新工科视域下虚拟现实技术在教学上的应用研究

2021-11-24吴贝贝张凤玲赵莺鸽王晨博

科技信息·学术版 2021年27期

吴贝贝　张凤玲　赵莺鸽　王晨博

摘要：随着科技的进步，现代化信息技术也在迅速的发展，虚拟现实技术是最近几年来新兴的一项全新科学技术，因为是计算机图形学，人机接口技术以及仿真技术等许多技术的集合体，有着复杂的交联性。虚拟现实技术凭借着它独特的优势在未来的教育领域中将占有自己的一片天地。本文从虚拟现实技术的特点、应用和发展来展开论述，介绍虚拟现实技术在教学上的具体应用以及未来应用的前景。

关键词：新工科;虚拟现实技术;教学改革

引言

虚拟技术最早是在前世纪50年代所产生，随着近几年的发展，索尼、苹果等多个公司，也开始不断的推出虚拟现实设备，促使虚拟设备得到良好的发展。高科技领域的人们也逐渐的越来越的发觉到虚拟设备在未来的前途无量，可应用于很多方面。VR技术可以模拟场景，让人们置身在虚拟的世界中进行体验。它是利用计算机进行仿真的系统，利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸在该环境之中。而计算机在后台利用现实生活的数据，构造出一个让人们感受到的虚拟现象。

虚拟现实的极大优点就是可以使用户沉浸在所设计出的场景之中，能够进行交互性操作。他可以让使用者感知虚拟世界的刺激，产生思维共鸣，造成心理沉浸。而交互性的存在让用户与模拟环境进行自然而然的交流和反馈。虚拟现实不是固定不变的，它可以根据多感性进行感知方式的变换。他也能根据构想者的想象之力变换虚拟空间的环境，能够让创造者发散思维，进行天马行空的创造。虚拟现实技术它本身所具有的特点让它在各个领域有着极大的发展空间和使用价值。

1.虚拟现实技术主要特征

1.1 沉浸性

沉浸性主要指的是人们在设备所创作的模拟环境中，感受到一个真实的情况，使用的人通过专业的设施，使自己与虚构环境联合起来，让自己能够感应到假的环境，让自己仿佛置身其中。对于沉浸性进行影响的因素较多，主要是多感知性，其中包括人体感觉到听觉、视觉、嗅觉、触觉等，都能够对于人体的感知进行模拟。理想的虚拟技术就是模拟人体所有感觉使其呈现在虚构环境中，但是因为受到传感技术所带来的各种限制，这就使得难以完全地模拟出所有感官。

1.2 交互性

简而言之就是现实与虚拟环境之间的交联，看到远处有一个大箱子，用户想要举起他，那么就能充分地感受它的重量，这种交互方式能够有效地提高用户在虚拟现实世界的沉浸感，并且仿佛在真实的世界一般。目前来看，交互性已开展于社会生活的多方面，比如艺术家们的创作活动。通过虚拟现实技术去帮助人们立体的去觀察作品、查看作品，同时也能放大作品细节，用此技术是艺术家们能对自己的作品更全面的深入的认识。

1.3 共享性

共享性主要指的是利用虚拟现实环境，能够为用户提供更多的共享空间，用户可以在一个虚拟的环境下，模拟未能执行的事务，并且获得不同样的结果。对于结果做好对比，获得最有效的执行方案。比如在建筑设计过程中，可以将不同设计内容同时投放到模拟的环境当中，作为建筑人员，可以选择出与环境最为贴近的设计。甚至一些事物根本不可能在生活存在，我们也可以利用虚拟现实技术将其充分的展现过来。通过虚拟环境中全方位的展示，能够满足人们对于世界的好奇心。

2.虚拟现实技术在教学上的应用

虚拟现实技术的应用前景是很广阔的，它可应用于任何需要使用计算机来存储、管理、分析和理解复杂数据的领域，诸如建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面。日前，虚拟现实在教学上的应用领域主要涉及到以下几个方面：

