虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨（精选6篇）

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第1篇

虚拟现实技术在博物馆中的应用探讨

摘要：虚拟现实技术是利用计算机科技，将编辑好的三维数据通过各种不同的传输途径呈现在人们面前的新兴科技。博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所，是对公众开放的非营利的，为社会发展提供服务，以学习、教育、娱乐为目的的永久性机构。本文将从虚拟现实技术的特点和博物馆应用方面探析二者的结合。关键词：虚拟现实技术；博物馆；技术应用

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。将编辑好的三维数据输入到虚拟现实软件的程序中，然后用直观的方式将信息展现到人们眼前，使人们能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，让人们可视、可知、可感，甚至是可嗅。

虚拟现实技术可跨越地域的限制，将人们无法亲临的景物呈现在人们的眼前，更可直观的剖析很多无法拆卸和展示的事物。使人们更深入的了解事物的本质和内涵。

二、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术已经广泛应用在我们生活的各个角落。应用在商业上，可以缩短开发周期，减少投资费用。应用在医学研究上，可以数字化人体结构，虚拟手术过程，很好的解决了人体实验对象资源匮乏的问题。应用在娱乐行业，虚拟滑雪场、4D电影等更是丰富了消费者的娱乐生活。

现在虚拟现实技术更进一步深入到了教育行业。虚拟校园、虚拟教学、虚拟博物馆的出现，改善了传统语言教学的略显枯燥的教育方式。使人们更直观、更深刻的获取知识信息。

三、虚拟现实技术在博物馆中的应用

博物馆是人们学习知识、参观文物、感受文化的地方，其社会意义强、教育功能直接，国家重视博物馆建设，主张更多的博物馆向社会开放。把虚拟现实技术应用到博物馆中，不仅能够加强博物馆的社会功能和教育功能，同时也为博物馆新的运作模式提供了可实践的方式，转变传统博物馆随走随看、走不到看不见的情况。故宫文化资产数字化应用研究所利用虚拟现实技术制作了四部大型虚拟现实作品，利用虚拟现实打造的互动展示、自主选取视角等技术，让人们感受到了虚拟现实博物馆的奇妙。

虚拟现实技术可以应用到博物馆数字技术的各个层面，它可用于馆内展品和古建筑的数字展示与数字保存、也可用于展品和古建筑的虚拟修复与文化遗产监测、还可用于博物馆展品随展以及博物馆之间的展览合作。虚拟现实技术应用到博物馆中意义重大，能够在保护文化遗产不受损害的同时，更好的满足观众和游人的参观游览需求。

（一）.基于文物保护目的的虚拟现实技术应用

基于文物保护的目的，博物馆内的展品都收藏在展柜中，受到展柜空间的限制，观众无法近距离观看展品细节，也看不到文物被展柜遮挡的部分，虚拟现实技术解决了这一难题。它将文物的信息利用计算机数据化展示，逼真的呈现在观

众面前。更可外接感应终端，模拟文物形态、重量等外部特征。观众可通过对感应终端的操作，实现对虚拟文物的旋转、放大缩小等操作。从而实现了真实文物无法提供的新颖的交互式参观模式。

（二）.基于古建筑保护与内部展示的虚拟现实技术应用

基于古建筑保护的目的，很多时候，观众只能在围栏外或者隔着玻璃参观古建筑内景，受到室内光线和参观距离的限制，室内陈设模糊不清，往往无法达到理想的参观效果。虚拟现实技术引入后，可将文物古迹用数字化形式展现给观众，故宫博物院出品的《天子的宫殿》系列大型虚拟现实作品可带领观众在太和殿、中和殿、保和殿、养心殿和倦勤斋等实际游览中无法进入的著名宫殿建筑中无忧畅游，让观众零距离观赏宫殿内部陈设和古建筑原貌，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人们的求知欲。

（三）.基于文化内涵展示的虚拟现实技术应用 内涵是指事物内部包含的实质和意义，在众多博物馆中文物古迹中蕴涵的是中华上下五千年的历史积淀。利用虚拟现实技术可以将文物古迹背后的历史背景、宗教文化、传统制作工艺等文化内涵传达给观众。利用虚拟现实技术的特点，将这些文化内涵形象化、具体化，并配合动画、解说等后期效果，带给观众超越视觉感受的文化体验。

（四）.基于博物馆合作的虚拟现实技术应用 随着我国国际地位的提升，越来越多的外国友人了解并痴迷于中国的传统文化。我国各大博物馆也与许多国际知名博物馆建立了友好的往来关系。在共同探讨研究相关文物保护知识，交换展览展示经验的同时，博物馆之间会定期举办专题性的借展展览，以此来满足广大观众对异国文化的渴望。但是受到时间、距离以及相关条例的限制，每次参展的文物等级和数量都受到严格的控制，大型展品和宫殿建筑更是无法参展。虚拟现实技术挣脱上述种种束缚，它能将不可移动的宫殿建筑带到展览现场，也可以把宫殿建筑的建造过程和文物的制造工艺以交互式方式传递给观众。虚拟现实技术在随展中的应用丰富了借展内容，把更多的知识信息带给观众，吸引了更多参观者，更好的完成了博物馆文化传播的社会职能。

（五）.基于文物虚拟修复与数据保存的虚拟现实技术应用

光阴荏苒，博物馆中的大量文物古迹都出现脆化、脱色、剥落等现象。保护和修复这些文物古迹也是博物馆日常工作的重中之重。利用虚拟现实技术可以数字化记录文物古迹的现实状态，跟踪监测受损程度，还可以制定出相应的虚拟修复方案，预先模拟修复过程，检验修复技术和手段的可行性，从而避免直接人工操作带来的不必要的文物损伤。同时，这些高精度的数据可以保持起来，以便日后开展更精密的研究工作。总结：

虚拟现实技术的发展前景十分乐观，它在博物馆界的应用也会越来越广泛，越来越深入。它能更好的发挥博物馆的社会功能和教育功能，不断为博物馆的发展注入新的活力。参考文献：

[1]吕晓刚.从文化遗产地的表象还原到内涵表达[J].中国传媒大学出版社，2012 [2]姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2004(23)

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第2篇

由于虚拟现实技术能够满足学习媒体的情景化及自然交互性的要求,从而在风景园林教学领域内有着极其广阔的应用前景。利用虚拟现实技术可以改变高校景观建筑设计专业传统的教学模式,改善实验环境,解决高校普遍存在的教学资源不足的问题,优化教学过程及培养具有创新意识和创新能力的人才。随着教育改革的深入和虚拟现实技术理论的不断完善和发展,虚拟现实技术在景观建筑设计专业中的应用也将不断的拓展。

(一)促进教学观念的变化

传统的教学观念主要是“传道、授业、解惑”,它决定了教学组织形式和教学方法,即以教为主,教师是教学的中心,由教师决定教学内容、结构、教学方法及教学进度,而学生始终处于被动的学习环境中。现代化的教学方法追求教与学的合作化,以讲授引导思维,以教导激发创新,并赋予学生学习的主动性。虚拟现实教学有利于创造这样的环境,以教师为中心的授课形式将会被改变,以学生为中心的个性化教学、合作化教学和虚拟现实环境中的自我探究得以真正实现。虚拟现实正是在现代教育思想指导下,使用新技术改进教学方法的尝试。把虚拟现实技术引入到教学中,从多媒体虚拟现实系统的组织形式看,虚拟现实是非线性的网络结构,逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能,在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构,变学生的“被动听讲”为“主动学习”,由“要我学”转变为“我要学”。在这种情况下,教材的意义也将由传统的“教材控制”转变为“学习者控制”,教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来,这种环境将极大地促进教学观念发生变化。

