虚拟现实技术在教育领域的应用优势

王华明

摘  要：虚拟现实技术，作为当今最热门最具潜力的计算机科学技术之一，具有广泛的发展前景，本文主要论述了将虚拟现实技术应用在教育领域的作用与优势。

关键词：虚拟现实技术  教学媒体  沉浸感  交互性

二十一世纪，是计算机科学技术和信息技术的迅猛发展的世纪，计算机技术的发展让我们生活的各个方面都产生了巨大的变化。而随着科学技术不断发展与完善，继多媒体之后教育技术领域又出现新的教学媒体，为现代的教育与教学提供了崭新的、突破创造力与想象力的辅助手段，这就是虚拟现实技术。

一、虚拟现实技术及其概要

（一）虚拟现实技术的由来与定义

虚拟现实即VR（英文全写为Virtual Reality，简称VR），又称为灵境技术.其具体内涵是：虚拟现实是一门综合了计算机图形、人机接口、多媒体、传感器、并行计算、机器视觉以及人工智能等多方面技术的技术。它允许用戶通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等多信息通道来感受三维模拟的虚拟世界，是一种创新的高级人机交互形式。[1]

（二）虚拟现实技术的特色

虚拟现实利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或者利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。

（三）虚拟现实技术的基本特征

1.沉浸感

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机制作逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者在虚拟环境中感知更加逼真，如同身临其境。

2.交互性

交互性是指参与者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3.多感知性

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，它能充分调动使用者在虚拟环境中的视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的效果。

二、虚拟现实技术的发展现状概述

现如今虚拟现实技术是计算机科学领域最具发展潜质和动力的项目之一，同时也是应用最广的项目之一。近年来人们对虚拟现实技术的关注热度只增无减，而Oculus、Facebook、三星、HTC、Valve、索尼以及谷歌等科技公司都在着手研发虚拟现实技术，并且随着硬件的降价和技术的逐步成熟，虚拟现实的普及化指日可待了。目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、影视制作、医学实习、建筑设计、军事训练、体育训练、娱乐游戏等许多领域，在教育领域，虚拟现实技术具有更广泛的作用和影响。

三、虚拟现实在教育中具体的适用方向

（一）科学研究领域

虚拟现实作为当今最具发展潜力的信息技术之一，它以其沉浸的感知与呈现以及与人交互的作用能更好地模拟科学实验和用于科学研究。

（二）知识与探索

利用虚拟现实的沉浸性，在模拟出的逼真景象中呈现出实际生活中无法直接观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料。突破学生的想象力和感官限制，将抽象的概念、理论变得直观化、形象化，便于学生更有效地理解抽象的知识概念。

（三）虚拟仿真实验与模拟实践

将虚拟现实技术应用于实验，模拟出逼真的实验环境或者实践环境，在有效规避实验风险的基础上，服务于学生的实验探究。（将会在下文对虚拟现实优势的说明中进行具体论述）

四、虚拟现实技术在教育中的作用与优势

（一）极大地扩展学生的感官，没有年级的限制

虚拟现实能够利用VR头盔或者VR眼镜等硬件设备在学生眼前通过三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成逼真的三维虚拟环境，使得学生眼中所见到的教学资源比传统的多媒体展现更为真实和直观，同时通过影像、声音、触摸等方式更好地调动学生多方面的感官，让学生身临其境地亲身感受和经历，比传统的空洞抽象的知识灌输更具有说服力和趣味性。

（二）突破客观实验因素的限制，更好地呈现实验效果

在物理、化学、生物等重视实验探究的学科教学过程中，由于受不可避免的客观因素影响，有的实验是无法在现实中进行的。但是有了虚拟现实技术，我们可以突破客观条件的阻碍，构建出虚拟的理想化实验环境，从而模拟理想环境下实验的进行，为学生的理解和保障实验的准确性提供了更好的途径。

（三）弥补教学资源的不足

在教学中，学校往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，无法进行某些实验的操作或者教学内容的观察。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得真实的实验体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

（四）有效规避实验风险和实践风险

在传统的教学中，某些具有一定危险的实验活动，为了学生的人身安全，一般只能通过教师的讲解或者观看实验的视频来代替学生的动手操作。然而使用虚拟现实技术，则可以在全方位观测实验进行的同时，有效地规避危险实验所带来的风险。

（五）突破时间和空间的限制

有了虚拟现实技术，可以打破时间和空间对传统教学资源展示的影响，学生在任何时间和地点，只要佩戴上VR眼镜、小型传感器设备等仪器，便可实现最贴近真实的观察和探索。同时，在传统多媒体中一些因为时间较长或者空间太小而无法演示的内容也可以在虚拟现实环境下让教学对环境和时间的要求最小化。大到宇宙中的天体，小到原子分子，可以利用虚拟现实技术直接模拟其内部构造，让学生最直观地看到其中的运作状态。

（六）推动信息技术与其他学科在教学上更为密切地整合

虚拟现实在教学中的应用，其实就是现代信息技术科技在各个学科的教学中、在学科内容和教学手段上更为有效的整合，学科教育的发展和信息技术的进步起到了相辅相成的作用。

（七）推动远程教育的发展

利用虚拟现实技术，能够更为有效地扩展远程教育中学生的视野，突破环境的限制，让学生更加直接地与教师进行网络互动，大大降低了传统远程教育的空间约束感和距离感。同时也可以使远程的网络课堂更直观地呈现在学生眼前。

参考文献

[1]殷润民，李伯虎，柴旭东.虚拟现实技术综述[C].十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集，2006.

[2]刘学慧，吴恩华.虚拟现实的图形生成技术[J].中国图像图形学报，l997（4）.

[3]周前祥，姜世忠，姜国华.虚拟现实技术的研究现状与进展[J].计算机仿真，2013：1-4.