虚拟现实技术的教育应用初探
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作者: 陈 珍
摘要: 本文阐述了虚拟现实技术在教育中的应用及意义,并结合虚拟现实教育应用的现状,分析总结了虚拟现实在教育应用中存在的问题,提出了若干建议,最后展望了虚拟现实技术的发展趋势。
关键词: 虚拟现实技术教育应用建议展望
虚拟现实技术,又称灵境技术,是以交互性、沉浸性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。与传统教育技术相比,虚拟现实技术有着自己独特的优势,可取得良好的教学效果。虚拟现实与教育相结合,一定会在教育领域中产生质和量的飞跃,然而虚拟现实技术在教育中还没有被广泛得到应用。
1.虚拟现实技术在教育中的应用及意义
虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它是一种为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。其主要应用[1]有:虚拟实验室、虚拟课堂、虚拟图书馆、虚拟校园、虚拟演播室、虚拟远程教育。
虚拟现实技术模拟的事物和环境真实而生动,并且提供多样化的自然交互途径和会话手段,可激发学生的学习积极性,并有助于激发人的形象思维和研究性思维,从而深化概念和建造新的构想与创意,因此,将虚拟现实用于教育可大大提高教学效果。同时,现实教学经常会受到实验设备、教学经费等的限制,或者存在一些在一般教学环境下无法显现的事物与现象。引进虚拟现实技术,我们可以立足于有限的设备资金投入,更多地依靠软件和智慧,有针对性地开展各种模拟实验或虚拟教学。另外,在教育领域的Web站点上,虚拟教师、虚拟考场等新兴的教育形式也将不可避免地出现在网络中,并以它们接近真实并高于真实的优势,在未来的教育领域中占有一席之地。因此,虚拟现实技术在教育和培训领域方面有着巨大的应用价值。
2.虚拟现实技术在教育应用中的现状分析
2.1虚拟现实技术在教育中的应用现状
国内许多高校都建立了国家实验室,开展了虚拟现实方面的研究工作。其中北京航空航天大学就建立了虚拟现实技术国家教育部重点实验室,浙江大学也有计算机辅助设计和图形学(CAD/CG)国家重点实验室,其他高校如清华大学、西安交通大学对虚拟现实的真实感和立体现实技术也都进行了广泛的研究,使得我国在虚拟现实基础理论研究方面硕果累累。
但在国内的教育领域的应用方面,全浸入式的虚拟现实系统基本没有,大多集中在OPENGL和VRML开发一些规模不太大的应用,应用平台也以PC机为主。[2]因此,我国高校在虚拟现实这一领域,大部分都停留在技术研究上,虚拟现实技术还没有在教育中得到真正的推广和普及。
2.2问题分析
我们可以看到,虚拟现实技术尽管发展前景广阔,但作为一门新兴的科学,目前尚有诸多因素限制它在教育领域的广泛应用,这些因素主要是:
(1)实验效果有待加强。从虚拟现实的实现效果来说,其可信度较差,是指对创建的虚拟环境的可信度差。可信度不高具体原因表现在以下几个方面:①虚拟世界的表示侧重几何表示,缺乏逼真的物理、行为模型;②虚拟世界在感知方面,有关视觉合成研究多,听觉、触觉(力觉)关注较少,真实性与实时性不足;③在与虚拟世界的交互中,自然交互性不够,在语音识别等人工智能方面的效果还远不能令人满意。
(2)硬件环境的建立。这主要存在两个方面问题:第一是相关设备普遍存在使用不方便,效果不佳等情况,难以满足虚拟现实系统的需求;第二是硬件设备品种有待进一步扩展。在改进现有设备的同时,应该加快新设备的研制工作。同时,针对不同的领域要开发能满足应用要求的特殊硬件设备。
(3)实现成本问题。虚拟现实系统应用的相关设备价格也比较昂贵,且这些设备局限性很大。如购置一个三维鼠标需数万元,建设CAVE系统的投资达百万以上;一个头盔式显示器一般达数万元。
3.几点建议
(1)遵循“需求牵引、技术推动”的原则。在教育需求的牵引下,重点研究核心技术,如动态环境建模技术[4]、实时三维图形生成和显示技术、新型交互设备的研制、智能化语音虚拟现实建模等。只有把这些最关键、最需要解决的技术问题攻克了,虚拟现实技术的发展才能不断迈上新台阶。
(2)注意虚实结合。在采用虚拟实验进行教学的过程中,并不能完全代替真实实验。虚拟实验是虚拟的实验,缺少“实物感”,正如在网上看书与拿真实的书看时,总会觉得真实的书更实在。因此,在具体实施中,应该进行虚实结合。有目的地安排一些实验在真实环境中操作,这样更能加深学生对实验的印象,提高实验的效果。
(3)关注国外发展,充分利用政策支持。我们要重视虚拟技术的研究,但不能关起门来搞研究,应时刻关注国外虚拟技术和理论的发展,并通过各种途径与国外进行交流,如访学、参观等。除此之外,还可以建立“虚拟团队”[3]。在虚拟团队中,其成员在空间分散,主要通过电子信息沟通技术(电子邮件、视频会议等)协调工作。而且,新的沟通技术的发展,例如互联网等,加速了这种趋势。目前,虚拟团队已经被应用于许多领域,比如R&D组织、客户服务、科学研究等。
同时,作为一门新兴科学,虚拟技术需要一个良好的发展环境。可喜的是,虚拟现实技术已被《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006―2020年)》列为前沿技术――信息技术的三大主题之一,这无疑将为虚拟技术提供更多的发展空间和更好的发展环境。
4.展望
随着与虚拟现实系统相关科技的日趋成熟,来自各种领域的研究与应用势必不断推陈出新,范围也将不断扩大,这已是必然的趋势。虚拟现实技术将会是继多媒体、计算机网络之后,在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术,它将使21世纪的教育与培训事业发生质的变化。
参考文献:
[1]郭天太.虚拟现实技术在高等教育中的应用及其意义[J].宁波大学学报,2006,25(1).
[2]叶愫,王昊鹏.教育中虚拟现实技术的应用研究[J].计算机教学与教育信息化,2008,22(2).
[3]陈蓉泉,邓靖松.虚拟团队的文化建构[J].企业经济,2004,287(7).
[4]Pietro Murano,Dino Mackey.Usefulness of VRML building models in a direction finding context[J].Interacting with Computers,2007,(19):305-313.
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