué)習(xí)環(huán)境稱為“Second Life”，即“第二人生”，是模擬真實社會在線角色扮演的平臺，構(gòu)建一種沉浸式、游戲般趣味性的學(xué)習(xí)環(huán)境，這個學(xué)習(xí)環(huán)境遠比坐在屏幕前觀看二維圖像和動畫要真實、方便和有趣得多。[4]現(xiàn)在，沉浸式VR已經(jīng)在教育培訓(xùn)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，[5]在國外歸屬于計算機多媒體的教學(xué)，被稱為沉浸式多媒體。

二、沉浸式虛擬現(xiàn)實和非沉浸式虛擬現(xiàn)實的概念

沉浸式虛擬現(xiàn)實是利用圖形系統(tǒng)和各種控制接口設(shè)備，在計算機上生成可交互和具有沉浸感覺的現(xiàn)實世界的模擬仿真，也就是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，給使用者在虛擬環(huán)境中提供關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的現(xiàn)實世界模擬。用戶需要戴上VR頭盔，幾乎與現(xiàn)實世界隔絕，才能進入洞穴狀自動虛擬環(huán)境（the Cave Automatic Virtual Environments）。[6]非沉浸式虛擬現(xiàn)實也稱為桌面式虛擬現(xiàn)實，是借助于計算機和其鼠標、鍵盤、話筒等外圍設(shè)備，通過三維制圖軟件在屏幕生成窗口式虛擬環(huán)境，或者通過攝影技術(shù)獲得實際圖像加上計算機處理生成的虛擬環(huán)境，[7]該虛擬環(huán)境一般由三維視頻或3D電影組成，不足之處是能感覺到腳和手不在虛擬空間里。

沉浸式VR比非沉浸式VR更有吸引力，用戶在沉浸式虛擬空間漫游體驗時，猶如身臨其境。沉浸式VR還具有與虛擬物體實時交互的優(yōu)點，可以根據(jù)自己的思路探索整個虛擬環(huán)境，選擇自己想體驗的內(nèi)容。另一方面，用戶在虛擬空間觀看VR作品的時間不受限制，可以隨時播放或暫停，切換到其他的VR作品，也可以從不同角度長時間瀏覽虛擬作品，而且操作簡單快捷。因此，沉浸式VR技術(shù)被稱為終極的多媒體技術(shù)。[2]

三、虛擬現(xiàn)實的特性

G. Burdea和Coiffet Philip在1993年的世界電子年會上發(fā)表了論文《Virtual Reality System and Application（虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和應(yīng)用）》，指出虛擬現(xiàn)實具有沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），即3I特性，是沉浸式VR的標志特性。[8]虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合了計算機圖形技術(shù)、傳感器技術(shù)、多媒體技術(shù)、包含人工智能的人機交互技術(shù)、立體顯像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機仿真模擬和心理學(xué)等眾多科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)在這些科學(xué)技術(shù)逐漸走向成熟，沉浸式VR也開始變得成熟，并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實的沉浸性是指利用計算機產(chǎn)生的三維立體圖像，讓人置身于一種虛擬環(huán)境中，就像在真實的客觀世界中一樣，能給人一種身臨其境的感覺。用戶需要戴上VR頭盔（頭顯設(shè)備），才能在虛擬空間漫游和體驗。VR頭盔里裝有目鏡和立體顯示屏，用戶觀看立體圖像時，透過目鏡的視角放大和視場放遠作用，實現(xiàn)視覺的沉浸性；頭盔里裝有傳感器，能追蹤用戶的位置、姿態(tài)的變化及其眼球的轉(zhuǎn)動，通過人工智能中的動作捕捉和識別，實時地調(diào)用或生成立體圖像。

虛擬現(xiàn)實的交互性是指用戶能在虛擬空間里與虛擬對象互動交流，實現(xiàn)相應(yīng)的動作和功能。虛擬現(xiàn)實的交互手段摒棄了鍵盤和鼠標與計算機的人機交互方式，采用傳感設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、操縱手柄或者音頻設(shè)備等新型交互方式。用戶采用這些新型設(shè)備與虛擬空間的物體交流互動，感覺就像處于現(xiàn)實世界中一樣。

