2019虚拟现实技术在感知方面.doc

虚拟现实技术在感知方面，新的教学媒体不断涌现，继多媒体之后，教学技术领域又出现了一个新型教学媒体，它就是虚拟现实技术(Virtual Reality)。

虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、建筑设计、军事训练、体育训练、娱乐游戏等许多领域。

在国外，虚拟现实技术已应用于课堂教学。

虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑将对教学产生深远的影响。

可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的"明星"技术。

虚拟现实对传统教学，远程教学，网络教学等教学方式都会产生深远的影响。

比如在传统教学方式上，虚拟现实技术的出现将使教学手段发生变化，向着科学化，高效益方向发展。

互动启发式教学，发现式教学，协同工作式教学，情境式教学等一系列新的教学方法的出现。

虚拟现实技术具有以下三个基本特征：1.沉浸性。

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像.使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。

使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

2.交互性。

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。

3.多感知性。

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

虚拟现实系统按其功能不同，可分成三种类型。

1.沉浸型虚拟现实系统。

使用者必须头戴头盔、手带数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。

用户可排除外界干扰，全身心地投入到虚拟现实中去。

这种系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。

2.简易型虚拟现实系统。

简易型虚拟现实系统由一台普通的计算机系统组成，使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。

例如苹果公司推出的快速虚拟系统(Quick Time VR)，是采用360度全景拍摄来生成逼真的虚拟情景，用户在普通的电脑上，利用鼠标和键盘，就能真实地感受到所虚拟的情景。

这种系统的特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广，是一套经济实用的系统。

3.共享型虚拟现实系统。

共享型虚拟现实系统是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来，共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的。

虚拟现实技术不仅对传统教学产生深刻的影响，在远程教学中也起着不可替代的作用。

如：1弥补远程教学条件的不足。

在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行。

利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

2避免真实实验或操作所带来的各种危险。

例如虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

3彻底打破空间、时间的限制。

例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

4可以虚拟人物形象。

如，在外语教学中，可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。

虚拟现实技术在远程教学中的应用主要有以下四个方面。

1.知识学习。

它的应用有两个方面：一是再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。

在学习物理知识时，利用虚拟现实技术，向学生展示如原子核裂变、半导体导电机理等复杂的物理现象，供学生观察学习。

虚拟现实在知识学习中的另一个应用是，使抽象的概念、理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解。

例如，学习加速度概念时，通过虚拟演示，让学生观察当改变物体的重力大小及方向时，加速度的变化情况，使学生加深对加速度概念的理解。

2.探索学习。

例如，在虚拟的化学系统中，学生可以按照自己的假设，将不同的分子组合在一起，电脑便虚拟出组合的物质来。

通过这种探索式的学习方式，学生很有可能研究出新的物质。

3.虚拟实验。

利用虚拟现实技术，还可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室，在"实验室"里，学生可以自由地做各种实验。

在虚拟物理实验室里，学生可以做重力、惯性等实验。

在虚拟的地理实验室里，可以做地震波传播、火山喷发等实验。

4.技能训练。

例如军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等各种职业技能的训练。

由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。

1虚拟现实技术简述虚拟现实技术，简单地说，就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视、听、触、嗅等手段所感受到的虚拟幻境。

虚拟现实作为一项尖端科技，它集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，由计算机图形构成三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。

虚拟现实的最大特点是用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效地扩展了人们的认知手段和领域。

2虚拟现实系统的基本类型根据用户参与虚拟现实的不同形式，可把虚拟现实系统划分成四类：3.1桌面式虚拟现实系统桌面式虚拟现实系统也称为简易型虚拟现实系统，它是利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。

这种系统的特点是结构简单、价格低廉，因此应用比较广泛，是一套经济实用的系统。

但桌面式虚拟现实系统会受到周围现实环境的干扰，参与者缺少完全的沉浸，缺乏真实的现实体验。

3.2沉浸式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，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它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。

沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统，它的优点是用户全身心地沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。

3.3增强式虚拟现实系统增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。

3.4分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来，多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的，从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。

3.虚拟现实技术的基本特征虚拟现实技术具有以下四个基本特征：沉浸性――指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。

虚拟现实技术是根据人类的视觉，听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。

交互性――指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘，鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔，数据手套等传感设备进行交互。

多感知性――是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，从而达到身临其境的感。

构想性――是指虚拟现实技术具有广阔的可想像空间，可拓宽人类的认知范围，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，它不仅可实现实物虚化，还可实现虚物实化等处理。

4虚拟现实技术在教育教学中的实现意义随着计算机、信息、网络等相关技术的发展，计算机作为一种高效能的信息传播工具，在教育教学过程中得到越来越广泛的应用，如果将虚拟现实技术作为一种新兴的教学媒体应用到教育教学中，这种崭新的技术会带给我们崭新的教育思维，解决我们以前无法解决的问题。

4.1虚拟现实技术开创了全新的学习场景――彻底打破空间、时间的限制利用虚拟现实技术，可以彻底打破空间的限制，学生可以进入物体的内部进行观察，如学生可以进入虚拟的分子、原子、航天工作站等内部，考察物体内部的工作情况。

虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。

虚拟制造技术还可以应用计算机、交互外设及软件来构建一个虚拟的生产环境，使学生能如同在制造现场一样，与荧屏上出现的制造过程进行自由交流。

基于网络的虚拟现实技术为学习者提供了全新的学习场景，构造出开放性的教学环境。

4.2虚拟现实技术提供了崭新的教学手段――构建实物虚化、虚物实化的方法通过虚拟现实、多媒体、网络等技术的综合应用，可在课堂和实验室中展现在传统的教学模式中无法实现的教学过程。

虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟和虚物实化，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。

虚拟现实系统可以进行实物虚化，虚拟各种人物，创建虚拟课堂，在虚拟的课堂气氛中，学生可以与虚拟的教师、学生一起交流讨论，开展启发式教学。

运用虚拟现实技术，还可以使学生通过在虚拟场景的身临其境和自主控制的人机交互，由视、听、触、觉获取外界的反应，通过学生自我组织，制定并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。