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虚拟现实技术应用研究综述【摘要】虚拟现实技术是当前科技领域应用广泛且拥有巨大影响力的技术手段,在计算机的支持下，可以模拟生成三维空间的虚拟世界，获得立体感和沉浸感,也能够辅助观察、操作和研究工作的开展。教师可以在虚拟现实技术的支持和辅助下降低教学难度、减轻学生的负担，也可以在应用虚拟现实技术的过程中践行课程改革理念，打造高质量的教学课堂。本文对虚拟现实技术的发展现状、虚拟现实在教学中的应用、虚拟现实在教学中的优势与不足展开了探讨。【关键词】虚拟现实技术，VR一、前言随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。在教学中运用虚拟现实技术不但能有效的提高教学效果,激发学生的学习兴趣，而且还能提升教学中的科技含量。二、虚拟现实技术的发展现状（一）国外虚拟现实发展现状在国外，虚拟现实技术已经在教育领域得到了广泛的应用。其应用并非只限于发达国家，发展中国家这方面的应用也在日益增多。美国是较早将VR技术引入课堂的国家之一。美国作为VR技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。目前从技术角度来看，场馆虚拟漫游的最大难点在于建模和实时绘制。由于场馆漫游所看到的景象距离人们很近，因此需要绘制的非常逼真并且建模时需要构建得非常精细，这往往需要牺牲很多处理时间。同样，对于构造出来的非常复杂的三维模型，在对其进行绘制时，由于机器性能的制约往往很难达到实时的效果，这也是人们难以接受的。一般来说，人们需要在模型的精细程度和绘制的速度方面取一个折衷值，这样既可保证一定的绘制质量，又不造成用户的运动不适感。另外还可以利用一些图形学的解决方法。（二）国内虚拟现实发展现状VR技术是一项投资大、难度高的科技领域。同一些发达国家相比，我国在VR技术上的研究起步较晚，和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展:着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QUiCkTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题,并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。三、虚拟现实技术在教学中的应用（一）虚拟仿真校园依靠虚拟现实技术能实现仿真校园环境，通过创设的虚拟校园场景以及充分借助VRM1技术的研发，在虚拟校园情境中，学习者能实现在虚拟校园中行走、并能与其它虚拟学习者进行交流，还能查阅图书馆中的学习资料、教务处管理学习者的资料、以及教学楼为学习者提供教室上课，并在教室内准备教材，为学习者学习时使用。这样能让学习者感受虚拟现实技术对学习的重要作用。（二）虚拟学习环境虚拟学习环境，简称V1E技术。通过人体模型或者化合物等分子结构演示的虚拟体验，教育者和学习者之间，或者学习者和同伴之间可以在一个虚拟的现实空间中，进行虚拟人之间的面对面的情感交流。（三）虚拟实验利用虚拟现实技术，还可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室，在“实验室”里，学生可以自由地做各种实验。在虚拟物理实验室里，学生可以做重力、惯性等实验。在虚拟的地理实验室里，可以做地震波传播、火山喷发等实验。在虚拟的生物实验里，可以做各种解剖实验。在虚拟的化学实验室里，可以利用各种化学药品和天平、祛码、温度计等工具，做各种不同的化学反应，观察燃烧、爆炸等反应现象。（四）技能训练虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练。四、虚拟现实技术在教学应用中的优势与不足（一）优势1 .虚拟现实技术教学应用提高学生学习主动性虚拟现实技术使师生以角色扮演的方式，在虚拟情境下通过自己选择的角色进行交流成为可能，将学生由知识的被动接受者转变为信息加工意义建构的主体。学生能够随时随地的利用虚拟现实设备来自主学习这些教学资源，并且通过虚拟现实还可实现微课教学，而教师则不需进行繁重的重复性讲解；“32 .虚拟现实技术教学应用增强学生在课程中的参与感虚拟现实技术的交互特性，使学生参与获得知识的整体过程，而不局限于低效的传统听课模式，学习和探索如何确定学习目标、选择学习方法、监控学习过程、评价学习结果。虚拟现实技术能够使学生的学习获得更加真实的体验，在一些教学中，需要对教学内容进行立体化展示，学生只需佩戴虚拟现实设备，即可在虚拟化环境中对这些内容进行不同角度的观察和学习，从而使学习变得更加真实；3 .虚拟现实技术教学应用打破课堂在时间和空间上的约束虚拟现实技术对MOOCs引入教学提供了更优质的沉浸体验，根据双重编码理论，视觉信息与听觉信息组合呈现相比单独使用更能刺激学生选择、组织和加工所接收到的信息，从而进一步提升学生的学习效果皿。将视、听觉和交互实践结合，课堂效果将得到进一步提升。通过虚拟现实环境下个性化学习环境的创设，学生只需穿戴虚拟现实设备，在教室里便可实现多种空间的转换，由此得以充分利用远程的优质教育资源，打破课堂在时间和空间上的约束。