计算机虚拟现实技术在高校教学中的应用
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作者:金鑫
【摘 要】随着科技的发展，现代社会的各行业的新技术层出不穷，在教育行业，受到信息技术和网络的影响也越来越明显，作为我国的知识传播的前沿行业，教育行业在新技术的应用上较为迅速，如今，在教育行业中，开始引入一种新型虚拟现实技术的教学，该教学方式可谓是教育改革中的一大突破，本文探讨的就是这项新技术在教育行业中的相关应用问题。
【关键词】信息技术;虚拟现实技术;高校教学;VR
【中图分类号】G64 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2019）23-0009-01
一、虚拟现实技术的概述
虚拟现实技术，可直观地理解为通过计算机手段高度模拟实际场景，让人产生身临其境的感觉，它常常被简称VR，如今，它在技术上融合三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术和现代人工智能、人机接口、高分辨显示等高新科技，对现实世界已经可以做出较为成功的高度模拟。
时至今日，虚拟现实技术经过三十年的发展已经达到了走出实验室，走向实际应用的阶段，而教育行业就是其测试的重要领域。不过我国的虚拟现实技术的应用起步较晚，在2016年，我国才正式成立“中国虚拟现实与可视化产业技术创新战略联盟”，该联盟的形成意味着我国对于虚拟现实技术的应用正式纳入系统化的时间建设中，在该联盟的第一届理事会上，赵沁平正式宣布我国步入虚拟现实技术应用研究的元年，在虚拟现实技术初步通过教育测试后，我国的多所高校正式开始了虚拟现实技术的探索实践教学。
二、国内虚拟现实技术高校教学中的应用特点分析
1.应用现状分析。
虚拟现实技术最早在美国的上世纪六十年代就以呈现雏形，在之后的研究中，向教育方向研究一只都是虚拟现实技术的重要研究方向，科技工作者认为，利用超仿真的虚拟现实技术，1985年，美国的国立医学图书馆加入到医学数字化图像研究中，随后，世界各地开始了虚拟数字实验室的研究，在1995年，在互联网上首次出现“虚拟解剖”的试验，并且取得了成功。
和西方发达国家相比，我国的虚拟现实技术起步较晚，但是其发展的势头较为迅速，在我国的多所高校中，包括华中理工大学、复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学先后引入了系统化的虚拟仪器并展开研究，在教学中已经出现了初步的应用，但是基于其高成本的特点，目前虚拟现实技术的教学应用体现出了一定的狭隘性，除了以上提到的大学外，在其他大学中基本还没有起步，应用现状较为惨淡。
2.应用必要性分析。
基于数据模拟的虚拟现实技术可以使人产生一种身临其境的真实感觉，以虚拟仿真的环境和人实现交互，可大大提升信息的交互速度，该方案提升了人对客观世界的感受和认知，有利于未来概念的落实、兴趣的激发和创新的构思。从虚拟现实本身的实现来看，它对于实际场景基本没有任何要求，这提升了该技术的应用范围，比如所谓的虚拟解剖，并不需要实际的解剖道具和解剖对象等，通过全数据的模拟可实现道具的零成本化，尤其是，在未来，虚拟现实技術还能模拟一些人类难以达到的地方，像是外太空，海底等场景，可设想，在教育中发展该技术的应用的潜力有多么巨大。
3.应用前景。
虚拟现实技术作为国家科技的尖端技术之一，在一定程度上象征着国家的科技实力，有限发展该技术，可在国际竞争中取得更多的话语权，在未来，当虚拟现实技术成为广泛应用的学习媒体交付工具时，人们可以在固定的场景中体验到大千世界的美轮美奂，体验宇宙变换的无穷奥妙，将“足不出户知天下”发展为“足不出户游天下”的高级体验，并且在未来随着虚拟现实模拟的成本的降低，它将会大量节约现代出行所耗费的时间和金钱，从而更满足未来快节奏时代的发展，所以由此看来，在未来，将虚拟现实技术融入教学是非常明智而且有前景的决定。
