vr技术论文范文

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第一篇：vr技术论文范文

VR 技术在高职教学中的应用

摘要：随着信息技术的不断发展，越来越多的新媒体技术源源不断的融入到现代教育中。多媒体技术、计算机网络技术等出现给传统的教学模式带来了革命性的影响。目前，虚拟技术作为新媒体技术的代表近年来被广泛的应用到了社会的各大领域，其中也包括了职业教育教学领域。其特有的直观性、沉浸性、互动式的教学体验大大的提高了教学质量，更有效的促进了学生实践能力的发展和提高。本文从虚拟现实技术的基本内涵、主要特征出发，研究VR 技术在高职仿真课堂中的应用。

關键词：虚拟现实;高职;仿真

VR(VirtualReality)技术也就是虚拟现实技术，是二十世纪八十年代末期发展起来的一项新技术，是当前较为活跃的研究领域。[1]该项技术综合了计算机图形处理技术，图像处理与模式识别，智能技术，传感技术，语言处理与音响技术，网络技术等多门学科，将数字化信息变为人们所能感受到的具有各种表现形式的多维信息。随着社会的不断发展，该项技术在各个领域中都得到了较大的发展，其中包括了医学、军事、航空、教育等，尤其是在教育领域发展最为迅速。

随着全国各大高职院校规模不断扩大，各种教学设施朝着不断向着现代化、信息化的方面改革，传统的教学资源已经不能适应现代高职教学的需求。所以，很多学校都在将VR 技术融入到课堂教学中，VR 技术所具有的良好交互性、直观性、场景逼真性等优势，很好地解决了教与学面临的困境;同时VR 技术也能一定程度上解决了部分专业内容对场地、材料、设施设备、人员等的限制性要求，有效的解决了学生基础薄弱、学习积极性不足的问题。

1、虚拟现实技术概述

1.1虚拟现实技术概念

VR(VirtualReality)技术是通过电子技术、计算机技术、图像处理技术、多媒体应用技术、传感器技术、人机接口技术、和仿真技术等各项技术融合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用。它是属于一种可以设计和体验的计算机虚拟仿真系统。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破时间和空间以及其他客观的限制，目前在商业、医学、教育、影视、军事等多种领域都有在应用。

1.2虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术综合应用了多种现代信息技术将各种自然环境中的感官体验有效地还原到虚拟现实系统中，模拟人在自然环境中的各种感官，通知可以根据使用者、使用环境等不同，及时调整参数，可以说其创建的虚拟环境是与现实非常接近的，同时又可以通过直接观察、操作、触摸或检测周围环境及事物，与之发生“交互”作用。该技术具有以下特点：

1)沉浸性(Illusion of Immersion)——沉浸指的是用户在使用该系统时，自我感知系统与虚拟现实系统的融入情况。当虚拟现实系统所营造的虚拟环境使用户自身感知系统难以分辨其真假时，用户会把自身当成环境的一部分，自身的角色将从一个旁观者变为参与者，提高学生主动学习的积极性。

2)交互性(Interactivity)——虚拟现实系统通过使用一系列输入输出设备(如数据手套、手柄、自由行走跑步机、头盔、气味发生器、数据衣、数据背包等)提高系统的可操作性，用户的身体动作和语言都可以实时传入虚拟现实系统，并通过系统运算及时通过输出设备进行反馈，实现用户与虚拟世界的事物实时互动。

3)构想性(Imagination)——虚拟现实不仅仅是将自然的环境因素真实的还原到系统中，也突破时间和空间，跨越宏观或者微观世界，将用户的创意具体化，随意地构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。解开现实世界中的种种条件制约，激发人们的创新思维。

1.3虚拟现实系统的分类

根据虚拟现实技术所倾向的特征的不同， 可将虚拟现实技术划分三大类：

1)桌面虚拟现实系统

这类虚拟现实系统仅仅依靠个人计算机或图形工作站等设备，在输出端营造虚拟的环境，同时依靠数据手套、数据衣等输入设备与系统进行互动，将显示器作为观察虚拟世界反馈的窗口，另外再加以软件的辅助使用户产生一定的投入感。

