虚拟现实技术在教育中的应用

摘 要：虚拟现实技术是目前在计算机领域中一项发展最快的多学科的综合技术。它已成为在计算机相关领域中继多媒体技术、网络技术之后，被广泛关注、研究与应用的热点。虚拟现实技术在教育领域内有着巨大的应用前景。

关键词：虚拟现实技术；教育；应用

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-02

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实是一门综合技术，它是指以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，与虚拟世界中的物体进行交互，从而使用户产生身临其境的感觉和体会。

首先，虚拟现实技术可以模拟出一个近乎正是的环境，并且可以产生于现实世界相同的反馈信息，使人获得和现实世界中一样的感受，具有感性和冲击力。易于实现对学习者内部需要和动机的满足。其次，虚拟现实技术可以模拟出一些现实中因实验设备等因素而无法实现的情景，从而使以前无法进行的教学实验得以进行。最后，虚拟现实技术可以使我们利用有限的资金，更多的依靠软件和智慧，有针对性的设计和开展各种模拟教学及实验，从而提高资金的利用效率，获得更好的教学效果。总之，虚拟现实技术在教育中有很高的应用价值。

二、虚拟现实技术的特点

（一）沉浸性

沉浸是指信息接收主体完全融人一个虚拟环境之中。沉浸的本质就是一个主体与他所在的环境存在着非常强的相互作用关系，当这种相互作用关系强到一定程度之后，主体就很难和它的环境分开了，那么这个主体就沉浸到环境之中了。

（二）交互性

在传统的技术中，人机之问的交互主要是通过键盘和鼠标进行交互。而虚拟现实技术中提供的人机交互是一种近乎自然的教育，在虚拟环境中，用户不仅可以通过键盘和鼠标进行交互，而且可以通过特殊的头盔、数据手套等设备进行交互。用户头部的转动、手的移动、或者语言等本身自然技能，就可以与虚拟世界进行交互。

（三）想象性

想象性是指虚拟的环境使人想象出来的，同时这种想象体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。虚拟现实技术为人们提供了一个形象的环境，可以让人们在这个环境中依靠用户的感知能力和认识能力全面的获取定性、定量信息，并发挥主观能动性、创造性，了解、认识事物，改变以往人们只能通过计算机最终计算出的定量结果来认识事物。可以从定性、定量两个方面加深对事物的认识，并发挥自己的创造性。

三、虚拟现实系统及其分类

（一）虚拟现实系统

虚拟现实系统是虚拟现实技术的物理实现形式。虚拟现实系统一般包括虚拟环境产生器和人机接口两部分。虚拟环境产生器的功能是根据任务的性质及用户的要求在工具软件和数据库的支持下产生多维的适人的情景和实例。虚拟环境产生器实质上是一个包括虚拟世界数据库的高性能计算机系统。人机接口的功能让用户可以与虚拟环境进行交互。人机接口一般包括语音合成与识别，头、眼、手跟踪装置，触觉、动觉系统，头盔显示器等。

一个基于头盔显示器的虚拟现实系统，是由包括虚拟世界数据库的高性能计算机系统、头盔显示器、语音合成与识别（如耳机），头、眼、手跟踪装置，触觉、动觉系统等组成的。该系统首先由计算机生成一个虚拟世界，由头盔显示器将其显示出来，在头、眼、手跟踪装置、语音合成与识别的支持下，用户通过头部、手部的移动，语音等便可以与虚拟世界进行自然的交互。计算机能根据用户输入的各种信息实时进行计算，即对交互行为进行反馈，如由头盔显示器更新相应的场景显示，由耳机输出立体声音，由动觉、触觉系统产生力觉反馈。

（二）虚拟现实系统的分类

1.桌面型虚拟现实系统。桌面型虚拟现实系统又称为窗口虚拟现实系统，是以一台普通计算机的屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用立体图像＼自然交互等技术，使用户产生沉浸于其中的感觉。

2.沉浸型虚拟现实系统。沉浸型虚拟现实系统是一种高级的、交互效果最好的虚拟现实系统。它通常采用头盔是显示器等设备，将用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，与现实的客观世界隔离，并给用户提供一个全新的虚拟空间的感觉。

3.增强虚拟现实系统。增强虚拟现实系统又称混合现实系统。它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。它是将虚拟物体、环境叠加在真实的世界之上，来增强现实环境。增强虚拟现实系统中虚拟环境所提供的感觉，往往是在现实中用户很难或无法感知的感觉。

