虚拟现实技术在CAI中的应用研究

[摘 要] CAI课件设计最大的特点是交互性，虚拟现实技术能提供一种全新的人机交互界面。虚拟现实能表现静态或动态的逼真的三维物体模型，并且能与其他媒体如文本、声音、图像、视频等建立超链接，因此在CAI中具有很大的潜在的应用价值。

[关键词] CAI；虚拟现实技术

【中图分类号】 G434 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-4244（2013）11-282-1

一、CAI中使用虚拟现实技术的必要性

教学的主要目的是教师向学生传授知识，学生学习知识，在教与学的过程中培养学生分析问题、解决问题的能力。在学习中，学生对知识的理解是很重要的，只有理解了的知识才容易记忆，学习效率也高，从而更容易应用于工作学习中。相反，对于死记硬背的知识，学习效率低，效果差，不容易记忆，而且时间久了容易混淆和遗忘，应用起来也很困难。随着教育改革的深入，对学生能力的培养显得更为重要，学校的知识教学是有限的，但学生的能力培养是无限的，学生在校学习的最大收获是能力的培养。因此，教学中除了教师引导学生如何分析问题、解决问题外，更重要的是提倡学生发散性思维，鼓励学生自己思考、解决问题，得出规律，获得经验，培养自己独立思考问题、解决问题的能力。

虚拟现实技术具有很强的交互能力，将虚拟现实技术用于CAI中，可以增加CAI软件的交互性，丰富CAI教学内容的表现方法，增加教学内容操作的灵活性，更有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的个性思维和动手能力，收到更好的教学效果。

二、虚拟教育培训系统

虚拟现实技术即直接把计算机合成的信息通过声音、图像等多种信息作用于人的各种感官，包括听、看、嗅、触等感官，从而在人的周围形成一种人造空间，达到一种超模拟效果。这种效果也是教育与培训最为重要的，它无疑会极大的提高教育与培训的效果，特别是在学习迁移方面尤为如此。可以毫不夸张地说，虚拟现实技术就是为教育培训而创建的。利用虚拟现实技术可以使得对宇航员、飞机和舰船的驾驶员、指挥员以及各种复杂系统的操作人员的仿真培训更加生动、逼真，培训内容更丰富，效果更佳。在医学领域中利用VR技术开展外科手术的操作培训和实验，不但节约了大量的资金，而且比用活体进行培训和实验更加安全和方便。现在国际上正在研究一种利用VR技术进行遥控手术的技术，它的实施既可以作为医疗手段，也可以作为培训手段。此外，在幼儿的启蒙教育中，VR技术被用来作为开展寓教寓乐教育基本方式。

虚拟现实环境是一种和谐的人机界面。利用虚拟现实技术的合理、夸张和虚构的特点，使我们能够去完成传统的教育培训任务，能够去解决前人所未能解决的问题，能够去创造前所未有的教学环境。比如，虚拟实验、虚拟测试、虚拟培训等等。将虚拟现实的理论和技术引入教学过程中，不仅可以拓宽多媒体计算机的应用，为办学兴教节约大量资金，同时提高教学水平。

三、虚拟现实用于CAI的可能方式

在CAI课件设计中，有时对一些复杂的过程进行模拟，特别是工程学科课件设计中，一般难以达到理想的表现效果.采用虚拟现实技术进行设计，可以辅助训练和指导生产者，使他们能很快胜任新工作.在工业上对工程技术人员的培训，很多实践工作并不能直接在现场完成，这样采用VR技术的CAI课件就能充分完成这一任务，它可以使身处各地的训练者们对同一设计对象实时形象地进行分析、模拟试验和观察操作过程及预测结果，而不需要繁琐的车间训练，是因为它具有机械实体一样逼真的外观显现、操作界面及设计规定的、完备的实际机体功能过程.提供给用户的是一个真实世界完备的“虚拟”再现.采用VR技术的CAI课件以先进的人机界面广泛应用于国防、航天航空等高科技领域的培训，节约了大量的培训经费.

四、虚拟现实应用于CAI中的可能形式

虚拟现实技术要求多种仿真和传感设备，有些造价很高，但不是所有应用都需要这些设备，应根据具体应用、模拟程度、成本造价等来选择。例如，利用廉价的桌面计算机的显示器、立体声耳机、鼠标或游戏操纵杆，配备合适的虚拟现实软件也可以实现比较好的虚拟现实效果。特别是在普及型的教育软件中，利用上述简单的设备，根据教学内容和教学目的选择合适的教学模式、教学方法，采用虚拟的立体声音、图形展示，学生似乎身临其境，可以各自从不同的角度观察、分析事物，获得不同的体验、学习效果。学生对教学内容理解深刻，而且有利于培养学生观察事物、思考问题、解决问题的能力，有利于培养学生的个性。

在教学用虚拟现实软件中，主要是产生三维交互环境。高分辨率的VGA显示器可以产生非常逼真的立体显示效果，立体声耳机可以模拟虚拟环境中的声音，利用鼠标或游戏操纵杆操纵虚拟环境的对象，如移动物体，改变观察方向，在虚拟环境中行走等。另外，应用语音识别技术也是非常重要的，可以实现人机的语言交互，如可以用语言控制虚拟对象左转、右转、前进、后退等动作。

参考文献：

[1]项国雄，倪国熙.计算机辅助教学原理与课件设计[M].成都：电子科技大学出版社，1997.

[2]张际平，张琴珠.计算机与教育[M].北京：电子工业出版社，1997.

[3]祝智庭.多媒体CAI[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1997.

作者简介：乔朝阳（1969-），男，汉族，吉林白城人，吉林省白城市白城师范学院计算机科学学院，研究方向：算法分析。