高等职业教育中虚拟现实技术的应用研究

王栋

(辽宁轨道交通职业学院,辽宁沈阳 110023)

1 虚拟现实系统分类

按照虚拟现实技术的“沉浸”程度,可将虚拟现实系统大体分为四类:

(1)桌面虚拟现实系统,也称窗口中的VR,主要用于制图、建筑设计、教学等领域;本文中主要论述的的虚拟现实系统主要指此种类型。(2)该系统利用头盔显示器使用户能够在一个封闭的环境中体验到虚拟现实系统带来的视觉和听觉等身临其境的真实感,这是一种比较理想和高级的接近完全的虚拟体验。(3)分布式虚拟现实系统,建立在前面提到的沉浸式虚拟现实系统和分布式交互技术的基础上,此种系统通过计算机网络,将多用户或者多个虚拟现实系统连接在一起,让现实世界中处于不同位置的用户能够实现信息的共享和用户之间的互动,用户通过分布式虚拟现实系统除了实现信息共享,还可以针对对同一虚拟世界进行观察和操作等协同工作。大大节约线下真实环境互动的成本和风险,可以广泛用于教学和训练等场景。(4)增强现实(Augmented Reality,简称AR)是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D建模的技术,在用户实时看到的真实世界的基础上,生成对应的叠加在真实世界之上的虚拟图像,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界中进行互动,实现虚实结合的效果。

2 虚拟现实技术的基本特征

我们说虚拟现实技术有以下三个基本特征的“3I”特征:

(1)沉浸性(IMMERSION)。 又称临场感,使用者利用可穿戴的交互设备,如数字头盔和数据手套等专用设备,置身在虚拟现实环境中,与虚拟现实产生的三维立体场景进行各种交互。理想的虚拟现实环境应该让使用者产生身临其境的真实感受,就如同用户在虚拟现实模拟出的真实场景感觉一致,无论是听、看、移动等一切活动都如同在现实世界中的感觉。(2)交互性(INTERACTION)。 使用者对虚拟现实场景中的事物进行操作和操作场景会给使用者以适当的反馈。虚拟现实技术的专业穿戴设备根据用户的身体各部位包括头、眼和手等的移动,来相应的动态生成声音和图形以及反馈的程度,用户采用与真实世界中相同的反应和动作,来操作虚拟场景中的对象,实现对虚拟场景中事物的操作和互动。比如当用户抓住虚拟现实场景中的物体的时候,能够感受到握住物体的感觉和物体的重量;当用户移动时,虚拟场景的事物会根据用户所处位置和眼睛观察的角度呈现不同的图像,产生与真实世界一致的效果。(3)构想性(IMAGINATION)。 虚拟现实技术不仅是为使用者展示虚拟场景的媒介,更是一个体现开发者设计思想的开发设计工具。利用虚拟现实技术,不仅可以模拟现实世界中存在的场景,还可以创造出现实世界中不存在的甚至没发生过的场景。设计者利用自己的想象力,构思出自己想要的各种环境,将设计者的思想以视觉形式展示给用户。比如设计一座建筑,专业的设计师会从专业角度构图,画出很多图纸和效果图,但是普通用户无法能够理解这些专业的材料,通过虚拟现实技术,将设计师的构思转化成看得见的虚拟环境,用户通过可穿戴设备可以完美的体会到对建筑的外观和内部构造的直观感受,这样可以大大提高人们规划和合计的效果和质量。

3 虚拟现实技术在职业教育中的应用优点

未来职业教育发展的趋势可以说会有大量的虚拟现实技术的广泛应用,而成本相对来说并不是特别高,在职业教育中虚拟现实的应用优势主要体现在以下几方面:

3.1 节约教育经费

与购买真实设备相比,虚拟现实设备的成本相对低廉,而且可以重复使用而不会产生新的成本和费用,可以节约多种实验所用的原材料。

3.2 重复实验,提高技能

在虚拟现实技术实现的实验环境下,学生可以反复进行各种技能练习,如汽车驾驶技能,电气维修技能和体育训练等。通过反复的联系,直到学生完全掌握动作或操作要领,而不会在练习过程中受到意外的伤害和损失,如在虚拟现实创造的动车驾驶模拟训练系统中,学生反复操作控制设备,对于遇到的各种问题,系统通过回退来让训练者反复强化训练,纠正操作过程中出现的失误,通过反复训练,达到熟练掌握驾驶技术的目的。

4 虚拟现实在职业教育中的应用

我们经常说教育要分层次,当今社会我们可以将教育群体分为四种,分别是学术型人才、工程型人才、技术型人才和技能型人才。利用虚拟现实技术,可以较好地解决这一问题,学生在虚拟场景中可以进行各种实验,获得与真实场景基本一致的学习体验,丰富感性认识,更好地理解教学内容,真正提高学生的动手实践能力,达到了职业教育的核心目的和要求。

4.1 建立虚拟实验室

利用当前的虚拟现实技术,可以建立不同类型的虚拟实验,如电工、车辆运营调度,模拟车辆驾驶等实验。在虚拟实验环境里,学生可自由进行多种实验,如在虚拟动车模拟驾驶环境中,学生可以通过与虚拟现实系统的互动,达到与真实车辆驾驶一样的操作体验,避免了真实车辆驾驶可能带来的的危险以及成本。

4.2 建设数字化校园

将三维地理信息系统技术、计算机网络技术和虚拟现实技术结合,我们可以建立虚拟校园(Virtual Campus)。用户通过电脑登录网络即可对校园的景观、校园内各种设施和提供的服务一目了然,快速形成身临其境的直观感受,并且在网络上直接享受到部分在线服务。在地理信息技术、虚拟现实技术和计算机网络等技术基础上,将校园地理信息与其他校园信息融合,用户可以远程访问虚拟现实校园场景。三维虚拟数字校园技术对高职院校的对外招生、宣传、校容校貌的展示和优化领导管理等具有非常重要的作用,是校园信息化建设的重要组成部分。

5 虚拟现实的前景

虚拟现实技术的前景广阔,是一项深远的具有极大潜力的新技术,随着其应用越来越广泛,人们的思维方式也在悄然改变,可以说在某种意义上改变了人们对自我、世界、时间和空间的认知。同时作为一种新型的教学载体和途径,虚拟现实以其自身强大的应用场景优势和潜力,越来越受到教育行业工作者的重视,可以在预见未来的教育领域中会广泛应用并发挥其重要作用。

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