VR互动教学模式的研究与实践

摘 要：为培养学生创新思维，锻炼学生实践能力，在教育教学过程中引入虚拟现实和增强现实技术，将抽象的科学概念以可视化方式呈现，打破传统授课方式，使教与学更形象具体，以符合人类认知习惯。通过对虚拟现实和增强现实技术的分析，基于虚拟现实和增强现实互动式教学特点，提出基于虚拟现实和增强现实的互动教学应用架构。通过基于位置服务的教学实践，验证了基于虚拟现实和增强现实的互动式教学效果，促进启发性、协同式和情景式教学改革与发展.

关键词：虚拟现实;互动教学;实践

一、什么是VR技术

VR英文名称：Virtual Reality，为虚拟现实技术又称灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。

所谓虚拟现实，就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉;同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统;最后，它具有超强的仿真系统，真正实现了人机交互，使人在操作过程中，可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱。

二、VR的分类

VR涉及学科众多，应用领域广泛，系统种类繁杂，这是由其研究对象、研究目标和应用需求决定的。从不同角度出发，可对VR系统做出不同分类。

（1）根据沉浸式体验角度分类

沉浸式体验分为非交互式体验、人——虚拟环境交互式体验和群体——虚拟环境交互式体验等几类。强调用户与设备的交互体验，相比之下，非交互式体验中的用户更为被动，所体验内容均为提前规划好的，即便允许用户在一定程度上引导场景数据的调度，也仍没有实质性交互行为，如场景漫游等，用户几乎全程无事可做;而在人——虚拟环境交互式体验系统中，用户则可用过诸如数据手套，数字手术刀等的设备与虚拟环境进行交互，如驾驶战斗机模拟器等，此时的用户可感知虚拟环境的变化，进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受。

（2）根据系统功能角度分类

系统功能分为规划设计、展示娱乐、训练演练等几类。规划设计系统可用于新设施的实验验证，可大幅缩短研发时长，降低设计成本，提高设计效率，城市排水、社区规划等领域均可使用，如VR模拟给排水系统，可大幅减少原本需用于实验验证的经费;展示娱乐类系统适用于提供给用户逼真的观赏体验，如数字博物馆，大型3D交互式游戏，影视制作等，如VR技术早在70年代便被Disney用于拍摄特效电影;训练演练类系统则可应用于各种危险环境及一些难以获得操作对象或实操成本极高的领域，如外科手术训练、空间站维修训练等。

三、VR关键技术

虚拟现实的关键技术主要包括：

1、动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。

2、实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为保证实时，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。

3、立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的设备不能满足需要，力学和触觉传感装置的研究也有待进一步深入，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。

4、应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，提高产品质量。想要达到这一目的，则需要研究虚拟现实的开发工具。

5、系统集成技术

由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统集成技术起着至关重要的作用，集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。

四、VR技术在教学中的应用

不难看出VR技术在传递信息方面是多媒体技术的一大突破。VR所传递的信息不仅仅是简单的图形、声音或者超文本，而是一系列实时生成的拟真声像信息、触觉和运动感知等。VR最大的特点就是“身临其境”，这和教育原理中的“情景构建”理论不谋而合，因此将VR应用到教育领域也成为一个较为热门的研究方向。

現在精品课程资源可以共享，但是对于整个教育教学环节而言，在教学过程中常常只满足于“会教，教完”，而忽略了“以学生为中心，培养学生的学习兴趣，培养学生的学习方法，自学能力”，即能共享的教学资源远远满足不了实际教学的需求，并且不同的学校，实际教学条件、教学对象不一样。对于我们学校来说，学生分数较低，基础条件差，没有学习积极性，要把低分的学生批量80%以上培养成才，解决课程难，概念复杂，课程内容枯燥乏味，教学手段单一，学生没有兴趣学等问题，因此，我们迫切需要结合本校实际情况进行课程改革，以提高该课程的教学质量。

参考文献

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[2]李媛媛，李荣梅，姚长永.远程教学管理系统的研究与实现[J].计算机系统应用，2013，（3）：199-204.doi：10.3969/j.issn.1003-3254.2013.03.047

作者简介：

徐鉴，女，汉族，黑龙江省哈尔滨人，职务：哈尔滨信息工程学院教师，职称：副教授，学历：在职研究生，研究方向：软件开发、软件设计.