虚拟仿真技术在国内外的发展及应用

虚拟仿真技术在国内外的发展及应用

吴琼0徐明宇

摘要：近年来虚拟仿真（VR）技术快速发展，虚拟现实技术的应用领域十分广泛；虚拟现实技术在历史教学中应用内容丰富，类型多样，虚拟仿真技术广泛应用于课堂教学和文博领域，对历史文化传播和研究成果应用具有教育意义和学术价值。

关键词：虚拟仿真 实验教学 博物馆

1. 虚拟现实技术及其应用

虚拟仿真技术二十世纪八十年代开始应用于娱乐业外,尤其是职业教育和培训,如利用虚拟现实技术模拟训练飞行员。用于教学最早始于二十世纪九十年代,美国研究人员将虚拟现实技术引入基础教育和高等教育,开展了细胞生物学(Cell Biology)、全球变化(Global Change)、虚拟大猩猩展览(Virtual Gorilla Exhibit)等多个教学项目。虚拟现实技术即Virtual Reality（简称VR），也被称为“灵境技术”。它是一种综合应用了计算机技术、人工智能技术、电子信息技术、传感技术等多技术共同来构建一个“人工环境”的交叉前沿学科。VR技术有“3I”特性（Interaction, Immersion, Imagination）即沉浸性、交互性、构想性，这三大特性是虚拟现实技术的重要特征，即通过技术手段与相关设备，结合人的视、听、触等感官功能，进行模拟构建，使我们可以沉浸在虚拟世界中，进行无限制观察与及时交互。虚拟现实技术是当今科学技术发展的最前沿，能够广泛应用于各个研究领域，有着广阔的发展前景。

美国是世界上最早应用虚拟现实技术的国家，于上世纪四十年代虚拟现实技术研究，最初是出用于军事目的。冷战后美国军费削减，虚拟现实技术转为民用，到了二十一世纪已经取得较大发展与较为突出的成果。

2005 年 6 月，Google 谷歌公司推出了虚拟地球仪软件谷歌地球（GoogleEarth）。这是虚拟仿真技术发展与应用历史上的一个里程碑。谷歌地球把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上，通过模型查看卫星图像，地图，地形， 3D建筑物，让使用者可以前往世界上任何地方，并从从多个角度浏览地球，对于人们了解地球的空间布局以及各地的相关地理信息提供了极大的便利。

美国、英国、意大利和德国的专家利用数字技术虚拟重建罗马古城，被称为世界上规模最大最完整的虚拟古建筑。这项名为“罗马重生”的工程重现了公元320年康斯坦丁皇帝统治时期的罗马古城，其中包括斗兽场等大约7000座建筑。在虚拟的古罗马城中，借助虚拟仿真技术，观看者可以身处虚拟斗兽场内部并在其中漫步，不仅如此，虚拟仿真技术还再现了城内30多座建筑的内部情形，连它们里面精美绝伦的壁画和古代装饰也都进行了细致的还原，甚至恢复了一些后来遭到破坏和污损的雕像和纪念碑原貌和一些几乎已完全毁坏的建筑。通过这个虚拟的动画场景，不仅可以亲临古罗马城，还可以鸟瞰罗马城中的著名建筑，甚至可以身临其境，游览古代的罗马城。

2016年被称为我国的“虚拟仿真元年”， 在这一年国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》。其中第四部分相关内容就曾明确指出：要加强虚拟现实技术的基础研发和研究前沿布局并作为关于重点工程与重大任务。虚拟现实技术被写入国家计划。我国高度重视虚拟现实技术的教育应用,截至2016年教育部已批准300个国家级虚拟仿真实验教学中心。

近年来随着我国计算机学科的飞速发展，虚拟现实技术在我国也得到了极大的发展，但大部分技术成果和研究方向都导向影视与游戏等娱乐行业。近年来，随着我国“新文科”教学的实践不断深入，国内大学陆续开设了一批虚拟仿真技术和教学内容相结合的课程。新东方教育科技与乐视公司开展合作，推出“浸润式教育”将虚拟仿真技术正式引入教育领域。在该产品发布会现场，虚拟仿真技术所构造的全景教学环境能够让学生打破时间与空间的阻隔，达到“浸润式学习”的效果，在各种课堂中提高学习效率。

