穆萍　羅永霞　馬國香　馬梅　馬偉棟

摘 要 隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，信息技術(shù)的創(chuàng)新研究也越來越受到重視，現(xiàn)在的微格教室、遠程教學(xué)、多媒體教室和虛擬現(xiàn)實技術(shù)相繼進入教育領(lǐng)域。作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動力的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其已被看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的、改變未來世界的、基于計算機的一種全面仿真技術(shù)，也成為當(dāng)今人們關(guān)注的熱點之一。同時作為人與計算機生成的虛擬環(huán)境進行交互作用的一種手段，它的迅速崛起對教育產(chǎn)生了深遠的影響，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，突破了以往教學(xué)模式的狹隘性。

在教育教學(xué)中使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為一個深受關(guān)注的研究方向，它也是當(dāng)今時代一個最熱的話題。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實 信息技術(shù) 內(nèi)涵

中圖分類號：TP319 文獻標(biāo)識碼：A

筆者通過拜讀近年來對虛擬現(xiàn)實研究的相關(guān)文獻，本文對虛擬現(xiàn)實的內(nèi)涵、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用做出歸納和總結(jié)，以期為我國虛擬現(xiàn)實的后續(xù)研究提供借鑒與參考。

1虛擬現(xiàn)實概述

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality），簡稱VR，被認為是人機交接口技術(shù)的一場革命，是通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的具有逼真的視覺、聽覺、觸覺一體的虛擬環(huán)境，即形成虛擬世界，它設(shè)計的領(lǐng)域也很多，具體包括人工智能，計算機圖形學(xué)，人機接口技術(shù)，多媒體技術(shù)，傳感技術(shù)以及高度并行的實時計算技術(shù)等。使用者以自然的方式對其中的虛擬對象進行體驗。它利用三維圖形生成技術(shù)、多種傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，體驗者通過使用不同的傳感設(shè)備，如：頭盔、數(shù)據(jù)手套等。利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，使人獲得一種身臨其境的感覺。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.1國外現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究發(fā)源地最早是美國，它可以追溯到上世紀(jì)40年代。最初研究應(yīng)用主要是美國軍方對飛行駕駛員與宇航員的模擬訓(xùn)練，在模擬訓(xùn)練領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究中主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

在歐洲，英國在 VR 開發(fā)的某些方面，尤其是在分布并行處理、輔助設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用研究方面，歐洲是遙遙領(lǐng)先的。英國 Bristol 公司發(fā)現(xiàn)，VR 應(yīng)用的交點應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們在軟件和硬件的某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。英國 ARRL 公司的研究實驗主要包括VR重構(gòu)問題。

日本的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展在世界相關(guān)領(lǐng)域的研究中同樣具有舉足輕重的地位，在建立大規(guī)模VR知識庫和虛擬現(xiàn)實的游戲方面取得了很大的成就。

1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀

和發(fā)達國家相比，我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究還有很大的一段距離。隨著計算機圖形學(xué)、計算機系統(tǒng)工程等技術(shù)的不斷成熟，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)得到了重視，引起我國各界人士的興趣和關(guān)注。國家科委國防科工委部已經(jīng)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究視為重點攻關(guān)項目，國內(nèi)許多研究機構(gòu)和高校也隨之進行虛擬現(xiàn)實的相關(guān)研究和應(yīng)用推廣，并取得了一些不錯的研究成果。

北京航空航天大學(xué)計算機系是國內(nèi)最早進行虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究、也是最有權(quán)威的單位之一，在虛擬實現(xiàn)與可視化新技術(shù)研究室集成了分布式虛擬環(huán)境，它可以提供實時的、三維動態(tài)的數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實的演示環(huán)境、以及一些用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等，并取得了多方面的進展，具體包括：a.重點研究如何表示與處理虛擬環(huán)境中物體的某些物理特性；b.在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口上，開發(fā)了部分硬件，提出了相關(guān)的算法，同時提供了實現(xiàn)方法。