虛擬現(xiàn)實的想象性是指人們在虛擬環(huán)境中對現(xiàn)實世界中的環(huán)境發(fā)揮想象，并進行創(chuàng)造性的模擬，能拓展人類的認知范圍和可想象的空間。VR專家在開發(fā)作品時可再現(xiàn)過去的或真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的，或不可能發(fā)生的環(huán)境，研發(fā)充滿想象力的作品；另一方面，用戶在虛擬空間漫游體驗時根據(jù)所獲取的信息，通過聯(lián)想、推理和邏輯判斷等傳統(tǒng)思維，展開自己的想象，以便了解更多的作品內(nèi)容，獲取更多的知識。

四、虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用概況

虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中應(yīng)用的首次嘗試在美國。1992年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育實驗室在美國東卡羅琳那大學(xué)正式成立。該實驗室主要是用來確認虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育上是否適用，并且對這一技術(shù)中的軟件和硬件進行評價，以便更好地觀察虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教育教學(xué)活動的推廣情況。1994年，華盛頓大學(xué)和西屋科學(xué)基金會組織了一個流動教學(xué)計劃，一輛裝有虛擬設(shè)備的流動教學(xué)車在各個學(xué)校中進行教育體驗，為中小學(xué)生提供虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)服務(wù)，并觀察虛擬現(xiàn)實教學(xué)對提高學(xué)生興趣和領(lǐng)悟能力的情況。從20世紀90年代到21世紀初，這一時期的虛擬現(xiàn)實設(shè)備非常貴，其存在沉浸感不足、三維圖像的質(zhì)量比較差，交互動作發(fā)生時圖像變換滯后引起暈眩感等缺陷，只有少數(shù)游戲發(fā)燒友迷戀虛擬現(xiàn)實的游戲。在教育培訓(xùn)領(lǐng)域，一般是大學(xué)和公司在基金資助下展開一些應(yīng)用研究，尙未在教育界獲得實際應(yīng)用。

1.虛擬現(xiàn)實在國外教育培訓(xùn)中的應(yīng)用概況

2012年，Oculus Rift推出了VR套裝（VR頭盔和數(shù)據(jù)手套），沉浸式虛擬裝置的價格下降了很多，沉浸式VR也獲得了很大的發(fā)展和推廣，并在2013年開始應(yīng)用于美國的教育界。[6]德克薩斯大學(xué)（The University of Texas）是把Oculus Rift VR套裝應(yīng)用在教育培訓(xùn)中最早的大學(xué)之一。2013年，高分辨率的大型視覺墻（a large-scale high-resolution VizWall）的數(shù)字圖像輸入到Oculus Rift VR頭盔，形成沉浸式的虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí)環(huán)境，成為新的教育方法。[9]例如，大型視覺墻可以顯示比較詳細的地球圖景，其圖像是由一組計算機處理器（CPU/GPU）耦合后建模產(chǎn)生的大型數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像輸入VR頭盔，變?yōu)閷W(xué)習(xí)地理知識的虛擬環(huán)境，內(nèi)容詳細豐富，這是真實的地球儀無法比擬的。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，學(xué)生與虛擬的教師進行交流互動，形成虛擬課堂。Cai S.、 Wang X. 和Chiang F-K 設(shè)計了幾個面向初中生關(guān)于化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認識的虛擬現(xiàn)實的操作實驗，在實驗中，學(xué)生可以采用自然交互方式對虛擬出來的微觀世界中的分子、原子進行操作、組合和創(chuàng)作，[10]該實驗表明虛擬現(xiàn)實的教學(xué)較大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認知與理解，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)對日常難以呈現(xiàn)的微小物體之間的空間關(guān)系和內(nèi)部結(jié)構(gòu)細節(jié)的展示，有效地促進了學(xué)生技能的培養(yǎng)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于實驗或?qū)嵱?xùn)，學(xué)生操作虛擬實驗（實訓(xùn)）設(shè)備或器材，形成虛擬仿真實驗（實訓(xùn)）室，完成實驗（實訓(xùn)）的任務(wù)。例如，Michael J. Amirian等研究了一組學(xué)生參加虛擬仿真的外科縫合技術(shù)的培訓(xùn)，并與真實實驗培訓(xùn)的另一組相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)虛擬仿真培訓(xùn)的一組和參加真實實驗培訓(xùn)的一組掌握的技術(shù)沒有多少不同，證實了虛擬現(xiàn)實的仿真培訓(xùn)的有效性。[11] 虛擬仿真實驗（實訓(xùn)）室能利用計算機建立反映現(xiàn)實世界規(guī)律的實驗儀器，進行的虛擬仿真實驗（實訓(xùn)），能夠替代許多難以完成的真實實驗，或者費時費力費資金的實驗。

