虚拟和增强现实(VRAR)技术在教学中的应用与前景展望
虚拟和增强现实（VRAR）技术在教学中的应用与前景展望
摘要2016 年被称为“虚拟现实元年”，虚拟现实作为近年来极为火热的科技话题，给人们带来焕然一新的感官享受，激发了许多关于“虚拟现实”行业的发展想象与前景构想。同时，增强现实的出现，也让人们获得了极佳的体验感。本研究梳理了虚拟现实和增强现实技术的起源、概念和应用领域，分析了虚拟现实和增强现实技术在教育中的应用、优势和存在的问题，阐述了虚拟现实和增强现实技术在创客教育和STEAM 教育中的作用，并对未来的发展前景进行了展望。关键词：虚拟现实；增强现实；VR；AR；创客教育；STEAM 教育；人工智能；大数据
一、虚拟现实和增强现实技术的起源、概念和应用领域（一）虚拟现实和增强现实技术的起源
2016 年被业界称为“虚拟现实元年”，可能有人会误认为这项技术是近年来才发展起来的新技术。其实不然，虚拟现实（VirtualReality，简称VR）技术最早起源于美国，1965 年虚拟现实之父伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）在国际信息处理联合会（IFIP）会议上发表的一篇名为《终极的显示》的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，描述的就是我们现在熟悉的“虚拟现实”，早在虚拟现实技术研究的初期，苏泽兰
就在其“达摩克利斯之剑”系统中实现了三维立体显示。增强
现实（Augmented Reality，简称AR）是指在真实环境之上提供信息性和娱乐性的覆盖，它是苏泽兰在进行有关头戴式显示器的研究中引入的[1]。1966 年美国麻省理工学院（MIT）的林肯实验室正式开始了头戴式显示器（HMD）的研制工作。在这第一个头戴式显示器的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970 年，
出现了第一个功能较齐全的头戴式显示器系统。1989 年，VPL 公司的Jaron Lanier 提出用“Virtual Reality” 来表示虚拟现实一词，并且把虚拟现实技术开发为商品，推动了虚拟现实技术的发展和应用[2]。虚拟现实技术兴起于20 世纪90 年代。2000 年以后，虚拟现实技术在整合发展中引入了XML、JAVA 等先进技术，应用强大的3D计算能力和交互式技术，提高渲染质量和传输速度，进入了崭新的发展时代。虚拟现实技术是经济和社会生产力发展的产物，有着广阔的应用前景。2008 年2 月，美国国家工程院(NAE)公布了一份题为“21 世纪工程学面临的14 项重大挑战”的报告。虚拟现实技术是其中之一，与新能源、洁净水、新药物等技术相并列。为了获得虚拟现实技术优势，美、英、日等国政府及大公司不惜巨资在该领域进行研发。
我国虚拟现实技术的研究起步于20 世纪90 年代初。随着
计算机图形学、计算机系统工程等的高速发展，虚拟现实技
术得到相当的重视。2016 年3 月17 日全国两会授权发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中指出：“大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点。”[3] “虚拟现实”位列其中，同时，投身于虚拟现实的创业团队呈爆发式增长。有人在展望2020 年重要新兴核心科技的发展时也把虚拟现实和增强现实技
术列入当前重要的八项新兴核心科技（八项新兴核心科技如图1 所示）。国家广告研究院等多家机构联合发布的《2016 上半年中国VR 用户行为研究报告》显示，2016 年上半年国内虚拟现实潜在用户达4.5 亿，浅度用户约为2700 万，重度用户约237 万，预计国内虚拟现实市场将迎来爆发式增长。虚拟现实用户群体以80 后、90 后为主，集中在26 ～30 岁之间的85 后，占比达到28.4%，这与年青一族乐于接触新鲜事物的特点有关。另外，用户群体有从北上广等经济发达城市逐渐向全国扩散的趋势[4]。（二）虚拟现实和增强现实的概念、特征和应用领域