2.1虚拟现实技术在医学领域的应用

在虚构的教室中，医学生可以通过某些设备全面的观察标本结构，更细致的观察自己想要看到的内容，这样能够保证研究者对人体做出更加深入的了解，有效地减少观察所消耗的成本。如果他们对于特定手术缺乏足够的熟悉度，那么也可以利用虚拟课堂方式进行练习，指导其能够真正的掌握这类技术。在模拟的场景中，医生可以一直练，直到达到标准临床水平。同时也不受到场地、器材等多方面的限制，对于医务人员这样非常的便利，使他们对未来手术操作更有信心。

医生可以很容易形成最终的手术方案，通过直接将患者相关图像和信息输入到电脑内，利用此技术给患者检查身体。在模拟手术过程中，确保医生通过不断地探索展，找到最有效，以及安全性最高的方案。保障了患者的身体，各项机能不受损伤。利用该技术，也能保证医生全面的预测患者在接受手术后的恢复情况，并且制定出最有助于患者恢复的详细计划。

2.2 虚拟现实技术在教育领域的应用

该技术在教学方面有着很大益处。一方面是利用虚拟立体教学场景。某部分学生在碰到到难以理解或者想象的知识点时，那么教师可以利用虚拟现实技术为学生提供更多的帮助，使其更好地理解知识。比如立体几何，对于学生而言是一项学习的难题，所以可以利用虚拟现实技术，为学生打造立体模型，帮助学生更加仔细的观察立体模型，利用多角度方式彻底的理解该问题。另一方面是打造虚拟实验室。现如今的实验操作中成本较高，很多实验学生无法正常进行，只能老师做学生看，用此项技术可以帮助学生进行实验普及，降低成本。因为一些事情有着较高的危险性，无法在现实生活中直接完成，会对学生的身体健康造成威胁，所以利用虚拟现实可以帮助学生尽快的做出实践，因为受到技术水平所带来的限制，导致当前虚拟实验未能具备较高的仿真程度，想要达到理想的效果，还有漫长的道路需要人们去探索。

3.虚拟现实技术在未来教学的应用前景

虚拟现实技术在教学上的应用有着质的飞跃，他在医学教学上也有着极大的提升。高校医学生临床实验是掌握医学知识的直达途径，但是进行临床试验的材料却不能够满足每一个医学生的需求。虚拟现实技术在医学上的应用主要存在于临床实验用于解剖尸体，目前国内已经出现了针对心脏、骨骼等一些部位的解剖虚拟实验，不仅满足了医学生手生练习积累经验这个问题，还能够视频反映是医学生在进行解剖实验过程中的问题。这项技术在医学院校受到了极大的欢迎，他满足了医学生在临床解剖上的众多问题。当然，虚拟现实在医学教育中的应用不仅仅体现在解剖实验这一方面，他在医学教育中的应用也是十分的广泛。根据他的特性，学校可以设立虚拟实验室、虚拟手术、虚拟培训等等。而现在新的开发领域则是虚拟平台的应用。

随着VR技术的不断发展完善以及硬件设备的随之提高，虚拟技术日益成熟，并不断的与各个领域进行结合，与其他技术相辅相成，开阔了新的天地，为人们的生活和学习带来更大的便利。

参考文献：

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[3]伍聪，周舟，贺民，等.虚拟现实技术在神经外科培训中的应用特点[J].中国继续医学教育，2019，11（14）：46-48.

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[5]唐实，任淑霞，王佳欣，等.基于虚拟VR技术的心脏医疗辅助系统的设计与应用[J].软件，2018，39（06）：23-25.

[6]傅洪，熊亚平，陈怀宇，等.VR技术在临床医学中的应用现状及思考[J].中国医学教育技术，2017，（3）：283-291.

基金项目：

1.河南省高校人文社会科学研究一般项目（2022-ZZJH-230）;

2.2021年新乡市社科重点调研课题：新医科视域下开展“教、学、做、创”一体化教学模式的研究与实践（2021-350）;

3.河南省高等学校重点科研项目：开放教育资源视域下基于区块链的高校校际学分银行评价系统构建（22A880018）;