虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象 的說教更具說服力。主動地去交互與被動的觀看，有質(zhì)的差別。難怪教育界的專家指出：嶄 新的技術(shù)，會帶給我們嶄新的教育思維，解決了我們以前無法解決的問題，將給我們的教育帶來一系列的重大變革。尤其在科技研究、虛擬仿真校園，虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)，教育娛樂 等方面的應(yīng)用更為廣泛性。1科研方面的應(yīng)用各高校在許多領(lǐng)域都進(jìn)行了相關(guān)的課題研究，對科學(xué)技術(shù)研究具有很大的促進(jìn)作用，女口：北京航天航空大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用。浙江大學(xué)在建筑方面，進(jìn)行的虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計的應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在人機(jī)交互方面有很

2、好的成果。清華大學(xué)在臨場感的研究頗具特色。此外，西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、華東船舶學(xué) 院、安徽大學(xué)等都有諸多科技研究的應(yīng)用。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。2虛擬仿真校園眾所周知，學(xué)習(xí)氛圍、校園文化對人們教育的巨大影響及其作用。老師、同學(xué)、學(xué)友，教室、課堂，實(shí)驗(yàn)樓等等，校園的一草一木，每一次活動無不潛移默化地影響著我們每一個人，伴 隨我們成長。我們從中得到的教益從某種程度來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出書本所給予我們的。網(wǎng)絡(luò)教育的特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)， 決定了我們可以仿真我們的校園環(huán)境。因此虛擬校園是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)與教育最早的具體應(yīng)有。天津大學(xué)早在1996年，在SGI硬件平臺上，基于

3、 VRML國際標(biāo)準(zhǔn)，最早開發(fā)了虛擬校園。 讓沒有去過天津大學(xué)的人， 好好領(lǐng)略了一下近代史上久富盛名的大學(xué)。那時國際互聯(lián)網(wǎng)剛剛進(jìn)入中國，網(wǎng)絡(luò)教育還未開始。已有如此的杰作，實(shí)在難得。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。天津大學(xué)的虛擬校園（附圖）隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來臨，網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展，尤其是寬帶技術(shù)將大規(guī)模應(yīng)用的今天。國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始逐步推廣、使用虛擬校園模式。先后有浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、 西南交通大學(xué)等著名高校， 采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)了虛擬校園。從其它一些途徑，我們也看到了像北京四中、杭州工業(yè)大學(xué)都采用了相同的構(gòu)想去營造虛擬校園。由于缺乏較全面的考慮， 大膽的嘗試。它的實(shí)際用途還是比較單一。網(wǎng)絡(luò)狀

4、況、硬件情況也 客觀阻礙推廣、普及。虛擬校園實(shí)際功能，以實(shí)現(xiàn)瀏覽功能為主。但是，多種靈活的瀏覽方式，6+1的自由度，嶄新的形式等都是獨(dú)一無二的特點(diǎn)。以一種全新的姿態(tài)吸引著大家。令人可喜的是，教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及到了虛擬校園， 從中闡明了虛擬校園的地位和作用。在方向上給大家有一個明確的定位。前不久，浙江大學(xué)在國家863成果展上，展出了他們的虛擬校園。 對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育的結(jié)合，起到了很好的推廣、 促進(jìn)作用。隨著網(wǎng)絡(luò)教育的深入，人們已經(jīng)不滿足于對校園環(huán)境的瀏覽，基于教學(xué)、教務(wù)、校園生活的三維可視化虛擬校園呼之欲出。人們需要一個完整的虛擬校園體系。真實(shí)、互動、情節(jié)化的特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)

5、技術(shù)獨(dú)特的魅力所在，新技術(shù)必將引起教育方式的革命，讓我們感受到全方位的教育。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。上海交通大學(xué)的虛擬校園（附圖）西南交通大學(xué)虛擬校園（附圖）R*! I av |!frj-221 鈕= 丄：_ If - -T I血'iHKL "<*中國人民大學(xué)的虛擬校園 1中國人民大學(xué)的虛擬校園 2中國人民大學(xué)的虛擬校園3中國人民大學(xué)的虛擬校園4令人可喜的是，中央廣播電視大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院，投入較大的人力和物力， 采用基于in ternet的類游戲圖形引擎。 在此基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)院具體的實(shí)際功能整合在圖形引擎中，突破了目前大多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用僅僅停留在校園一般性瀏覽的應(yīng)

