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        VR技術在教學中的應用研究

        2021-01-10 10:24:39劉繼清
        科學與生活 2021年26期
        關鍵詞:虛擬現(xiàn)實技術應用研究

        劉繼清

        摘要:隨著計算機圖形學的發(fā)展與計算機性能的提高,帶動了虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術的新穎性、科學性和藝術性的特點,在各行各業(yè)都得到了廣泛的應用,在教育領域, 虛擬現(xiàn)實技術具有更廣泛的作用和影響。 將虛擬現(xiàn)實技術應用到教學中, 能夠很好地滿足教學中情景化及自然交互性的要求。 主要探討虛擬現(xiàn)實技術的基本特征以及它在教學過程中的應用。

        關鍵詞:虛擬現(xiàn)實技術;教育領域;應用研究

        0、 引言

        虛擬現(xiàn)實在教育領域的具體應用,主要體現(xiàn)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。虛擬現(xiàn)實技術為學習者提供了可視化的模型或模擬器,這些作為教育教學的輔助工具促進了學生對教學內(nèi)容的理解。同時,通過虛擬現(xiàn)實技術可以構(gòu)建沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境系統(tǒng),為學習者提供視覺、聽覺、觸覺等多感官體驗的互動方式,既可以培養(yǎng)學生的學習興趣與熱情,又能使教育教學達到事半功倍的效果。

        1、虛擬現(xiàn)實的特點

        VR具有三個最突出的特征 , 也就是VR的三“I”特性 , 因而可以用此來區(qū)別相鄰技術,如多媒體技術 、科學計算可視化技術等。三個特征包括交互 、沉浸感和構(gòu)想性。

        (1)交互性。這是虛擬現(xiàn)實技術VR的最大特征,在虛擬的世界里,參與者并不是獨立的,而是與世界緊密聯(lián)系的,參與者的操作也可能會引起虛擬世界的變化,參與者還可以通過與虛擬世界互動,以獲得某些反饋。

        (2)沉浸感:用戶在計算機所創(chuàng)造的三維虛擬環(huán)境中處于一種“全身心投入 ”的感覺狀態(tài) ,有身臨其境的感覺。

        (3)構(gòu)想性:構(gòu)建那些現(xiàn)實中不存在或不易觀察到而只出現(xiàn)在人們想象中的情景。虛擬環(huán)境技術涉及到構(gòu)建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的多種技術 ,涉及到多個學科領域的研究 。在計算機人機界面技術方面,頭盔式顯示裝置、數(shù)據(jù)手套 、數(shù)據(jù)衣以及其它傳感裝置等等是虛擬環(huán)境技術使用的一些典型的硬件設備 。虛擬環(huán)境技術還涉及到人的行為學的研究,如聽覺 、視覺等的行為建模、人類觀察世界 、與世界交互方式的建模等等 。此外還涉及動畫 、建模、人機交互、人工智能 、數(shù)據(jù)庫等等。

        2、虛擬現(xiàn)實在教學中作用

        (1) 知識學習

        在教學中 , 學生對虛擬現(xiàn)實技術所表達的教學內(nèi)容進行交互, 從而學習相關的知識。采用虛擬現(xiàn)實技術表達教學內(nèi)容可以使學生在瀏覽器中觀察到在現(xiàn)實生活中不能或不易觀察到的現(xiàn)象或事物 ,并提供了極為自然的理想觀察模式 。

        (2) 激發(fā)創(chuàng)造

        通過虛擬現(xiàn)實技術可將學生在學習過程中產(chǎn)生的假設進行虛擬 , 呈現(xiàn)相應的結(jié)果或效果 。這樣有力于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維 ,進行主動的探索性學習 ,培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。

        (3)虛擬實驗

        采用虛擬現(xiàn)實技術可以將合適的實驗在網(wǎng)上虛擬實驗室中表達出來, 并由學生在這些虛擬實驗室中完成實驗 。這樣可以完成不易觀察的、有危險的或費用高的實驗 ,提高多媒體教學中實驗課的效率 。

        (4))技能培訓

        由于虛擬現(xiàn)實技術可實現(xiàn)在逼真的虛擬環(huán)境中以自然的方式進行交互 , 所以它非常適于進行技能培訓,使學習者在接近真實的環(huán)境中更易于掌握相應的技能。雖然目前在網(wǎng)絡上用普通出入輸出設備不易實現(xiàn)直接的力反饋 , 但可實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中進行有關三維空間位置、變形、時間順序、顏色紋理及音視頻等方面的交互, 從而可進行與這些內(nèi)容相關的技能培訓 。

