浅谈虚拟现实在教育中的运用

浅谈虚拟现实在教育中的运用

杨佳迪

（河北美术学院，河北石家庄050000）

摘要：虚拟现实最近几年得到迅速发展的技术。虚拟现实技术通过技术创建一个虚拟环境，人在真实世界中所能感受到的一切(包括视觉、听觉、触觉、味觉等)在这个虚拟世界中都能感受到。艺术和科学技术从来都是不分家的，电影作为艺术的一种体现形式自然也离不开科学。早期电影由于本身拍摄手段的限制，特效通常需要依靠剪辑、道具或特殊的拍摄手法等来实现，但随着计算机技术的发展，数字化的优势越来越明显，虚拟技术越来越在大众传媒的手段上运用的更加广泛。

关键词：虚拟现实教育3D特效技术

一、虚拟现实的定义

虚拟现实（简称VR：VirtualReality），又称灵境技术，是最近几年得到迅速发展的技术。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，人们通过一些传感设备以自然的方式（如头的转动、身体的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施得到三维的视觉、听觉及触觉等感觉世界，随着人们不同的动作，这些感觉也随之改变。（选自百度百科）

二、虚拟现实与学生教育的交互作用

1对学生知识和技能习得的促进

虚拟现实技术通过技术创建一个虚拟环境，人在真实世界中所能感受到的一切(包括视觉、听觉、触觉、味觉等)在这个虚拟世界中都能感受到，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知领域。

基于虚拟现实技术的教学研究发现，虚拟现实学习环境对学生的学习具有巨大的辅助和促进作用。首先，虚拟现实学习环境能提供更贴近生活的教学辅助，让学生在生活化的环境中学习知识和技能，提高了知识呈现的情境性与直观性；其次，虚拟现实技术可以为学生提供丰富多样的个性化学习环境，践行“因材施教”的教育理念；再次，虚拟现实学习环境可以融合游戏化的特征，贯彻“寓学于乐”的教育理念，提高学生学习的内在动机；最后，基于虚拟现实技术的在线课堂将一改视频课堂的枯燥乏味，为学生提供主动探索和互动交流的机会，极大地促进了学生主动学习的比例。

尽管有着无比美好的前景，虚拟现实技术在教育应用上的挑战也同时存在，如虚拟现实技术本身尚未解决的眩晕问题、虚拟现实学习环境的设计问题以及虚拟现实课堂与传统课堂的衔接问题等。这些问题能否得到及时、适当的解决，将决定虚拟现实技术在教育应用上的发展步伐。鉴于此，本研究分析探讨虚拟现实技术在教育应用中的优势及其发展所面临的挑战，为后续的实证研究做好铺垫。

2为学生提供丰富的个性化学习环境

早在两千年前，我国伟大的思想家和教育家孔子就提出了“因材施教”的教育理念，但是随着社会发展和人口的不断增长，教学活动不得不以一种标准化、程序化和“一对多”的形式进行。虽然信息科技产品的使用和计算机辅助教学的出现在一定程度上改变了传统的教学局面，但碍于其技术的局限性，并未实现有效的个性化教学。而虚拟现实学习环境则可以根据学生的个体差异来进行不同的设计，也可以由学生自己按照自己的需求在虚拟环境中创建自己所需的物体和场景。探讨了基于计算机的学习环境对高校学生自主学习的培养和促进作用，指出自主学习过程中的目标设定、自我监控和自我评价过程可以通过使用一些经验和资源分享工具来实现。虚拟现实的技术特征可以让虚拟现实学习环境提供比传统计算机辅助教学和在线教育更为丰富的学习环境和多样化的交互与反馈，因而能够为学生提供更为有效的自主学习的机会。当给学生提供允许其更为积极主动地去计划、组织和监控课程活动的个性化和合作化学习条件时，能够有效提升他们的自我导向学习的能力。