清華大學(xué)國家光盤工程研究所采用了 QuickTime 技術(shù)，制作出了“布達拉宮”全景圖，并實現(xiàn)了大全景VR制；而在浙江大學(xué)國家重點實驗室開發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；在哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機系已成功地合成了關(guān)于人的某些高級行為中的特定人臉圖像，基本上解決了表情的合成和唇動合成技術(shù)問題，并開始著手研究人在說話時，手勢和頭勢的動作以及語音和語調(diào)的同步等。

1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種高度集成的技術(shù)，它包含計算機軟硬件技術(shù)、傳感器技術(shù)、立體顯示技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究內(nèi)容整體上有兩大類，有虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的研究和虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的研究。又根據(jù)虛擬現(xiàn)實所傾向的特征的差異，當(dāng)今虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要劃分為桌面式、增強式、沉浸式和網(wǎng)絡(luò)分布式四個層次。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的本質(zhì)是構(gòu)建一種人能夠與之進行自由交互的“虛擬世界”，在這個“虛擬世界”中，參與者可以實時地探索或移動其中的對象。其中，沉浸式VR是研究界最高的、最理想的追求目標(biāo) ，實現(xiàn)的主要方式是戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套以及身體部位跟蹤器等傳感設(shè)備，體驗者通過視覺、聽覺和觸覺在虛擬場景中進行體驗；桌面式VR系統(tǒng)被稱為“窗口仿真”，盡管它實現(xiàn)起來有一定的局限性，但由于該層次的成本低廉而仍然得到了廣泛應(yīng)用；而增強式VR系統(tǒng)主要用以為那些戴上立體的、特制眼鏡的體驗者觀察虛擬環(huán)境 ，性能介于以上沉浸式VR和桌面式VR之間 。在現(xiàn)代教學(xué)情況下只有桌面虛擬現(xiàn)實符合現(xiàn)在的教學(xué)點狀況。它僅僅通過一些簡單的外部設(shè)備鼠標(biāo)、追蹤球等與虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)交互。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)被各界人士的重視的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍不斷擴大，技術(shù)不斷成熟，它會不斷的推廣和大規(guī)模的使用，VR技術(shù)會不斷滲透到各個領(lǐng)域，將會普及到各家各戶，會替代人類做一些過于繁重的事情。凡事各有千秋，VR技術(shù)給我們帶來便利的同時，也會有很多危害。VR技術(shù)的出現(xiàn)，使得所有人感覺到一種不言而喻的幸福，比如：一些復(fù)雜的現(xiàn)象，月球中的情形、火山爆發(fā)的情形等，可以使的用戶體驗一些復(fù)雜的，危險的不能直接正面接觸的現(xiàn)象，帶給我們一種身臨其境的感覺，同時無形中也會存在一些潛在的威脅，在思想和智力上會提出極大的挑戰(zhàn)。它可能會使人類做的事情會沒有太大的價值，重復(fù)度比較大；它的大規(guī)模推廣與大幅度的使用，是人類就業(yè)壓力會不斷增大，實用價值等存在問題。endprint

2虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是現(xiàn)代發(fā)展的一種高科技的電腦計算機媒體設(shè)備，它具有很高的技術(shù)含量?，F(xiàn)在國家的很多企業(yè)在研究發(fā)展虛擬技術(shù)，但是比較關(guān)注在建筑行業(yè)、醫(yī)學(xué)和藥材行業(yè)的開發(fā)研究，在教育中應(yīng)用很少。由于它在教學(xué)中所需要的資金，一般的學(xué)校難以接受的。如今科技的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用要在經(jīng)濟允許的狀況下才能夠在教學(xué)壞境中使用。其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括以下：（1）科研方面。目前，一些科學(xué)研究由于受到人力、物力等客觀條件限制，不能很好地、按計劃開展實施下去，使用VR技術(shù)可以幫助科研人員順利地進行科研。另外，我國高校在許多領(lǐng)域都利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行課題研究，如：北京航天航空大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用；浙江大學(xué)在建筑方面進行的虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計的應(yīng)用。

