基于VR技术的虚拟实验教学平台研究

温 莹，苗志刚，曹 莹，王子璇

（河北金融学院，河北 保定 071051）

1 货币教学概述

1.1 货币教学的需求

中国具有四千多年的货币历史，属于世界上最早采用货币交易的国家之一，从早期的天然贝类到商周时期的金属货币，甚至后来自制货币的出现，货币多而杂的背景很难使人铭记，同学们学起来比较吃力，传统的方式只能使学生获得最基本的片面知识，并不能很好地使学生了解到货币的真实样貌与背后意义［1］。

1.2 货币教学的需求及现实意义

中国货币历史久远。中国货币的形成和发展，先后经历了秦汉货币、六朝五铢、隋唐货币、宋元货币、明清货币、人民币。由于历史久远，要让学生形象地认识货币、了解货币，情景再现显得尤为重要。通过虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术塑造货币样式，货币得以“再现”，学生们能够通过自己的眼睛去观察货币的每一个纹路，通过自己的感知去更加深刻地了解货币，而不再仅是一些文字的描述以及片面的图片［2］。

2 虚拟现实技术概述

2.1 虚拟现实技术的定义及发展

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是通过给使用者创造一种虚拟的三维世界，运用计算机技术，给予用户在视觉、听觉、触觉等方面上的感知。VR技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真与计算机图形学、人机接口、多媒体、传感、网络、多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域［3-4］。

VR技术成功地将人与机器相联系。用户经由各类东西与计算机进行交互，使自身沉浸在虚拟空间中，产生置身于实际现实的感受。总之，VR技术是一种基于计算机技术的超级仿真系统，其结合了计算机图形学技术和人工智能技术的成果，并将其应用于实现更完美的体验效果。

VR技术经过了很久的发展，在1963年之前便已经产生，1963—1972年，虚拟现实已经体现在声音和形状中产生了结合。1973—1989年，虚拟现实的初步概念和相关理论应运而生。自1990年以来，各国都在努力完善VR技术。2012年，谷歌推出了重磅产品谷歌眼镜，其颠覆了以前的图像显示设备，将普通人带入虚拟现实，同一年，头戴式显示器获得了更广泛的关注［5］。

2.2 虚拟现实技术的特点

1992年美国国家科奖学基金资助的《互动系统计划》的工作报告，首次更系统化地讨论虚拟现实。从计算机图像领域到电视会议、网络技术、分布计算分技术以及新产品的开发，VR技术都在其中发挥重要作用。

1993年VR技术三角形被提出，也称作三“I”，具体介绍如下：

“沉浸”（Immersion），这个部分十分重要。使用者在接受虚拟现实环境时的感知是不同的，而正是这种不同会引发不同的思考，从而激发了灵感的碰撞。所以沉浸指的是使用者在虚拟环境中的感受与使用者在外部真实环境的相似程度。使用者对于虚拟环境中的刺激以及对虚拟环境中事物的感知就应该如同生活在外部生活当中，体验者在虚拟现实中通过各种体感感知到的，与在真实环境中感觉的相比，能够达到将近完全相似的结果［6］。

“沉浸”特点使得使用者有了“真实”的感觉，让使用者“陷入”由电脑程序所产生的“数字幻境”，拥有身临其境的感觉，这种感觉区别于“旁观者”，在由虚拟现实技术平台所创设的虚拟环境中，用户眼中所看到的、耳中所听到的、闻到的气味和触摸到东西的触感，完全与真实环境中感受到的一样。随着时代的进步，在理想的情况下，在虚拟现实之中使用者甚至难以分辨自己所处环境真假的程度，甚至比真的还要真。用身临其境来形容虚拟现实可是一点都不夸张。总之，“沉浸”使使用者觉得自己已经是虚拟环境中的一部分，仿佛处于真实的生活之中。

交互（Interaction），指的是使用者与用VR产生的虚拟环境中的各种各样物体进行交流互动，让使用者可以拥有更加真实的感觉，使得人、机器与环境之间的相互联系加强。当使用者在虚拟现实环境中时，通过多维度、多角度、多层面的传感器与虚拟环境中各种各样的对象进行沟通交流，虚拟现实环境便会根据使用者的各种操作提供相应的反馈信息与反馈操作。通过一系列技术操作，主要是通过人与机器之间的交互系统，系统就可以提供迅速、多样的“感知”。使用者在虚拟现实创造的“幻境”以及各种因素的影响下,通过多种传感器以及机器的操作对人际互动进行改变，根据需要进行自己的操作。同时在虚拟现实的创造过程中，实时性也是非常重要的。虚拟现实环境应该根据用户的一举一动进行相应的操作，从而使得虚拟现实环境更加真实，使人获得更多的感知。

构想（Imagination），是指使用者在虚拟现实环境通过所接触到的感知从而与其中的客观事物进行反馈的行为。这些行为既有感性的思考，也拥有理性的认知。在现在看来，完全满足将来一切人类所具有的感知功能应该是VR技术发展的最终目标。

虚拟现实不仅是提供给使用者、机器与虚拟现实环境交互的接口，更是让使用者在这个虚拟环境中激发灵感、引发更深刻思考，从而得到更深理解的过程。总之，虚拟现实更是一个从最直白的观感到更深层次的感悟的过程。