6、用上，并作為基礎(chǔ)平臺進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，效果非常好，業(yè)內(nèi)反映強(qiáng)烈，通過了教育部和有關(guān)院校的技術(shù)鑒定。他們以學(xué)員為 中心，構(gòu)想了一些人性化的功能，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為遠(yuǎn)程教育基礎(chǔ)平臺，在國內(nèi)甚至在國際上也屬罕見。他們大膽的實(shí)際應(yīng)用，將開創(chuàng)一個嶄新的里程，讓人們感受到全方位的教學(xué)、 校園文化，這正是我們所需要的真正的教育。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。3 虛擬教學(xué)（實(shí)驗(yàn)）由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，它的實(shí)際應(yīng)用在理工科的教學(xué)中應(yīng)有廣大作為。尤其在建筑、機(jī) 械、物理、化學(xué)等學(xué)科有著質(zhì)的突破。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。a.同濟(jì)大學(xué)建筑學(xué)院的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室他們采用比較高端的設(shè)備。一個巨大的SONY三槍投影儀，五臺高端的電腦工

7、作站。G3蘋果機(jī)，一個SGI高端圖形工作站，一臺頂級功放（八聲道，房間周圍有音響），還有一些控制設(shè)備?！睂ㄖ坝^、結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的仿真， 盡管高端的設(shè)備，價格昂貴。 但是在建筑教學(xué)中運(yùn)用先 進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行大膽嘗試，使學(xué)生對相關(guān)知識以一種嶄新的方式學(xué)習(xí)。 他們已經(jīng)設(shè)立了相關(guān)研 究生科目。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。b西南交通大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用西南交通大學(xué)致力于工程漫游方面的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，跟蹤仿真領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展， 開發(fā)出了一系列具有國際水平的計算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用產(chǎn)品，在城市規(guī)劃仿真、駕駛員培訓(xùn)仿真及其他交互式仿真方面尤為突出。他們將視景仿真分為仿真環(huán)境和仿真驅(qū)動兩部分。仿真環(huán)境包括模型設(shè)計、場景構(gòu)

8、造、紋理設(shè)計制作、特效設(shè)計等。仿真驅(qū)動包括場景驅(qū)動、模型調(diào)動處理、分布交互、大地形處理等， 它要求高速逼真地再現(xiàn)仿真環(huán)境，實(shí)時響應(yīng)交互操作等。他們擁有強(qiáng)大的仿真環(huán)境制作隊伍和仿真軟件開發(fā)隊伍，擁有各種仿真開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境，包括各種檔次的SGI圖形工作站和多種應(yīng)用軟件，可以完成各種仿真應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。已開發(fā)的系統(tǒng)如下：廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。（1 ）城市規(guī)劃系統(tǒng)用于展示城市規(guī)劃、宣傳城市建設(shè)、提升城市形象。系統(tǒng)根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對城市 的未來規(guī)劃，將城市的過去、現(xiàn)在和將來任意時間的情況展示在規(guī)劃設(shè)計者、政府決策者、 投資開發(fā)者和普通市民面前。 該系統(tǒng)首先根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對城市的規(guī)劃資料完成城市 的

9、設(shè)計，然后該系統(tǒng)的交互控制軟件可以幫助使用者從不同角度遍歷城市的各個部分，幫助有關(guān)人員作出決策。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。（2）大型工程漫游展示各種擬建設(shè)的工程項目，為國際和國內(nèi)工程設(shè)計投標(biāo)建立多種層次、細(xì)節(jié)豐富的虛擬模型，真實(shí)再現(xiàn)工程竣工后的情況。用戶可選擇不同路徑進(jìn)入該項工程的任意部分；也可為已建設(shè)或正在建設(shè)的各種工程項目展示其周邊環(huán)境、內(nèi)部裝修、固定設(shè)施的配套情況。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。(3)名勝古跡虛擬旅游展現(xiàn)名勝古跡的景點(diǎn)，可以任意選擇路徑遨游各景點(diǎn)，樂趣無窮。(4 )虛擬房地產(chǎn)推銷建立建造擬建的樓盤， 將未來的美妙藍(lán)圖提前變成眼前的現(xiàn)實(shí)。 通過簡單操作，可以選擇任 意路徑進(jìn)入擬建樓盤