(二)促进教学内容的变化

教学内容是教学过程中传递的教学信息,是学生获取知识、掌握技术、发展能力的主要源泉。多媒体虚拟现实技术的引入使教学内容无论是外在形式还是内在结构都产生了很大的变化。

1.教学内容外在形式的变化

学生的技术水平和动手能力是在实验、实训中培养出来的,在传统的实践教学中,实验课内容主要是学科性的理论验证和学会使用设备、仪器,并从中归纳、总结出规律。这些年来,随着教育技术的发展,从原来只是用录音、录像来辅助文字教材进行教学的方式发展为使用具有人机交互的多媒体技术。多媒体的信息类型有静态的、运动的、超级链接的视觉和听觉信息,媒体信息形式通过计算机的集成处理,提供了超文本、图形、图像、图表、音频、视频和动画。多媒体信息表现形式多样,对于抽象的、概括的概念和原理,除了用文字和语音协同描述以外,还可以用三维实景虚拟现实过程,对于不可视的变化、无法触摸的物体或有危险的场所,甚至自然界或现实生活中不可能存在的事件,也可以通过虚拟现实技术去展现。多媒体技术存贮信息量大,教学内容可以用最有效的方式来表现;而且,同一教学内容还可以用多种信息形式来表现,这就有利于克服单一媒体表现及难以协同表现的弊端。虚拟现实所提供的人机交互的特点尤其适用于个性化教育,因人施教、因材施教,培养高素质的综合型景观设计人才。

2.教学内容内在结构的变化

虚拟现实的应用将带来教学内容结构的变化。教学内容的内在结构就是学科知识结构设计,知识结构是学科知识间的逻辑关系,是学科内含智力因素的信息源。传统的教材及实验指导材料都是以线性结构来组织学科知识结构的,知识内容的结构及顺序都是以教为主,教学顺序性很强,学生只能在教师的讲授下获得正确的概念、原理及逻辑关系。这种形式的学习,学生对教师的依赖性很大,教材也只是一种教授材料,学生利用它学习的自由度不大,灵活性不强,难以促使学生从已建立的知识结构向新知识结构迁移。使用虚拟现实技术以后,多种媒体的信息通过网络化超链接,就可以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构,这种网状的信息组织方式是一种非线性结构,链是知识之间的层级逻辑关系。虚拟现实与普通多媒体是多媒体信息处理的高度集成,把信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性结合起来,为学生提供了一种动态、开放的结构化认知形式,它既包括了学科的基本内容,又包括了学科内容之间的逻辑关系,既注重知识的形成过程,又注重知识的结构,凭借视觉、听觉、触觉信息的协调作用使教学内容的统一与灵活性得到了完善的结合。虚拟现实的这种非线性结构有利于学生进行扩散思维,联想原有的知识,获得新知识。

(三)促进教学手段的变化

1.互动启发式教学

虚拟现实有助于启发式教学的开展,在演示教学内容方面能以一种直接的信息传递方式,通过亲临其境的、自主控制的人机交互,由视觉、听觉、触觉获取“外界”的反应,提供生动活泼的直观形象思维材料、展现学生不能直接观察到的事物等,形成知识点。学生则从思维、情感和行为3个方面参与教学活动。

2.发现式教学

发现式教学是以解决问题为中心的教学形式,虚拟现实在实训教学中可以让学生进入问题存在的环境,有针对性地建构虚拟情景,引导学生进行探究。虚拟现实教学提供良好的人机交互,还允许学生出错时,自行了解错误的根由及后果,发现解决问题的方法。

3.协同工作式教学

虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制,可让远距离的师生或位置分散的学生共处于一个虚拟空间中,通过共同参与,且必须具备协同操作能力才能完成某些项目的设计或训练。

4.情境式教学

虚拟现实技术具有动画虚拟现实的能力,能够把教学中的抽象概念原理、真实的实验过程等形象生动地表现出来,给学生创设真实的学习情境,帮助学生获得示范性的知识,把握概念原理的实质。

（四）实际使用

虚拟现实技术最大的优势在于场景的模拟与再现，一旦场景建成，不再受地理空间、时间的限制。可以随时随地调取已有场景信息。运用在景观教学上，主要可以用在:

一、古建、古典园林教学板块（适用课程中西方古典园林史、西方现代景观的理论与实践）

实用意义

中国古典园林是中国传统园林的精髓，分布广泛，各有各自的特色。包括北方园林，南方园林、岭南园林、皇家园林、等众多形式。但是由于地域原因、实地考察学习是一件非常困难的任务。费时费力费钱，并不是所有人都有机会实地考察，也不是所有人一次考察就能体会到精髓。

软件功能构造

通过虚拟现实模拟可以

1）模拟现场建筑、植物、四时、季相变化，现场实际模拟出全部景观。

2）顶视图搭配结构分析、交通分析、功能分区、区域划分、建筑名称分布等。3）同时软件搭配讲解功能，讲解现场石材、建筑由来、古建结构、园林造景手法讲解（全面展示园林造景中的借景、透镜、框景、障景等）、现场全景图展示等。4）使用者可以通过各个角度，各个方向进行观赏。实际使用过程中所观赏不到的地方（比如鸟瞰、四时变化、）

优势分析

1）可以经常性的游览园内场景，体会古典园林的造景手法（以往讲解仅仅局限于图片展示，我们可以模拟现场实际景观，感受体量关系）

2）模拟现场的四季，实时变化。感受阴晴雨雪、感受植物生长对整个环境空间带来的改变。

3）恢复已被破坏的景观，提高人们的参与性，提高可到达性。使人们不仅仅局限在人视点的观察。

4）形象生动的讲述平时口述难以讲清的课程内容。如古建中的斗拱形式，就可以简单生动的展示给学生。

5）提高学生的接受程度、提高课程兴趣、提高学生的参与度。

二、景观案例学习

实用意义：

现代景观大师有相当一部分具有代表性的经典案例，而以往我们对这些案例的学习仅仅局限于平面图、CAD、以及部分的效果图。很难感受到实际的比例关系、尺度、景观效果。更感受不到一个方案从其设计构思、到场地周边环境分析、到基地分析、功能分区、再到方案形成的整个过程。软件功能构造：

1）将完整的方案信息进行展示，以二维或者三维的方式。介绍场地周围的大环境。同时可通过文字或者动画形式展示整个方案的历史环境，政治背景、以及其历史意义。2）将整个设计的骨架信息一层一层展现，包括道路、水体、节点、植物、功能分等。让学生更深入的了解。

