虚拟现实及其在职业教育中应用

1、虚拟现实及其在职业教育中的应用虚拟现实,英文名为Virtual Reality,简称VR技术.这一名词是由美国VPL 公司创立人拉尼尔在80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境.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开展成果, 是一种由计算机生成的高技术 模拟系统.它最早源于美国军方的作战模拟系统,九十年代初逐渐为各界所关注 并且在商业领域得到了进一步的开展.这种技术的特点在于计算机产生的一种人 为虚拟的环境,这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型,并编制到计算机中去生成一个以虚拟感觉为主,也包括听觉

2、、触觉的综合可感知的人工 环境,从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉,可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化,并能与之发生“交互作用,使人和计 算机很好地“融为一体,给人一种“身临其境的感觉.近年来,随着计算机硬件软件技术的开展,虚拟技术在各行各业都得到了不 同程度的开展,如航空航天、军事模拟、医学实习、建筑设计、体育练习、娱乐 游戏等许多领域.虚拟技术越来越显示出广阔的应用前景,虚拟战场、虚拟城市、 甚至“数字地球,无一不是虚拟现实技术的应用.虚拟现实技术作为新的教学 媒体,在课堂教学中的出现,无疑将对教学产生深远的影响. 本文主要探讨虚拟 现实技术的根本特征以及它在

3、职业教育中的应用.一、虚拟现实技术的根本特征虚拟现实技术具有以下三个根本特征,即“ 3I特征：1、沉浸性(IMMERSION虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、 心理特点,有计算机产生逼真的三维立体图象,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中,成为虚拟环境中的一员.使用者 与虚拟环境中的各种对象的相互作用,就如同在现实世界中的一样.当使用者移 动头部时,虚拟环境中的图象也实时地跟随变化, 拿起物体可使物体随着手的移 动而运动,而且还可以听到三维仿真声音. 使用者在虚拟环境中,一切感觉都是 那么逼真,有一种身临其境的感觉.2、交互性(INTERACTION)

4、虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交 互,使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互.计算机能够根据使用者的头、手、眼、语言及身体 的运动,来调整系统呈现的图象及声音. 使用者通过自身的语言、身体运动或动 作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作.3、设想性(IMAGINATION).虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个 设计工具.它以视觉形式反映了设计者的思想,比方在盖一座现代化的大厦之前, 你首先要做的是对这座大厦的结构、 外形做细致的构思,为了使之定量化,你还 需设计许多图纸,当然这些图纸只能内行人读懂,虚拟现实可以把

5、这种构思变成 看得见的虚拟物体和环境,使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数字化的 即看即得的完美境界,大大提升了设计和规划的质量与效率.二、虚拟现实的系统组成虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示 设备等组成,为了实现人机之间的充分交换信息,必须设计特殊输入工具和演示 设备,以识别人的各种输入命令,且提供相应反响信息,实现真正的仿真效果. 主要包括：头盔式显示器、立体显示器、跟踪显示器、数据手套、三维空间交换 球、3D立体眼镜、力反响器、三维立体声音生成装置等.除了硬件之外,虚拟 现实系统还包括具有自然模拟、逼真体验的技术和方法,为虚拟现实提供了软件 开发的平台

6、.三、虚拟现实在职业教育中的应用人类社会离不开四种人才：第一种是学术型人才,第二种是工程型人才,第 三种技术型人才,第四种是技能型人才.作为职业教育,主要培养技术型和技能 型人才.基于这种定位,职业教育偏重实践教学,提升学生的动手水平,实际的 操作水平,使他们能掌握一定的技能.然而在实际教学中,往往会由于实验设备、 实验场地、教学经费等方面的原因,而使一些应该开设的教学实验无法进行.利 用虚拟现实系统,可以弥补这些方面的缺乏,学生可以做各种各样的实验,获得 与真实实验一样的体会,从而丰富感性熟悉,加深对教学内容的理解,提升各种 技能.1、建立虚拟实验室利用虚拟实验技术,可以建立各种虚拟实验,如

7、电工、物理、化学、生物等 实验室.在“实验室里,学生可以自由的做各种实验.如在虚拟的物理实验室里,学生可以做重力、惯性等实验.在虚拟的生物实验室里,学生可以做地震波 传播、火山喷发等实验.在虚拟的生物实验室里,学生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、整码、温度计等工具,做 各种不同的化学反响,观察燃烧、爆炸等反响现象.2、进行虚拟教学虚拟现实可以为学生提供生动、 逼真的感性学习材料,帮助学生解决学习中 的知识难点.例如,在学习地理知识时,通过虚拟现实系统,将学生带到北极去 领略那里的自然风光.在学习物理知识时,利用虚拟现实技术,向学生展示各种 复杂的物理现象

8、,供学生观察学习,如原子核裂变、半导体导电原理等.利用虚 拟现实技术,学生还可以进行温室效应、电路设计、建筑设计等方面的学习.虚 拟现实有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新水平.3、建设数字化校园利用网络,实现分布式虚拟现实系统,建设数字化虚拟校园.虚拟现实所需 的超高速、多媒体的数据传输,大容量的数据存储,以及数据处理的分布式与并 行化无疑是促进学校信息化建设的催化剂. 它能为教育技术专业化队伍提供一个 高起点的科研环境,促进教育技术学的建设更上一个新的层次.四、职业教育中应用虚拟现实技术的优点虚拟现实技术在职业教育中的应用是教育技术开展的趋势,需要投入的本钱也不是很高,其优势主要表达

9、在以下几点：1、减少经费投入大大减少教育经费的投入,缓解教育单位资金缺乏的困难,减少资源的浪费, 节约了各种实验原材料.2、防止真实实验或操作所带来的各种危险.以往对于危险的或对人体健康有危害的实验, 一般采用电视录象的方式来取 代实验,学生那么无法直接参与实验,获得感性熟悉.利用虚拟现实技术进行虚拟 实验,那么可以免除这种顾虑.学生在虚拟的实验环境中,可以放心的去做各种实 验,不会出现以外.例如,虚拟的化学实验,可以防止化学反响所产生的燃烧、 爆炸等危险.虚拟的外科手术实验,可防止由于学生操作失误,而造成“病人 死亡的医疗事故.虚拟的汽车驾驶教学系统,可免除学生操作失误而产生的意外事故.虚拟的飞机驾驶系统,不会造成飞机坠毁事故 3、实验可以反复进行,从而提升技能水平利用虚拟现实技术,可以做各种各样的技能练习,而且可以反复进行.例如 军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培 技能、电器维修技能等各种技能的练习. 学生可以不厌其烦地反复练习,直至掌 握操作技能为止.例如,在虚拟的飞机驾驶练习系统中, 学生可以反复操作限制 设备,学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落,通过反复练习,到达熟练学 握驾驶技术的目的.五、虚拟