虚拟现实技术在现代教学中的应用

刘　玮

【摘 要】本文简要介绍了虚拟现实技术及其技术支持VRML语言的原理、特性与设计思路。并根据当前教学现状，指出虚拟现实技术在现代教学中各方面的应用，进一步探讨了基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，探索新的教学模式和方向。

【关键词】虚拟现实VRML三维课件虚拟实验

随着我国教育模式的不断改革以及科学技术的飞速发展，传统的教学形式已无法满足学习的需要，需亟待改进。如何在已有教学媒体的基础上，基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，用一种最新出现的教学模式，去探索新的教学方式和方向。本文主要从虚拟现实技术和VRML语言的角度探讨其在现代教学中的应用。

1 虚拟现实技术及其技术支持

1.1虚拟现实技术概念及特征

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术，是计算机技术的综合应用。该技术就是利用计算机生成的一种三维模拟环境，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。其特性主要表现在：

第一，虚拟现实技术强调计算机生成的虚拟环境应该是逼真的，能给人以身临其境的沉浸感；

第二，人们能够以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互。

1.2虚拟现实技术的技术支持——VRML语言

1.2.1VRML概述

VRML (Virtual Reality Model Language，虚拟现实建模语言) 是一种用于对三维虚拟场景进行建模的描述性语言，它同HTML语言一样，是一种ASCII的描述性语言，可以用文本编辑器进行VRML编辑。在描述三维物体及由它们构成的场景时，VRML能使物体在三维空间中运动（动画），还能够在场景中播放声音和电影，并使观察者能与场景进行交互，从而加强观察者在虚拟场景中的感受。

1.2.2VRML工作原理和特性

VRML的访问方式是基于客户/服务器模式的。其中服务器提供VRML文件及支持资源(图像、视频、声音等)，客户端通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件描述的虚拟境界。由于浏览器是本地平台提供的，从而实现了与硬件平台无关性。图一描述了VRML的工作方式。

2 虚拟现实技术在现代教学中的应用

虚拟现实在教育领域的具体应用，主要体现在虚拟学习环境、虚拟实验室、虚拟实训基地、虚拟仿真校园、虚拟远程教育等方面。

2.1设计交互式三维课件

形象生动的多媒体课件是广泛采用的计算机辅助教学的重要形式，用传统的开发工具制作的课件都是二维平面的。使用虚拟现实技术设计和开发的交互式三维课件，可以有效的辅助课堂教学。

众所周知，《数据结构》是计算机专业课中的一门必修课， 在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想，其抽象程度高，学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学，将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来，以方便教师的教学和学生的理解。

不仅如此，在大学生法制教育的教学过程中，枯燥的理论往往是同学们失去兴趣，但是如果能够有效的引入模拟法庭的方式来展示整个审判过程，将收到意想不到的教学效果。有效地把远方的东西呈现在学生眼前，把复杂的东西变得简单，把抽象的东西化为具体，更好地理解所学内容。尝试用VRML进行课件的设计与运用，引入教学，促进教学任务更好地完成。将VRML运用到课件的开发设计中，能使学习者凭借系统提供的视听设备而置身于一个三维空间的虚拟环境中，使学习者产生沉浸感和临场感。

2.2在虚拟实验室系统中的应用

在现代教学中，对学生进行创新素质教育的重要手段之一是实验教学，它不但能使学生更好地感受、理解知识的产生和发展过程，使知识形象化易理解，而且能激发学生的求知欲，培养创新能力。目前，高等学校学生人数大幅度增加，然而实验教学经费有限，致使有的器材使用长期处于过饱和状态，有的仪器无能力购买，大大地影响了实验教学的质量。为了尽快改善这种状况，整合教学资源，使学生获得最好的学习效果，把虚拟现实技术引入实验教学，是近年来比较创新且有较好实际效果的做法。

通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理进行仿真实训，避免各种危险。虚拟实验的引入不但使教学经费降低，使教学内容不断更新，使实验实践及时跟上技术的发展，而且还能为学生创造良好的自学条件，使他们按照自己的水平和能力进行学习，能使学生有更多的练习机会。但是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。在虚拟实验中的实验设备型号单一，性能稳定，实验条件过于理想化，实验过程中的由个人原因造成异常现象和故障出现次数极少，使学生的实践动手能力没有真正的得到锻炼。因此，这就要求设计和开发虚拟实验系统的开发人员不仅有相应的计算机知识还应具有专业知识，要对实验内容综合分析，设计出内容覆盖全面的虚拟实验系统。

2.3虚拟场景与技能训练

虚拟现实系统可以虚拟的人物形象，创设一个人性化的学习环境，使远教学生能够在自然、亲切的气氛中进行学习。例如，在虚拟的课堂学习气氛中，远教学生可以与虚拟的教师、学生一起交流、讨论，共同探讨学习中的各种问题，进行协作化学习。再如，在外语教学中，可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。再如，与虚拟的心理医生对话，排解心中的烦恼等。同时，利用虚拟现实技术已相应的硬件设备可以进行各种技能训练，如外科手术技能、教学技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。

3 结束语

虚拟现实技术实现了学习媒体的情景化及自然交互性，以其自身强大的教学优势和潜力，在教学中有着极其巨大的应用前景，将会逐渐受到社会各界，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育领域中广泛应用并发挥其重要作用。

参考文献：

[1]李欣.虚拟现实及其教育应用.科学出版社，2008，06.

[2]钟毅.浅析虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用.江西教育学院学报(综合)，28，（6）.

[3]买桂英，华庆一.基于VRML的微机原理学习系统的开发.重庆工学院学报(自然科学)，2008，(2).

(作者单位：中国海洋大学信息科学与工程学院，青岛海川商务专修学院)