虚拟现实技术在环境教育中的应用

(天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134)

随着世界经济的迅速发展，地球环境以及气候也随之发生了很大变化，环境意识在人们观念中已经越来越重要。环境是人类赖以生存和发展的物质基础。环境是围绕人类生存空间及其影响人类赖以生存和发展的各种外部条件和因素的总称。环境教育也正在成为教育中一门重要的课程。人类运用自己的智慧，不断地改造自然环境，创造新的生存条件。环境造就了人，人也改造了环境，人类与环境相互依赖，相互制约。但由于认识自然的能力和掌握科学技术水平的限制，在改造环境的过程中，会产生意想不到的后果，造成对自然环境的破坏。由于人类活动或自然因素的影响而引起环境质量的下降或生态系统的结构破坏，对人类及其生存环境和发展造成影响和破坏的问题，称为环境问题。环境问题已经越来越引起人们的重视。

环境教育是一项复杂的系统工程，它是通过培养受教育者的环境意识，使受教育者了解人与生存环境的密切关系，树立起正确的环境价值观、生态价值观，从而达到提高环境意识，获取解决环境问题的能力，化解生态危机的知识和技能的教育活动。环境教育就是借助于教育手段，使人们认识自己的生存环境，了解环境问题，培养环境意识，获得治理环境污染和防止环境问题产生的知识和技能。

环境教育是全世界各个国家和地区都在进行的教育，它具有全球性的特点。环境教育是各个学科协同进行的综合的跨学科的教育，具有国际性的特点。环境教育是以人类与自然环境的关系为核心而进行的一种教育活动，它具有全民性的特点。环境教育是终身教育，应该渗透到人生的各个阶段。环境教育应该渗透到人们生活的各种领域。环境问题的解决，必须依靠多学科的合作才得以进行。它不仅包括自然科学，而且还包括环境工程科学、环境技术科学、生物学、气象学、化学、物理学、数学、哲学和社会科学等各个学科。这些学科相互渗透、相互结合，只有这样的环境教育才能取得更好的效果。

虚拟现实技术是从多种学科中交叉产生的综合性前沿学科。虚拟现实技术是综合性的信息技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机应用技术。它融合计算机应用技术、多媒体应用技术、数字图像处理技术等形成音像效果立体、视觉环境立体，人机交互的环境。它是现代仿真技术与多媒体应用技术、传感应用技术、计算机图形处理学、人机接口模拟技术和现代网络技术等多种应用技术的融合，是一门具有挑战性的交互技术。它充分利用了三维图像技术、传感器交叉技术及高分辩率显示应用技术，生成逼真的三维图像的虚拟环境。使用者通过戴上特殊的具有数据的手套和头盔等多传感设备，通过键盘或鼠标等输入装备，进入虚拟的数字空间，成为虚拟环境中的成员进行实时实际的操作，在虚拟世界中感受环境中发生的各种现象，达到一种身临其境的情景和氛围。

虚拟现实技术又称灵境技术。它主要是利用现代网络技术、多媒体教学技术、人工智能应用技术、计算机图像图形处理技术、仿真科学处理技术和多传感器处理技术，生成三维的虚拟环境。并利用多传感器和可视设备，将声音、画像等应用于人的视觉、听觉、触觉，使人真正融入到这样一种特殊的环境中，通过发出的语言和手势等方式在这种环境中进行实时交互的过程，创造一种适合人性化的多维信息仿生空间。

虚拟现实技术的动态环境是通过建模数据技术来获取实际真实环境的三维空间的处理数据。在实际应用中首先要建立相应的三维虚拟环境模型，再通过图形处理软件建立三维立体数据，实时三维图形生成技术。在不降低图形的质量和复杂程度的情况下，实现“实时”生成三维图形、立体显示和传感技术来实现虚拟现实空间的交互能力。

