虚拟现实技术在计算机专业教学中的应用思考

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1、虚拟现实技术在计算机专业教学中的应用思考　　随着当代信息技术的飞速发展，计算机图形学、多媒体、网络以及人工智能等技术的发展与融合为现代教育发展带来了新的机遇与挑战。现代教育技术的应用已不再停留于图文声像等媒体形式在课堂中以常规模式应用的层次上，而是朝着多媒体化、网络化、智能化、教育应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展。特别是基于虚拟现实技术的虚拟教学形式，是一种新近出现的教学模式，具有广阔的发展前景，代表了教育信息化的未来和发展方向。　　虚拟现实技术概观　　（一）什么是虚拟现实技术　　虚拟现实（VirtualReality，简称VR），又称为灵

2、境技术，它汇集了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、网络技术，以及人体行为学等多项技术，是计算机技术的综合应用。具体而言，就是采用以计算机技术为核心的综合技术手段生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备，以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生如同处于真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境，使用户“沉浸”其中。　　（二）虚拟现实技术的特征　　1993年，美国科学家伯迪（GBurdea）和考菲特（PCoiffet）在世界电子年会

3、上发表的“VirtualRealitySystemandApplication”一文中提出了虚拟现实技术的三角形特征，即三“I”特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）、想象力（Imagination）。　　沉浸感VR的沉浸感又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，即让用户由观察者变为参与者，觉得自己是计算机系统所创建的虚拟环境的一部分，并能全身心地沉浸于虚拟实践中。沉浸感被认为是VR最主要特征，导致这种沉浸感的原因是用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于面对现实物体时才有的意识或幻觉。　　交互

4、性VR的交互性是指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度。主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等，如同在真实世界中一样考察和操作虚拟环境中的对象。　　想象力VR的想象力是指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。　　（三）虚拟现实系统的类型　　虚拟现实技术按其功能

5、，可分为以下几种类型，其中能够在教学中普及推广的主要是桌面式VR系统。　　沉浸式VR系统沉浸式VR系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其他感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。　　桌面式VR系统桌面式VR系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景。用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统的缺点是由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投

6、入，但是它结构简单、成本较低，易于普及推广，因此，也是教学中运用最多的一种VR系统。　　分布式VR系统分布式VR系统是指基于网络构建的虚拟环境，将位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、多人网络游戏、虚拟战争演习等领域。　　增强式VR系统增强现实性的虚拟现实系统不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要将虚拟图像叠加在真实物理对象之上，来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法产生的感受。目前主要应用于军用飞机导航、医学

7、可视化、仪器设备的安装与修理以及辅助产品设计等领域。　　虚拟现实技术应用于计算机专业教学的思考　　（一）辅助课堂教学　　计算机专业课程实践性和逻辑性都很强，很多知识在书本上描述难免会给学生的理解带来困难。利用虚拟现实技术制作的课件则能够很好地解决这一问题。　　例如，在计算机基础课程中介绍计算机各个组件的结构和讲解计算机组装的过程时，书本的文字和图片都难以直观地、真实地让学生了解组件结构和组装的过程。教师普遍采取的教学方法就是到微机组装实验室结合实物讲解、操作与指导，这种方法固然在一定程度上解决了学生对真实感的需求，但是教师不太可能实时地手把手指导每

8、一位学生，现在的学生普遍具备个性化特征，也未必都喜欢照教师的思路去学习和感知。为解决这一问题，我们不妨利用虚拟现实技术将文