10、的任意位置，體驗(yàn)空間對人自身的尺度感。配以相關(guān)的圖片、文字、聲音，更顯生動。 籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。(5)TDS-JD機(jī)車駕駛模擬裝置可摸擬列車起動、運(yùn)行、調(diào)速及停車全過程?？上蛩緳C(jī)反饋列車運(yùn)行過程中重要信息。如每節(jié)車輛的車鉤力或加速度，列車管壓力波傳遞過程等。 進(jìn)行特殊運(yùn)行情況下的事故處理。有完善的訓(xùn)練結(jié)果評價及合理的評分標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)首先采用計算機(jī)成像及Windows界面。國內(nèi)市場占有率最高的模擬裝置?？扇我膺M(jìn)行列車編組，多臺機(jī)車位置可任意配置?？蛇x擇任意線路斷面，可在有場景條件下模擬操縱，也可在無場景情況下，根據(jù)Windows圖形界面進(jìn)行操縱?？扇我飧淖儥C(jī)車、車輛參數(shù)，如機(jī)圖形功率、基礎(chǔ)制

11、動裝置、車鉤緩沖器特性等 進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究。圖示如下：預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。圖1電力機(jī)車模擬裝置，該裝置與所有電氣柜相連接，同步動作，故障能在電氣柜上設(shè)置圖2在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)的計算機(jī)生成圖象的地鐵車輛模擬裝置的視景系統(tǒng)圖3具有四自由度運(yùn)動系統(tǒng)的全功能機(jī)車駕駛模擬裝置圖4SS4電力機(jī)車模擬裝置全景。后面是教員監(jiān)控臺。圖5在圖形工作站上實(shí)現(xiàn)的計算機(jī)生成圖象的機(jī)車模擬裝置視景系統(tǒng)圖6機(jī)車模擬裝置的司機(jī)操縱臺及監(jiān)控裝置全景圖7用視頻壓縮及解壓技術(shù)生成的計算機(jī)放象視景系統(tǒng)圖8機(jī)車模擬裝置主控計算機(jī)，Windows圖形界面滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。在此基礎(chǔ)上，西南交大將開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)、交互式仿真系統(tǒng)。c

12、中國科技大學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中國科技大學(xué)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)方面，有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，較高的水準(zhǔn)。他們已經(jīng)形成了比較成熟的產(chǎn)品，基于本地的大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)軟件，廣播電視大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)， 幾何光學(xué)設(shè)計實(shí)驗(yàn)平臺，大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。（1）大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)（基于局域網(wǎng)）該教學(xué)軟件開創(chuàng)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，它利用計算機(jī)將實(shí)驗(yàn)設(shè)備、 教學(xué)內(nèi)容（包括理論教學(xué)）、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的思考、操作有機(jī)融合為一體。它克服了實(shí)驗(yàn)教學(xué)長期受到課堂、 課時限制的捆繞。在內(nèi)容上進(jìn)行了的擴(kuò)展。內(nèi)容包含了基本物理的測量、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用，基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和基本測量方法與誤差分析、綜合性實(shí)

13、驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)等，涉及到 力、熱、電、光、近代和物理各個學(xué)科。附圖如下：擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。（2）廣播電視大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)該軟件根據(jù)廣播電視大學(xué)教學(xué)大綱編制而成，內(nèi)容和難易程度根據(jù)廣播電視大學(xué)的要求制作，是適合全國廣播電視大學(xué)物理教學(xué)的軟件。該軟件在安徽省電大應(yīng)用兩年來，取得了良好的教學(xué)效果，得到師生的普遍歡迎。該軟件通過計算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機(jī)地融合為一體，形成了一部活的、可操作的物理實(shí)驗(yàn)教科書。通過仿真物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的物理思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)及原理的理解，可以達(dá)到實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的效果，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)動手能力，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，深化物理知識的目的，同時增強(qiáng)了學(xué)

