魏寶臣，韓娟娟

(牡丹江大學(xué)，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

一直以來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只是借助于書本、黑板以及教師講解來(lái)獲取知識(shí)的，但這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，而且許多教學(xué)內(nèi)容僅通過(guò)講解，仍舊很難幫助學(xué)生理解這些知識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，為現(xiàn)代教學(xué)工作提供了一種新的思路，能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容中的許多抽象概念及原理進(jìn)行虛擬化展示，從而使其從看不見、摸不到的抽象化知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢钥?、可以聽甚至可以摸的真?shí)事物，這無(wú)疑能夠在很大程度上加深了對(duì)知識(shí)的理解，并且也能更加充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性?？梢哉f(shuō)，將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于現(xiàn)代教育工作中，能夠在很大程度上加快教學(xué)手段的革新，使教學(xué)成效得以進(jìn)一步提高。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)及其衍生技術(shù)的概念及特征分析

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)是一種將仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傳感技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用的新興技術(shù)，利用VR技術(shù)，能夠構(gòu)建一種具有沉浸式的虛擬化交互環(huán)境，在此過(guò)程中，計(jì)算機(jī)會(huì)依據(jù)人體感官，將人類的視覺、觸覺和聽覺進(jìn)行一體化融合，以此生成相應(yīng)的虛擬環(huán)境，在該虛擬環(huán)境中，用戶能夠借助于設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)和虛擬環(huán)境中各種對(duì)象的有效交互，并且這些虛擬對(duì)象還會(huì)對(duì)用戶帶來(lái)影響，從而給用戶帶來(lái)一種身臨其境的感受與體驗(yàn)。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)而言，其具有三大主要特性，分別是沉浸性(Immersion)、構(gòu)想性(Imagination)以及交互性(Interaction)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的綜合交叉，通過(guò)和人工智能技術(shù)及其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，還能使虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)一步具備自我演進(jìn)與智能化特征。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種新興衍生技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的英文簡(jiǎn)稱為AR技術(shù)，這種技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示與交互，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)跟蹤和定位功能。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)生成的虛擬化事物或產(chǎn)品與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行疊加，從而起到一種補(bǔ)充現(xiàn)實(shí)的作用，進(jìn)而在一定程度上增強(qiáng)了人體視覺、觸覺和聽覺等感官對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)感。對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，其同樣有3個(gè)主要特征，即虛實(shí)結(jié)合、三維配準(zhǔn)以及實(shí)時(shí)交互。這種技術(shù)的顯示方式共包括3種，即以視距遠(yuǎn)近為依據(jù)的手持式、頭載式以及空間展示。在許多領(lǐng)域中，已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，例如在教育工作中，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑷D像、虛擬環(huán)境以及虛擬實(shí)驗(yàn)展示給學(xué)生，而在旅游行業(yè)中，則能夠?yàn)橛慰偷挠瓮嫣峁┯行椭?，使游客能夠通過(guò)虛擬影像了解到不同景區(qū)中所分布的人文景觀信息、歷史人物及事跡、發(fā)展歷史等。由此可見，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景是非常廣闊的[1]。

1.3 混合現(xiàn)實(shí)(MR)技術(shù)

混合現(xiàn)實(shí)(Mix Reality，MR)技術(shù)同樣是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷發(fā)展中形成的一種衍生技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)能夠?qū)⑻摂M化的場(chǎng)景信息在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中進(jìn)行呈現(xiàn)，從而使用戶、虛擬世界以及現(xiàn)實(shí)世界能夠建立緊密的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息在三者之間的有效交互和反饋，進(jìn)而使用戶獲得更加真實(shí)的體驗(yàn)感。對(duì)于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，其兼顧了虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這兩種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。相比于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的區(qū)別是利用攝像頭使用戶能夠看到用肉眼無(wú)法看到的現(xiàn)實(shí)，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則只是負(fù)責(zé)對(duì)虛擬現(xiàn)境進(jìn)行疊加，但卻不會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)自身進(jìn)行考慮。

1.4 擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(ER)技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷發(fā)展中，其必將進(jìn)入一種高級(jí)的發(fā)展階段，而在該階段中必然衍生出一種新型技術(shù)，即擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(Extent Reality，ER)技術(shù)，這種技術(shù)是將物聯(lián)網(wǎng)與人聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整合而形成的，通過(guò)這種技術(shù)，能夠使現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的邊界進(jìn)一步模糊，從而使虛擬現(xiàn)實(shí)得以進(jìn)一步在現(xiàn)實(shí)中擴(kuò)展，在那時(shí)人們將無(wú)法對(duì)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界進(jìn)行準(zhǔn)確地分辨[2]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用研究

在教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擁有巨大的應(yīng)用潛力，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)也能打破時(shí)空的局限性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，使教育工作者能夠?qū)⑵渥鳛橐环N新型的教學(xué)工具，進(jìn)而使學(xué)生能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中獲得學(xué)習(xí)體驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使原有的“以教促學(xué)”學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變成由學(xué)生采用現(xiàn)代化工具來(lái)對(duì)知識(shí)與技能進(jìn)行高效獲取的新型學(xué)習(xí)方式。以下便深入研究虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)設(shè)備在教學(xué)工作中的應(yīng)用[3]。