（二）不足尽管虚拟现实技术凝聚了现代技术的高端水平，但是在其趋向大众化普遍化的使用过程中，还是有其不足之处。1 .虚拟现实技术水平硬件功能相对落后从硬件上讲，数据存储设备的速度、容量还十分不足，而显示设备的昂贵造价和它显示的清晰度等问题也没能很好地解决，为VR制造的大部分专用设备不但造价高、使用起来很不方便、效果有限，而且局限性很大，还不能达到人们的要求，更不能达到VR所定义的那种环境。头显存在使用者头晕、设备发热耗电、高端头显配置麻烦以及线缆等问题。当前45人以上的用户同时连接、下载VR内容将对网络产生较大压力。软件方面受硬件的局限性的影响编写费用仍然较高，并且难以在教师这一最需要的队伍中普及，更简便的利于教师运用的VR编写程序仍待开发。1,5j2 .不同群体感触呈现差异化根据哥德堡大学VR教育报告显示，由本校不同专业20名学生和5名教育工作者组成的调查中，通过佩戴虚拟现实装备进行学习，然后调查者统计数据发现大多数的使用者认为虚拟现实技术对与使用者本身的专业知识水平的提高有着非常大的促进作用，当然有部分的调查者表示“没有发现虚拟现实应用很有趣”功能体验不够完善，不同年龄段的使用个体的认知程度还没有达到完全接受这种新的教学方式的程度，调查发现年轻的受教育者往往容易被新奇的虚拟场景所吸引，而年长的使用者则对于这种新的学习方式上有些顾忌，使用体验相对大打折扣，所以在教育中我们还不能以虚拟现实技术取代现实中的传统教育方式，虚拟现实教学应该成为教学中的一种新的辅助方法，应该使两者得到完美的的结合。163 .虚拟现实在表达情感上尚有欠缺虚拟现实虽然具有真实性，但是有时候过于真实也会容易产生思维定势，如语文课堂的教学可以引用虚拟现实再现文章的场景，但是很多时候，文字的魅力是不能够直接通过现实表现出来的，里面还有想象和情感的成分，需要学生细细体会。因此虚拟现实技术的普遍应用也有可能会造成学生过于依赖现实体验，进而减少了独特的情感体验。虽然虚拟现实技术应用过程中可能出现上述问题，但是这一技术安全可靠，如果得以有效地应用到教育领域,不仅能提高学生的学习效率，减少教学的成本，还将把教育带入新的三维立体的互动时代五、总结虚拟现实作为一项新兴技术，虽然在教育领域的应用并不成熟，但已有的研究表明虚拟现实教育具有很大的潜力，能够突破时间和空间的限制，让学生获得沉浸式的体验和更直观的感受。虚拟现实能够模拟出传统教学中无法体现的过程,这是虚拟现实在教育领域中最大的优势，其次，虚拟现实中学生所感受到的事物都是模拟的，使得学生有更多的精力放在关注点上，从而提高学生的注意力和学习效果。参考文献刘向铜，熊助国，普秋香.虚拟现实技术的若干问题及发展展望J.水利科技与经济,2006,12(5).2郭天太.虚拟现实技术在高等教育中的应用及其意义J.宁波大学报2006,28(1).3于文艳.浅谈虚拟现实技术的现状及发展趋势J.科技信息,2008(31):76+80.4主福洋.虚拟现实技术的现状及发展趋势J.中国新通信,2012,14(20):37.5许微.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展J,现代商贸工业，2009,21(02):279-280.DOI:10.19311/ki.1672-3198.2009.02.150.6况扬,汪欣.虚拟现实技术在教育教学中的应用J.中国成人教育,2016(10):110-112.7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):139-141.DOI:10.16320/ki.sdqnzzxyxb.2007.06.039.卓么措.虚拟现实技术在教学中的应用J.青海师范大学民族师范学院学报，2006(02):75-77.高媛，刘德建，黄真真，等.虚拟现实技术促进学习的核心要素及其挑战J.电化教究,2016,37(10):77-87+103.10魏宝臣，韩娟娟.虚拟现实技术在教学中的应用研究J.无线互联科技,2023,17(14):84-85.11Xianghu1iu,Chia-Hui1iu,Yang1i.TheEffectsofComputer-Assisted1earningBasedonDua1CodingTheoryJ.Symmetry,2023,12(5):701.12王建中，曾娜，郑旭东.理查德梅耶多媒体学习的理论基础J.现代远程教育研究,2013(2):15-24.13杨富宝.虚拟现实技术一一多媒体课件开发的新方向J.电脑知识与技术,2009(15).14罗国亮,车仝,王睿，肖美华,张岩.虚拟现实技术在高等教育中的应用研究一一以操作系统课程为例程.中国教育信息化,2023(12):37-42.1517诸葛狮.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用J.教育观察(上旬刊)，2014,3(01):38-39+45.DOI:10.16070/45-1388g4s.2014.01.028.16卢强，童子方，李伟.浅淡虚拟现实技术在教学中的应用J.科技视界，2016(26):157+148.D01:10.19694/ki.issn2095-2457.2016.26.115.