虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)中的應(yīng)用

1、虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)中的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)中的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實的定義概念 虛擬現(xiàn)實的基本特征 虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)組成 虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)中的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實在各專業(yè)中的應(yīng)用及案例欣賞 虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)的應(yīng)用展望目錄：虛擬現(xiàn)實的定義概念 虛擬現(xiàn)實是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來實現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實，通過這些設(shè)施以自然的方式（如頭的轉(zhuǎn)動、手的運動等）向計算機送入各種動作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到三維的視覺、聽覺及觸覺等感官世界，隨著人們不同的動作，這些感覺也隨之改變。用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對這一生成的虛擬世界中的客體進行瀏覽和交互性考察。虛

2、擬現(xiàn)實是一項綜合的技術(shù)，涉及計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、傳感技術(shù)及人工智能等技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的根本目標(biāo)就是達到真實的體驗效果和提高人機交互的功能，能夠達到或者部分達到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)一般稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。簡短來說，虛擬現(xiàn)實就是一種可供創(chuàng)建并體驗高度擬真的虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實的基本特征 虛擬現(xiàn)實具有以下三個基本特征，即“3I”特征：沉浸性(IMMERSION)：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理、心理特點，有計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖象，使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在

3、現(xiàn)實世界中的一樣。當(dāng)使用者移動頭部時，虛擬環(huán)境中的圖象也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。交互性(INTERACTION)：虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進行交互。計算機能夠根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖象及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。構(gòu)想性(IMAGINATION)：虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體

4、，而且還是一個設(shè)計工具。它以視覺形式反映了設(shè)計者的思想，比如在蓋一座現(xiàn)代化的大廈之前，你首先要做的是對這座大廈的結(jié)構(gòu)、外形做細致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實可以把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)沙盤的設(shè)計模式提升到數(shù)字化的即看即得的完美境界，大大提高了設(shè)計和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。Immersion沉浸性Interaction交互性Imagination構(gòu)想性虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)組成虛擬世界是可交互虛擬環(huán)境，可從任意角度連續(xù)觀看和考察，一般是一個包含三維模型或環(huán)境定義的數(shù)據(jù)庫；虛擬現(xiàn)實軟件具有自然模擬、逼真體驗的技術(shù)和方法，提供實時

5、觀察和參與虛擬世界的能力；輸入設(shè)備可用于觀察和構(gòu)造虛擬世界，包括鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、游戲桿和定位跟蹤等；輸出設(shè)備顯示當(dāng)前虛擬世界視圖，包括3D立體眼鏡、頭盔式顯示器、立體顯示器、跟蹤顯示器和頭盔等 。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有五個關(guān)鍵組成部分：虛擬世界、虛擬現(xiàn)實軟件、專業(yè)圖形處理計算機、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)中的應(yīng)用 虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境 虛擬專業(yè)實驗 虛擬科技研究 虛擬實訓(xùn)基地 虛擬仿真校園 虛擬遠程教育虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、教師、學(xué)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。 比如，在虛擬的課堂學(xué)習(xí)氣氛中，學(xué)生可以與虛擬的教師、學(xué)生一起交流、討論，進

6、行協(xié)作化學(xué)習(xí)。再如，在思想品德課教學(xué)中，學(xué)生可以與虛擬先進人物一起座談、交流，通過先進人物言行來感化學(xué)生，從而達到思想品德教育目的。又如，非英語國家學(xué)習(xí)英語的最大障礙是沒有語言環(huán)境，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建外國情調(diào)模擬環(huán)境，引入虛擬人物，情境隨用戶需要而改變。學(xué)習(xí)者與不同情景人物進行交談，學(xué)習(xí)者表現(xiàn)在交互中得到測試。通過分布式網(wǎng)絡(luò)將不同的學(xué)習(xí)者連接起來，讓他們以各自角色在網(wǎng)絡(luò)舞臺自由發(fā)揮，從而大大提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。教師視角的虛擬現(xiàn)實課堂虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境 虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者親身去經(jīng)歷、感受實際的學(xué)習(xí)環(huán)境，主動地參與交互整個學(xué)

7、習(xí)過程中。VR技術(shù)能夠在廣泛的科目領(lǐng)域內(nèi)提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。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灌輸，有本質(zhì)的差別。學(xué)生可以在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中互動，操作里面的各種對象成功應(yīng)用：建造人體模型； 虛擬銀河旅行； 化合物分子結(jié)構(gòu)顯示； 模擬航空失重 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬專業(yè)實驗 利用虛擬實驗技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗，如電工、物理、化學(xué)、生物等實驗室。在“實驗室”里，學(xué)生可以自由的做各種實驗。如在虛擬的物理實驗室里，學(xué)生可以做重力、慣性等實驗。在虛擬的生物實驗室里，學(xué)生可以做地震波傳播、火山噴發(fā)等實驗。在虛擬的生物實驗室里