3）方案经典介绍。将方案的经典之处进行展示与介绍。同时进行季相、时间变化。4）让学生自行进行设计，之后与经典案例进行比较。优势分析：

1）将经典案例通过三维方式进行展示，直观形象。

2）整合资料，将案例周边环境、历史环境进行详细叙述。3）深入的剖析方案的设计构思与形式。加深理解。

三、植物认知

1）通过动画形式对植物的基础知识进行介绍，包括树叶、树皮、树干形式名称介绍。2）建立植物库，模拟植物的的生长过程，対植物的科属，生长习性，搭配方式进行详细介绍。

3）对不同科属的植物进行分类，以便植物认知。

4）按照季相分类，常绿，落叶，观花、观果等进行详细分类。以便植物认识学习，同时便于设计中随时调取使用。

四、通过增强现实技术辅助设计

1）在设计领域，虚拟现实技术作为一种独特的技术手段，可以有效的解决抽象思维与其所产生的实体间的联系问题。设计师不仅能够充分发挥其艺术想象力，更能够在前期设计阶段就与实际相结合，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。虚拟现实技术可应用于建筑和艺术信息模型项目全生命周期的信息化管理。

2）协助设计师科学准确分析设计信息可快速获取复杂建筑模型进行分析，为建筑师提供全局、客观的设计信息理解。

3）辅助设计在设计过程中，会提出不同的设计方案，对未来的设计形象做多种设想，利用虚拟现实技术建立一个全面、直观、可交互、如实反映设计的三维虚拟模型，便于设计者更直观、全面了解设计，也方便设计师对某个设计细节作局部修改，并实时地与修改前的方案进行分析比较。

2.探索学习

是指通过虚拟现实技术对学生在学习过程中所提出的各种假设进行模拟,直接观察到这一假设所产生的结果或效果。这有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。例如,利用虚拟技术,学生还可以进行温室效应的探索学习,从而分析城市建设对周边环境以及园林绿地和水体对城市小气候的相互影响,探索景观建筑设计新的研究方向。

3.实验实训

是指利用虚拟现实技术建立数字城市与风景园林技术平台,进而方便地创建如规划、建筑、照明、水景、工程机械等各种虚拟实验室,方便师生实验实训。

在虚拟景观建筑实验室里,学生可以对自己设计的景观建筑进行反复的修改和论证,并研究加入“时间因素”后的四维模拟,真实感受时间的艺术,也可以进行建筑环境的分析以及建筑物对周边环境影响的研究。在虚拟照明实验室里,学生可以研究不同电光源在不同配光方式和投光方法下的照明和景观效果,进行道路、广场、建筑、庭院、水景、树木、雕塑、溶洞等各种照明实验。在虚拟的水景工程实验室里,学生可以组装水循环系统,了解工艺流程,研究不同流量和扬程下各种喷头组合的水型效果以及配上灯光后的夜景效果。

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,这非常有利于诸如园林工程机械操作、园林栽培和修剪等各种职业技能的训练。例如,在虚拟的园林起重机训练系统中,学员可以反复操作仿真控制设备,练习在各种用地环境下操作园林起重机的驾驶、起吊和准确落点等,达到熟练掌握相关技能的目的。而虚拟修剪系统也可以低成本地模拟修剪,掌握各类植物修剪的关键,并可直观地评价修剪后的效果。

虚拟现实技术在规划设计领域的运用已得到国内外学者的重视,在景观规划设计方面,国内研究主要集中在景观建模、可视化表达以及技术运用的介绍性研究成果。在历史文化景观再现研究中,景观所包含的历史和文化的内涵,最终都通过人们的感知而传递。作为一种利用人们的感知和构想,具有三维表现力并且富于交互性,从而可以很好地模拟现实的技术,虚拟现实技术在历史文化景观中的应用将会是激动人心的。

虚拟现实技术改变了人们只能从现实生活中获得感知的方式,通过计算机模拟人类的感知,从而制造一个虚拟世界。如果说虚拟现实技术拓展了人们的感知能力,这样一个虚拟世界则增加了人们的生存空间,改变了人们的生活方式。虚拟现实技术还提供了一种超越时间和空间约束,提供人们逼真体验的手段。从时间上说,虚拟现实技术不仅可以模拟现在存在的,再现以前有而现在不存在的,而且可以通过构想,模拟以后可能有的,甚至可以构造现实生活中不可能有的现象和体验。而从空间上来说,虚拟现实可以在甲地模拟乙地的风景,从而用户在甲地就可以体验到身处乙地的感受。这使得人们生活的空间扩大,可以得到的实践和体验增加,如果说人生的价值在于一种实践和体验,这无疑增加了人生所具有的价值。虚拟现实技术还提供了一种超越时空进行信息传递的方式,分布式虚拟现实中,人们可以与来自地球另外一端的用户相遇在一个虚拟世界中,看到彼此的表情和动作,相互进行语言沟通等。

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第3篇

关键词：虚拟技术,计算机,教学,应用

0 引言

虚拟技术指的是逻辑角度上的资源配置, 是实际物理资源的逻辑抽象表现, 其在一定程度上分离了软件与硬件。科学技术的不断发展推进了虚拟技术的成熟, 极大地扩展了其应用范围, 从最初的服务器扩展到了桌面。各职业院校计算机专业是一门重要课程, 在其教学中引入虚拟技术, 能够极大地便捷师生的学习, 突破时间与空间的限制, 可以说虚拟化的计算机教学势在必行, 对改革计算机教学具有重要的现实意义。

1 计算机教学中引入虚拟技术的优势分析

当下, 教育体制的改革扩大了职业教育规模, 并进一步提高了对教育水平的要求。计算机专业教学中的关键环节是上机操作实践, 各大院校在机房建设、硬件配置等方面加大了投入力度, 但由于各种因素的影响, 职业院校的计算机教学仍存在设备资源紧张、学生实践操作练习不足等问题[1]。为了进一步提升计算机教学水平, 应积极引入虚拟技术, 其具有的优势如下。

1.1 便捷化的使用与维护

虚拟技术的应用可以使一台物理计算机互不干扰地同时运行多台虚拟计算机, 简单地说虚拟技术就是设置一台物理主机, 再利用其部分硬盘与内存资源虚拟出若干计算机, 并且虚拟机是独立运行的, 其配置了独立的CMOS、硬盘、操作系统。当某台独立运行的虚拟计算机发生故障时不会影响到物理主机及其他虚拟计算机, 降低了维护难度。

1.2 高安全性及经济性

虚拟计算机依据不同的应用需求可以用于不同的地方, 在达到一机多用的同时减少了维护费用。通过利用某个软件模拟出来的计算机硬件系统在增加计算机功能时无需增添新的硬件设备, 例如交换机、网卡等, 并且能够对操作系统的操作环境进行随时修改, 极大地降低了成本。虚拟技术为计算机实验教学提供了有效的工具, 有效缓解硬件设备及场地不足的现状, 且主机不会受到虚拟机操作的影响, 极大地提高了设备的安全性, 促进了计算机教学效率的有效提升。

1.3 移植性强、安装更简易

利用一台物理主机虚拟出来的各台虚拟机, 在存储系统文件时使用的是映像包的形式, 这样就便捷了用户的使用, 在其他计算机上直接复制映像包就可以实现对计算机系统文件的使用, 减少了系统安装的复杂过程, 可以统一部署多台计算机。虚拟技术在计算机教学中的合理运用, 只要及时保障了物理主机操作系统的正常稳定运行, 便可以利用虚拟的计算机实现不同的教学目标, 体现出了虚拟机的易用性与便捷性所带来的优势。