此类虚拟现实系统的优点在于成本相对较低，属于较为初级的虚拟现实技术的应用，因此沉浸的效果较为一般。

2)沉浸式虚拟现实系统

这类虚拟现实系统通常采用头盔式显示器、洞穴式立体显示等设备，尽可能的隔绝外部自然环境对用户的影响，将用户的视觉、听觉封闭在虚拟环境中，同时利用数据手套等输入设备将用户的触觉也封闭在虚拟环境中。通过这些技术将使用者完全置身于虚拟环境中，实现一种完全的沉浸体验。

3)共享式虚拟现实系统

这是一种基于网络连接的虚拟现实系统，在这种系统中可以支持多个用户在同一个虚拟现实系统中进行相互沟通或共同与系统沟通，实现信息共享或者协作完成某项工作的目的。

2、虚拟现实技术应用

将虚拟现实技术融入高职院校的教学中，可以使学生的理论、实践学习环境更为生动、逼真， 将知识更为形象的展现在学生面前，更有效的激发创新思维。该技术将在多方面对传统教学产生积极影响：

2.1虚拟现实课堂

课堂是授课的基本单元， 依据不同教学内容组建相对应的虚拟现实课堂，通过计算机硬件和软件在计算机上实现课堂上的知识点具体化、形象化。通过虚拟现实技术可以突破时间、空间的限制，将原本只能简单面描述的现象、自然演变过程等更直观的展现出来。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。

例如授课课件以及视频的虚拟现实化，比如在机电类专业的教学过程中，实物展示、加工维修、拆装等内容通常利用图片、视频或者真实物体来进行教学，由于学生观摩的位置角度的影响、参与度不足或者实物不方便拆卸等因素的限制使教学效果较为不理想。然而，通过将教学所用的视频或课件融入到虚拟现实系统中，可以实现每一个学生都进行设备的拆装学习，同时选择适合自己学习的角度进行学习，更为直观的掌握零件结构认知、装配结构认知等知识点。

2.2虚拟现实实训

实训教学是职业教育中的重中之重，将虚拟现实技术与高职类教学实训相结合，依托虚拟现实设施设备以及配套的专业类软件，可以解决传统实训过程中遇到的一些问题，同时取得更好的实训效果。

鉴于高职类专业的特殊性，部分专业的实训设施、设备价格昂贵，且占地面积巨大，同时设备更新换代速度较快，如不及时更新、维护设备将对教学效果产生较为严重的影响，因此当学校资金不足时，部分学校只能租用或者借用设施设备进行实训教学，通过这种方式能够解决资金不足的问题但也不能达到较好的教学效果。如果利用VR 技术创造生产现场模拟的实践环境，实训教学不再受场地、设备限制，同一套设备可以满足多门课程教学的实际需求。

此外，利用课余时间学生可以自主选择学习时间、学习内容，甚至可以重复进行实训可，提高知识的掌握程度。利用VR 技术，学生自助选择虚拟系统中的实训模块，也不会产生材料损耗，设备维护成本增加等问题。例如复杂设备的拆装，利用VR 技术不仅实现产品模型以装配图和爆炸图的形式出现， 同时在学生自行实训的过程中也不需要专业教师的陪同，及时拆装失败也不会影响系统的再次使用。更重要的是在通过虚拟实训过程可以避免风险，使实训更安全。

2.3虚拟现实实训基地

虚拟现实实训基地的打造，可以解决高职类学校各专业，特别是机械类专业面临的校内外实训基地数量不足、质量不高，校企合作很难实质性融入，学校投入难、学生实践管理难等问题。

实训基地大致布局为：围绕综合功能分区、硬件建设及VR 教学实训软件与配套教学资源的安装与部署等建设需求，含六大区域，即专题展示区、全景教学区、桌面实训区、沉浸体验区、体感交互区及虚拟仿真区。