3 利用VR技术实现虚拟教学的发展途径

3.1 基于虚拟现实货币教学现状

中国具有源远流长、内涵丰富的货币文化。从最早的贝壳用于贸易，直至春秋战国，贝类走出了历史的舞台。各地区、各朝代根据独有的社会条件和文化差异形成了不同的货币。在春秋战国时期和战国时期，黄河地域的布币，齐、燕地区的刀币和晋、周三地区的环形钱币，秦代方孔的半两钱币，隋代的宝文钱币，北宋的饺子钱币，明代的银币和今天的人民币。每个时代都有自己独特的货币，并且每个货币都有一个自己独特的模板。现在学生几乎没有机会可以亲眼目睹所有种类的货币，因此货币教学在传承货币文化方面尤为重要。

现代的教学方式，单纯的书本、教师授课并不能完全满足学生的知识获取需要，对于空间立体化较强、实践性较强的知识，三维的展现更有利于学生从视觉、观感、身心等方面更好地理解知识、掌握知识。VR技术在教学中的应用，有助于调动学生的学习积极性，给其带来体验式的愉悦体验，使学生从被动地接受知识走向主动地获取知识。

现代货币教学主要通过课堂教学、视频教学等形式，可以使学生看到货币的照片，了解其知识。但是由于大量的文化知识量使得学生学起来越发枯燥，货币教学现状并不乐观。但是通过利用VR技术，会带给学生们一种新鲜感，从而引起学生对于学习的兴趣。并且，VR技术有助于营造一种全新的感知环境，通过自己有效的观感去认识货币、了解货币，通过模拟环境的还原，使学生们去感知货币背后的文化。

3.2 基于VR技术的货币教学的优势

3.2.1 实现方式

第一，通过查阅资料等，研究中国货币文化千百年来的发展史，构建中国货币知识体系，研究秦汉币、人民币的历史背景。了解每种货币的历史背景、发行过程、货币特点、材质样貌、文化内涵等，剖析每种货币的起起落落，根据时间线，将中国货币故事进行串联。

第二，通过VR技术搭建三维立体场景，利用Unity3D、三维模型等相关技术，构建终端APP，以中国货币历史为线索，通过手机等用户终端的学习平台，将VR技术与课堂相结合，学习者通过终端APP使用VR眼镜，与学习平台共同构成货币教学体系。使用者以体验者的身份加入到人机交互之中，感知虚拟货币、体验货币价值、提升货币认知。该平台也将实现货币的识别功能和语音介绍功能，当学习者点击某种货币时，能够准确无误地出现货币形态和文字介绍，同时也会出现一个人物模型用语音向学习者介绍相关知识，为学习者提供应用场景，学习者可以在场景内感受货币内涵。

3.2.2 VR技术的货币教学优势与意义

与其他发达国家相比，我国的VR技术还有很大欠缺，正是因为如此，国家和科学家给予了VR技术更多关注。国内一些重点大学，在这个领域投入了大量的研究工作，都将VR引入教育平台。VR技术在教学中的应用具有重要意义。

（1）使教学组织走出了困境。随着现代教育与信息技术时代的飞速发展，更加要求人们将信息技术与思想教育结合在一起。VR技术在教学中应用的实现，可有效解决教学过程中出现的组织保障受限、经费投入不足覆盖面小、校外实践教学存在安全隐患、考核难等问题，实现移动学习，更好地与学生生活无缝衔接。

（2）更有利于促进师生之间的互动。VR技术为一种新型的现代化教学手段，体现了教学应用的智慧、互动学习的智慧，精准配置实践教学资源的智慧，给教学带来巨大创新。以学生为中心、以体验为中心的实践教学的设计，可以很好地形成师生互动、生生互动的教学模式，给教与学带来一场全新革命。特别是当代学生的时代特点，人工智能手机的广泛使用、微信网络的普及、VR技术的成熟等，使VR技术在实践教学中的应用推广能够实现，有较大发展空间。

4 结语

在今后的发展过程中，VR技术的应用会更加成熟、广泛，但是其发展不可避免地会遇到一些障碍。VR技术依旧有短板存在，并没有做到至善至美。尽管如此，VR技术为科学技术的发展和进步带来了新的研究方向，并将对人类文明产生长期而深刻的影响，其将在电子商务、医学、教育、娱乐、军事航天、通信等领域发挥重要而不可替代的作用。

VR技术在货币教学中的应用，不仅会是货币教学的新突破，更将会是VR技术在教育中应用的延伸。通过将货币的“再现”，使同学们不仅能再现货币的样貌，更能使其更加贴近古代生活，使同学们内心对古代环境进行一定的认识，激发同学们的想象力，去思考某种货币背后的文化内涵，为什么会是这个样子，为什么会是这种材质，引发一系列从其每个细节到整体的一种思考。从而使学生更加了解古代货币，更加了解古代生活。

本课题最终成果提交中国货币史知识体系研究报告，依据该知识体系构建相应的端上APP学习平台。在端上APP中利用VR技术构建三维立体模型，为学习者讲述货币历史背景、发行过程、货币特点、文化内涵等内容，为学习者提供真实、沉浸的学习体验，最终将端上APP在校内推广应用，并逐渐向教育领域延伸。