虚拟现实技术在教学中的应用
【摘 要】随着计算机信息技术的飞速发展，虚拟现实技术的不断完善，基于web的虚拟教室、网上学校等已陆续出现，通过介绍虚拟现实技术及vRML语言，结合教育理论，探讨虚拟现实技术在教学中的应用。虚拟现实技术广泛应用于课堂及网络教学，是教育技术发展的必然趋势。
【关键词】虚拟现实技术 教学 应用
一、VRML语言
VRML是虚拟实境描述模型语言Ⅳirtual Reality Model—ing I肋guage)的简称，是一种用于在Intemet上构筑3D多媒体和共享虚拟世界的开放式语言标准，被称为继HTML后的第二代web语言。利用他可以在Intem吼上建立交互式的三维多媒体的境界，其应用范围相当广泛，包括科学研究、教学、工程、建筑、商业、娱乐、广告、电子商务等，已经被越来越多的人们所重视，国际标准化组织1998年1月正式将其批准为国际标准。VRML的基本特征包括分布式、交互式平台无关、三维、多媒体集成、逼真自然等，使用vRML语言编写的文档称为vRML文档(或VRML程序)，其扩展名为．wrl。每个VRML文档是一个Weh3D页面，VRML虚拟世界是由一个或多个VRML文档所共同展现，不同的vRML文档之问通过超链接组织在一起，共同构成了遍布全球的非线性超媒体系统。vRML创作工具多是“所见即所得”，通过图形界面可以方便地创作虚拟境界。但vRML不仅仅是普通的三维设计，尽管这些工具很容易上手，却往往屏蔽掉了VRML标准的具体细节，如果想深入掌握VRML，还需要全面了解VRML
的基本概念，了解节点、域、检测器等技术细节，掌握用编写文本文件的方式创作vRML境界。在实际创作中常将一般的三维图形工具和vRML二者结合起来，创建更加精彩的交互式3D境界。当然，VRML功能十分丰富，要成为VRML
方面的行家，一方面需要钻研VRML知识和相关标准，以求发问，使案例讨论的发言始终围绕题目中心顺利进行。讨论的课堂气氛力求越活跃越好。教师应积极鼓励每个学生都参与思考发言，并尽量引导学生拓展思维，深入争论，以促进学生深化对问题的认识和对知识的理解。
3．点评报告
在课堂讨论中，案例的解决不能只有一个标准答案。对案例问题的解决应当提出多种解决方案，并对供选方案进行优劣评估，老师对案例不能进行简单的对与错判断。讨论结束时要求学生将讨论的结果写成书面报告，教师则通过阅读报告来组织点评和讨论，集思广益，使每个学生受到启发，并且有利于提高学生的书面表达能力。
二、应用探讨
在教学中基于HTML的网络课件广泛普及并在不断地发展完善，但却始终不能摆脱平面的约束，而VRML彻底地挣脱了这一枷锁。将虚拟现实技术具体应用于教学，就要求将vRML技术广泛应用于课件制作中，这对教师和课件设计者的知识技能提出了更高的要求，这也是现代教育技术发展的必然。把VRML用于设计课件中的各种模型、动态过程、物质结构显示等，可以达到传统的课件制作技术无法实现的效果，对于我们的更新教学设计理念和改进设计手段上将会发挥出巨大的作用。VRML可以通过网络在电脑上逼真地还原现实生活中存在的或将要存在的环境及物体，支持光线、材质、语音和声效，具有很强的真实感和交互性。在制作课件中运用虚拟现实技术，课件能将文字、声音、图片、录像、动画等几种媒体表现形式有机结合，设计出生动活泼的界面，课件中的一些三维的、交互式的、具有沉浸感的内容，能满足使用者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，便于更好地理解学习内容；这种教学方式通过Intemet可实现基于wWW的远程数据交互，不仅可以弥补远程教学条件的不足，而且使没有条件亲自动手实践的学生有机会学习，使学习者在缺少实际的操作环境中，也能以一种身临其境的感觉来完成一些实验过程；实现了三维性、交互性和境界逼真性。在经费技术等条件不太充足的情况下，最初应用于教学的虚拟现实技术应用属于桌面级的虚拟现实。桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭虚拟境界，并且有助于操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用位置跟踪器和另一个手控输入设备，如鼠标、