3促进学生的学习动机

虚拟现实学习环境能够提高学生的学习动机，做到“寓学于乐”，主要体现在两方面：

①虚拟现实学习环境通过仿真的环境体验给学生带来临场感——临场感即学生体验到存在于虚拟现实学习环境中而非自己所在的现实环境中的感觉，在传统的课堂教学中，学习动机较低的学生很容易因为一些课堂环境因素而分散自己的注意力，而虚拟现实学习环境给学生提供了与学习环境进行交互的机会并能够即时给出相应的反馈，这种沉浸式的交互反馈使得学生产生较强的临场感，大大提高了其学习的参与度。此外，传统课堂教学“一对多”的教学模式会让很多学生的情感需要得不到足够的满足，而虚拟现实学习环境本身却能够给学生带来一种“一对一”的关注感，这种心理体验也会在一定程度上调动学生的积极性。

②虚拟现实学习环境的设计也促进学生心流的产生。在一项研究中让学生在具有游戏特征的虚拟学习环境中进行学习，结果发现学生在学习的过程中都不同程度地体验到了临场感和心流，但是在传统课堂教学中这些条件很难通过课程和教学设计来实现，而虚拟现实学习环境作为一种模拟平台则可以很好地根据上述条件来进行相应的设计。

4实现更有效的远程教育和在线合作学习

如今的在线教育主要通过视频、声音和文本来实现，虽然给人们提供了更多学习知识的机会和条件，但与虚拟现实学习环境相比，其局限性也相当明显，如无法让学生与这些学习环境进行交互，无法给学习者提供即时的反馈等。而网络虚拟现实学习环境不仅能够给学生提供交互和反馈以促进学生在网络和远程学习中的主动性和可控感，还能够让地理位置相距很远的学生在虚拟环境中进行更有效的合作学习，多用户虚拟现实系统的空间维度和多通道功能为合作学习活动的设计、部署和实施提供了新的可能和机会，并根据多用户虚拟现实环境的优势提出了建立有效合作学习虚拟环境的模型。虚拟现实学习环境在不久的将来可能会成为高校提供在线教育的最有效形式

三、虚拟技术与IT技术的关系

虚拟技术的广泛运用，离不开IT技术，随着科技的进步，在电影制作过程中的IT技术的应用也越来越普及。IT技术被引入到电影领域，使电影在动画效果、立体感、视觉感、特色背景等方面有了质的提升；IT技术还突破了传统技术的发展瓶颈，为电影业的发展进一步拓展了空间和范围。特别是一些大的科幻场面，其动画制作等方面都依赖于IT技术[2]。

四、IT技术手段在电影制作中的具体应用

IT技术手段的应用一直伴随着电影的成长，早期主要借助道具和剪辑，如烟火师通常要为电影场景中的战争场面制作烟火。而现在IT技术在电影中的应用占据着越来越很重要的位置。

1、蓝幕/绿幕技术

蓝幕/绿幕技术可能是人们接触最多的一门电影技术，如电视台上的主持人进行主持，而背景则是不断变化的动画。在摄影棚里，人物在蓝幕/绿幕前面进行表演，然后通过抠像技术，将人物前景提取出来，然后融入到主场景中。

2、3D特效技术

要谈特效技术在电影中的技术，自然影片《阿凡达》绝对名列第一。这部由导演卡梅隆耗费巨资，制作时间超过十年的超级大片，首当其冲的就是运用虚拟现实技术给观众带来的视觉震撼。卡梅隆依靠自己的想象和成熟的电影技术，创造了一个梦幻般的星球：潘多拉星。从深悠莫测的原始丛林，到光影交织的场景人物，每一个虚拟现实场景的画面都是精心制作而成的。片子的每一帧都给人真实感，虚拟现实技术给影片带来了感官震撼与心灵愉悦。

《阿凡达》中60%的画面都是运用虚拟现实的相关技术制作的，虚拟现实技术领域的3D技术，在本片中的重要性大大超过了卡梅隆的预期效果。这项虚拟现实技术的纯熟应用把观众的大脑和潘多拉星球粘在一起，让观众们和那维族站在一起感受片中的沙尘、虚拟现实环境、森林陡山、外星生物，这一切都是虚拟的，当观众带上眼镜，看着屏幕，就会感觉自己就在潘多拉星球上。

