虚拟现实技术在高职教学中的应用分析

２００７．２

73应　用　安　全虚拟现实技术及其在教学中的应用李科峰湖南省第一师范学校 湖南 ４１０００２摘要：将虚拟现实技术应用到教学中，能够更好地满足教学中情景化及自然交互性的要求，学生可以亲身探索不能到达的环境，观察现实中难以观测的现象，更重要的是教师可以简化现实世界中过于复杂的细节，从而可以更好的突出事物的特点，随着该技术在教学应用中的不断研究开发，它在教育领域内将有着极其巨大的应用前景。关键词：虚拟现实；教学；应用０ 引言虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的。可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、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。虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。虚拟现实技术的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。以虚拟现实技术为代表的新型人机交互技术旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知；从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。１ 虚拟现实技术的基本特征及类型１．１ 虚拟现实技术具有以下五个主要特征（１）沉浸性　使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境”　感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。（２）交互性　是在虚拟环境中，学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中学生是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。（３）构想性　是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使学生产生新的构思。（４）动作性　是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。（５）自主性　是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。１．２ 虚拟现实系统按其功能可分成三种类型（１）桌面三位虚拟现实这由一台普通的计算机系统组成，计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界充分交互。系统的特点是结构简单，价格低廉，经济使用，易于普及推广，但缺乏真实的现实体验。（２）　沉浸的虚拟现实　它是一套比较复杂的系统，使用者通过头盔、数据手套等其他设备与虚拟环境进行交流。该系统虽然可让使用这完全沉浸到虚拟世界中去，由于其价格昂贵，所以难以推广。（３） 共享性虚拟现实　它是由多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，达到协同工作的目的。２ 虚拟现实技术在教学中的应用虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，培养学生的技能都将起到积极的作用。经过初步调查，１００％的学生表示对此软件很有兴趣，比课件更直观，并愿意使用它来进行学习　；９５％的学生认为它能够较好地解决教学中的难点，对于理解所学知识内容有很大的帮助 ；１００％的学生认为它是一种很丰富的教学资源。（１）化学和物理实验的应用化学、物理学科昂贵实验仪器的介绍与展示、参观那些不可能进入的实验空间，如核反应堆、粒子对撞空间等等，对基金项目：　湖南省教育厅优秀青年科研项目，课题号：ＮＯ．０４Ｂ０１５和湖南省“十一五”规划重点资助课题项目，课题号：ＸＪＫ０６ＡＺＣ０１０。作者简介：李科峰（１９８２－），男，助理实验师，研究方向：虚拟现实技术与校园网应用。应　用　安　全

虚拟现实技术在生物学教学中的应用

【摘 要】 虚拟现实是多媒体模拟仿真技术的高级发展和突破，它一经介入教育教学领域，就以其强大的实验模拟功能和使学生沉浸其中，动手操作的鲜明特色为教师呈现教学信息，培养学生的实践能力提供了一个崭新的手段。它应用生物学教学可以构建虚拟实验室，进行知识发生过程教学和帮助学生探索那些接触不到的领域。

【关键词】 虚拟现实技术 模拟实验 生物学教学

多媒体技术虽然只有生动的模拟呈现功能，但由于其实现手段上的限制，往往更偏重于对媒体本身的处理，给人的感觉还是有明显的“人工”成分。并且，当多媒体呈现丰富多彩的教学信息时，学生只是一个被动的旁观者，只能进行观察、思考，很难动手操作，参与其中。这与建构主义学习论、皮亚杰的活动教学论、自主学习、主体性教学等现代教育理论是不相吻合的，不利于培养学生的创新梢神和实践能力。20世纪90年以来，一种模拟仿真功能更强大，能使学习者身临其境，亲自动手操作的多媒体技术——“虚拟现实”悄然进入教育领域，从而克服了多媒体技术的种种不足。

