虚拟现实技术在教育中的应用

新兴媒体技术在教育领域中的应用

——虚拟现实技术

摘要: 随着信息产业的快速发展，信息技术的创新研究也越来越收到重视，而作为信息技术发展重要驱动力的虚拟现实技术，也随之成为人们关注的热点之一。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。本文简单介绍了虚拟现实技术的内涵、特征、类型以及在教育领域中的应用。

关键词:虚拟现实技术、特征、形式、教育应用

一、虚拟现实技术的内涵

虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于使用者,使之产生身临其境的交互式视景的仿真。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学,是现代仿真技术的高级发展和突破,使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验,使人机交互更加自然、和谐。

二、虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术三个最突出的特征是：交互性、沉浸感、构想性。

1.交互性。也称互动性，用户根据各种已有线索做出反应，虚拟现实系统根据用户的具体行动及时生成新的三维场景，然后将新的信息反馈给用户。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

2.沉浸感。虚拟现实技术可以模拟出三维虚拟环境，理想的虚拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的虚拟环境中，充分利用各种感官去听、察、嗅、触，觉得自己是环境中的一部分，自然而然会产生一种沉浸于其中的强烈之感。

3.构想性。虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

三、虚拟现实技术的形式

根据用户参与形式和沉浸的程度不同，可以把各种类型的虚拟现实技术划分为以下的四种类型：

1.桌面虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实等。

2.沉浸虚拟现实系统。高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其他设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其他手控输入设备、声音等使参与者产生一种身临其境、全心

投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。

3.增强虚拟现实系统。它是把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户感知的真实世界中的一种系统，不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受。既可减少构成复杂真实环境的开销，又可对实际物体进行操作，达到了亦真亦幻的境界。典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据。

4.分布式虚拟现实系统。它是在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用，通常是沉浸虚拟现实系统的发展，把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统通过因特网连接起来，共同实现某种用途。

四、虚拟现实技术在教育领域中的应用

从教育发展变革的过程看，纸和印刷术的出现、广播和电视技术的发展、计算机和网络技术的普及，都曾引起教育的飞跃。虚拟现实与教育相结合，也一定会引起教育的革命。虚拟现实是非线性的网络结构，以逼真虚拟环境提供良好的人机交互功能，教学内容组织安排特别强调学生主动参与来构建知识结构，使学生“被动听讲”转变为“主动学习”，亲身去经历、感受比抽象的说教更具生动性。

虚拟现实技术在教育领域的应用如下：

（1）科研方面。当前，有些科学研究受到人力、物力等客观条件限制，不能很好地开展下去，使用虚拟现实技术可以帮助科研人员顺利地进行科研。另外，我国高校在许多领域都利用虚拟现实技术进行相关课题研究，如：北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行的虚拟规划、虚拟设计的应用。

（2）虚拟学习环境。虚拟现实系统可以虚拟历史人物、教师、学生等各种人物形象，创设交互式学习环境。比如，在思想品德课教学中，学生可以与虚拟先进人物一起座谈、交流，通过先进人物言行来感化学生，从而达到思想品德教育目的。

（3）虚拟实验室。虚拟实验室是指由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如物理、化学、生物实验室等。与传统实验室相比，虚拟实验室的优势：功能全、成本低、避风险，打破空间、时间的限制。

（4）虚拟实训基地。使用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据需要随时生成新设备，使实践训练及时跟上技术发展。虚拟现实可以使学生在虚拟学习环境中扮演角色，有利于学生各种技能训练。如：虚拟飞机驾驶训练系统，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术目的。

五、案例分析与联系实际

例如，一些非英语国家学习英语的情况，我国作为非英语国家学习英语的最大障碍就是没有语言环境，我国母语为汉语，平时沟通交流也都是使用汉语，除了英语课堂以及各种英语考试，用到英语的情况少之又少，这样学习英语就比较