这种让使用者如同身临其境一般感受虚拟现实世界，而这一切主要依靠的是虚拟技术的发展。

五、虚拟现实在生活中的应用

目前就在我们生活中我们感到虚拟技术的运用，主要集中在这几方面：

1、体验电影

在我们生活中有一种立体电影座椅根据剧情摇摆和震动。观看者能感觉气味和风的吹动。由于这套系统提供了多种感官刺激,观众可以体验到骑摩托车时看见高楼,听到鸟语,闻到花香及微风拂面的真正感觉。虚拟现实技术发展到今天,科幻小说中描写的神奇经历都有可能成为虚拟现实。观众从真实走进电影,与电影场景产生互动,真实感十足。

2、虚拟角色

虚拟角色，主要指虚拟主持人和虚拟演员。比如：大风车乐园中的与小鹿姐姐搭档的跳跳龙，它就是利用虚拟技术，制造的一个虚幻的形象。而运用虚拟演员。既可以让某些著名演员在舞台上“起死复生”，例如：在星光大道上，让邓丽君的模仿者与虚拟形象的邓丽君一起唱歌，让我们看到这种，不在一个时空内出现的，却能在同一个时间出来。虚拟技术不得不让人惊叹。

3、虚拟演播室

虚拟演播室技术是将现场实时视频与计算机三维图形技术所创造的虚拟场景完美地融合在一起的新型影视制作技术。《哈利波特》《黑客帝国》等影片都采用了该技术,产生了良好效果。

虚拟演播室的优点主要有:

(1)扩大了编创人员的思维空间,不受现实的物理、时空条件的限制;

(2)不需要搭建实景,不占用演播室制景、拆景时间；

(3)可以方便地更换虚拟场景,使各档节目连续录制,提高了演播室利用率；

(4)巧妙地运用虚拟演播室可以在小的演播室拍摄出大场面,令人耳目一新。

4、虚拟舞台设计

有了虚拟舞台，导演和助手们只需动动鼠标，很快就能完成布景、灯光、走台，不用彩排就能看到舞台效果；有改动，几秒钟就能实现。除了有台电脑给导演操作，他还将面对一块大屏幕，虚拟舞台将投射在上面，效果更加真实。

数字化后，不但省钱，而且虚拟的彩排一旦完成，需要的布料、木材、人工马上能形成清单，成本一目了然。

5、三维电脑特技

虚拟现实技术可以创造出传统手法无法取得的场面,例如：由于受到自然灾害、经济建设、旅游开发等因素的影响，许多珍贵稀有文物遗址已处于濒危境地，我们可以利用虚拟技术来进行复原拍摄

6、虚拟现实技术在现代教学中的应用

在现代教学领域，虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境中的一名参与者，扮演一个角色，提高了学生的想象力、激发了学生的学习兴趣，学习效果十分显著。

六、虚拟现实技术的与教育结合的趋势

就虚拟现实学习环境的设计来说，至少需要考虑以下三个方面：

1、学习内容的呈现

即如何合理地在虚拟现实学习环境中呈现教学内容。虚拟现实学习环境中学习内容的呈现不同于现实课堂教学，在现实课堂教学当中教师可以根据学生的反馈来调整自己的教学内容，而在虚拟现实学习环境当中则不仅需要考虑教学内容的先后顺序，还需要注意避免过多的虚拟场景占用学生的认知资源。

2、虚拟现实学习环境的可用性。

虚拟现实首先是作为一个系统或产品而存在，虚拟现实学习环境作为虚拟现实诸多应用中的一种，其可用性自然也是研究者不能忽视的内容，而且已经有研究发现虚拟现实学习环境的可用性对学生学习的满意度有很大的影响。

3、需要考虑不同学习内容所涉及的教学理论基础。不同学科知识内容有不同的教学理论，因而在虚拟现实环境中也有不同的呈现方式。例如在设计诗词学习有关的虚拟现实学习环境时需要考虑为学生营造与诗词意境相契合的场景，而在数学函数相关的虚拟现实学习环境设计中需要考虑数形结合的思想。