1.4 直观感性

在计算机网络组建、管理与维护等课程教学中应用虚拟机, 可以充分利用其网络连接功能, 搭建虚拟网络教学环境, 以直观地展现课程内容, 激发学生的学习兴趣, 提高学生的主观积极性, 提高计算机类教学的效果。学生可以充分利用虚拟机的易移植性, 结合虚拟机的使用以及组建虚拟网络的原理与方法, 在宿舍等地方自主组建网络, 以强化学习内容的实践操作, 提高学习效果[2]。

2 虚拟技术在计算机教学中的具体应用

2.1 为教学提供多种操作系统

计算机类专业课程较多, 不同的专业内容的教学需要不同的上机环境, 这就对实验室内的教学环境提出了多样化的要求。例如, 部分课程需要配置Windows、SQL Server、HTTP环境;有的课程需要Redhat Linux、My SQL、Apache环境;而像MCSE等专业课程的教学, 必须在多种操作系统的支持下才能完成。虚拟技术可以为计算机类专业课程的教学提供多种操作系统环境, 以更好地满足不同的课程教学需求。根据相应的要求安装、配置不同实验环境的虚拟机, 将这些虚拟机文件部署在计算机上并加以启动便可使用[3]。物理主机虚拟出来的独立运行的虚拟机可以兼容主流操作系统和模拟多样性的操作系统。同时, 组建局域网虚拟环境, 其运行与真实网络一致, 有效提高了实验教学的效率和效果。每台虚拟机都是物理主机的子系统, 所以减少了学生操作时对计算机设备的损坏, 同时节省了一部分设备的成本, 降低了设备维护费用和工作量。

2.2 便携“移动计算机”的支持

各学科的学习都有时间与空间限制, 学生课后的自主学习缺乏相应的实验环境, 引入虚拟技术后可以有效解决此问题。学生可以在U盘或移动硬盘上直接复制实验室内已部署好的虚拟机文件, 在练习的机器上安装复制的虚拟机文件, 并启动便可直接使用。由于虚拟机存储宿主机的系统文件时利用文件或文件夹的形式, 所以具备可迁移性和便携性, 为学生的自主学习提供了极大的便捷[4]。

2.3 网络教室

传统网络教室由多用户支持的操作系统来提供相应的服务, 用户使用服务器需远程登录, 存在隔离性偏差的问题, 系统中的某个使用者的误操作会导致整个系统的病毒感染, 甚至引起死机或瘫痪;同时权限设置偏低, 设定较低的使用者权限是为了保障系统的安全, 但低权限限制了使用者的操作, 例如随意安装软件、修改系统设置等特权操作。还有就是传统的网络教室资源配置不均衡, 若系统中存在耗费计算的操作, 就会占用过多的资源, 对其他用户的操作产生直接的影响, 大大降低了整个系统的运行效率。

而虚拟化的网络教室利用虚拟机提供各项服务, 各个用户能够独立运行虚拟机, 其具有的优势包括: (1) 隔离性较强, 虚拟机之间是独立运行的, 其运行与独立的物理主机一样; (2) 高使用权限, 设置较高的使用权限有利于使用者以管理员的身份登录并运行虚拟机, 利用最高权限来执行所有指令; (3) 均衡的系统内部资源配置, 虚拟化平台管理员在创建虚拟机时制定合理的规则, 也可根据运行的实际需求进行调整和优化, 实现各个虚拟机均等的获得资源, 保持系统的正常运行。目前, 虚拟化的网络教室只需管理者维护好虚拟机的镜像文件, 教师根据课程的要求设计好实验环境, 就可以进行高效的教学活动, 同时学生也可获得便携且多样的实验实训环境。但如何实现数量众多的虚拟机的快速启动和保证用户的交互体验还需深入研究。

2.4 虚拟化的校园网

校园网提供的各种校园服务需要多种不同功能的服务器来支持, 例如FTP、WEB、教务系统、拥有各种文献期刊数据库的图书馆镜像服务器等, 这些服务器的管理成本偏高且能耗也大。在校园网中引入虚拟化技术, 能够利用虚拟化技术有机整合各类服务器, 尤其是各类教学资源的整合, 能够为计算机教学效果的提升提供有力的支撑[5]。

3 结束语

综上所述, 虚拟技术具有使用与维护便捷、安全性与经济性较好、移植性强、安装更简易以及直观感性等优势, 虚拟技术在计算机专业教学中有效的应用可以为教学提供多操作系统的支持、便携“移动计算机”的支持以及网络教室, 极大地便捷了计算机课程的学习与实践操作, 为提高计算机教学水平提供了有效的工具。相信随着科学技术的快速发展, 虚拟技术的应用范围将会更加广阔。

参考文献

[1]王静蕾.浅谈虚拟现实技术在计算机教学中的应用[J].太原城市职业技术学院学报, 2014, 10:118-119.

[2]赵建军.计算机虚拟技术在计算机教学中的应用探析[J].电子技术与软件工程, 2015, 11:187-188.

[3]周波.虚拟技术在中职学校计算机教学中的应用研究[J].工业设计, 2015, 10:111-112.

[4]杜艳绥.虚拟技术在高校计算机教学中的应用研究[J].辽宁高职学报, 2016, 01:72-74.

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第4篇

【关键词】虚拟现实技术 体育教学

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是应用计算机生成的一种模拟环境，通过各种传感设备使用户“投入”虚拟环境中，使用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术是由美国人加龙·兰里尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初正式提出来的，90年代有了实质性的发展，其综合了计算机图形学，图像处理与模式识别，智能技术，传感技术，语音处理与音响技术，网络技术等多门学科将计算机处理的数字化信息变成为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视觉、听觉、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境，感知，自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除了计算机图形技术所生成的感知觉以外，还有听觉、触觉、力觉、运动感知等，因此也可以称之为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛，手势，或者其他身体的行为动作由计算机处理被试者的动作并做出相应的数据并对用户的动作做出实时反应，并且分别传感到被试者的五官。传感设备即三维交互设备。常用的有立体头盔、数据手套、二维鼠标等穿戴于被试者身上的装置和设施于现实环境中的传感装置，如地板压力传感器等。截止到现在，此技术已经广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、体育训练、游戏娱乐等许多领域，并且已经开始进入教育领域，它曾和多媒体教学、网络技术并成为教学领域的三大创新技术。

一、基本特征

1. 沉浸性

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境当中，成为虚拟环境中的一员，虚拟环境中的图像会因使用者的身体变化而变化，且可以听到三维仿真声音，使使用者感觉很逼真，如身临其境一样。

2. 交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者既可以用键盘、鼠标进行，也可以通过特制的头盔，数据手套等传感设备进行，计算机可以根据使用者的不同身体活动来调整系统的图像及声音，这种反映可以使使用者随时对自己的动作或心理进行考察或者调整。

3. 多感知性

由于虚拟现实系统中装有很多类型的传感及反应装置，因而使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到近似真实的感受。

二、虚拟现实技术的类型及与构建方法

1. 虚拟现实技术的类型

1）沉浸型。此类系统是一套比较复杂的系统。使用者必须用头盔、数据手套等传感跟踪设置，才能与虚拟环境进行交互。此类系统可以很好地使被试者避免外界的干扰，使用户完全沉浸到虚拟环境中。缺点是设备价格昂贵，因此难以广泛推广。