        3、 虛擬現(xiàn)實技術在教育領域應場景研究

        (1)利用VR技術,創(chuàng)建一個虛擬學習環(huán)境,進行知識學習

        VR教育,并改變方式講授抽象的理論課程和實踐訓練,VR 技術給學生提供一個虛擬學習環(huán)境,在教學中 , 學生對虛擬現(xiàn)實技術所表達的教學內(nèi)容進行交互, 從而學習相關的知識。采用虛擬現(xiàn)實技術表達教學內(nèi)容可以使學生在瀏覽器中觀察到在現(xiàn)實生活中不能或不易觀察到的現(xiàn)象或事物 ,并提供了極為自然的理想觀察模式。通過虛擬現(xiàn)實技術,學生可以接近并加深對理論知識的理解。一個特殊的經(jīng)驗以改善學習環(huán)境,并增加互動作用,使學習更有趣,增加感官刺激,你可以模擬相關的自然和社會環(huán)境,讓學生通過時間和空間,模擬環(huán)境之間的互動,快速獲取相關專業(yè)知識。

        例如:將VR技術應用到醫(yī)學教育中,使醫(yī)生可以虛擬手術中感受視覺和觸覺的雙重體驗,從而提高了經(jīng)驗。

        (2) 利用VR技術,建立虛擬實驗室

        采用虛擬現(xiàn)實技術可以將合適的實驗在網(wǎng)上虛擬實驗室中表達出來, 并由學生在這些虛擬實驗室中完成實驗 。這樣可以完成不易觀察的、有危險的 或費用高的實驗 ,提高多媒體教學中實驗課的效率 。

        例如:外科手術方面。可以利用VR技術,模擬一個虛擬的手術室實驗環(huán)境,外科醫(yī)生可在其中熟悉各種手術工具或進行一些精密手術的訓練,降低因失誤而造成手術失敗概率。

        (3)利用VR技術,進行技能培訓

        由于虛擬現(xiàn)實技術可實現(xiàn)在逼真的虛擬環(huán)境中以自然的方式進行交互 , 所以它非常適于進行技能培訓,使學習者在接近真實的環(huán)境中更易于掌握相應的技能。利用VR技術,在虛擬環(huán)境中進行有關三維空間位置、變形、時間順序、顏色紋理及音視頻等方面的交互, 從而可進行與這些內(nèi)容相關的技能培訓 。

        例如:將VR應用于醫(yī)學教育領域中,其最核心的價值體現(xiàn)在臨床操作。傳統(tǒng)的醫(yī)療培訓給與學員的實踐機會很少,較高的成本和稀缺的資源是長期以來限制臨床培訓的主要原因。而VR技術通過計算機仿真,讓學員可以在沉浸式的虛擬環(huán)境中進行實踐學習,積累復雜的臨床經(jīng)驗。如:解剖學方面。復雜的人體結(jié)構(gòu)很難用課本或3D的教學資源來闡述清晰。實踐階段,學生常常通過解剖被福爾馬林長期浸泡過的尸體來學習這門課程。一方面,許多學生反映難以忍受刺鼻的味道;另一方面,尸體資源相當珍貴,不能滿足每個學員的需要??梢岳肰R技術,模擬解剖全過程,讓學員地成本的反復訓練,達到訓練目標。

        (4)利用VR技術,建立虛擬仿真校園

        目前,許多高校都使用這種技術來模擬校園環(huán)境,通過3D全景虛擬校園建立完整的現(xiàn)實生活校環(huán)境,校園網(wǎng)絡等,達到宣傳學校的目的,促進學校的發(fā)展。虛擬校園的成功建設對于大學展示校園,擴大招生,改善就業(yè)具有重要意義。虛擬仿真校園有很多好處,如學生可以在短時間內(nèi)熟悉校園環(huán)境;將學校的環(huán)境更好的展示給更多的人,向全國各地的學生宣傳學校;促進學校信息化建設快速發(fā)展,促使校園文化和校園外觀完善。

        (5) 利用VR技術,建立虛擬遠程教育

        把教育資源,包括教師資源和學習資源,整合到云端里。利用虛擬現(xiàn)實技術借助3D技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術,生成三維逼真的虛擬環(huán)境,使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備,或利用鍵盤、鼠標等輸入設備,便可以進入虛擬空間,成為虛擬環(huán)境一員,進行實時交互,感知和操作虛擬現(xiàn)實世界中的各種對象,從而獲得身臨其境的感受和體會。這對調(diào)動學生的學習積極性,專注性將起到積極的作用,對學生的學習效率也將有很大的改善。

        4、結(jié)論

        盡管虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域倍受期待, 但作為一個新興產(chǎn)業(yè),仍面臨著許多挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域目前還處于一個初級階段,成本較高、技術受限、虛擬現(xiàn)實行業(yè)人才緊缺等,都是限制虛擬現(xiàn)實技術在教育領域推廣的重要原因。隨著計算機技術的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實的硬件與軟件成本逐漸降低,我們相信未來虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的應用前景是值得期待的。

        參考文獻

        [1] 趙明明 . 中國 VR 技術的發(fā)展現(xiàn)狀、應用前景與對策探究 [J]. 視聽 ,2018(01):209- 210.

        [2] 邱 亞 萍 .VR技術發(fā)展現(xiàn)狀、 應用前景與對策研究 [J]. 黑 河 學 院 學 報 ,2017,8(12):184-185.

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