2. 虚拟现实技术与“历史教学”的结合

虚拟现实技术与课堂教学结合可以改变课堂情境。

虚拟现实技术在“课堂”中有着“激发学习动机”“增强学习体验”“创设心理沉浸感”“实现情境学习”和“知识迁移”等优势。

虚拟现实技术首先可以在一定程度上营造更好的教学环境。例如，在介绍不同青铜器的用途时，虚拟现实技术可以还原不同青铜器的使用场景，这必将促进学生对青铜器的理解，留下更深刻的印象；第二，虚拟现实技术可以增强课堂的“互动性”，形成更生动积极的课堂氛围。虚拟现实技术为教学方法、教学内容以及教师的教学理念都提供了更多的可能，极大地有利于改变传统教学模式中死板、保守等缺点，避免单一“灌输性”师生关系，促进师生在虚拟现实技术的体验中共同发展；第三，虚拟现实技术可以满足一些比较特殊的教育要求，例如对特殊儿童的教育。“迪达巴尼发表了关于虚拟现实技术影响自闭症儿童社交技巧的研究。30个患有自闭症的7-16岁学习者在五周内完成了10次时长为1个小时的社会交流干预学习。研究者分别在前后测中测量自闭症儿童的情感识别、社会归因、注意力和执行功能。经过10次学习后,自闭症学习者在情感识别、社会归因、类比推理的执行功能方面取得显著进步。结果显示，虚拟现实平台是改善社会障碍的一种有效治疗选择。”

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三、虚拟仿真技术对历史学教学情景的改变

借助虚拟仿真技术，教学情景的改变可以带来以下改变：

首先，虚拟现实技术增强的学习的趣味性，调动学生们的学生积极性。给学生们营造身临其境的感受，提供更多色彩、更多维度等的器官感受，让教学资料更生动，诸如此类都是虚拟现实技术在“学习体验”方面提供的新鲜感；第二，虚拟现实技术可以更好促进学生的全面发展。在教学中应用这一技术，也是在一定程度上对学生们的想象能力、感受能力、实践能力等多方面提出了更高的要求，这会促进学生们摆脱传统教学模式中的种种限制，锻炼养成更全面的问题解决能力；第三，虚拟现实技术使得学生在未来职业生涯规划时，能形成更有参考性的思考与态度。目前我们传统课堂为学生们提供的教育内容，更多的仅仅是停留在了“理论”方面，虚拟现实技术可以增强学习的实践性。

四．虚拟仿真技术在教学中的应用评价

历史教学中的虚拟仿真运用应当趋于灵活多样。而不单单只局限于还原或复原某个历史情节、人、物。如果只是纠结与将历史情节与人物呈现于教学之中，其实质只是对传统教育模式的继承，虚拟仿真的体验与实况交流是强化历史教学功效的重要方式。无论方法与内容如何变化，历史学科的教学永远都需要从历史学的主体出发。首先必须强调其历史性。过去能通过技术重现但无法重演。因此不能在运用过程中改变既定事实。虚拟仿真只是一个工具，作为一种视角，一种可能性而存在，还原出来的并非历史本身。也不可以只关注其中的技术而过分忽略其历史性。为探究真相，也必须坚持不断地与时俱进的去改变历史学的教学方式，而虚拟仿真无疑是历史教学的方式的一大转折。

参考文献：

【1】 张善立、施芬主编：《虚拟现实概论》，北京理工大学出版社，2017年10月。

【2】胡卫红,刘道光,王倩,李萌.虚拟现实技术在教育教学中的应用与研究[J].山东省青年管理干部学院学报,2007(06).

【3】吕云,洪玉洁,孙伟.虚拟现实教育应用促进教育均衡发展[J].计算机教育,2019(12)

作者简介：

吴琼，1971年11月出生，男，汉族，山东临沂，北京师范大学历史影像研究中心高级实验师，历史学博士，研究方向：影像史学；

徐明宇：1996年3，男，汉族，山东威海人，北师大历史学院影像史学在读硕士生。

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