第四章 虚拟现实技术在教学中的应用.ppt

第4章虚拟现实技术在教学中的应用,4.1虚拟现实技术,虚拟现实技术作为一门新兴的技术类学科，因其能创造逼真的学习场景、并为学习者提供与场景良好的交互等特点，既可以为学习者提供一个真实的学习环境，克服研究性学习受到场地、时间等因素的限制，又可以排除其他对学习不利的影响因素。学习本章时多参阅其他书籍中的有关知识。,本章知识内容概览,1.虚拟现实的定义2.虚拟现实的本质特征3.虚拟现实系统的分类4.虚拟现实的Web3D技术,4.1.1虚拟现实技术概述,1.虚拟现实的基本概念虚拟现实是指用立体眼镜、传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，通过这些设施以自然的方式（如头的转动、手的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉及触觉等感官世界，随着人们不同的动作，这些感觉也随之改变。用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界中的客体进行浏览和交互性考察。虚拟现实是一项综合的技术，涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能等技术，虚拟现实技术的根本目标就是达到真实的体验效果和提高人机交互的功能，能够达到或者部分达到这样目标的系统一般称为虚拟现实系统。,2.虚拟现实的本质特征,虚拟现实技术具有以下三个基本特征:，即Immersion(沉浸)、Interaction(交互)和Imagination(构想)。用这三个“I”说明虚拟现实系统的三个基本特征。,图4.1虚拟现实系统的特征,3.虚拟现实系统的分类,（1）沉浸式VR系统（2）桌面式VR系统（3）增强式VR系统（4）分布式VR系统,4.1.2虚拟现实技术应用软件,1Web3D技术的发展（1）VRML技术VRML是一种在网络环境下描述虚拟三维模型和提供交互操作的跨平台、开放式、解释性的文本语言，具有强大的三维场景建模功能，可方便的构建虚拟的控制设备现场。VRML是一种建模语言，也是一种描述Internet上交互式3D多媒体和共享虚拟世界的开发标准。可在低带宽异构的网络环境下，进行低带宽的传输和远程指令的接收。利用VRML建立的三维场景可利用带VRML浏览器插件的IE浏览器中浏览观看，同时VRML支持三维声音，可定义不同的事件触发不同的声音提示。由于VRML支持使用内建的脚本语言如：Java、Javascript等，故VRML程序具有很强的交互功能。,4.1.2虚拟现实技术应用软件,（2）X3D技术X3D(Extensible3DSpeeifieation)是新一代面向Web的交互式三维图形规范，它向后兼容VRML97规范，与XML集成，采用构件化的设计思想，具有很强的可扩展性。X3D是VRML的继承，相对于VRML，提供了一些新特性，已经有基于Java的源码开放的网络3D软件问世。X3D采用模块化的结构，使用多种文件编码格式，是一种开放的、结构可扩展的、有统一应用程序模型界面的标准。在电子商务、可视化仿真、数据库可视化、娱乐、教育等领域都有很好的应用前景。,2Web3D技术的特点,Web3D的实现技术主要包括三大部分：建模技术、显示技术和三维场景中的交互技术。（1）建模技术（2）显示技术（3）交互技术,3Cult3D技术,（1）Cult3D界面介绍,图4-16Cult3DDesigner5.3主界面,（2）Cult3D窗口介绍,SceneGraph（场景图形）窗口Actions（行为）窗口EventMap（事件映射）窗口StageWindow（演示窗口）Objectpositionandorientation（对象位置和方向）窗口Events（事件）窗口Objectproperties（对象属性）窗口,4基于Web的其他技术,（1）Quest3D技术（2）OpenGVS（3）Virtools技术,4.2虚拟现实技术在教学中的应用,4.2.1虚拟现实技术的教学应用理论基础1建构主义学习理论（1）尊重学生的主体性根据建构主义理论的观点，学生应该是主动进行信息加工和建构知识的主体，而不是被动接受外部刺激成为知识灌输的对象，因此，在教学设计中要体现学生的主体性，要求设计时要对学习者进行详细分析，综合考虑学习对象的年龄、自身经验、知识水平等因素，利用虚拟现实技术，设计出适宜于学习者应用的学习软件。,4.2.1虚拟现实技术的教学应用理论基础,（2）创设有意义的情境建构主义学习理论强调学习总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，在实际情境下进行学习，学习总要涉及到学习者原有的认知结构，学习者总是以其自身的经验，包括正规学习前的非正规学习和科学概念学习前的日常概念，来理解和建构新的知识和信息。有效的教学活动需要为学习者创设生动逼真的情境，让学习者在一个接近于真实的情境中实现知识的意义建构。,2媒体教学理论,随着计算机和网络技术的发展，越来越多的媒体应用于教育领域，一些教育工作者对媒体在教学中的应用进行探索，提出了媒体教学理论。最具代表性的是美国教育家戴尔的“经验之塔”理论。戴尔认为，人们学习知识，一是由自己的直接经验获得，二是通过间接经验获得。当学习是按照由直接到间接、由具体到抽象这样循环渐进的方式进行时，获得知识和技能就比较容易。因此，教育应从具体经验入手，逐步过渡到抽象。教育者应该尽可能为学习者提供获得具体经验的机会，帮助学习者理解抽象的知识。可以把一些语言、声音、文字等手段不好传达或学生不易理解的内容通过游戏设计的手段展现出来，比如科学探险、医学实验等，让学习者获得直观的感受。