沉浸式VR與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，形成分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（DVR：Distributed Virtual Reality），在遠程教育中得到了應(yīng)用，使身處異地的教師和學(xué)習(xí)者處在同一個虛擬的教學(xué)場景中，可以不受時空限制，實現(xiàn)異地交互學(xué)習(xí)，或者通過實時語音、動作捕捉和識別進行無障礙交流，為學(xué)習(xí)者帶來了極大的便利。

虛擬現(xiàn)實已經(jīng)成功地應(yīng)用于土木工程和建筑學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)與生物學(xué)、物理學(xué)與天文學(xué)、電信，涉及科學(xué)視頻、工商管理、時裝、體育運動和軍事訓(xùn)練等教育培訓(xùn)領(lǐng)域，學(xué)生能在線下或線上進行學(xué)習(xí)培訓(xùn)。[12]

2.虛擬現(xiàn)實在我國教育培訓(xùn)中的應(yīng)用概況

沉浸虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國發(fā)展得比較晚，在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用目前正處于應(yīng)用研究和嘗試評估階段。[13]到2016年的VR元年，沉浸式VR在我國也得到了普遍重視，我國一些高校對沉浸式VR進行了相關(guān)課題的研究。比如，北京航天航空大學(xué)對分布式飛行模擬方面的應(yīng)用進行了研究，浙江大學(xué)在建筑上進行了虛擬規(guī)劃和虛擬設(shè)計的研究，清華大學(xué)研究了臨場感等。一些國內(nèi)公司和院校合作，在2017年初也推出了VR教育培訓(xùn)產(chǎn)品，比如，杭州萬霆科技公司是推出VR教育產(chǎn)品的公司之一，比較有名的產(chǎn)品就是VR建筑實訓(xùn)平臺，也叫VR建筑實訓(xùn)中心。

我國VR 技術(shù)在教育方面的運用主要包括以下三個方面：①虛擬仿真校園。虛擬仿真校園在我國應(yīng)用得比較廣泛，校園文化和學(xué)習(xí)氛圍對教育教學(xué)活動的開展有著重大影響，參觀虛擬校園的沉浸式體驗?zāi)芷鸬搅己玫膶ν庑麄髯饔?，或者吸引學(xué)生報考該院校。[14]②虛擬教學(xué)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在理工科和醫(yī)學(xué)的教育教學(xué)中獲得了一些應(yīng)用。例如，同濟大學(xué)建筑學(xué)院擁有一個虛擬現(xiàn)實實驗室，可對建筑景觀及其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行仿真，學(xué)生戴上VR頭顯，在建筑教學(xué)中進行了嘗試，學(xué)生能夠通過新的方式學(xué)習(xí)到更加系統(tǒng)全面的知識。③仿真實驗（實訓(xùn)）。 學(xué)生在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)使用實驗儀器設(shè)備，完成實驗或?qū)嵱?xùn)的任務(wù)，在我國也獲得了一些應(yīng)用成果。例如，杭州萬霆科技公司和廣州番禺職業(yè)學(xué)院進行了校企合作，在2017年4月構(gòu)建了基于BIM的VR實訓(xùn)室（中心）。

我國關(guān)于虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的研究和應(yīng)用仍停留在較為初始的階段，還是以虛擬現(xiàn)實理論探討為主，應(yīng)用層面的研究和實踐較少，教育教學(xué)效果還在進一步評估和確定階段；研究和應(yīng)用重心還集中在虛擬仿真校園的實現(xiàn)等方面，較西方國家仍有一段距離。[15]

五、虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的優(yōu)缺點

沉浸式VR模擬的虛擬空間身臨其境，逼真的視覺和聽覺感受讓使用者不自覺地認為自己進入到真實世界；另一方面，沉浸式VR利用計算機圖像建模技術(shù)、全景照相技術(shù)和相關(guān)軟件等能整合豐富的VR資源，或創(chuàng)建豐富的VR作品，具有諸多優(yōu)點。沉浸式VR目前處于走向成熟的階段，還在發(fā)展一些關(guān)鍵技術(shù)，而且使用者需要戴上頭盔，透過目鏡才能在虛擬空間漫游、瀏覽虛擬物體和作品，幾乎與真實的外界隔絕，無疑存在一些缺點。