2）简易型。此类系统只要有一台普通的计算机就可以组成，被试者通过键盘、鼠标便可以与虚拟环境进行交互。结构简单，价格低廉，易于推广，是一套比较经济使用的系统，适合做一些实验过程简单，演示性强，交互性较少的实验。

3）共享型。此类型系统是借助于远程网络将异地不同的用户连接起来共享由多个用户所组成的一个虚拟系统，共同对一个虚拟环境进行观察，操作和研究。已达到协同工作的目的。优点是可以获取更多的不同的资源，群策群力，进行更加细致的不同层次的研究。缺点是牵涉到的范围较广，人员较多，不便于组织和不同地区之间的协同工作。

2. 虚拟现实技术的构建方法

1）利用高级语言和三维图库进行构建。常用的开发语言是VC，常用的图形数据库是OpenGL和Directx3D。优点是灵活性强，能实现比较复杂的功能。缺点是需要较高的编制水平，以及对图形数据库的掌握，开发难度大。

2）利用VRML语言（虚拟现实建模语言），并辅以其他工具。VRML是一个国际标准，其目标是建立一个基于网络交互式三维境界。文件格式为wrl，构建一个虚拟环境就是构建一个个wrl文件，通过包含关系和超链接连接起来。由于VRML是用代码描述了一个个实体和场景，这给编程者带来很大的困难。于是一些可视化的场景编辑器应运而生，常用的有SGI公司的Cosmo World，Platinum Technology公司的VRCreator等。

三、信息化背景下体育教育的特点及走向

1. 信息化背景下体育教育的特点

1）体育教学资源信息数字化

计算机已经广泛应用于体育教学，其优点是资源高度集成，性能稳定，技术标准统一，存储容量大处理速度快。

2）体育教学信息资源共享

这种共享包括软件资源和硬件资源的共享，如大容量的存储空间，网络教学资料，体育信息及新闻等。就目前而言，体育教学资源共享的核心是软件的共享。如北师大附中的体育教育专业网站的建成为体育教学资源的共享做出了很好的典范。

3）体育教学中学生学习地位的主体化

由于体育教学信息网络化，信息也呈现出多媒体化和信息的可扩充化等特点，学生可以积极主动地建构知识，实现不同环境下和不同条件下自主探索性的学习体育基本知识和技术，充分体现学生在学习过程中的主体地位。endprint

2. 信息化背景下体育教育的走向

1）体育教学过程中教的单极化走向合作化

信息时代，人们的工作与生存的特点，决定了人与人之间需要相互合作。体育教学也是如此，传统的单向灌输体育的基本知识和技能的方式已经不适合现代化发展的需要，培养现代化的人才就迫切需要现代化的体育教学方式，而合作学习又是当前国际教育的发展方向，也是现代教育正要解决的问题。

2）从单一运动场上的技术学习走向多环境下的技术学习

计算机各种硬件成本的降低使得计算机教学等先进的教学手段的实施成为现实，动作学习的可复制性使得学生可以在除学校之外的任何地方进行学习，这样就大大地缩短了学习的时间，及早建立动力定型，从而实现了体育技术教育跨时间，跨地点，形成立体化，多环境化的体育教学。

3）体育教学走向学习情景的虚拟化

体育教学情境是体育教学活动得以进行的场景，它直接影响着体育教学过程中学生认知的数量与质量。传统教学过程主要是通过讲解与示范，而这随着时代的发展远远是不够的，单一的教学方法使得教学缺乏情趣，影响学生的学习积极性。模拟技术则和多媒体技术则可以使得体育技术教学内容中涉及的技术动作模拟在学生面前，使学生身临其境，也使得学习的内容更加通俗易懂。如何选择和构造虚拟的体育教学情境，是未来体育教学发展方向。

4）体育教学模式由单一化走向多元化

随着教育信息化的发展，网络学习资源迅速膨胀，体育教学同其他学科一样，多元化的教育模式是体育教学发展的必然趋势。教师的工作重点也将会在教学中更加注重充分利用网络资源和各类资源来辅助学生的自主学习。

四、虚拟现实技术在体育教学中的应用领域

1. 知识学习

即学生利用虚拟现实系统学习各种体育知识与技能。主要有两个方面：一是再现实际生活中无法观察到的自然界现象或者事物的变化过程；二是使抽象的概念理论直观化，形象化，方便学生理解。

2. 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环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这将非常有利于学生的技能训练。如在不同的水平下找到不同的高水平训练人员是很难的，在虚拟教学中就可以模拟不同打法的高手进行针对性的训练。

3. 心理训练

虚拟现实系统的特性能够使使用者有身临其境的感觉，这就可以在赛前对怯场的运动员进行针对性的训练。如针对篮球的罚球，就可以让使用者在虚拟环境中体会到类似于真实比赛环境的气氛，从而达到提高心理适应能力的目的。

4. 虚拟运动实验

在虚拟的实验室里，学生可以进行某项运动，系统根据一系列的生理反应和受试者的目的对受试者运动方法、运动强度等给出合理的建议，有利于激发学生的热情，使学生进行合理的健康的运动。

5. 学术交流

体育教学领域的学术交流可以打破以往单一的报纸杂志等方式，利用虚拟现实技术分享比文本和图像更多的信息，虚拟现实技术提供面向对象的方法来描述动作，它可以更加直观地将学术交流的思想展现在学习面前，其必将成为体育学术交流领域的新技术标准。

五、结论与建议

虚拟现实技术虽然在某些体育竞技项目中已经有一定领域的使用和推广，但是在新的时代背景下，信息化的发展要求新的与之相适应的教学技术的出现。虚拟现实技术代表了新时期下体育教学模式发展的方向，也必将是未来的发展趋势。虚拟现实技术的实际应用推广并非易事，在我国现今的教育发展水平下，只能有很少一部分的学校可以有条件与资金进行虚拟现实技术等相关设施的配套工作。而且能够熟练掌握虚拟现实系统进行体育教学的人才也为数不多，况且工作人员和教师存在着一定的人员冲突，这都使得虚拟现实技术的实际应用工作难以得到开展。虽然现实社会是信息化的社会，但是如果完全依赖于虚拟的网络和系统对于社会的发展和进步都是很不利的。日本的学者的研究也证明，过分地依赖图文，以及虚拟的技术，久而久之，人自己的操作能力会有很大的退化。因而，合理地进行学习的组织与安排也是不容忽视的。

【参考文献】

[1]http：//lsk.cnki.net/kns50/Navigator.aspx？ID=1

[2]陈健，姚颂平.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[M].体育科学，2006.

[3]王宏宇.谈在体育训练仿真中虚拟现实技术的应用[J].吉林体育学院学报，2007，2（23）.

[4]宋丽.应用虚拟现实技术对竞技体育进行仿真训练的探讨[J].西安体育学院学报，2007，12（6）.

[5]余千春，杜世全.虚拟现实技术在体育教学中的应用[M].安徽体育科技，2005，4（26）.

