计算机虚拟现实技术解析及其在高校教学中的应用探究

计算机虚拟现实技术解析及其在高校教学中的应用探究

刘洪鹏

一、计算机虚拟现实的基本特征及其关键技术

1.1虚拟现实的基本特征

虚拟现实可以表示为4个特征：沉浸性、交互性、多感知性、构想性，具体如下(1)沉浸性：这是虚拟现实系统的核心，指使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力。用户在虚拟场景中有“置身其中”之感。(2)交互性：指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力，它是人机和谐的关键性因素。(3)多感知性：由于虚拟现实系统中装有视觉、听觉、触觉、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得相应的多种感知，从而达到身临其境的感受。(4)构想性：虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，更要使用户沉浸在此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。基于以上特征，虚拟现实使操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。

1.2虚拟现实技术的关键技术虚拟现实技术是众多技术的集成，在整个系统中，虚拟现实涵盖的关键技术主要有6大类。一是实时三维计算机图形技术，这种技术的实时性特征鲜明，将其用在高校教学中，能够及时刷新图像，提升图像的质量，即使是在非常复杂的虚拟环境中，其也能够较好的使用，并帮助克服一些困难。二是立体广角显示技术，此种技术是为了保证用户在使用中能够获取较好的立体感，给用户造成一定的视觉差，让用户的两只眼睛分别看到不同的图像。而要达到此种目的，通常需要设置不同的显示器，或者是佩戴特殊的眼镜。三是用户头眼的跟踪技术，每一个物体在虚拟环境中都有一个对应的位置，用户视觉接收的信息都是根据其头、眼的方向来确定的，通过头部运动改变图像视角，将用户的视觉与感知系统有机联系起来。四是立体声技术，在虚拟现实系统中，用户的头部无论做什么运动，或者是怎样偏转，其听觉系统的感受并不会发生任何变化。这便与现实环境不一样，在实际生活中，只要头部发生了转动，声音传来的方向也会发生相应的改变。五是触觉与力觉反馈技术，在虚拟现实系统中存在一支虚拟钢笔，体验者能够握住它并进行系列活动，但手中却没有任何触感。六是语音输入、输出技术，虚拟环境能够打破语音信号的多边性困境，让计算机在用户参与过程中能听懂人的语言，并在二者之间进行实时交互。

二、虚拟技术在高校教学中的应用

2.1在课堂教学中的应用在高校教学中使用虚拟现实技术，最主要的应用场所便是课堂教学，在不同的专业课程中，虚拟现实发挥的作用也不尽相同。具体而言，在展示立体物体时，虚拟现实技术主要是在原有的图片、实物以及软件动画展示方法的基础上，将这些内容利用3DSMAX进行建模，构建一个与实物一样的三维物体，并将其格式调整成为VRML。然后通过对应的播放器，将三维物体展示在学生面前，以便让学生更形象、直观地感受实物信息，进而帮助教师更好地进行教学活动。

2.2虚拟校园随着信息时代的到来，数字化以其高效、便捷、自动化等特点迅速应用到各个领域，各院校也同样期待着在教学、校园管理方面、资源等方面全面实现数字化，数字校园正是顺应这种需求在各院校建立并完善。数字校园主要是对学校教学、管理、资源方面进行整合，使信息资源能快速的传递到整个校园被人们所知，主要是用数码相机实地实景拍摄通过某些软件的渲染经过合成，可以在互联网上应用上产生逼真的立体360度效果，空间感极强，使人有一种身临其境的感觉。校园系统主要是展现大学的对外宣传，招生，校容校貌的展示具有非常重要的作用。

2.3在科学实验中的应用在很多的高校中，由于技术、设备或者是资金投入等原因，很多重要的实验并不能在现有条件下进行，这在一定程度上影响了高校的实验教学效果，不利于激发学生的科学探究精神。在一般情况下，高校都不可能做地震波传导和火山喷发等实验，也不会让学生做有毒物质或者是放射性物质的实验，风洞实验因为经费的原因也不能进行。而虚拟现实技术能够在计算机上，建立与实验相关的虚拟实验室，让学生在虚拟场景中操作各项实验仪器，体验实验过程，并感受实验结果。将虚拟现实技术应用在高校科学实验教学中，能够打破各种因素的限制，并且能够在不耗费实验器材的情况下，进行多次重复实验，直到学生完全接受了实验信息。

2.4FGH课件设计三维物体模型能使虚拟现实技术更加形象、具体，这体现了FGH的交互性，它能与许多媒体建立超链接，在教学中的运用较为普遍，利用三维描述可以清晰明了反映出电磁场、分子结构以及一些较难的问题。FGH课件设计有助于提升学生对学习的积极性，例如行星的运行、分子与分子、原子与原子等之间的相互引力，往往肉眼观察不到的，三维描述解决了这一难题，它可以以活灵活现的方式将既抽象无趣又不易学习的内容表达出来，也可以对所有使用者开放，分享学习资料。我们在互联网上可以共享各种文件，这为教师提供了便利，排除一切时间和地域的因素，可在网络中成立一个虚拟的实验室，将H-L’M-)L和虚拟仿真实验室结合起来，成为一种虚拟的实验状态。学员们便可以通过H-LJM-JL开始他们的虚拟实验。

三、总结

虚拟现实技术作为一种新型的教学媒体，目前已引起教育界的极大关注。随着计算机技术的发展，虚拟现实的硬件与软件成本的逐渐降低，这种新的教学媒体必将广泛应用于教育教学中，最终在现代教育领域中发挥其重要作用。虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具，带给人们生活的重大改革。

参考文献：

[1]朱诗源.基于虚拟现实技术的“三维形态构成”课程改革研究[J/OL].艺术科技，2017（12）.

[2]陈贵平，唐婉贞.基于虚拟现实技术(VR)在学前教育中的应用研究[J].赤峰学院学报(自然科学版)，2017(22).