基地基础功能是：

(1)多专业综合实践平台 基地根据不同课程配备相适应的虚拟交互设备，以各专业人才培养方案为依据定制开发VR 软件、资源等内容，可全面满足各类专业的实践需求。

(2)人才培训平台 结合专业教师资源、课程资源，可承接周边院校学生及社会人士的VR 技术技能培训，不断满足社会对VR 领域人才的需求。

(3)VR 资源开发平台 基地和校企合作单位、VR 技术开发企业等合作开发VR 教学资源，老师参与共同研发VR 软件和配套资源及承接相关VR 资源开发需求;学生可获得实习实践岗位。

(4)VR 展示体验平台 基地对本地中小学生、企事业单位开放，学校对VR 技术应用、实践的成果展示，作为学校创新职业教育发展品牌的传播窗口。

3、在高职教学中使用VR 技术的意义

1)学生掌握知识的效率与其对知识学习的主动性、积极性有很大的关联。学生学习过程中如果只是单纯的通过教师的讲授来获得知识，这样得来的知识需要后期反复巩固才能形成长期记忆。但是，如果是在学习过程中学生自行发现的问题，同时又利用自己收集的资料以及别人的帮助来解决问题，从中学到的知识会留下非常深刻的印象。所以，在高职教学中使用VR 技术，为学生提供真实的学习环境，在虚拟的环境中随意的发挥自己的想象，去发现问题，解决问题，这样学生可以充分地将自己原有的知识和现在所学的知识相融合，通过新旧知识的连接，去获得更新的知识。因此，与创痛教学方式相比，在现代教学中融入虚拟现实 技术能够很好地给学生创建新颖的教学“情境”，提高学生对知识学习的主动性。

2)在传统的实践教学过程中，学生一旦遇到失败，就会很容易产生自卑的情绪，或在实训开始时就畏惧失败，致使实训过程心里负担过重，影响知识点的学习及技能的掌握，有更甚者会对学习失去信心，怀疑自己的能力。将虚拟现实技术应用于高职院校的课堂教学中，在实训环节大大减轻学生的心里负担，由于实训过程都是程序编制的虚拟过程，学生不用担心结果操作失败会造成什么样的后果，如果失败只需重置系统重新开始即可，提高的學生动手操作的积极性，消除了学生负面情绪对学习过程的影响。

3)对于一些较为抽象的知识，传统的教学方式只能通过教师的语言、肢体以及一些平面的图形、影像资料来表述，虚拟现实技术则为这些知识点提供了一种新的、更为直观的表述方式。

4、结束语

将虚拟现实技术融入高职教育教学过程，目的在于化教学过程、改善教学场景，充分利用该项技术优势，节约教学成本，提高教学效率，满足学生个性化学习需求，从而实现高效教学，该项技术必将对教育教学水平的提高产生深远的影响。

参考文献：

[1]郭勇陈;贾佳丽;王皎琳;周德群.VR 技术在高校经管类实验教学中的应用研究[J].实验室科学.2016，02

[2]黄鑫.基于VR 技术的虚拟教学应用研究[J].江西教育学院学报.2014，03

[3]晓月.2016 中国VR 行业预测研究报告[J].互联网周刊，2016，(7)：36-40.

[4]胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009：3-6.

[5]张建武，孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究，2010，(4)：109-112.

[6]杨文辉.基于Unity3d 的初中历史教学案例设计与应用研究[D].银川：宁夏大学，2015：19.

[7]黄新平，杨雪.虚拟现实技术在医学职业教育实验教学中的应用研究[J].中国职业技术教育，2013，(5)：83-87.

[8]黄剑玲，邹辉.基于虚拟现实技术的实验教学系统及其特点[J].中国电化教育，2009，(4)：108-111.

[9]马亚军，蒋晓雁，王瑞斌.化工实习虚拟现实技术在实践教学中的应用[J].化学试剂，2010，(8)：765-766.

[10]中国电子技术标准化研究院.虚拟现实产业发展白皮书[R].北京：工信部，2016：18-19.

[11]李勋祥.虚拟现实技术与艺术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007：153-154.

