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计算机虚拟现实技术的教学应用与软件的开发研究

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杨娟

摘要：本文从虚拟现实技术的原理和特点着手，重点解析虚拟现实技术在教育教学中的应用和相关软件开发的研究。

关键词：虚拟现实技术；教学应用；软件开发

虚拟现实技术，也就是所谓的“VR”技术，是近几年计算机科学发展到一定阶段所催生的产物，是虚拟技术从实验室走向平民化、大众化的一种新兴科技。目前，这种技术被广泛运用于航空航天、医学临床、教育教学、建筑设计等众多领域。

一、虚拟现实技术的原理及主要类型

（一）原理

虚拟现实技术，是计算机领域里仿真技术、计算机图形学、传感器技术等多种技术的一种融合，是一门极具挑战性的交叉的且前沿的学科和新型领域。其主要是计算机通过三维信息构成逼真的虚拟环境，并借由特殊的如数据手套、头盔显示器等设备提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，并且在用户进行位置移动或改变时，设备上的传感器会即使的把这些信息传达给计算机，计算机通过精准的计算重塑场景，因而让人更有种身临其境的感觉。从某种层面上来讲，虚拟技术其实就是一种“欺骗”行为。

（二）主要类型

现在的虚拟现实系统主要有四大类：桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统和增强式虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统主要是利用相应的图形工作站、显示器、输入设备这三者来实现，这里的输入设备是用户参与使用的重要工具。而沉浸式虚拟系统则是通过显示器头盔把用户的各种感官“困在”一个虚拟区域内，使用户完全置身于某种虚拟环境中。分布式虚拟系统，又被叫做DVR，是一种基于网络的虚拟环境，在这个系统中，不仅可以使不同地理位置的多个用户或者多个虚拟环境通过网络实现互联，也可以让多个用户同时参与到一个虚拟环境中，以此实现资源的共享或者协同作业。

二、虚拟现实技术的特点

（一）沉浸性

沉浸性又被叫做临场感，是虚拟技术通过多维的方式与计算机联合所创造的一种虚拟环境，可以使用户全身心的沉浸在这个虚拟环境中与之进行交互，进而达到人境合一的感觉，但值得一提的是，在这个环境中用户确实为真实的参与者。

（二）交互性

交互式是指人们可以在这个特定的虚拟空间中与其呈现的事物之间进行交互，比如用户可以用手去抓握环境中的物体，而这个设备能触发用户的神经，让用户真实的感受到抓取的东西重量，并且场景中物体也会随着用户手的移动而移动。

（三）多感知性

由于虚拟现实技术中配备有各种各样的如听、触、动等的传感装置和反馈装置，这样就可以使用户对事物的了解不再简单的通过眼球去被动接受，而是在听觉、触觉等多种感官下的刺激下的类似于真实的感知。

（四）构想性

由于虚拟现实技术的主要处理核心还是计算机，而且在大数据技术的蓬勃加持下，使得虚拟现实技术具有宽阔的令人想象的空间。因此人们不仅可以借助这一优势对现实存在的环境进行再现，还可以随意的构想客观不存在甚至是不可能发生的环境，这样就在一定程度上拓宽了人们的认知范围。

三、虚拟现实技术在教学中的应用与软件开发研究

（一）虚拟技术在教学中的应用

1、促進知识学习

虽然中国优秀的教师不少，但在教学的过程中对于某些抽象的、难以理解的知识或者过程，也很难用有限的词语去形容或者描述清楚，即便是网络上的资源很多，学生也能从那些资源中得到一些浅薄的体会，但总的来说还是没有身临其境来的震撼，来的有高度。

2、方便探索学习

建设“创新型国家”、培养“创新型人才”一直是我国竭力的追求。虚拟现实技术在教学中的运用，给学生的提供了这样一个平台。学生在学习过程中提出的一些假设或者建立的某种模型可以通过虚拟现实技术进行仿真，与此同时还可以对其过程、结果、效果等进行观察和验证。比如学生在进行电路设计的时候，可以通过虚拟现实技术对所设计的电路进行模拟，毕竟理论在大部分情况下都是一种理想的概念，但在实际运用中不仅受内因的影响，外在因素也不可忽视。而且这样也可以激发学生创造的积极性，因为以往的学习，即使学生自己设计出了东西，也没有相应条件去进行实验和验证，到最后也只会不了了之，也就不利于学生创造力的培养。

3、开设虚拟实验和技能训练

虚拟现实技术完全就是实验研究和技能训练的福音，学生可以通过虚拟现实技术对多种实验进行虚拟模拟，比如物理中的匀速运动、加速度运动，化学中的金属与酸性物质的反应、氧化物的燃烧等等。此外，对于需要动手操作的一些学生来说，也是大有益处，比如医学院的学生可以通过虚拟现实技术进行动物解剖、人体手术等技能操作，驾校学生也可以通过虚拟技术进行驾驶技能学习，军校学生也可以进行虚拟的军事作战指挥等等，这样不仅降低了学生因技能不熟练而造成的不必要的损害，还可以让学生反复的进行操作实训，直到掌握技能为止。

（二）基于VR的教学软件开发研究

VR可以模仿真实世界的3D窗口，是一种非常优秀的教育媒介。欲实现VR教学软件的开发，必