1、虚拟现实的含义

虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是由多媒体计算机生成的交互式人工世界。它综合了对视觉、听觉、触觉、运动觉、体觉等感官认知模式的模拟，隔绝真实世界的信息，使人与计算机生成的环境融为一体，让使用者仿佛置身于电脑虚构的空间，感知其中的事物并能与虚构世界的人物、环境进行交流互动，从而产生亲临真实环境的感受和体验。在虚拟环境中，使用者不再看着计算机屏幕，而是成为屏幕上活动的一部分，成为“虚拟真实”世界的参与者。虚拟现实的一个重要特征是“沉浸感”。虚拟现实运用计算机图形。声音和图像再造逼真的情境，使用者完全沉浸其中而无法将其与真实世界区分开来，从而全身心地投入到人工的一个虚拟现实世界中去，给人很好的“临场感和逼真感”。使用者的感觉和行动都与人在自然状态下相似，产生与现实中同样的体验，虚拟现实的沉浸功能使操作者从虚拟空间的内部向外观察，而不是作为一个旁观者由外向内观察。这样可以更真实地注视数据，将注意力的重点集中在观察所研宄的对象和怎样获取知识上；虚拟现实的另一个特征是交互性。即使用者能通过专用设备(如HMD头盔显示器，数据手套、数据衣、控制球、跟踪设备、三维立体眼睛等)，用人类的自然技能在模拟环境里漫游，不仅能强烈地感知而且能动操作虚拟世界中各种对象。而计算机将仿真现实环境的图像、音响语言和压力等通过人机接口系统作用到使用者的感官，并通过传感器测试及跟踪使用者的行为与反应，随着操作者不同的动作(位置、姿势、方向等)变化，虚拟现实世界也随之改变。例如：当使用者用手去抓取模拟环境中的物体时，用户将有抓取东西的感觉，可以感觉到东西的重量（尽管手里并没有实物），现场中被抓起的物体也立刻随着手的移动而移。因此虚拟现实使人机交互更加自然和谐。虚拟现实的应用最初是源于对一些特殊环境的需要，如各种高难度和危险环境下的作业训练。现在已被广泛地应用于飞行训练、工业制造，医学领域以及数字战场各军兵种对抗演练等等。例如：在手术前，脑外科医生利用虚拟现实技术可以在一个模拟的“病人”身上排演一个外科手术程序。首先，通过三维重组技术将人脑CT片输入计算机，形成大脑三维结构模型，当医生手拿模拟手术刀（空间定位红外线发射器）朝颅脑模型肿瘤部位“下刀”时，可立即显示出“手术”部位上下、左右、前后的组织结构变化及受损悄况。从而可以确定为真实病人手术时最佳的治疗方案。

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虚拟现实技术在学科教学中的应用

作者：郑开晞

来源：《读写算》2011年第27期

【摘要】虚拟现实技术在学科教学领域的应用开创了教学新途径，本文阐述了虚拟现实技术的基本含义，并从多角度对虚拟现实技术在学科教学中的应用进行了探讨。

【关键词】虚拟现实技术 学科教学 应用

一．虚拟现实技术

虚拟现实又称为虚拟环境，是指由计算机生成的一个实时三维空间。主要研究交互式实时三维图形在计算机环境模拟方面的应用。通俗地说，虚拟现实的目的是：采用计算机技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时的具有交互性的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可以直接感受虚拟对象在所处环境中的作用和变化，产生沉浸感。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息。虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。

一个典型的虚拟现实系统有三个主要的特征：(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员，有一种身临其境的感觉。(2)交互性。虚拟现实系统中的人机交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。3、感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

圆园18援6援圆园一尧引言

虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology，VR），

是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提

供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户

如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度

空间内的事物[1]。用户进行位置移动时，电脑可以立

即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产

生临场感。目前，虚拟现实技术已广泛地应用于教

育、军事、工业制造、医疗等众多领域，为行业发展提

供切实可行的解决方案。特别是在教育领域，虚拟

现实技术不仅可以灵活生动地展现教学内容，还可

以通过场景模拟，为学生定制仿真实的实践环境，这

为高校实践教学的开展提供了新的途径[2]。

实践教学一直是高校提高学生专业知识应用能

力、培养学生分析创新能力的重要教学过程。我国

教育部对专业学位学生的培养目标定位为培养掌握

某一专业（或职业）领域坚实的基础理论和宽广的专

业知识，具有较强的解决实际问题的能力，能够承担

专业技术或管理工作，具有良好的职业素养的高层

次应用型专门人才。而现阶段，我国大学生在实践

的过程中经常会遇到企业由于缺乏规范而又完善的

实习措施，学生实习期间的无人管理和安全问题；高校对学生实践管理不灵活，评价体系不规范等一系

列问题，使得学生在实践过程中的表现效果并不理

想。如何提高学生实践能力，培养出适应社会需要的

高素质人才是各高校对学生实践教学改革的重中之

重[3]。

本文结合虚拟现实技术的实施过程，给出其应

用于实践教学的模式体系，以提高高职学生的专业

技能和实践能力的培养水平，提升实践教学质量。二尧虚拟现实技术应用于实践教学的实施过程

分析

虚拟现实技术基于计算机仿真、人机交互、传感

器等技术，生成仿真实的环境，为用户提供一个沉浸

式的、可交互的模拟系统，以特有的浸沉感、交互性

和构想性提高用户的代入感和参与度。实践教学的

核心之一就是学生对生产实践的参与。通过直接参

与生产，可以让学生从各个感观通道收集信息，并结