作者：张晨恺

第二篇：VR：虚拟现实技术还原犯罪现场

美剧《犯罪心理》中，主角亚伦·胡奇(Aarom Hotchner)在侦破系列连环凶杀案时，经常会带着团队分头赶往犯罪现场、当事人、证人等处寻找线索，再将各种线索汇集整理分析罪案，对作案者进行侧写，通过虚拟作案者的思维模式对案件进行重现，捉拿嫌疑犯归案。

犯罪现场的物理呈现，是刑事法庭庭审的重要环节。它是运用科学手法分析考察犯罪现场的环境、物证位置及犯罪行为间的关系，利用可得的检验鉴定结果，以抽象或现场模拟法来推理现场事实，重建犯罪现场的犯罪内容与过程，进一步认知犯罪案件情节助力案件侦破。

时代在进步，刑侦技术也在高科技化。如今，我们在开展调查工作及破解案件的过程中，VR虚拟现实技术的“具象化说明”似乎也有了用武之地，可以帮助警方对犯罪现场进行还原，于虚拟中对重建的犯罪现场实施侦查。刑侦专家认为将截取到的犯罪现场所有相关信息汇集创建成3D模型，通过头戴跟踪式显示器，能在3D版重建的犯罪现场进行侦查，进而促进开展调查工作。

据英国广播公司报道，欧盟委员会已发放资金给斯坦福郡大学的某一研究团队，用于研发构建以VR虚拟现实技术重建犯罪现场的软件，用于辅助审判，有利于陪审团理解案情。若此软件研发成功，陪审团的成员将会头戴跟踪式显示器，在律师的引导下回顾犯罪现场，遵循指引检查虚拟物证，从自身的验证中做出判断，确保最后的决断更合理。

知识链接：VR虚拟现实技术

VR虚拟现实技术是仿真技术中能够模拟环境、提供实时动态的3D视觉效果，能带给用户逼真效果的技术集合。它含有实时三维计算机图形技术，为用户提供复杂精确的虚拟环境图像;含有广角(宽视野)立体显示技术，通过为用户左右眼提供单、偶数帧图像产生双目立体视觉;含有跟踪用户头部、眼睛、手脚的追踪技术及触觉、力度的反馈接收装置，能使用户在运动中观察环境并融入其中获得更真实的感受。

第三篇：VR技术在口腔教学中的应用

摘要：口腔专业是一门操作性、实践性极强的学科，对学生的实践操作能力要求非常高。目前在我国的口腔医学教学中，学生实践学习主要还是以看为主，只能在对应的模型上进行操作或者在临床上去学习观摩。基于VR实现的口腔教学系统可以弥补教学条件的不足，能够更好地解决学生实践操作少的问题，通过虚拟临床环境，给学习者带来沉浸式的立体解剖体验和反复观摩、实操的机会，从而提高口腔专业学生的学习效率、实践操作能力。

关键词：口腔;VR;教学

开放科学(资源服务)标识码(OSID)：

1 前言

随着公众社会经济水平的提高，人们越来越重视口腔健康的保护，尤其是老年人口的增加，口腔健康观念逐渐增强，牙科保健问题日益重要。口腔疾病已经成为一个重要的公共卫生问题，推动着全球口腔医疗市场的不断增长。

我国已经进入老龄化社会，是目前世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。牙齿磨耗，黏膜变薄，唾液腺分泌减少等等变化引起的口腔疾病成为老年人的常见疾病，不仅对局部健康产生影响，还关系着全身的健康状况。同时，在口腔疾病中，发病率比较高的是龋病和牙周病，再加上口腔疾病往往是多种症状并存，这就导致了问题的多样性，从而使得疾病的解决难度大大增加[1]。随着老年人口的增加和社会老龄化的日益加剧，再加上大多数老年人的治疗率普遍偏低，这将导致口腔医疗需求的长期持续增长。