4.应用难点分析。
虽然当下我国的虚拟现实技术的发展较快，但是将其应用到教学中还存在一些难点，主要包括以下两点：
首先就是系统的成本较高，这与当下的机械电子技术等基础硬件制造技术的不成熟有着较为密切的关系，并且由于技术上的不成熟带来的影响就是在虚拟现实的某些功能上也出现了局限，这需要随着时代技术的发展才能从根源上实现成本控制和技术升级。至于第二点就是在软件技术上的开发还不尚完善，导致在虚拟现实的过程中出现了虚拟不到位，漏洞偏多的现象，总的来说就是虚拟现实应用于教学基本只处在科技理论层面上，在实际研究中还有较长的路要走。
三、虚拟现实技术在高校教学中的应用方向
虚拟现实技术具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特点，其大大提升了参与者与虚拟环境的交互效果，在实际的交互阶段中，参与者和系统相互作用相互影响，从而体现出了高度的一体化，在高校的教育应用中，通过高度交互的效果，可实现极好的知识学习和体验，在当下，我国教育提倡贴近生活化的实践教学基本可在虚拟现实模拟教学中得到完美的实现，利用这种新型学习方式，可实现对于学生优质高效的知识和技能培养。在虚拟现实的教学应用上可从以下方面着手：
1.以更优质的数据实现更优秀的交互效果。
虚拟现实的实现是基于数据的设计，为了提升学习者的学习效果，通过更优质的数据设计来实现，作为主要依靠视觉进行信息获取的视觉动物，眼睛所见的场景对于人体的影响是很大的，而同样，在视觉上出现的不协调和偏差也会极大地影响人的视觉体验，比如在虚拟现实学习体验中，在近处使用贴图而不是三维模型的方式展现实物，就会带给人极大地不协调感，毕竟我们身边的事物都是以立体的形式呈现，而突破了不真实的设定，就会击破人类的感官，从而引起不好的虚拟现实体验，因此通过更加优秀的软件开发，打造更加优质的数据，创造完善的视觉体验，是保证学习质量的第一步。 2.以更富有创造性的构思激发学习者的探索欲望。
在当下出现了一种VR视频，这种视频可带给人较好的实景体验，但是视频的缺点就是无法实现场景互动，而虚拟现实技术就是基于VR视觉体验上加入互动的一种技术，所以教育建设中，应当着重落实其互动的特性体验，以富有创造性的交互体验建设不仅能提升学生对于知识学习的印象，还能充分激发学生的学习积极性。
在外国的研究学者中，知名的Dedeet.al教授认为，虚拟现实具备常规平面观测不具有的三维观察模式，它仿真的显示模拟首先能从观察角度让学生保持在较高的兴趣上，在此基础上，让虚拟模型结合知识构成提供一些思维空间，让学生处在一个需要实景思考的环境中，可实现知识到环境的迁移，所以从这一点出发认为，虚拟场景本身的交互效果也和实际的学习实效有着巨大的关联，所以在进行设计上，要关注场景的可交互设计，避免千篇一律的模型构建，这就好比在简单的沙漠地形中和复杂的森林地形中，显然是充满各种动植物的森林更让人有探索欲望，而一旦虚拟场景中的动植物变得无法交互，两个场面其实也就没有多大的区分。
3.通过虚拟实验模拟锻炼学生技能。
分析認为，虚拟现实技术的最大优点还是其在试验环节中的优势，和场景互动相比，试验中往往需要的道具都是固定的，而利用数据构建试验道具较为简单，但是该环节本身要注意各个试验环节物理量的设定，要让实验的结果尽量偏向于实际试验中得到的结果，这才能真正展现模拟试验的价值，从而达到提升学生实际操作能力的效果。
和普通实验相比，模拟实验不受制于地点和道具的限制，这可一举解决网络教学中面临实验设备、实验场地、教学经费等实验展开难题，另外还有一个显著的优点就是实验本身的安全性，仿真实验在面临爆炸冲击等环境时可启动保护效果，这可大大提升危险实验的实现可能，通过实验本身，可很好地锻炼学生的实际操作能力，在未来实现成本控制后，虚拟现实模拟实验的优点将会更加明显。
四、当下教学中融合虚拟现实技术教学的方式