4.交互分布式虚拟现实系统。交互分布式虚拟现实系统是虚拟现实技术与网络技术相结合的产物。交互分布式虚拟现实系统是是在“沉浸型”虚拟现实系统的基础上，将分布于不同地理位置的多个用户或多个虚拟世界通过网络连接起来，使多个用户他们同时参加一个虚拟空问，共同体验虚拟经历，从而达到共同协作的目的。

四、虚拟现实技术在教育中的应用

（一）虚拟课件制作

现在，大多数课件主要是用多媒体技术将文字、图片、声音、视频等多种媒体组合起来形成的。这种课件缺乏情境性、交互性。用虚拟现实技术支持课件的设计、开发，不仅能够实现立体空间、立体物体的“真三维”展示与介绍，而且支持学习者的自由浏览和“浸人式”漫游，可以随意控制教学场景的展示和场景中元素的状态，进行个性化学习与体验。那些对情景性、交互性要求较高的课件，就可以用虚拟现实技术进行设计。

（二）虚拟协同学习

虚拟协同学习是指多个用户通过交互分布式虚拟现实系统，以小组或团队的形式组织学习者，是他们在讨论、协作与交流的基础上进行学习。虚拟协同学习与传统的网上学习相比有明显的优势。首先，虚拟协同学习改善了网上学习的环境。交互分布式协同虚拟现实系统可以创造出与现实想象的模拟教室环境，使人有身临其境的感觉。从而有效地避免了传统网上学习时学生容易产生的孤独感。其次，虚拟协同学习的交互性更强，可以有效地提高网上学习的质量。最后，虚拟协同学习有利于学习者的非智力因素的培养。在交互分布式虚拟现实系统中，协作者以具有个性特征的智能实体形象进入系统，每个智能实体根据协作者的文化背景、知识结构和个性特征各不相同，给人以“第一人称”的感觉。协作者还能通过各种输入输出设备实时的与其他小组成员进行交流，充分发挥集体的智慧，并相互学习、相互促进，共同进步。

（三）虚拟实验室

利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、实验室等等。虚拟实验室与传统实验室相比，有很多优势。首先，虚拟实验室可以节约成本，提高资金的利用效率。因为可以通过虚拟技术根据显示模拟出我们实验时所需的实验原料、实验设备、实验场地等，这样就可以节约大量的资金。其次，虚拟实验室更具有灵活性。在虚拟实验的过程中，用户可以方便的改变事物的条件，以观察不同条件下所产生的结果，从而给学生更加丰富的感性认识，以便学生验证自己的假设。在学习的过程中，可以提高学生进行科学研究的兴趣，从而提高学生的科学探索能力。最后，利用虚拟实验室，可以避免真实实验带来的各种危险。在现实中，因为试验本身具有危险或是实验材料对人体健康有伤害，很多实验都只能通过播放视频的方式进行。现在，虚拟实验室可以帮我们很好的解决这个问题。在虚拟实验室中，我们可以放心的做各种危险实验。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应因燃烧、爆炸所带来的危险。

（四）虚拟实训基地

利用虚拟现实技术所建立的实训基地，在现实中有广阔的应用前景。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性和想象性，可以使训练者产生身临其境的感觉，从而有利于训练者全身心地投入到训练中。它可以应用到外科手术技能、汽车驾驶技能、电器维修技能等各种职业技能的训练中。虚拟实训基地与现实实训基地相比，有以下优点：首先，可以有效节约成本。在虚拟实训基地中，多数的各种器械、场地都是根据现实模拟的，而且可以多次利用。因此可以剩下大量的设备购买、场地设置费。其次，正因为虚拟实训基地的设备、场地是虚拟的，所以可以方便的根据学科、技术的发展，随时更新设备、场地，是训练跟上时代的潮流。最后，虚拟实训基地可以避免在训练过程中的危险，如在外科手术的训练中，可避免学生的操作失误造成病人的死亡。

参考文献：

[1]崔海燕，段作章.虚拟现实技术在现代教育中的应用[J].中国现代教育装备，2007（01）.

[2]马明山，张明.虚拟现实技术在教学中的应用研究[J].安阳师范学院学报，2008（02）.

[3]李伟群，于斌.虚拟现实技术在高职教学中的应用[J].中国职业技术教育，2010（20）.

[4]孙兴奇.虚拟现实技术在职业技能教学中应用的探讨[J].中国科教创新导刊，2009（28）.

[作者简介]徐羡文（1982.12-）女，福建福州人，研究生，助教，研究方向：计算机教学。