目前，计算机技术如增强现实技术(AR)和虚拟现实技术(VR)的发展在很多领域都有了应用。其中，虚拟现实技术(VR)指的是综合利用计算机多门学科，如计算机图形学等，通过技术手段创造出的一种逼真的、具有交互性和动态性的虚拟三维环境，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，以此来营造一个逼真的现实环境或场景，使得参与者在现实世界中做出各种行为，如转动头部、眼睛、手或进行其他动作时，能在虚拟三维环境中做出同样的动作，从而实现三维交互功能[2]。VR 技术体验最主要是借助VR 设备，通过使用VR 设备可以在使用者面前展现出虚拟的世界，但无论其做出何种实体行为均可以同虚拟世界实现同步匹配，一般情况下VR 设备有着较强的不透光性，将用户与外部真实世界完全隔离开来，使其能够全身心地投入在虚拟世界当中。

增强现实(AR)，它的主要技术特点是虚实结合和实时交互，是对现实世界的“增强”。虚拟世界与真实世界中的信息内容通过相互叠加和显示在同一显示器中，也能够有效实现信息之间的补充和完善。增强现实系统可以立即识别出人们看到的事物，并且检索和显示与该景象相关的数据[3]。

随着对种植体需求的增加，与牙科相关的专业能力、临床培训和经验积累变得更加重要，这些技术直接反映在学校的教育中[4]，培养一名牙医，就需要通过完整的教育和培训以及现实的练习和评估。因此，无论是在教育方面还是在临床方面，由辅助性产品开发的日益成熟的技术产品将在外科和教育培训过程中发挥越来越重要的作用。

2 我国口腔医学教育现状

口腔医学是一门实践性、操作性及治疗个体化极强的学科，是非常注重临床实践经验的学科，它要求未来的口腔专业人才在具备扎实的理论基础、娴熟的临床技能及分析与解决问题能力的同时，要具备较高的职业素养，人际沟通、技术管理能力和创新水平。我国目前的口腔医学教育发展很快但口腔临床人力资源仍然匮乏，现有的教育质量和培养模式很难适应越来越高的社会需求，亟须建立更加有效的培养机制[5]。

当今在我国医学教育中，其教学模式仍然是“基础课程、桥梁课程、临床课程”这样一种模式，这种教育模式容易导致基础知识与临床操作的严重脱节。而且学生在入学的前三年接触临床的机会少之又少， 往往会出现部分学生没有明确的学习目的， 缺乏对职业的感性认识， 从而对学医产生一种枯燥乏味的心态， 甚至会产生转专业的想法和行为[6]。基于VR的口腔教学体系旨在帮助还处于基础口腔学习阶段的学生， 从一开始就能够通过各种形式接触临床常规工作， 进而对医学研究、医疗服务， 乃至整个职业生涯有一个初步的认识，为日后形成良好的临床思维能力奠定基础。

现在，美国和欧洲国家的牙医必须通过笔试和技术考试才能获得执照。日本和中国的牙医也充分执行了上述考试政策。鉴于此，口腔学科的学生应具有足够的实践和专业知识。那么一个好的学习方式和系统无疑是口腔学科教育的发展趋势。基于VR技术的教学系统就可以为口腔基础的教育设备和方法提供新渠道。

3 VR技术在口腔教学中的优势

随着信息技术的发展，以计算机和互联网技术为主导的牙科解决方案在世界范围内取得了长足的进步。数字化牙科解决方案将成为未来专业牙科領域的发展趋势。数字化牙科解决方案的迅速发展，使其在牙科临床领域和牙科教育领域都得到了广泛的应用。这一趋势将逐渐挑战传统的牙科临床实践和牙科教育学习方法。通过VR技术实现的口腔教学系统，为学生的学习提供了良好的学习环境，为学生提供了数字引导、模拟学习和练习[7]。比如各种模型包括口腔模型、人体模型椅、无阴影灯和姿态评估系统。通过数字牙科模拟器和临床环境，方便学生自我练习，使学生获得重要的临床经验和精确性。

1)通过VR虚拟口腔教学系统使口腔学习更轻松快乐

通过VR技术实现的虚拟环境，能够将平时的口腔教学和学习体验提升到一个新高度。在往常的教学过程中，能够获得见习机会，并现场观察医生进行口腔手术的具体过程的学生非常少。因此，对于这些学生而言，能够在现场环境中观摩学习、掌握口腔手术的实际操作技巧并不是一件非常容易的事情。然而随着VR技术的发展，VR摄像技术使医生的操作可以全球播放，医学院的学生就可以使用VR眼镜观看这些影像，并通过虚拟临床环境来实践，从而提高手术操作能力。