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第5篇

【摘要】虚拟现实技术所具有的沉浸性、交互性、构想性和全息性，使它在实验教学领域显示出独特的优势。将虚拟现实技术应用在会展实验教学中，改变了传统会展实验教学的模式，给教学过程带来划时代的变革，这为培养专业的会展应用型人才起到了重要的促进作用。

【关键词】虚拟现实会展实验教学

【基金项目】广西高等教育教学改革工程项目(项目编号:2013JGA292)；桂林旅游高等专科学校重点项目（项目编号:2013JGA292）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）05-0225-02

一、引言

会展专业是一门实践性和应用性较强的专业，会展实验教学是会展专业教学的重要组成部分。目前，除一些教学条件较好的高校拥有自己的会展实训室外，很多高校的会展实验教学还只是局限于教师讲解、幻灯片演示、视频播放和实地参观的教学模式，很难发挥学生的主观能动性。当前我国会展业发展迅速，对会展专业人才需求迫切，而会展业的竞争对会展从业人员的质量会提出更高的要求，现阶段高校中的会展专业学生都偏重于书本知识，学生的实践能力相对欠缺。如何更大、更好地发挥会展实验教学的作用，提高学生的实践能力，使知识积累和实践能力相结合，培养出真正的会展专业应用型人才，满足会展业发展的需要，是今后会展实验教学的改革和发展方向。

随着信息技术的飞速发展，虚拟现实技术得到不断成熟和完善，这是一门利用计算机对真实世界进行仿真的一项技术，用户借助一些专业设备就可以利用虚拟现实系统融入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象。虚拟现实技术的出现改变了以往一些教学观念和教学方式，对现代教育产生了深远的影响。它打破了时间和空间的限制，使用学生处于一种虚拟的环境之中，使之成为课堂主角，发挥主观能动性，学生在虚拟的多信息的环境中主动探索，能够真正培养他们的实践能力[1]。

二、虚拟现实技术概念及特点

（一）概念

虚拟现实技术最早由美国学者J.anier提出，他将虚拟现实定义为：用计算机运算生成一个逼真的鼠标、键盘等设备“进入”虚拟世界，在“虚拟世界”中浏览和交互。虚拟现实技术是融合计算机图形学、智能接口技术、传感器技术、模式识别、多媒体技术和网络技术等综合性高新技术，虚拟现实系统应具备与用户交互、实时反映所交互的结果等功能[2]。虚拟现实技术是一项计算机图形技术、人机接口技术、传感技术、显示技术、心理学及人工智能等技术相结合的综合技术。

（二）虚拟现实技术的特点

1.沉浸性

沉浸性是虚拟现实技术的最主要特点，是指使用者利用交互设备能够沉浸到计算机所创造的虚拟环境中，所体验到的真实程度。在虚拟环境中用户不但能够听到和看到，还可以触到及嗅到这个虚拟环境中所发生的一切，如同真实的世界一样，这是虚拟现实的最主要特点。

2.交互性

交互性是指用户与计算机构建的虚拟场景进行交互，产生一种参与感。在虚拟世界中用户可以使用鼠标、键盘、立体显示头盔、数据手套、立体眼镜、嗅觉传感器等设备进行交互，依据用户的头、手、脚等身体的动作和语言的变化，虚拟现实系统能够给用户呈现出不同的声音与图像，同时用户通过调节自身动作和语言，就可以轻松实现对虚拟世界中各种物体的观察与操作。

3.构想性

构想性是指用户借助虚拟现实技术，能够在虚拟世界中感知使抽象概念具像化的程度。例如在要建造一座体育场馆或博物馆，那么首先在设计阶段要对外形和内部结构进行详细的构思，如果让一般的外行人来读懂复杂的设计图纸是非常困难的，借助虚拟现实技术人们可以直观的看到建筑的外形以及内部结构，这比看图纸更加形象和生动。

4.全息性

全息性是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息，让参与者通过全息传感及反应装置，在虚拟环境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。全息性是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技术基础[3]。

三、虚拟现实技术在会展实验中的应用形式

（一）构建了虚拟会展知识学习系统

虚拟会展知识学习系统是指在利用虚拟现实技术所构建虚拟环境中，学生进行会展相关知识学习的系统。该系统为学生提供了网上学习的服务技能，学生可在任何一台联网的计算机上进行课程学习，可帮助学生进行课前预习和课后的分析检验，课上实践不了的内容可在课下通过网络继续完成。

（二）构建了虚拟会展实验教学系统

虚拟现实技术构建了虚拟的实验场所，学生可以通过网络“走进”会展中心、会议中心和展览馆，使学生产生身临其境的效果；同时学生可以像在现实中一样，与虚拟世界中的各种对象进行交互；教师可以像在真实的场景里上课一样，进行课程的讲解和布置作业。不受空间和时间的限制，而更好地完成实验教学。

四、虚拟现实技术在会展实验教学中的应用优势

（一）节省教学成本

实验教学最重要的目的是让学生能够亲自实践，这样才能对理论知识有深刻体会，达到理论与实践相结合，从而为学生在今后的工作中能够快速进入角色，尽快适应工作岗位打下基础。在以往的会展实验教学中，教师必须要带领学生到会展中心、会议中心和展览馆等去实地上课，但受到教学经费，以及各种天气、安全等条件的限制，不可能多次上这样的实验课，特别是外地以及外国的会展中心等场所那更加是不能去的，这严重制约了会展实验课的教学效果。而虚拟现实技术构建的虚拟教学环境，可以突破时间和空间的限制，让教师和学生足不出户，随时随地通过网络走便可以“走进”会展中心、会议中心和展览馆，在虚拟的教学环境中，虚拟的场地和虚拟的设备可以重复使用，而不会产生损耗，虚拟的实验地点可以随意前往，这最大程度上节省了教学成本。

（二）实现体验式教学

目前国内高校会展专业实验教学中，大多还是采用单一的图像、视频展示和走访参观的教学手段，而虚拟现实技术的应用，使教学手段向互动启发式教学、发现式教学和协同工作式教学发展，从而推动了教学手段的科学化和智能化。采用虚拟现实技术可以使学生完全沉浸到教学所需要的会展场馆和会议室中去，实现“体验式”学习，身临其境地熟悉整个会展场馆和会议室其周围环境，从而可以针对具体的内容进行体验学习。虚拟现实技术通过逼真的声音、图像构建真实的学习场景，从而帮助学生获得示范性知识、把握概念原理的实质，展现了学生不能直接观察到的事物[4]。

如图1所示，在模拟回旋式会议室与课桌式会议室布置中，学生可以全角度、全方位地了解两种会议室的区别，不仅能在学生头脑中建立这两种会议室的构成，而且可以让学生看得见、听得见，从而全方位地了解两种会议室中桌子和椅子摆设的位置等。这种类似于游戏式的沉浸感会使学生对相关知识点记忆深刻。体验式的教学方式完全区别于传统的授课方式，是一种教学方式的革新，适合其他学科领域推广。

（三）实现互动式教学

虚拟现实技术的沉浸性、交互性、构想性和全息性等特征，可以使学生融入到虚拟的世界中，实现教师、学生与计算机的互动、教师和学生的互动以及学生与学生之间的互动。

图2特装展台

在如图2中所示的特装展台布置课中，通常情况下，老师只能告诉学生如何布置展台，但在虚拟现实中，学生可以根据身临其境的体验，自行设计布置展台，然后在计算机上共享，教师和同学之间还可以就此方案进行讨论。在这样实验教学环境中，从而充分激发与调动每一位学生学习的热情和主动性。