根据对虚拟现实技术的分析发现，在当下阶段使用虚拟现实技术还尚未成熟，但是在教学中将其作为辅助教学工具却有较好的实现可能，主要可通过在课程理论和实验操作上辅助效果来实现。
1.辅助理论课程教学。
当下提出的一种贴近生活的教学方式要求将很多知识点还原到实际的场景中，这和虚拟现实技术的实现宗旨是不谋而合的，所以在实际的教学中，尽量以还原生活的教学方式进行教学，实际就是虚拟现实的一种手段，这更贴近于实际教学中采用的实景演练，不过不同的是，实景演练虽然往往受制于工具，但是本身的场景具备极好的交互性，这又是虚拟现实技术不具备的优势，比如在进行工程道具的组装过程中，如果单纯使用文字和图片展示各个部件之间的联系，这让学生难以理解，并且缺乏直观性的印象往往让学生在记忆上的深刻度不足，而引导学生进行实际的工程试验道具组装，通过学生的动手能力提升其实践技能，可大大提升学生的学习记忆但是实景演练的难点就是学生的个性不同，在面对细节的理解上往往又有自己的不同，这时教师又难以做到全面兼顾，因此可考虑使用VR的底层技术，即是使用最基本的模型构建，让学生使用计算机和最基本的模型进行互动组装，从而完成学生独有的组装方式，该方式在当下的应用有点就是仅仅采用VR技术中最成熟的可应用的基本技术，让学生完成和基层技术的互动，从而实现VR技术在实际教学中的应用。
2.辅助实验教学。
实验教学是高校教学的重要部分，但是传统的实验教学存在的一些缺点就是危险系数大、成本高、污染严重并且受到道具的限制较为严重，而利用VR技术实现实验教学模拟可一举解决以上难题。
从技术方面来看，模拟简单的试验是非常可行的，由于不像场景模拟具备庞大的数据系统和交互系统设计，使用VR模拟试验仅仅需要对基本道具的模拟，道具特性的模拟和基本的交互数据模拟，比如在化学实验中，需要模拟的道具仅有为数不多的几样试验道具，实验材料，再给予每一样道具物理和化学特性上的设定，最后再加上最基础的交互设计，就可以正式开始试验。和常规试验相比，模拟实验不会产生污染，不存在爆炸隐患，不存在高成本问题，只要做好详细的物理化学性质特性模拟，即使是最昂贵的化学材料，也能在模拟实验中随意使用，这是常规试验不具备的优势。不过在VR实验中，要尽量保证模拟数据和现实数据的一致性，避免错误数据带给学生的误导，从而真正实现VR试验的价值所在。
3.注重虚拟现实技术对教育模式的转变影响。
虚拟现实技术的价值除了本身可作为一种新型教育模式外，在当下阶段的另一种影响在于对于教育模式的转变带来的影响，不同于传统教育方式的全新模式，有力地对传统教学发起了冲击。虚拟现实技术教学的出现首先意味着教育模式需要在新技术上实现重构，打造适合现代社会的高技术教学方式势在必行，在教育中，教师不仅仅注重虚拟现实技术教学的应用，全体师生更要深入理解新型教育模式对社会思潮带来的影响刚，主动学习了解教育新思想，这才能让教育事业紧跟现代化的步伐不脱轨。在教育关系上，教师应当致力于打造学习网络和学生主体相结合的教育关系，逐渐抛弃传统的地域上、空间上对于教育的限制，引导教育向更加信息化的方向转变，完善现代教学理论，创造出高水平，高收益的教学模式与学习方式，从而为打造教育强国做出积极的贡献。
结语
随着科技的发展，在未来的教学中，教育将会更加科技化、人性化和现代化，而虚拟现实技术的应用就是推进这一步实现的重要步骤，如今，虚拟现实技术进军我国教育领域的趋势已经十分明显，在当下阶段中，各大有条件的高校应该正式开启虚拟现实技术的教学应用探究，不断将其深入到教学应用中，从而保证在未来虚拟现实技术成熟后，能最快最好地度过虚拟现实技术和教育的融合阶段，从而取得虚拟现实技术在教育应用中的优先权。
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作者简介：金鑫（1982.10-），女，湖北荆门人，讲师，硕士，主要研究方向：计算机应用技术。
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