虚拟现实技术在加强环境科学研究及环境教学的方法上提供了可靠的应用技术手段。利用已有的充足的环境各项数据进行实际空间的建模，使学生在已有的虚拟三维世界里，从不同角度不同方面来感知和感受复杂的地形、地貌、大气、水文等环境空间和时间的相互联系。加强他们对内部机理和内在联系的理解和研究。并利用虚拟现实技术建立环境模型内部进行数据的交互、互动。另外虚拟现实系统还可以将一些危险的学习环节转为更深入和安全。

虚拟现实技术可应用于未来地球环境发展及环境问题的预测，就是指根据现有的环境各类相关数据，研究和分析环境发展的演变规律及环境变化趋势，预测未来地球环境及空间环境的演变过程。利用虚拟现实技术，可在现有的数据基础上建立一个虚拟现实系统，对现实自然环境的各因素，如大气、水体、噪声、土壤等的环境变化进行综合分析。使学生不仅亲眼看见并体会自然环境的演变和发展过程，而且还能通过亲身经历来预测所处的环境未来的演变结果。为环境的预测、预报的变化规律提供科学依据。

虚拟现实技术在环境规划中应用。可以通过环境科学技术信息，在预测对环境的影响及环境质量变化趋势的基础上，为达到预期的环境目标，进行综合分析做出最佳方案。它能够综合考虑自然、经济、社会各方面，将环境要素、环境指标等相应的多种信息相结合建立数据库，实现虚拟现实系统技术交互、三维可视化的实景模拟环境，在全面的观察分析环境现状及其演变趋势，通过筛选环境科学规划和研究的方案，通过多角度考虑方案的可行性，以及对方案的修改，最终得到最优方案。

虚拟现实技术在环境监测与治理的应用。环境监测是以各类环境要素为监测对象的，通过对环境中污染物质及各污染物的物质成分进行定性和定量的分析，来探索自然环境中质量发生的变化及变化规律。环境教育的虚拟现实技术就是通过在环境监测中获得的各参数的分布变化图，来达到及时了解环境中各主要污染物质的分布及其变化规律，同时根据虚拟三维空间世界的环境监测结果，综合运用虚拟现实操作技术中的决策模块获得最佳的环境发展的预防和治理方案，并实时观察发展的效果。

虚拟现实技术应用于虚拟实验室的环境教学中。环境教学不是一门纯理论的学科，环境科学本身就是一门综合性学科，单纯依靠课堂讲授是远远不够的。虚拟现实实验室是环境教学中不可缺少的一个重要环节，在虚拟现实实验室是可以让学生身临其境地通过虚拟环境中的多维信息进行深入学习的，并且通过一些典型污染事件营造的虚拟现实环境，使学生在不同的水污染事件中亲身经历和感受，并在虚拟现实环境中进行实践和实习，达到理论教学不能实现的实验效果。我们建立一个在利用虚拟现实技术的基础上供学生们体验的虚拟现实系统，让学生亲身体验酸雨、雾霾、光化学烟雾、水污染等环境变化的后果，使学生能发自内心地理解环境保护及当前面临的环境可持续发展的重要性，并为环境保护做贡献。

虚拟现实技术作为一门新兴的、综合性应用技术，已被广泛应用于各个领域。随着科学的发展、社会的进步、技术的普及，虚拟现实技术在环境教育中的应用将更加广泛，随着感知机理、传感技术和物理建模的新方法、高速图像图形的处理技术以及人工智能、心理学等的发展进步，虚拟现实技术的高速发展将起到举足轻重的作用。

参考文献：

[1]周富春，胡莺，祖波编著.环境保护基础[M].北京：科学出版社，2008.

[2]莫祥银主编.环境科学概论[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]洪炳镕，蔡则苏，唐好选编著.虚拟现实及其应用[M].北京：国防工业出版社，2005.

[4]庄春华，王普编著.虚拟现实技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5]蒋耘晨编著.虚拟实验室技术[M].北京：理工大学出版社，2011.