14、生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣，大大提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有力工具。 如圖所示：贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。（3 ）幾何光學(xué)設(shè)計實(shí)驗(yàn)平臺全國第一套基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)軟件。它用計算機(jī)模擬的智能儀器代替價格昂貴、操作復(fù)雜、容易損壞、維修困難的實(shí)驗(yàn)儀器，其具有操作簡便、效果真實(shí)、物理圖像清晰、著重突出物 理實(shí)驗(yàn)設(shè)計思想的特點(diǎn)。本軟件將計算機(jī)輔助教學(xué)中智能化儀器、計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與物理教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來，使物理教學(xué)軟件進(jìn)入一個全新的領(lǐng)域。全部都用真三維的形式進(jìn)行模擬，使教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)指導(dǎo)與操作者的思考利用計算機(jī)有機(jī)的融合到了一起。且有廣泛的使用價值。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，提出了很多創(chuàng)

15、新的思想。本系統(tǒng)則運(yùn)用了純?nèi)S的表現(xiàn)方法讓學(xué)生在一 個大的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行操作，并且通過 VR Glasses表現(xiàn)了一個真正的三維場景，達(dá)到了 桌面式的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計水平。本軟件同時也是國內(nèi)教育界第一個對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究的課件，此軟件的研究成功不僅填補(bǔ)了國內(nèi)這方面的空白，而且使我國在計算機(jī)教學(xué)方法上上升到一個全新的水平。本系統(tǒng)完成了一整個光學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計，通過本實(shí)驗(yàn)所提供的一系列光學(xué)儀器，學(xué)生可以基本上完成所有的單透鏡實(shí)驗(yàn)和組合透鏡實(shí)驗(yàn)，并且提供了完整的文檔和習(xí)題系統(tǒng)。如圖所示：壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。yr看(4)大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)基于目前低速In ternet網(wǎng)上的遠(yuǎn)程教學(xué)版本

16、。利用該系統(tǒng)，教師可以分布在不同地點(diǎn)上網(wǎng)組織各種實(shí)時或非實(shí)時的分布式教學(xué)。 回答學(xué)生問題，批改實(shí)驗(yàn)報告等。 學(xué)生可根據(jù)自己的時 間安排通過校園網(wǎng)或在家中利用電話線上網(wǎng)接受教師指導(dǎo)完成各項實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并上交實(shí)驗(yàn)報告。如圖所示：蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。 ”卄#14d.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)晶體學(xué)研究和教學(xué)應(yīng)用空間格子、晶體的內(nèi)部對稱、最緊密堆積、硅氧骨干是晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時也是研究晶體結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)， 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演示它們的結(jié)構(gòu)特征， 直觀明了。使我們加深了對晶體結(jié)構(gòu)的了解。圖示：巴基球的分子圖 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。金剛石的晶體結(jié)構(gòu)圖e.東南大學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用東南大學(xué)在建筑方面，自主開發(fā)

17、虛擬工程漫游、渲染的軟件。效果是驚人的。 如下圖所示： 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。f. live互動英語的應(yīng)用 是國內(nèi)首創(chuàng)多線式互動劇場,超一流的3d動畫虛擬現(xiàn)實(shí)互動英語教材。隨機(jī)選擇學(xué)習(xí)場景, 39篇情境會話，提高學(xué)習(xí)樂趣，各篇內(nèi)容現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用。虛擬現(xiàn)實(shí)情景教學(xué)的大膽應(yīng)用。真實(shí)、 直觀、情節(jié)化。（臺灣天下華彩網(wǎng)絡(luò)軟件有限公司的產(chǎn)品）相關(guān)網(wǎng)址：www.softch in .c n/xiaorua n/to ols/hudo ngen glish.htm驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。4.教育娛樂站點(diǎn)眾所周知，大家比較喜歡娛樂站點(diǎn)。游戲類、交友類、收藏類、欣賞類、愛好類等等。教育網(wǎng)站大家也比較喜歡。 能不能寓教于樂，將教育與娛樂做結(jié)合，而形成教育娛樂站點(diǎn)？是個值得探討的話題。是目前大家比較喜歡的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的娛樂站點(diǎn)。網(wǎng)站提供體育類游 戲、動作類游戲，在線即時聊天，游戲相關(guān)新聞等內(nèi)容。科立華已經(jīng)運(yùn)用此種構(gòu)想，建立虛擬娛樂網(wǎng)站的雛形。將群體式學(xué)