1.虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的優(yōu)點

Plamena Zlateva和 Dimiter Velev指出，虛擬現(xiàn)實的教學(xué)能使學(xué)習(xí)者在內(nèi)容豐富的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中磨合（hone）自己的知識，提高創(chuàng)造力和分析問題、講解問題的技能，學(xué)生在虛擬的學(xué)習(xí)情境中，能充分發(fā)揮自己的特長，自主進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，而且還能自由、一遍又一遍地進行重復(fù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練。真實的課堂教學(xué)是不能自由重復(fù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的，因此，虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí)培訓(xùn)提供了彌補現(xiàn)實世界問題的比較好的解決方案。[5]

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能整合豐富的VR資源，創(chuàng)建內(nèi)容豐富的VR作品，能打破時間和空間的局限性，解決資源緊缺的問題，提高學(xué)習(xí)培訓(xùn)的規(guī)模和效能。例如，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，動物實驗和尸體解剖等進行虛擬現(xiàn)實的教學(xué)培訓(xùn)時，在虛擬環(huán)境中通過比較自然的交互方式，其逼真的教學(xué)情境與真實世界動物實驗和尸體解剖的體驗是一樣的，使學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)中獲得近似于真實實驗的操作體會，一次投入使用，重復(fù)利用率高，可以節(jié)約大量的試驗設(shè)備，樣本如試驗動物、組織等，學(xué)生和教師都可以進行操作、測試、分析和研究，而且同樣能提高其動手能力。[16]

在虛擬現(xiàn)實體驗中，學(xué)生幾乎可以全身心地漫游在虛擬空間。虛擬現(xiàn)實的沉浸性能調(diào)動受教育者全部感覺器官，逼真的視覺和聽覺感受使體驗者不自覺地認為自己進入到了真實世界。這種教學(xué)模式是一種體驗式的教學(xué)，由體驗得來的知識并非教師的經(jīng)驗傳授，而是由學(xué)習(xí)者自身感知得來的，這種體驗式的學(xué)習(xí)更容易形成長時記憶。[13]

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在避免傷害、減小成本的情況下，完成教育培訓(xùn)的任務(wù)，而在真實世界中是幾乎不能完成的，特別適用于某些學(xué)科在現(xiàn)實生活中災(zāi)害性和危險性較強的，或者在現(xiàn)實生活中沒有的、成本較高難以構(gòu)建的現(xiàn)實場景——災(zāi)害危險場景、歷史場景、跨國場景、特殊教育、軍事演習(xí)、宇宙與海洋場景等。比如，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于氣象學(xué)中的氣候溫室效應(yīng)、大片森林干旱和暴雨災(zāi)害等虛擬學(xué)習(xí)情境，獲得相應(yīng)的技能培訓(xùn)，這些教學(xué)情境在真實世界中的教學(xué)不能隨時出現(xiàn)，而在虛擬學(xué)習(xí)情境中很容易隨時呈現(xiàn)。[5]

虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)遠程教學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實的遠程教學(xué)系統(tǒng)，比非虛擬現(xiàn)實的更加真實、更加有趣。教師在教學(xué)活動中，利用這一系統(tǒng)，對不同地點、不同上網(wǎng)時間，組織進行實時的或者是非實時的分布式教學(xué)。而對于學(xué)生而言，他們可以根據(jù)自身的實際情況，在不同的時間安排、不同上網(wǎng)地點中接受教師的指導(dǎo)，比較好地完成各項教學(xué)、實驗或?qū)嵱?xùn)任務(wù)，同時在線提交作業(yè)、實驗報告等。

2.虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的缺點

目前沉浸式VR還處于不成熟的階段，一些關(guān)鍵技術(shù)處于研究完善的階段，比如高清晰的全景三維顯示技術(shù)和比較自然的交互方式等，相關(guān)的硬件設(shè)備存在使用不方便、效果不理想的情況，難以達到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需的要求，影響了學(xué)習(xí)者體驗的興趣；虛擬現(xiàn)實設(shè)備（運行速度快的計算機和VR套件）的價格依然比較貴，需要大量資金支持。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)軟件語言專業(yè)性比較強，通用性和易用性比較差，相關(guān)模型工作比較復(fù)雜，普遍建模工作量大，系統(tǒng)平臺應(yīng)用軟件的開發(fā)需要大量的精力和花費，開發(fā)成本昂貴；VR專業(yè)人員還比較少，合適的VR仿真應(yīng)用軟件和VR作品還比較少，教育培訓(xùn)的VR資源比較少；VR應(yīng)用軟件和作品所能實現(xiàn)的范圍受到限制，不同廠商生產(chǎn)的VR產(chǎn)品標準還不一樣，開發(fā)出來的VR應(yīng)用軟件和VR作品不能通用。

