虚拟现实技术在远程教育中的应用

摘要：虚拟现实技术具有独特的技术优势，在现代远程教育领域具有良好的应用前景。结合虚拟现实技术在现代远程教育领域的应用，本文论述了该技术的主要优势和主要的应用模式，分析了应用过程中应该关注的若干问题。

关键词：虚拟现实；远程教育；应用模式

一、引言

教育技术的发展紧紧伴随着技术进步的步伐发展，随着信息技术的飞速发展现代教育技术也呈现出日新月异的局面。有研究表明，随着通信技术和信息技术的不断发展，有关教育技术特别是远程教育技术的研究呈现出由电视技术到计算机技术再到网络技术的发展路径。例如美国早期的教育技术研究集中在视听教育方面，对电视媒体比较关注。90年代以后，计算机逐渐普及应用，教育技术相关的新词语，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出现。今天，随着新教育理念和教育技术的发展，特别是虚拟现实和数字媒体技术的发展，“远程网络教育平台”“MOOC课程”“虚拟教室”“虚拟实验”等新术语又不断出现在现代教育技术研究的舞台上，呈现出新的发展局面。我国是教育大国，发展现代远程教育已成为我国教育发展的一项战略措施。近年来，在我国教育技术主要的研究刊物中，包括《电化教育研究》《中国电化教育》《中国远程教育》《开放教育研究》《现代教育技术》《现代远距离教育》，对包括虚拟现实技术在内的新的信息技术应用做了大量研究。本文在综合分析相关文献的基础上，分别论述虚拟现实技术主要的应用特点、虚拟现实在教育技术中的应用模式和关键技术。

二、虚拟现实技术应用于远程教育的主要优势

我国的远程教育经历了三个发展阶段：一是主要依靠邮政通讯手段进行函授教育；二是利用广播和电视开展广播电视教育；三是以信息为基础开展的现代远程教育。特别是20世纪90年代以来，随着计算机网络为代表的远程传输技术和移动计算技术的发展，随着多媒体、虚拟现实等新型媒体技术的发展和应用，现代远程教育成功突破了传统面授教育的局限，提供了一种突破时空界限、资源共享、交互沉浸式的学习环境。其中，虚拟现实技术发挥着重要的作用。“虚拟现实技术”是一种利用计算机为用户生成模拟人物和场景的技术，该模拟的人物和场景非常相似于所对应的现实世界人物和场景，使用户能够得到一种类似真实世界所能给与的感受和体验。所以又称为虚拟现实技术可以虚拟出“一个真实的世界”。虚拟现实技术同时还具有鲜明的特色—3I特性：“沉浸(Immersion)”“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虚拟现实技术首先追求的是能够达到沉浸的“真实”体验，能够提供有效的人机“交互”，能够为用户提供一种甚至超越现实意境的“想象”空间。虚拟现实技术是一门综合性的技术，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行计算技术、人工智能等特殊的信息技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关知识。如果真的能够方便地生成各种虚拟的现实世界，同时又具有3I特性，必将在远程教育中发挥重要的作用。

三、虚拟现实技术在远程教育领域的主要应用模式

前一个时期，我国远程教育技术大多还是基于网页的远程教育平台，依靠文字和平面动画提供在线的教育服务。由于教育者和学习者的时空相对分离而无法提供身临其境的学习环境，也由于教育内容更多属于单向的线性播放模式而无法提供人机交互环境，还由于只是通过视频进行演示教学而无法提供真实的实验教学环境，大大降低了学习的主动性，已无法激起学生的学习兴趣和积极性。现代远程教育的发展趋势是网络化、智能化、虚拟化。虚拟现实技术因其特有的多感知性、浸没感、交互性和想象性等特点，在远程教育中具有强大优势和潜力。虚拟现实技术本身也在发展之中，基于虚拟现实技术的应用也在实践探索之中。从目前情况看，虚拟现实技术在远程教育中的主要应用可以分为两个层面：一是简单应用，基本上是在教室教学资料中运用虚拟现实技术制作课件，将抽象问题和复杂问题直观化、可视化。例如医学教育中的人体结构和各类生命循环系统功能演示等。二是高级应用，所谓高级是用虚拟现实技术专门制作特殊功能的系统，并在远程教育平台上使用。这类高级的虚拟现实应用主要包括三个方面：一是虚拟训练场和虚拟实验室。专门提供规模较大的分布式专业训练和实验环境。例如军事训练环境，运用军事仿真技术、虚拟现实技术和分布计算技术，构建真实的军事对抗训练环境，这已经是成功的应用模式了。同样，在一般的学科专业教学中，可以通过建构虚拟实验室，使得许多现实的实验室功能可以虚拟化。二是虚拟教室和学习环境。这类应用主要是提供虚拟的数字校园，在网络化的数字校园里有着许多不同授课内容的“教室”，有着虚拟化的校园、图书馆和学科专业网站，甚至有着同类学员的学习“社区”。三是虚拟创新设计环境。现代教育提倡的创新学习，随着虚拟现实技术的运用也逐渐成为了可能。利用虚拟现实技术可以建立实际动手设计环境，学生可以开展近乎真实的创新设计。如服装设计、艺术设计和科技产品设计。如果再能够利用产学研结合的机制，这样的设计环境将会是非常有意义的。总之，运用虚拟现实技术人们可以虚拟出一个真实的校园环境或者构建一个虚拟的学习环境，经过实时渲染的分布式虚拟现实环境将会让学生在虚拟现实空间中学习的感受就如同在3D游戏中一样，他们可以实时地进行三维交互、实时地参与教学活动、与教师进行沟通。

四、虚拟现实技术应用于远程教育应该重点关注的问题

虚拟现实技术具有非常理想的发展前景，但是仍处于快速发展的阶段。虚拟现实技术运用于远程教育，应该分别从技术和应用两个方面关注以下问题。从技术的角度，要重点关注虚拟现实关键技术发展的动态。要想理想地用计算机生成真实感很强的虚拟世界，并且能够在广域网范围内交互使用，技术难度是很大的。目前大多数人认为有五项关键技术正在积极突破。（一）动态环境建模技术一般说环境建模比对象个体建模复杂，而动态的环境建模更具有挑战。动态环境建模目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。（二）实时三维图形生成技术目前三维图形技术尽管已经较为成熟，但是如何实现“实时”生成仍然是挑战。（三）立体显示技术目前虚拟现实的交互能力主要依赖于立体显示和传感器技术。但现有的虚拟现实还远远不能满足需要，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。（四）系统开发工具和运行平台虚拟现实应用的开发比较复杂，效率和质量保证也很困难，网络化的运行平台也很难满足广域网环境。目前还必须重点研究虚拟现实的有效开发工具和高效分布式运行平台。（五）系统集成技术集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成也非常复杂。从应用角度，要更新教育观念并能够有效运用建模技术构建学习环境。包括如何运用建模技术构建与教学相关的对象和场景，如何构建以学生为主体的自主学习过程，如何设计人机交互环节等等。当然熟练掌握虚拟现实技术和数字媒体技术是重要的应用基础。正像高质量的动漫游戏制作非常不易一样，好的虚拟现实教育作品的研发也是具有挑战性的。

五、结语

现代教育技术的应用逐渐呈现出网络化、智能化和虚拟化的重要趋势。虚拟现实技术在现代远程教育领域的主要应用模式包括：虚拟训练场和虚拟实验室、虚拟教室和学习环境、虚拟创新设计环境。当前相关的关键技术和新的应用模式都还在积极的发展之中，有着良好的前景。

作者:邹玲 单位:北京电影学院数字媒体学院

参考文献

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