VR互動教學模式的研究與實踐

摘 要：為培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，鍛煉學生實踐能力，在教育教學過程中引入虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)，將抽象的科學概念以可視化方式呈現(xiàn)，打破傳統(tǒng)授課方式，使教與學更形象具體，以符合人類認知習慣。通過對虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的分析，基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實互動式教學特點，提出基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的互動教學應(yīng)用架構(gòu)。通過基于位置服務(wù)的教學實踐，驗證了基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的互動式教學效果，促進啟發(fā)性、協(xié)同式和情景式教學改革與發(fā)展.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;互動教學;實踐

一、什么是VR技術(shù)

VR英文名稱：Virtual Reality，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱靈境技術(shù)，是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)囊括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域。

所謂虛擬現(xiàn)實，就是虛擬和現(xiàn)實相互結(jié)合。從理論上來講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)，通過計算機技術(shù)產(chǎn)生的電子信號，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過三維模型表現(xiàn)出來。因為這些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過計算機技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實中的世界，故稱為虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)受到了越來越多人的認可，用戶可以在虛擬現(xiàn)實世界體驗到最真實的感受，其模擬環(huán)境的真實性與現(xiàn)實世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺;同時，虛擬現(xiàn)實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統(tǒng);最后，它具有超強的仿真系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實的反饋。正是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

二、VR的分類

VR涉及學科眾多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，系統(tǒng)種類繁雜，這是由其研究對象、研究目標和應(yīng)用需求決定的。從不同角度出發(fā)，可對VR系統(tǒng)做出不同分類。

（1）根據(jù)沉浸式體驗角度分類

沉浸式體驗分為非交互式體驗、人——虛擬環(huán)境交互式體驗和群體——虛擬環(huán)境交互式體驗等幾類。強調(diào)用戶與設(shè)備的交互體驗，相比之下，非交互式體驗中的用戶更為被動，所體驗內(nèi)容均為提前規(guī)劃好的，即便允許用戶在一定程度上引導場景數(shù)據(jù)的調(diào)度，也仍沒有實質(zhì)性交互行為，如場景漫游等，用戶幾乎全程無事可做;而在人——虛擬環(huán)境交互式體驗系統(tǒng)中，用戶則可用過諸如數(shù)據(jù)手套，數(shù)字手術(shù)刀等的設(shè)備與虛擬環(huán)境進行交互，如駕駛戰(zhàn)斗機模擬器等，此時的用戶可感知虛擬環(huán)境的變化，進而也就能產(chǎn)生在相應(yīng)現(xiàn)實世界中可能產(chǎn)生的各種感受。

（2）根據(jù)系統(tǒng)功能角度分類

系統(tǒng)功能分為規(guī)劃設(shè)計、展示娛樂、訓練演練等幾類。規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)可用于新設(shè)施的實驗驗證，可大幅縮短研發(fā)時長，降低設(shè)計成本，提高設(shè)計效率，城市排水、社區(qū)規(guī)劃等領(lǐng)域均可使用，如VR模擬給排水系統(tǒng)，可大幅減少原本需用于實驗驗證的經(jīng)費;展示娛樂類系統(tǒng)適用于提供給用戶逼真的觀賞體驗，如數(shù)字博物館，大型3D交互式游戲，影視制作等，如VR技術(shù)早在70年代便被Disney用于拍攝特效電影;訓練演練類系統(tǒng)則可應(yīng)用于各種危險環(huán)境及一些難以獲得操作對象或?qū)嵅俪杀緲O高的領(lǐng)域，如外科手術(shù)訓練、空間站維修訓練等。

三、VR關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

2、實時三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實時”生成。為保證實時，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要，力學和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入，虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

4、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，選擇適當?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具。

5、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別與合成技術(shù)等。

四、VR技術(shù)在教學中的應(yīng)用

不難看出VR技術(shù)在傳遞信息方面是多媒體技術(shù)的一大突破。VR所傳遞的信息不僅僅是簡單的圖形、聲音或者超文本，而是一系列實時生成的擬真聲像信息、觸覺和運動感知等。VR最大的特點就是“身臨其境”，這和教育原理中的“情景構(gòu)建”理論不謀而合，因此將VR應(yīng)用到教育領(lǐng)域也成為一個較為熱門的研究方向。

現(xiàn)在精品課程資源可以共享，但是對于整個教育教學環(huán)節(jié)而言，在教學過程中常常只滿足于“會教，教完”，而忽略了“以學生為中心，培養(yǎng)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的學習方法，自學能力”，即能共享的教學資源遠遠滿足不了實際教學的需求，并且不同的學校，實際教學條件、教學對象不一樣。對于我們學校來說，學生分數(shù)較低，基礎(chǔ)條件差，沒有學習積極性，要把低分的學生批量80%以上培養(yǎng)成才，解決課程難，概念復雜，課程內(nèi)容枯燥乏味，教學手段單一，學生沒有興趣學等問題，因此，我們迫切需要結(jié)合本校實際情況進行課程改革，以提高該課程的教學質(zhì)量。

參考文獻

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作者簡介：

徐鑒，女，漢族，黑龍江省哈爾濱人，職務(wù)：哈爾濱信息工程學院教師，職稱：副教授，學歷：在職研究生，研究方向：軟件開發(fā)、軟件設(shè)計.