比如实现VR医学解剖数字人体及VR口腔解剖数字人头，使用VR技术结合医疗的前沿科技和真实的病例CT数据为口腔医学院的基础解剖课程提供栩栩如生的VR数字人体、人头解剖结构和全新的数字化互动教学模式[8]，这种具有逼真性、沉浸感的教学模式，可以为学习者带来更多的操作机会，特别是增加了立体解剖体验和反复观摩的机会，从而在很大程度上降低了口腔医学院基础解剖课程的实践成本、提高了口腔医学学生的学习效率和实践操作能力，使得枯燥乏味的口腔医学课程充满了互动与趣味。

2)使用VR教学系统可以仿真口腔临床环境

口腔科虚拟教学系统可以仿真口腔医学中的临床环境。比如头颅的仿真模型设计，具有仿真下巴、切开的头盖骨、骨眉毛、双眼，带眶下点，鼻部轮廓及一体化硬质耳朵(包含外耳道、耳垂)，并具有逼真的颈部关节结构设计，拥有水、电、气路供给，完全模仿临床牙椅的功能，实现磨牙、备牙、冲洗、充填、吸拓等多项功能[9];再配备口腔内科、口腔修复、口腔正畸等多个学科的临床教学模型，开展近百项口腔临床技能实验项目，使学生通过仿真系统的学习，到达掌握口腔临床学科的基本诊疗技术。

3)使用VR教学系统仿真口腔正畸教学模型

口腔正畸学是口腔医学重要组成部分之一，对该学科的学生来说，其排牙实验中使用的基本都是利用石膏制作的牙颌模型，而且即使临床见习，也基本都是处于观察状态[10]。利用VR技术实现的教学环境所达到的教学效果，要远远好于传统的多媒体教学效果。比如在排牙教学中，利用VR技术，就可以生成逼真的三维虚拟牙颌模型，该模型可以以立体方式交互展示，学生可以从各个角度对模型进行观察和学习，为学生观察学习提供了一种比较直观、立体、易于理解的图像效果，其更大的优势在于，可以利用虚拟环境中的工具如线锯，对模型进行近乎真实环境下的操作，从而使生能快速掌握排牙技巧和拥挤度判断。

4 总结

VR现实技术日趋成熟，在教育领域会有更多的VR辅助系统。通过对VR环境系统的开发利用，将医学信息、医学数据结合起来，并把这些数据可视化，通过提供更清晰的信息，来丰富学生的专业知识，使他们熟悉系统、技能和课程，提高操作能力。与传统的临床前教学方法相比，VR系统将成为学生自主学习的一种有实践意义的教育工具。

参考文献：

[1] 吴补领.房付春.我国老年口腔疾病诊疗模式现状与发展.中国实用口腔科杂志，2016(8).

[2] 曹凡.国内外VR技术研发现状综述.中国科技信息，2019(5).

[3] 潘侃.尹春林.基于VR 技术和AR 技术的分析模块开发[J].电子技术与软件工程，2019(2).

[4] 陈业坚.我国口腔种植学的发展现状与思考[J].中外医学研究，2015(15).

[5] 郭威，刘树泰，柳忠豪.中国口腔医学教育改革之我见[J].西北医学教育，2016(2).

[6] 姜绮霞，姚定康，梁春，等.早期接觸临床培养医学生医患沟通能力的探讨[J].西北医学教育，2011(2).

[7] 刘柱栋.VR与AR 技术教育应用探究.计算机产品与流通，2019(1).

[8] 张晓宇.虚拟现实技术在医学上的应用[J].科技与创新，2017(3).

[9] 潘宏科，曹战强，叶晓俊.移动终端3D可视化在口腔医疗中的应用[J].中国数字医学，2014(12).

[10] 彭春.宋锦璘.虚拟现实技术在口腔正畸进修医师教学中的应用[J].长春教育学院学报，2014(11).

【通联编辑：唐一东】

作者：乔振华 左佳斌