在教學(xué)應(yīng)用層面，教師特別是年齡比較大的教師教學(xué)方式難以改變，樂于采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)等教學(xué)方式，如果應(yīng)用虛擬現(xiàn)實這種新型教育工具，感覺不舒適，這種虛擬新型教育工具難以起到積極的作用。實踐表明，任何對虛擬現(xiàn)實具有負面看法的人，戴上了高質(zhì)量的VR頭顯設(shè)備（目前指Oculus Rift、PlayStaion VR（PS VR）、HTC Vive）進行體驗后，每個人都發(fā)生了改變，成為VR的積極支持者，[8]這些教師通過體驗，或者需要通過一定時間的培訓(xùn)，無疑會適應(yīng)這種新型的虛擬現(xiàn)實教學(xué)工具。[5]

當使用者進行虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí)培訓(xùn)時，需要戴上頭盔，幾乎與真實的外界隔絕，透過目鏡才能在虛擬空間漫游體驗，使用者在這種環(huán)境中漫游體驗，眼睛容易疲勞，時間久了可能產(chǎn)生暈眩和頭痛等負面影響。在虛擬環(huán)境漫游體驗久了，還可能分不清真實世界和虛擬世界的物體；如果是兒童戴上VR頭盔，有可能傷害他們的視覺系統(tǒng)，故美國Oculus Rift和韓國三星Gear VR建議13歲以上的少年使用，而PlayStation VR和HTC Vive 等廠家禁止12歲以下的兒童使用，但這些VR缺陷可以通過立法限制或縮短在虛擬空間漫游體驗的時間來克服。[8]

六、虛擬現(xiàn)實在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，各方面性能逐步完善，在教育培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。近期內(nèi)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)備及服務(wù)需要進一步完善，能營造智能化和實用型的虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境，減少技術(shù)使用層面的困難。在一段比較長的時間內(nèi)，隨著計算機硬件的發(fā)展，VR公司需要研發(fā)和提供高質(zhì)量的VR頭顯設(shè)備，令人欣慰的是，一些液晶板廠家正在研發(fā)高清晰度的液晶板，以便顯示高質(zhì)量的三維圖像；VR公司還需要研發(fā)包含傳感技術(shù)和人工智能的感知設(shè)備，該感知設(shè)備能在虛擬環(huán)境以非常自然的方式和虛擬對象進行交互作用，同樣令人欣慰的是，一些VR公司在開發(fā)這種高技術(shù)的感知設(shè)備，例如，日本的SONY 正在研發(fā)這種設(shè)備。[8]

各廠家生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實的設(shè)備標準不同，VR虛擬仿真軟件和VR作品不能通用，VR技術(shù)需要標準化，才會獲得普遍的推廣和應(yīng)用。沉浸式VR技術(shù)正在走向成熟，融合了計算機圖形技術(shù)、傳感器技術(shù)、多媒體技術(shù)、包含人工智能的人機交互技術(shù)、立體顯像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機仿真模擬和心理學(xué)等眾多科學(xué)技術(shù)，標準化具有一定的困難。現(xiàn)在，一些國際組織如IEEE等開始從3D顯示技術(shù)、VR頭盔、立體聲系統(tǒng)、動作姿勢追蹤控制等方面進行標準化的討論。隨著VR技術(shù)的成熟，在不久的將來，國際標準化組織將會對VR技術(shù)進行標準化，高質(zhì)量的通用虛擬現(xiàn)實設(shè)備就會生產(chǎn)出來，其價格會下降很多，在教育培訓(xùn)界會得到普遍的推廣使用。