追踪球等，坐在监视器前，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时参与者并没有完全投入，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能，但由于成本低，因而可广泛推广应用。在有一定的应用基础和经费技术等条件充足的情况下，为达到更好的效果，可在教学中开发高级虚拟现实系统。高级虚拟现实系统提供完全投入的功能，使学生有一种完全置身于虚拟境界之中的感觉；它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备和声音等使参与者产生一种身在虚拟环境中，并能全心投入和沉浸其中的感觉。能达到一种
近乎完美的虚拟现实技术效果。更高层次的虚拟现实系统还有增强现实性的虚拟现实，如战机飞行员的平视显示器；分布式虚拟现实，如美国国防部作战仿真互联网和sIMNET网络坦克仿真器。目前国内外实现虚拟现实的理论方法多数仍然集中在硬件和配套软件的研究上，系统需要采用专用设备如：头盔式显示器、数据手套、高分辨率图形工作站等，这些昂贵的设备是普通单位难以企及的。正是因为以往的虚拟现实技术过分依赖于昂贵的专业设备，虽然虚拟现实技术在教育
领域具有其他媒体不可比拟的“真实性”优势，但却不能广泛应用于教育领域。如果采用360度全景摄影所获得的素材，通过情景仿真处理并采用先进的图形压缩与还原算法，完全有可能实现逼真度很高的虚拟现实情景，而且也可以交互，不需要头盔式显示器、数据手套、高分辨率图形工作站等专用设备，只需要普通微机和windows运行环境就能实现，从而有可能使虚拟现实技术逐步在学校教学中普及，如基于静态图像处理的桌面虚拟现实技术Ouick Time VR应用于网络课件制作。目前有许多的VRML浏览器问世，如Intervista的worldView，SGI的WebSpace和Goohers的V web等等，对虚拟现实技术应用于网络教学提供了很好的支持。对虚拟现实技术的巨大潜力应用的限制往往还来自学校的领导和教师，除了资金的因素，观念的进步和对教师知识技能的更高要求也是重要影响因素。虚拟现实技术应用于教学有以下明显优点：
(1)发展课堂教学
课堂教学不再局限于有形的教室中，教学活动的空间和时间得到了无形扩展，将进一步向虚拟课堂、虚拟大学发展。虚拟现实技术也将为高校设置分校和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，使资源由一校“独占”变为多校“共享”。通过交互式远程教学的课程目录和网站，由局域网工具作校园网站的链接，可对各个行业提供开放性的、远距离的继续教育及其急需的课程教学，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，促进全国教育水平的提高。
(2)建设新型的实验实训基地采用虚拟现实技术，学生不必真正把他们设计出来的电气设备、机械零件、传输线路或车间建造起来就可以“亲身体验”。这种虚拟现实与半实物仿真可以满足大部分教学和训练的要求，大大减少经费的投入，并可向网络学校、虚拟教育延伸。利用多媒体技术、半实物仿真与虚拟现实技术
相结合的方法，建造虚拟演练的现代化实验实训基地，其“设备”或“部件”多是“虚拟”的，可根据发展需要重新“生成”新设备，也可使“设备”和教学内容在虚拟环境中不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展，以培养高素质的毕业生，保证知识型的技术人才和管理人才能满足经济发展的要求。
计算机信息技术的飞速发展，虚拟现实技术的不断完善，基于web的虚拟教室、网上学校等的陆续出现，虚拟现实技术及vRML语言结合教育理论，使虚拟现实技术在教学中的应用更有前景。虚拟现实技术广泛应用于课堂及网络教学，已经成为教育技术发展的必然趋势。
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