（2）創(chuàng)設(shè)與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以演示和虛擬教師、學(xué)生、歷史人物等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。譬如：在思想品德課堂中，學(xué)生可以與虛擬先進人物一起座談、交流，通過先進人物的言行來感化學(xué)生，從而達到思想品德教育目的。

（3）建立與模仿虛擬實驗室。虛擬實驗室是指由VR技術(shù)生成的一類且適于模擬虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括有關(guān)實驗儀器設(shè)備、相應(yīng)實驗室環(huán)境、實驗信息資源以及實驗對象等。利用VR技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗室，如物理、化學(xué)、生物實驗室等。與傳統(tǒng)實驗室相比，虛擬實驗室具有功能全、成本低、避風(fēng)險等優(yōu)勢，打破空間、時間的限制。

（4）建設(shè)虛擬實訓(xùn)基地。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實訓(xùn)基地。虛擬現(xiàn)實可以使學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演角色，有利于學(xué)生各種技能訓(xùn)練。如：在飛機駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，練習(xí)和操作在不同的天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，以期達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，多個用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)連接進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中用戶能夠通過化身與場景中的物體和環(huán)境進行交流互動，同時還可以通過文本、語音甚至是面部表情的變化與其他用戶化身進行交流和協(xié)作。同時又根據(jù)虛擬現(xiàn)實平臺是否面向社會開放這一屬性，又將虛擬現(xiàn)實平臺分為開放式和非開放式兩種——開放式平臺，主要包括Second Life、Active World；非開放式平臺，常見形式有River City、Quest Atlantis和WolfDen。其中，前者隸屬于哈佛大學(xué)，Quest Atlantis是屬于印第安納大學(xué)的非開放平臺，后者是印第安納大學(xué)。而非開放式平臺主要面向?qū)ο笫窃谛５膶W(xué)生、教師和相關(guān)的研究人員。

從整體看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的主要作用有：可以幫助學(xué)習(xí)者探索那些不能接觸到的地點和事物；向?qū)W生呈現(xiàn)那些難于觀察和測量的事物；為學(xué)生再現(xiàn)那些已不復(fù)存在的事物；為地域上相隔萬里的學(xué)習(xí)者提供合作學(xué)習(xí)和討論的環(huán)境；將抽象的、深奧的學(xué)習(xí)內(nèi)容具體化和形象化；讓學(xué)生與虛擬的事物、環(huán)境進行交流。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教學(xué)有很大的影響，例如：教師教學(xué)觀念得到了改變；課堂中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改變；教學(xué)方法的改變；學(xué)習(xí)方式的改變等，對現(xiàn)代的教育事業(yè)有很大的影響，會促進教育事業(yè)的發(fā)展。

VR技術(shù)不僅僅特指那些依賴頭盔和手套等傳感設(shè)備實現(xiàn)的技術(shù)，還包括一切與之有關(guān)的具有自然模擬、仿真體驗的技術(shù)與方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以其強大的生命力和發(fā)展?jié)摿鹘y(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的沖擊，其應(yīng)用于教育教學(xué)中，對提高教學(xué)效率、改善實驗環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手實踐能力具有很大的重要意義。通過虛擬現(xiàn)實使教育能夠寓教于樂，有效地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，同時它還能夠有效地創(chuàng)建學(xué)習(xí)情景、支持合作、促進交流、促進知識表達和應(yīng)用，從而有效地構(gòu)建一個非常優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境。我們應(yīng)該對于新興的科技保持敏感，尤其應(yīng)該注意到虛擬現(xiàn)實技術(shù)潛力是巨大的，應(yīng)用前景也很廣闊。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)備受各界人士的重視，它會對傳統(tǒng)教學(xué)產(chǎn)生更大的影響，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)將會成為二十一世紀(jì)教育的主流。

穆萍（1996-12），女，回族，寧夏中衛(wèi)人，西北師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院本科生，研究方向混合式學(xué)習(xí)。

馬國香（1994-08），女，回族，青海民和人，西北師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院本科生，研究方向混合式學(xué)習(xí)。

羅永霞（1994-04），女，回族，寧夏中衛(wèi)人，西北師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院本科生，研究方向混合式學(xué)習(xí)。

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