計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解析及其在高校教學(xué)中的應(yīng)用探究

史瑞芳

[摘要]近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新的技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，現(xiàn)如今，這些新技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了社會(huì)各領(lǐng)域。本文闡述計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念，分析其基本特征和關(guān)鍵技術(shù)，并探索其在高校教學(xué)中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；高校教學(xué)

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2017.18.140

[中圖分類(lèi)號(hào)]G424.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）18-0223-02

隨著科技的迅猛發(fā)展，各種新型的教學(xué)媒體不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被應(yīng)用在了教學(xué)領(lǐng)域，并對(duì)高校的教學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。為了更好地在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行深入剖析。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是一項(xiàng)高端技術(shù)。在計(jì)算機(jī)業(yè)界，虛擬現(xiàn)實(shí)是一種高級(jí)人機(jī)界面的技術(shù)，目的是給人以身臨其境的體驗(yàn)。在虛擬技術(shù)的建設(shè)過(guò)程中，構(gòu)想、沉浸和交互是其在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的主要內(nèi)容，其運(yùn)用的高端技術(shù)比較多，如人工智能、多傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等。在高校教學(xué)中，虛擬技術(shù)被看作是一種教育技術(shù)的革命性發(fā)展，其改變了傳統(tǒng)的高校教學(xué)方式，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)自我學(xué)習(xí)的環(huán)境，能夠讓學(xué)生在信息環(huán)境中靈活轉(zhuǎn)換其學(xué)習(xí)模式，幫助學(xué)生習(xí)獲得新的知識(shí)和技能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠創(chuàng)造一個(gè)虛擬的教學(xué)場(chǎng)所，學(xué)生能夠在任何時(shí)間開(kāi)啟學(xué)習(xí)模式。在交互性的影響下，學(xué)生會(huì)完全沉浸在虛擬環(huán)境中，能夠有效幫助學(xué)生集中注意力，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征和關(guān)鍵技術(shù)

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征有4個(gè)。一是沉浸性，即Immersion，此項(xiàng)特征是整個(gè)系統(tǒng)的核心，用戶(hù)身臨其境的感覺(jué)完全來(lái)自于此項(xiàng)特征。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性特征能夠讓用戶(hù)全面投入，并在計(jì)算機(jī)中根據(jù)用戶(hù)的需要，生成一系列虛擬場(chǎng)景，給予用戶(hù)置身其中的感覺(jué)。二是交互性，即Interaction，這主要是指用戶(hù)與計(jì)算機(jī)之間在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用下，二者并不是相互獨(dú)立而發(fā)生作用的，而是相互聯(lián)系的，在虛擬場(chǎng)景中，各對(duì)象之間的交互作用主要是通過(guò)交互性實(shí)現(xiàn)，并且其是影響人機(jī)和諧的重要因素。三是多感知性，即Multi-Sensory，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，其傳感反應(yīng)裝置比較多，人在使用過(guò)程中，用戶(hù)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及動(dòng)覺(jué)的感受都非常明顯，用戶(hù)能夠在虛擬環(huán)境中體會(huì)到多種感知，給人以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中同樣的感受。四是構(gòu)想性，即Imagination，用戶(hù)在虛擬現(xiàn)實(shí)中能夠同時(shí)提升自己的感性和理性認(rèn)知，汲取新的知識(shí)，進(jìn)而在其腦海中產(chǎn)生新的構(gòu)思，提升用戶(hù)的創(chuàng)造性。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征的影響下，操作者能夠在三維虛擬環(huán)境中與計(jì)算機(jī)之間產(chǎn)生互動(dòng)，并且在虛擬環(huán)境的交互式作用下，能夠有效提升用戶(hù)原有的感知能力，幫助其獲得更多的空間和邏輯信息，進(jìn)一步啟發(fā)用戶(hù)的思維。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還具備一定的趣味性特征，能夠給予參與者以新奇之感，進(jìn)而達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的目的，完成在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中對(duì)時(shí)空環(huán)境的重新構(gòu)想。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是眾多技術(shù)的集成，在整個(gè)系統(tǒng)中，虛擬現(xiàn)實(shí)涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)主要有6大類(lèi)。一是實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，這種技術(shù)的實(shí)時(shí)性特征鮮明，將其用在高校教學(xué)中，能夠及時(shí)刷新圖像，提升圖像的質(zhì)量，即使是在非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境中，其也能夠較好的使用，并幫助克服一些困難。二是立體廣角顯示技術(shù)，此種技術(shù)是為了保證用戶(hù)在使用中能夠獲取較好的立體感，給用戶(hù)造成一定的視覺(jué)差，讓用戶(hù)的兩只眼睛分別看到不同的圖像。而要達(dá)到此種目的，通常需要設(shè)置不同的顯示器，或者是佩戴特殊的眼鏡。三是用戶(hù)頭眼的跟蹤技術(shù)，每一個(gè)物體在虛擬環(huán)境中都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的位置，用戶(hù)視覺(jué)接收的信息都是根據(jù)其頭、眼的方向來(lái)確定的，通過(guò)頭部運(yùn)動(dòng)改變圖像視角，將用戶(hù)的視覺(jué)與感知系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。四是立體聲技術(shù)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶(hù)的頭部無(wú)論做什么運(yùn)動(dòng)，或者是怎樣偏轉(zhuǎn)，其聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的感受并不會(huì)發(fā)生任何變化。這便與現(xiàn)實(shí)環(huán)境不一樣，在實(shí)際生活中，只要頭部發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，聲音傳來(lái)的方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。五是觸覺(jué)與力覺(jué)反饋技術(shù)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中存在一支虛擬鋼筆，體驗(yàn)者能夠握住它并進(jìn)行系列活動(dòng)，但手中卻沒(méi)有任何觸感。六是語(yǔ)音輸入、輸出技術(shù)，虛擬環(huán)境能夠打破語(yǔ)音信號(hào)的多邊性困境，讓計(jì)算機(jī)在用戶(hù)參與過(guò)程中能聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，并在二者之間進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