五、结束语

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，将虚拟现实技术应用于会展实验教学，是对传统教学的有力补充，虚拟现实技术将展览馆、会议室等“搬进”了教室，实现学生足不出户就能体验实景的效果，大大提高了学生的实践能力，节省了教学成本。目前已有一些院校将虚拟现实技术应用于会展实验教学，并取得了不错的效果，这为培养专业的会展应用型人才起到了重要的促进作用。

参考文献：

[1]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京:科学出版社,2007.[2]高瞩;吉晓民.基于虚拟现实技术的工业设计方法论的探寻[J].机电产品开发与创新,2009(1).[3]丛海勃.浅析虚拟现实技术在旅游实验教学中的应用[J].辽宁教育行政学院学报,2013(1).[4]张玉茹,杨镜.虚拟现实技术在实验教学中的应用[J].软件导刊,2013(2).作者简介：

虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨 第6篇

摘 要 3D虚拟现实技术通过虚实融合营造智慧教学环境，使学习者获得真实的情境体验。在教育教学中应用3D虚拟现实技术需要全新的理念和方法，需要深层次挖掘教学资源、推进教学模式创新，实现虚拟现实技术、课程资源、教学模式的深度融合，构建虚拟教学体系。

关键词 3D虚拟现实技术；教学资源；虚拟情境

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1671-489X（2016）06-0003-03

引言

3D虚拟现实技术概述 虚拟现实技术是虚拟仿真技术的一个重要方向，是集仿真技术、计算机图形学、多媒体技术、网络技术等多种技术的集合，包括模拟环境、感知和传感等方面。借助3D技术、多传感交互技术及3D显示技术等，生成生动逼真的虚拟环境，使用者戴上相应设备，就可以进入虚拟空间，成为虚拟环境中的角色，在虚拟环境中进行实时交互，操作各种虚拟对象，从而如身临其境一般，获得真实的感受。具有交互性、沉浸性、构想性的虚拟现实技术应用于教育，可以弥补传统网络教育缺乏亲身体验的缺陷，还可以帮助学生更好地理解所学的专业知识，让学生进行一些现实中难以展开的实验[1]。

3D虚拟现实技术在教育领域的应用现状 3D虚拟现实技术可以给学习者提供视觉、听觉等综合体验，让其身临其境地感受到数字化教学的魅力；可以突破时间和空间限制，创建真实感的学习环境、优化教学过程，提供创新的集成解决方案，已引起国内外学者的普遍关注。

本世纪初，国外开始研究3D技术在教育中的应用，处于领先地位。国内的研究相对起步较晚，正处于探索阶段[2]。3D相关项目在世界范围内正在推进中，并在诸多高等院校、中小学中得到推广，如美国许多州、学区、学校推广的TI公司的“3D投影机领航项目”，建设虚拟仿真教学环境已经成为越来越多教学机构的工作重点。美国德克萨斯大学建设了交互和计算机显示系统来进行数据处理和图像分析，印第安纳大学建设了可视化实验室来推动视觉技术的创新应用；沙特阿卜杜拉国王大学成立了3D立体显示数字化实验室；新加坡国际大学在智慧校园新领域推出3D校园全监控。一些科技公司也开发了3D相关系统和产品，如美国加州InfiniteZ公司拟将ZSpace产品推向高校，可以利用形象生动的3D全息投影技术增强学生学习效果，更好地进行教学科研[2]。国内的3D技术也发展迅速，全息投影、3D仿真等技术渐渐走入课堂，如：广西临桂远程教育建立了可以双向互动的智能化3D影院，为党员、群众提供了远程教育学习途径；兰州四中推出3D教室，集数字投影系统、声光电等立体模型于一体，增强学习效果；湖州职业技术学院成立虚拟仿真实训基地，探索全新交互式实践教学模式[3]。3D虚拟现实技术应用在教育上的优势

构建智慧校园，营造智慧教育环境 3D技术为教育领域创新提供了技术支撑，为教学、科研等提供了新平台、新工具，高校及基础教育可以广泛应用，构建智慧校园、智慧教室，为科研、教学提供崭新的平台。随着高校等教育机构中3D相关课程的启动，Blaxunn3D、Shout3D、Quest3D等3D建模绘图等工具不断涌现，在教学活动中广泛运用[2]。3D技术通过虚实融合营造智慧教学环境，通过虚拟校园、虚拟图书馆、虚拟实验室及虚拟仿真系统等，使学习者获得真实的情境体验，为智慧教育时代构建新环境。3D技术可以提供生动、交互的学习材料，提高学习者沉浸感和想象力，使学习的深度、广度有所增加，引导课程学习进入新境界[4]。

创建真实感学习情境，提高学习效率 3D技术可以构建真实感的学习环境，创设有利于学生主动参与、完整体验学习过程的情境。其呈现的立体化教学内容可以更好地吸引学生，使抽象的知识具体化，资源的情境性、震撼性有助于认知负荷的降低。这是一种沉浸体验式的学习环境，使学生较长时间保持注意力，并体验到更多学习的乐趣，在一定时间学到更多的内容，形成深刻的记忆。

3D技术展现的真实感和操作性相比传统的教学方式有很大的优势，学生能够主动探索、发现，全身心投入学习过程，可以互动学习、参与讨论，可以自由地发表自己的观点。学生在课堂上的参与度大大提高，有利于提高成绩和效率。3D技术构建的真实感学习情境，使学习者有身临其境的感觉，可以提高学生身心与大脑的参与度，成为真正的教学活动参与者，构建属于自己的知识体系[5]。与传统的2D教学资源相比，利用3D技术制作的教学资源在信息展示方面提供了更加逼真的效果，能够为学习者建立空间感和立体感，可以体验到课堂沉浸感。3D虚拟现实技术在教育上应用的途径

3D虚拟现实技术可以应用在虚拟仿真校园、虚拟教学科研、虚拟实验等方面，可实现集教学、体验、实践于一体的立体化教学，改革传统教学模式，创新教学方法，达到培养创新型、实用型人才的目的。美国的明尼苏达大学建立了计算机图形学实验室，采用3D触觉桌面、CAVE虚拟现实等技术，实现交互式实验效果；国内的浙江大学、上海交通大学等高校已经开始运行虚拟校园，北京师范大学等高校也建立了虚拟图书馆，虚拟社区、虚拟教学游戏、虚拟教学科研等研究项目也在逐步开展[2]。

虚拟校园 虚拟校园是利用3D虚拟现实技术、三维建模、数据库技术等创设出与实际校园情景一样的虚拟学习环境，将校园实体建筑乃至内部门窗、走廊、灯光等所有软硬件通过虚拟现实技术整合在计算机网络当中，场景中包括虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆、虚拟体育馆、虚拟宿舍、虚拟食堂等，学生可以在系统中进行教师、学生等任何角色的扮演。校园内的学习资源如书籍与报刊等，可以通过高清扫描仪扫描并数字化存储为电子书籍，学习者在进入虚拟图书馆的时候，可以任意浏览虚拟图书馆内所有资源，如现实中阅读书籍一般；也可以将自己感兴趣的电子书籍借阅到自己的虚拟图书室，在借阅期限内自由阅读[6]。