总的来说，虚拟现实学习环境的设计涉及编程开发、交互设计、界面设计、教学内容设计、场景建模、人物建模和动画制作等不同领域的知识和技能，意味着虚拟现实学习环境的设计和创建不仅需要耗费巨大的资金、时间和人力，还要求诸如教育学、计算机科学、心理学等不同领域的研究者进行合作。

4、虚拟现实学习环境与传统课堂的衔接所面临的问题

传统课堂教学结构主要是以教师为中心的教学方式，而虚拟现实在教育领域中的应用则强调以学生为中心的教学方式。在虚拟现实教育环境中，教师不再是知识的传授者，而是起着引导和辅助的作用；学生不再是知识的被动吸收者，而是主动去探索并发现和习得知识——这样一来，就要求无论是教师还是学生都要转变传统的教与学的模式。虚拟现实在教育领域中应用的最理想的趋势是将虚拟现实融入到学校的传统课堂结构中，但虚拟现实学习环境所突出的“以学生为中心”的教学理念同传统教学课堂所倚重的“以教师为中心”的教学方式之间如何进行衔接还有待进一步地实践和研究[5]。

七、虚拟现实与互联网教育与的对比分析

相同点：

1、两者同属教育行业

无论是互联网教育还是虚拟现实教育，其本质都是教育，都是教育发展的一种形式。网络教育，是成人教育学历中的一种。是指使用电视及互联网等传播媒体的教学模式，它突破了时空的界线，有别于传统教学模式。以现有的经验、学识推敲于人，为其解释各种现象、问题或行为，其根本是以人的一种相对成熟或理性的思维来认知对待，教育也是一种教授育人的过程，可将一种最客观的理解教予他人，而后在自己的生活经验中得以自己所认为的价值观。

2、两者都是将新科技引入教育

互联网教育和虚拟现实教育都将新科技作为一种教育手段引进了教学中。互联网教育将互联网络和计算机带进了教育行业，虚拟现实则将虚拟现实技术带进了教育行业。未来无论互联网教育平台如何发展，它都是依托于互联网技术的发展，所以互联网教育平台应当抓住时代发展的机遇，不断地完善自身的发展，为当今教育以及社会的发展贡献自己的一份力量。

不同点：

1、互联网教育是新平台上的传统教育，虚拟现实教育不仅仅是新平台

互联网教育已经发展了很多年，但目前来看，其形式还停留在“在互联网平台上开展教育”的阶段，这一定程度上说明互联网有它的局限性。它只不过是换个平台进行传统教育。但虚拟现实不同，在虚拟现实中，不仅可以开展传统教学，还可以将虚拟现实作为一种教学工具和手段。简单来说，在互联网教育中，学生通过互联网进入课堂。但在虚拟现实中，学生通过虚拟现实可以进入课堂，也可以进入到各个地方，像是微观世界、人体内部、世界各地，以帮助他们更好地理解教学内容。

2、互联网教育无法身临其境，虚拟现实教育可以实现

互联网教育的身临其境感非常差，甚至连传统的“课堂”体验都无法还原。这也是互联网教育目前面临的很大问题，学生完全靠自控力掌控学习，缺少督促缺少兴趣。但虚拟现实中，学生可以进入到虚拟课堂，和老师互动，和学生交流，除了课堂上的身临其境感，学生还可以进入到别的世界，有效地调动学生的学习兴趣。

参考文献

[1]汪成为，高文，王行仁.《灵境（虚拟现实）技术的理论、实现及应用》清华大学出版社，1996.

[2]曾建超，俞志和.《虚拟现实的技术及其应用》清华大学出版社，1996

[3]孙江山,余兰.网络三维虚拟实验系统的设计与实现[J].现代教育技术,2011,(7):114-117.

[4]李建荣,孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].实验室科学,2014,(3):98-103.

[5]武刚,余武.虚拟校园三维全景漫游系统探究与实现[J].现代教育技术,2013,(5):122-126.

[6]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学F辑:信息科学,2009,(1):2-46.

作者简介：杨佳迪（1991年7月—），女，汉族，河北石家庄人，学历为研究生，现工作单位河北美术学院，研究方向为广播电视编导。