3.1在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在高校教學(xué)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，最主要的應(yīng)用場(chǎng)所便是課堂教學(xué)，在不同的專(zhuān)業(yè)課程中，虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)揮的作用也不盡相同。具體而言，在展示立體物體時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是在原有的圖片、實(shí)物以及軟件動(dòng)畫(huà)展示方法的基礎(chǔ)上，將這些內(nèi)容利用3DS MAX進(jìn)行建模，構(gòu)建一個(gè)與實(shí)物一樣的三維物體，并將其格式調(diào)整成為VRML。然后通過(guò)對(duì)應(yīng)的播放器，將三維物體展示在學(xué)生面前，以便讓學(xué)生更形象、直觀地感受實(shí)物信息，進(jìn)而幫助教師更好地進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。

在展示立體空間時(shí)，在高校課堂教學(xué)中，尤其是在建筑專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程教學(xué)中，會(huì)涉及很多現(xiàn)實(shí)生活中存在的立體空間，而由于受到客觀條件的限制，學(xué)生并不能在每一次的課堂教學(xué)中都進(jìn)入特定的立體空間中。為了改變之前的純想象式的立體空間教學(xué)方式，教師需要將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生能夠在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)中感受建筑立體空間，進(jìn)而在自己的腦海中形成印象。如，為了能夠讓學(xué)生感受宇宙的神奇，讓其能夠身臨其境地感受宇宙的奧秘，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，打造夢(mèng)幻的宇宙虛擬空間，讓學(xué)生切身體驗(yàn)失重，給學(xué)生以更大的認(rèn)知沖擊。當(dāng)在學(xué)習(xí)或者是驗(yàn)證伽利略相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，教師也可以在教學(xué)中融入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，全面展示鐵球、乒乓球的同時(shí)落地實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生以更深刻的認(rèn)知。

在高校的語(yǔ)言課堂教學(xué)中，教師常常需要構(gòu)造很多的虛擬場(chǎng)景，在沒(méi)有使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，大部分的虛擬場(chǎng)景都是教師利用語(yǔ)言描述出來(lái)的，或者是利用圖片和錄像創(chuàng)設(shè)虛擬情境，學(xué)生在這之中的主動(dòng)性并沒(méi)有得到提高，并且此種虛擬場(chǎng)景構(gòu)建方式，還容易引發(fā)認(rèn)知偏差，降低教學(xué)質(zhì)量。而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在語(yǔ)言課堂教學(xué)中，學(xué)生變能夠?qū)崟r(shí)與其他國(guó)家的友人進(jìn)行“面對(duì)面”交談，進(jìn)一步提升自己的口語(yǔ)表達(dá)水平。

3.2在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在很多的高校中，由于技術(shù)、設(shè)備或者是資金投入等原因，很多重要的實(shí)驗(yàn)并不能在現(xiàn)有條件下進(jìn)行，這在一定程度上影響了高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，不利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神。在一般情況下，高校都不可能做地震波傳導(dǎo)和火山噴發(fā)等實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)讓學(xué)生做有毒物質(zhì)或者是放射性物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)因?yàn)榻?jīng)費(fèi)的原因也不能進(jìn)行。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)上，建立與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中操作各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并感受實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在高校科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠打破各種因素的限制，并且能夠在不耗費(fèi)實(shí)驗(yàn)器材的情況下，進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到學(xué)生完全接受了實(shí)驗(yàn)信息。

4結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征明顯，功能強(qiáng)大，將其應(yīng)用在高校課堂和科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠取得較好的成效，幫助高校提升課堂教學(xué)質(zhì)量，給予學(xué)生豐富的體驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地認(rèn)知世界，提升其知識(shí)技能。