虚拟实验室 在传统教学活动中，很多需要操作的知识如果仅仅通过理论讲述，学习者很难理解掌握。通过3D虚拟现实技术可以创设虚拟教学情境，为学习者亲身实践提供了可能性。传统的实验教学基本都在学校开展，上课时间比较固定，时间和空间受到限制。部分实验设备价格昂贵，不能给学生全面使用和操作，在某些实验环节中存在安全隐患，学生无法直接参与，多数以演示为主，不能形成对该实验的感性认识。

虚拟实验室是利用虚拟现实技术创设的，如虚拟物理实验室、虚拟化学实验室等，打破传统教学中时间、空间等限制，学生只要在安装有虚拟实验室的设备上即可进行实验操作，在很大程度上提高了学习的自由度。在仿真环境下，借助Unity3D、Cult3D等软件来完成实验操作，避免在进行一些有安全隐患的危险实验时因操作不当造成的不可预料的后果，保障学习者的人身安全。美国杜克大学搭建的环境沉浸式虚拟环境，包括海啸、地震等灾害应急处理，可以进行武器部件、汽车驾驶的虚拟操作等。广西大学推出的无机实验虚拟仿真系统、成都理工大学建设的地质钻探虚拟实训系统等是通过建立三维环境图形库，增强学习者的临场感，增强实践效果[2]。具有交互功能的3D虚拟实验室能够表现出独特的优势，使学生做到足不出户做实验，不用考虑时间、地点及实验过程中各种危险对人造成的伤害，获得与现实中的实验一样的体验效果，提高对学习内容的感性认识，加深对实验教学内容的理解，培养学习兴趣。

虚拟教学资源 利用3D技术制作出的学习资源可以更加生动逼真，有利于情境渲染、模拟仿真，3D动画、视频、模型等多样化的学习资源具有良好的交互性，可以有效减少学习者的认知负荷。3D显示技术给人带来较好的真实感，计算机图形学中一个重要组成部分就是真实感显示技术，利用计算机、物理、数学等学科知识在相关设备上生成真实感的3D图形，将传统课堂中某些不利于理解的内容，通过3D显示技术形象表现出来，形成立体空间，让学习者更好地领悟教学内容，把握教学要点[5]。

网络教育虚拟教室 随着网络技术的飞速发展，传统的教学手段、模式发生巨大变化，网络教育因其独特灵活的优势，受到越来越多人的关注。然而网络教育也受到一些人的质疑，他们认为，面授是最好的教学手段，远比网络培训好。但是面授受到时间、地点、成本等多种限制，学员的互动需求也不能完全满足，这就体现出网络教育的优势。而网络教育一直无法解决非面对面教学带来的问题，单纯的网络教学，缺乏真实的学习氛围，教学效果也不会很理想。3D虚拟现实技术的出现则改善了两难境地，虚拟教室可以解决面授和网络教育遇到的问题，可以利用3D技术将授课教师直观形象地安排在网络虚拟教室，学习者可以选择教师、课程，进入指定教师的虚拟教室，实现虚拟“面对面”教学。在此情境中，学习者能够亲身体验到面对面学习的感受，实现网络教育所无法实现的教学效果[4]。3D虚拟现实技术应用于教育的难点及策略

构建虚拟教学体系，完善相关标准 在教育领域应用3D虚拟现实技术需要全新的理念、方法和途径，需要深层次挖掘教育资源、推进教学模式创新，构建虚拟教学体系，实现虚拟现实技术、课程资源、教学模式的深度融合。在信息化时代，3D技术作为基础性、战略性工具技术被广泛应用[7]。国内外对3D显示技术、3D打印技术等研究日益增多，但世界范围内3D显示技术和标准并不统一，美国、韩国和欧洲都在制定3D传输、压缩和编码方面的标准，国内3D标准也不完善，如无法向后兼容现存的视频编码标准，无法支持不同的3D显示器等。建设兼容2D视频、需要佩戴眼镜的3D视频、裸眼3D视频的编码、传输和显示的标准迫在眉睫。标准需要能够支持多个视频数据流，可以在传统的2D视频数据流上增加新的辅助信息，实现高效的3D制作及编码，可以在2D、3D两类数据流间自由切换，在2D架构之上引入3D视频，降低系统的重构成本，完善3D技术标准[8]。3D技术研究不仅需要关注技术，还应当注重教学设计等标准的问题，探讨和开发混合教学模式，制订资源应用、管理的可行性方案，制定资源开发规范和技术标准，使资源建设标准化、国际化。

推广3D技术，降低应用成本 3D相关产品的价格较为昂贵，其硬件一般包括3D影像投影仪、影像墙、3D眼镜和相应的3D资源，后续的管理及维修费用也比较高，普通的学校出于成本的考虑难以承受。进一步降低硬件成本，将是影响3D技术在教育领域普遍应用的重要因素。国内目前仅少数高校和部分发达地区的一些中小学配备了3D设备，在欠发达地区和边远地区，3D技术的推广和普及仍面临很大困难[2]。一种先进技术的普及不是一蹴而就的事情，需要一个过程。随着3D技术的大力推广和应用，成本一定会逐渐下降，越来越多的教育机构也将认识到3D技术的优势。

培养专业人才，开发教学资源 3D教学不仅需要硬件设备，教学资源也非常重要。目前，国外的一些数字内容生产商如Promethean、Discovery Education等开发的3D教学资源已经为使用西语的校园提供服务；台湾地区采用引进国外资源翻译汉化的方式，在一定程度上满足课堂教学对3D教学资源的需求。国内的3D教学资源还十分缺乏，3D教学资源的建设将成为未来教学资源建设的热点，自主研发技术还不成熟，还需要一批懂技术、懂教育的复合型人才。目前3D技术人才短缺，体现在专业和层次结构不够合理、知识和技能不够匹配、职业素养有待提高、总体数量不足等几个方面[9]。培养既有专业知识又有实践经验的人才，以较低的成本开发出符合教学需求、满足正常审美需求的资源是当务之急。为了在质量、数量上保障教学资源能够满足教育发展日益增长的需要，相关部门应尽快发现和培养人才，打造精良的技术及教师梯队。

规范教学流程，保护学生健康 长期使用3D教学资源是否对学习效果具有长期正面影响，以及如何防范学生沉浸于虚拟世界带来的负效，也将是需要研究的重要课题。部分3D教学资源需要佩戴3D眼镜，而长期佩戴会引起视觉疲劳，如果消毒不彻底又会传染眼部疾病。多久是最佳时长，如何快速对眼镜进行无菌处理，怎样确保学生用眼健康等，都是要进一步研究的问题[5]。建立规范的教学流程，在确保学生身心健康的前提下，采用先进的3D教学手段增强学习效果势在必行。结语

3D虚拟现实技术为教学、科研等提供了新工具，为教育领域创新提供了技术支撑，在高校及基础教育都可以广泛应用，将为教育的改革与发展带来生机与活力。通过虚拟校园、虚拟实验室等，使学习者获得真实的情境体验。在教育领域应用3D虚拟现实技术需要全新的理念和方法，建立完善相关标准，构建虚拟教学体系，培养专业人才开发教学资源，保障教学资源满足教育行业日益增长的需要。

参考文献