VR技术在教学中的应用

2022-09-11

1 引言

大量现代化的教学媒体在教学中应用, 对教学方法、教学形式的作用和影响也日益重要。20世纪20年代后期和整个30年代, 广播、录音、有声电影技术取得了很大的进步, 视觉教学发展成了视听教学;20世纪50年代, 教育电视成为影响视听教学最重要的因素;80年代初, 微型计算机开始较广泛应用于辅助教学;90年代初多媒体、超媒体、网络技术、虚拟现实技术出现。

虚拟现实技术是一种综合应用各种技术有效地模拟人在自然环境中的各种感知系统行为的高级的人机交互技术, 是当前现代教育技术中的前沿技术。将虚拟现实技术应用于教学, 使学生由知识的被动接受者变成了虚拟环境中的一名参与者, 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。

2 虚拟现实技术

近十年, 虚拟现实技术的研究在我国已经得到了相当的重视, 九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把V R列入了研究项目。

2.1 虚拟现实技术简介

虚拟现实技术是一项综合集成技术, 它汇集了多媒体技术、人工智能、传感器技术、网络技术等多项关键技术, 生成逼真的三维虚拟环境, 使用者通过多种传感设备, 如头盔、数据手套、跟踪器等, 或利用键盘、鼠标等输入设备, 便可以进入虚拟空间, 与虚拟环境进行实时交互, 在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中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。

综合来说, 虚拟现实技术是一种综合应用各种技术有效地模拟人在自然环境中的各种感知系统行为的高级的人机交互技术。

沉浸的程度不同, 虚拟现实系统分为三类:

2.3.1 桌面式虚拟现实系统

计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口, 通过各种输入设备与虚拟现实世界交互。参与者通过外部设备如鼠标、追踪球、力矩球等, 通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界, 操纵在虚拟情景中的各种物体。在此类系统中, 参与者并没有完全投入, 真实感较差, 但由于成本低, 因而可广泛推广应用。

2.3.2 沉浸式虚拟现实系统

是最理想的追求目标, 它利用头盔显示器、位置跟踪器、数据手套、其他手控输入设备和声音等使参与者产生一种身在虚拟环境中, 并能全投入和沉浸其中的感觉。能达到一种近乎完美的虚拟现实技术效果。但由于其价格昂贵, 所以普及性不高。

2.3.3 共享性虚拟现实系统

多个客户端通过计算机网络连接在一起, 同时进入由服务器构筑的虚拟空间, 共同体验虚拟经历, 从而达到协同操作的目的。客户端可以是桌面式虚拟现实方式, 也可以是沉浸式虚拟现实。即节约成本, 又可实现远程共享, 应用前景广阔。

3 虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术应用于教学可以为学生提供生动、逼真的学习环境, 使学生更形象地获取知识、激发思维。该技术将在多方面对传统教学产生积极影响:

3.1 教学内容虚拟现实化

突破时间空间限制再现真实世界的物体、现象或事物的变化过程。在教学中有很多知识所反应的事物虽是客观存在的, 但无法一一呈现在学生面前, 利用虚拟现实技术可再现之, 为学生提供生动、逼真、感性的虚拟学习材料, 帮助学生理解。如, 运用虚拟现实技术可以很生动地模拟海啸、台风等自然现

安全。在虚拟实验环境中可以放心地去做各种危险实验。如:虚拟的外科手术, 可避免由于学生操作失误, 而造成“病人”死亡的医疗事故。

实验的内容可不受时间与空间的限制。学生能够观察大到宇宙天体、小至原子粒子, 以及需要几十年甚至数千年才能完成的变化过程, 如:果蝇的繁殖, 化石的形成。

实验者可跨越地域作实验, 甚至多个实验者在不同地域协同做实验。可构建远程的虚拟实验室。

3.3 实习实训基地虚拟现实化

学生的实习实训是重要的教学环节, 由于经费所限, 多数学校无力建造自己的实习实训基地, 利用多媒体技术、计算机仿真技术与虚拟现实技术相结合便可构建一个虚拟的实习实训基地, 学生可在逼真的虚拟环境中进行外科手术、汽车驾驶、电器维修等各种职业技能的训练。由于其中的“设备”或“部件”多是“虚拟”的, 可根据发展需要重新“生成”新设备, 也可使“设备”和教学内容在虚拟环境中不断更新, 使实践训练及时跟上技术的发展, 同时大大减少经费的投入。

由于这些虚拟的训练系统无任何危险, 学生可以任意进行探索性操作, 可提高学生的创造性, 更好地为培养创新型人才创造条件, 满足创新型社会发展的要求。