一些開發(fā)VR作品的系統(tǒng)軟件的界面逐漸變得友好，功能變得更強大，這些系統(tǒng)軟件能充分利用各種VR資源，比較容易地開發(fā)出滿意的VR仿真軟件或VR作品。例如，Unity 3D和Unreal Engine等起初是用來開發(fā)游戲的，隨著版本的不斷升級，界面越來越友好，功能不斷增多，現(xiàn)在與其他開發(fā)3D的系統(tǒng)軟件相結(jié)合，使開發(fā)VR仿真應(yīng)用軟件或VR作品更加容易，開發(fā)的內(nèi)容更加豐富。隨著VR技術(shù)的標準化，VR應(yīng)用軟件或VR作品能在不同廠家的VR設(shè)備上應(yīng)用。因此，在教育培訓(xùn)方面的VR資源會越來越豐富，能逐漸滿足在教育培訓(xùn)方面的需求。

人工智能（AI）已經(jīng)在虛擬現(xiàn)實的交互方式中得到應(yīng)用，例如，根據(jù)識別的動作或語音，調(diào)用相應(yīng)的三維圖景，或者在虛擬空間做出相應(yīng)的反應(yīng)，AI今后在VR 自然交互方式中將會獲得更多的應(yīng)用。另一方面，人工智能還會在虛擬仿真軟件或VR作品中應(yīng)用得更為普遍，例如，日本開發(fā)的“夏日課堂”，用戶在學(xué)習(xí)時與作品中女孩人性化的互動，就應(yīng)用了人工智能。[8]

分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在教育培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用將會更為廣泛和普遍。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常通過兩種網(wǎng)絡(luò)平臺來進行搭建，一種是在Internet 上，而另一個則是在高速專用網(wǎng)上。例如，美國在Internet上進行了VR教育培訓(xùn)，學(xué)生能在線上的虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)，取得了比較好的教學(xué)效果。[5]又例如，美國在高速專用網(wǎng)上開展了對綜合訓(xùn)練場的研究，創(chuàng)建了一個覆蓋了500x750 公里的大范圍，能夠讓海陸空三大兵種的 3700 個仿真實體共同參與到虛擬的演練環(huán)境之中，三大兵種在一起進行了非常逼真的協(xié)同作戰(zhàn)演練。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)隨著在教育培訓(xùn)領(lǐng)域應(yīng)用水平的提升，并利用網(wǎng)絡(luò)的社交特性，共享信息和資源，提高教育培訓(xùn)的效果和經(jīng)濟效益會越來越明顯。隨著虛擬現(xiàn)實和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實現(xiàn)的教學(xué)能與傳統(tǒng)教學(xué)模式進行良好的兼容，發(fā)揮出自身的優(yōu)勢，并逐漸普及和大眾化。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)現(xiàn)在和未來主要應(yīng)用于真實世界中幾乎不能完成的、具有較強災(zāi)害性和危險性的事件，或者在現(xiàn)實生活中沒有的、成本較高的、難以構(gòu)建的現(xiàn)實場景，可以解決資源緊缺的問題。虛擬現(xiàn)實的教育培訓(xùn)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相融合，實現(xiàn)虛實結(jié)合，虛擬現(xiàn)實的教學(xué)起到了非常重要的輔助作用，但真實世界的教學(xué)依然處于主導(dǎo)地位。在虛擬現(xiàn)實的教育培訓(xùn)過程中，需要戴上頭盔和操縱交互的感知設(shè)備，具有不可避免的缺陷；由于小學(xué)生年齡小，虛擬現(xiàn)實的教學(xué)有可能不利于他們的身心發(fā)展。另一方面，源于中學(xué)階段學(xué)生的身心發(fā)展，也不適合處在長時間虛擬現(xiàn)實的教育培訓(xùn)中。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為教育培訓(xùn)領(lǐng)域非常吸引人的、前景廣闊的技術(shù)之一，它與教育教學(xué)的深度融合將會進一步推進教育教學(xué)的改革和發(fā)展，對提高教育技術(shù)水平、改善教學(xué)環(huán)境、豐富教學(xué)資源具有重要作用。廣州番禺職業(yè)學(xué)院在VR實訓(xùn)室教學(xué)模式和方法的教學(xué)改革和實踐中提出，VR教育培訓(xùn)平臺適合于個性化教學(xué)模式，學(xué)生在個性化的學(xué)習(xí)過程中激發(fā)了強烈的學(xué)習(xí)積極性和主動性，對學(xué)業(yè)精益求精，提高了分析問題和解決問題的能力，有效地發(fā)展了工匠精神。[17]虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育培訓(xùn)領(lǐng)域，能優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的個性化特征，使學(xué)生成為具有職業(yè)精神的創(chuàng)新型人才。

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（編輯：王天鵬）