8、，學(xué)生可以做各種解剖實驗。在虛擬的化學(xué)實驗室里，可以利用各種化學(xué)藥品和天平、砝碼、溫度計等工具，做各種不同的化學(xué)反應(yīng)，觀察燃燒、爆炸等反應(yīng)現(xiàn)象。無機化學(xué)實驗虛擬仿真系統(tǒng)硫酸銅模擬實驗流程演示虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬專業(yè)實驗 虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室相比，在各方面都有無法比擬的優(yōu)勢：功能全，成本低： 在傳統(tǒng)實驗室中，實驗所需的設(shè)備、場地、物資等都需要一定的成本，受到這些硬性條件的限制，很多實驗往往無法進行，導(dǎo)致學(xué)生無法對實驗內(nèi)容有深入的了解。而使用虛擬實驗室后，學(xué)生足不出戶就可以獲得和傳統(tǒng)實驗室一樣的體驗，在保證教學(xué)效果的前提下，極大的降低了成本。安全無風(fēng)險： 在虛擬實驗室中，一切觀察到的

9、現(xiàn)象都是在虛擬環(huán)境中發(fā)生的，并不會對實驗者造成任何影響，避免了如物理實驗的墜物風(fēng)險，化學(xué)實驗的腐蝕風(fēng)險等，使學(xué)生的人身安全得到保障。打破時空限制： 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進入這些物體的內(nèi)部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬科技研究 相比高度的可操作性，科技研究與實驗觀測更注重讓用戶觀察到更多更精確的有效數(shù)據(jù)以供后續(xù)分析或使用。因此，這種

10、應(yīng)用重在以高度擬真的方式，將一些難以觀測的現(xiàn)象放到虛擬世界中，讓用戶以更為舒適便捷的視角或時間測度進行觀測，相應(yīng)地也要由系統(tǒng)給出真實實驗中應(yīng)當(dāng)觀測到的數(shù)據(jù)。例如，我們可以利用VR系統(tǒng)重建某次天體碰撞的場面及數(shù)據(jù)分析。這種應(yīng)用對硬件設(shè)備的要求不高，主要還是對計算機系統(tǒng)的運算能力提出了要求。天體碰撞模擬虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬科技研究因此，為了滿足科技研究的需要，當(dāng)前許多高校都在積極研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用，并相繼建起了虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真的研究室，將科研成果迅速轉(zhuǎn)化為實用技術(shù)。有的研究室甚至已經(jīng)具備獨立承接大型虛擬現(xiàn)實項目的實力。 成功應(yīng)用：北京師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在文物復(fù)原方面應(yīng)用

11、； 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)在建筑方面進行虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計的應(yīng)用； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)在人機交互方面的應(yīng)用； 清華大學(xué)對臨場感的研究等方面的應(yīng)用。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬實訓(xùn)基地使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時生成新設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容不斷更新，使實踐訓(xùn)練及時跟上技術(shù)發(fā)展。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演角色，非常有利于學(xué)生技能訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中的電力虛擬仿真操作訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬實訓(xùn)基地在虛擬實訓(xùn)基地中，常見的技能培訓(xùn)包括： 虛擬軍事作戰(zhàn)技能； 虛擬外科手

12、術(shù)技能； 虛擬體育競賽技能； 虛擬導(dǎo)游實訓(xùn)技能； 仿真數(shù)控機床操作技能； 虛擬汽車駕駛技能； 果樹虛擬栽培技能； 電器仿真維修技能等。某汽車故障診斷虛擬實訓(xùn)系統(tǒng) 虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。如：虛擬飛機駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)目的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬仿真校園教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及到了虛擬校園，闡明了虛擬校園的地位和作用。虛擬校園也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育培訓(xùn)中最早的具體應(yīng)用，它由淺至深有三個應(yīng)用層面，分別適應(yīng)學(xué)校不同程度的需求：1、簡單

13、的虛擬我們的校園環(huán)境供游客瀏覽。2、基于教學(xué)、教務(wù)、校園生活，功能相對完整的三維可視化虛擬校園。3、以學(xué)員為中心，加入一系列人性化的功能，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為遠程教育基礎(chǔ)平臺。虛擬校園案例演示虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬遠程教育 提供可移動的電子教學(xué)場所； 對各個終端提供開放性的、遠距離的持續(xù)教育； 可為社會提供新技術(shù)和高等職業(yè)培訓(xùn)的機會； 創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益與社會效益。虛擬遠程教學(xué)在改變美國高等教育虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各專業(yè)中的應(yīng)用 藝術(shù)設(shè)計、動漫、游戲開發(fā) 電力、水利 信息科學(xué)與技術(shù) 軌道交通、橋梁 建筑與城市規(guī)劃 文物復(fù)原、考古 機械、工業(yè) 室內(nèi)設(shè)計 導(dǎo)游、旅游 。 藝術(shù)設(shè)計、動漫、游戲開發(fā)三星虛擬現(xiàn)實游戲星戰(zhàn)炮臺演示機械、工業(yè)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于石油工業(yè)導(dǎo)游、旅游虛擬現(xiàn)實技術(shù)與旅游碰撞出火花室內(nèi)設(shè)計虛擬現(xiàn)實室內(nèi)設(shè)計 目前 ,人們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來的重要技術(shù) ,認(rèn)為它不但將改變?nèi)祟悘氖驴茖W(xué)研究、技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)實踐的方式 ,而且為促進人的認(rèn)識能力的全面發(fā)展提供了新的工具。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為眾多學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物，研究內(nèi)容涉及到人工智能、計算機科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計算機圖形學(xué)、智能控制、心理學(xué)等 。隨著這些學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)