2.1 教學(xué)中頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的應(yīng)用

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，頭戴式設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)手套、頭戴式顯示器、位置跟蹤裝置以及相關(guān)配套設(shè)備，對(duì)于頭戴式設(shè)備來(lái)說(shuō)，可將其分為分體式頭盔與移動(dòng)式頭盔。在頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備應(yīng)用中，學(xué)生通過(guò)佩戴頭盔設(shè)備來(lái)獲得虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，從而使其能夠置身于虛擬環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，并從學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得由虛擬環(huán)境所提供的沉浸式體驗(yàn)。這無(wú)疑能夠在很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，其硬件包括光學(xué)投影系統(tǒng)、全息處理單元、存儲(chǔ)部分、攝像頭與傳感器以及麥克風(fēng)、耳機(jī)等附件，學(xué)生在應(yīng)用頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)后，便不需要使用電腦與手機(jī)，只需利用雙手進(jìn)行操作即可，這使得學(xué)生能夠按照學(xué)習(xí)要求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而更加高效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。[4]

2.2 教學(xué)中桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的應(yīng)用

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，除了頭戴式設(shè)備以外，還有桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，該產(chǎn)品是由美國(guó)zSpace企業(yè)所研發(fā)的，早在2013年美國(guó)便已使用該產(chǎn)品，并對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了更新?lián)Q代。在桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，還對(duì)學(xué)科課件進(jìn)行了開發(fā)，這使得教師能夠通過(guò)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中所具有的課件來(lái)進(jìn)行教學(xué)，此外還可對(duì)新課件進(jìn)行自主開發(fā)。對(duì)于桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來(lái)說(shuō)，除了能夠作為教學(xué)工具進(jìn)行使用，還有非常豐富的教學(xué)素材和學(xué)習(xí)資源，此外其平臺(tái)系統(tǒng)還配置了課件資源開發(fā)工具，教師能夠在平臺(tái)中導(dǎo)入相應(yīng)格式的3D模型文件，并為其附上聲音、文字、圖片及視頻等，以此實(shí)現(xiàn)課件資源的自行開發(fā)與制作，在此過(guò)程中，教師還可自由地對(duì)課件資源進(jìn)行修改，這些功能無(wú)疑能夠大幅提升教學(xué)針對(duì)性，使教學(xué)工作得以更加高效的開展。

2.3 教學(xué)中手持式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可通過(guò)手持式設(shè)備來(lái)進(jìn)行教學(xué)，手持式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備將APP軟件和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，其中APP主要有4D書城、視視AR、幻視等，此外還配備了與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書進(jìn)行配套的多種APP，例如恐龍爭(zhēng)霸賽來(lái)了、實(shí)驗(yàn)跑出來(lái)了等，這些APP的原理是通過(guò)手機(jī)攝像頭對(duì)現(xiàn)實(shí)影像進(jìn)行獲取，然后借助于手機(jī)將虛擬形象疊加于現(xiàn)實(shí)世界中，從而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示效果。在一些APP內(nèi)還有很多教育資源，例如各種益智類游戲、安全教育、識(shí)物卡片等，這使其非常適用于對(duì)幼兒及兒童進(jìn)行教育。在應(yīng)用過(guò)程中，可將APP和配套圖書進(jìn)行共同使用，由手機(jī)攝像頭對(duì)圖書內(nèi)容進(jìn)行掃描，以此對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)演示。此外還可通過(guò)下載APP中的資源來(lái)疊加至外界實(shí)景中。借助于虛擬現(xiàn)實(shí)所衍生出的AR技術(shù)，可獲得逼真的現(xiàn)實(shí)特效，并可通過(guò)APP來(lái)學(xué)習(xí)，從而使學(xué)習(xí)活動(dòng)變得更加富有沉浸感和真實(shí)感，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)能夠達(dá)到寓教于樂(lè)的目的[5]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)及其衍生技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：(1)學(xué)生能夠隨時(shí)隨地的利用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來(lái)自主學(xué)習(xí)這些教學(xué)資源，并且通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)還可實(shí)現(xiàn)微課教學(xué)，而教師則不需進(jìn)行繁重的重復(fù)性講解；(2)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得更加真實(shí)的體驗(yàn)，在一些教學(xué)中，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行立體化展示，學(xué)生只需佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，即可在虛擬化環(huán)境中對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行不同角度的觀察和學(xué)習(xí)，從而使學(xué)習(xí)變得更加真實(shí)；(3)虛擬現(xiàn)實(shí)及其衍生技術(shù)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用AR，VR技術(shù)，能夠?qū)W(xué)生的視覺、觸覺和聽覺等感官進(jìn)行一體化結(jié)合，以使學(xué)生獲得真實(shí)的情境體驗(yàn)，并從中感受到交互的樂(lè)趣，學(xué)習(xí)內(nèi)容變得可以感知、可以互動(dòng)甚至可以觸摸，從而有效擺脫了以往枯燥乏味的學(xué)習(xí)氛圍。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能使我國(guó)的教育資源分布變得更加均衡，由于經(jīng)濟(jì)水平的差異，使得不同地區(qū)所具有的教育資源有著明顯的差距，通過(guò)VR技術(shù)、AR技術(shù)等，則使教育資源在更大范圍內(nèi)共享，進(jìn)而使教育資源不受地理位置的限制，使更多優(yōu)質(zhì)的教育資源能夠向農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行傾斜。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與興起，其在教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)其給教學(xué)工作也將帶來(lái)更為深遠(yuǎn)的影響。在不久的將來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)工作中已不再只是一種平臺(tái)或工具，而是改變教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)方式的推動(dòng)力量。對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)，必須要對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)特性進(jìn)行深入研究，并結(jié)合自身教育定位及實(shí)際需求，積極探索虛擬現(xiàn)實(shí)在教育教學(xué)等方面的深化應(yīng)用，這樣才能使我國(guó)的教育改革工作迎來(lái)更加美好的明天。