1. 虚拟现实技术
虚拟现实，是一种基于多媒体计算机技术、传感技术、仿真技术的沉浸式交互环境。具体地说，就是采用计算机技术生
成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进
行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验[5]。
虚拟现实具有3I 特性，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination)，是一个学科高度综合交叉的科学技术领域。虚拟现实与人工智能(AI) 技术及其他相关领域技术结合，将会使其还具有智能(Intelligent) 和自我演进演化(Evolution) 特征[6]。头戴式虚拟现实设备如图2 所示，用手机扫描图3 二维码即可观看虚拟现实视频介绍。虚拟现实涉及门类众多的学科，整合了很多相关技术。虚拟现实是未来科技发展的方向之一，它可以从人的感觉系统上改变现有的空间感。虚拟现实现有的产业链大致可分为硬件设计开发、软件设计开发、资源设计开发和资源运营平台等几种类别。通过虚拟现实关键技术的突破以及“虚拟现实”
的带动，会产生大量行业和领域的虚拟现实应用系统，为网络与移动终端应用带来全新发展，将会推动许多行业实现升级换代式的发展。虚拟现实可以应用于国防军事、航空航天、智慧城市、装备制造、教育培训、医疗健康、商务消费、文化娱乐、公共安全、社交生活、休闲旅游、电视直播等领域中。如2016 年10 月17 日中央电视台运用虚拟现实全息技术直播了“天宫二号”和“神舟十一号”交会对接及其共同建
立组合体的过程，采用虚拟追踪技术，让“天宫二号”从大屏
幕中“钻”了出来，通过机位的景别变换，观众可以直观地看到”“天宫二号”的数据和设计细节，使观众身临其境地全面了解“神舟十一号”“天宫二号”及其组合体内部构造和控制面板，同时主播文静还“走进”“天宫二号” 实验室内，逐一向观众介绍“天宫二号”的内部结构信息，与传统的新闻播报相比，电
视直播应用虚拟现实技术显得更加生动活泼，视觉冲击力更强，观众感受更直观。
2. 增强现实技术
增强现实是在虚拟现实的基础上发展起来的一种新兴技术。增强现实技术基于计算机的显示与交互、网络的跟踪与定位等技术，将计算机形成的虚拟信息叠加到现实中的真实场景，以对现实世界进行补充，使人们在视觉、听觉、触觉等方面增强对现实世界的体验[7]。
增强现实具有三大特点，即虚实结合、实时交互和三维配准[8]。
增强现实具有三种呈现显示方式，按距离眼睛由近到远划分分别为头戴式（head-attached）、手持式（hand-held）、空间展示（spatial）[9]。增强现实智能眼镜如图4 所示，扫描图5 二维码可以观看Magic Leap 增强现实演示视频。增强现实的应用领域非常广泛。如在教育领域增强现实可以为学生呈现全息图像、虚拟实验、虚拟环境等；在旅游业增强现
实可以帮助游客自助游玩景区，以虚拟影像的形式为游客讲解景区概况、发展历史、人文景观等内容；在零售业中增强现实技术可以实现一键试穿，在网上销售中具有极大的应用空间。增强现实在工业、医疗、军事、市政、电视、游戏、展览等领域都表现出了良好的应用前景。
3. 混合现实技术
混合现实（Mixed Reality，简称MR）是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。混合现实技术结合了虚拟现实技术与增强现实技术的优势，能够更好地将增强现实技术体现出来。根据史蒂夫·曼恩的理论，智能硬件最后都会从增强现实技术逐步向混合现实技术过渡。混合现实技术和增强现实技术的区别在于混合现实技术通过一个摄像头让你看到裸
眼都看不到的现实，增强现实技术只管叠加虚拟环境而不管现实本身[10]。混合现实技术效果如图6 所示，扫描图7 二维码可观看混合现实演示动画和视频。4. 扩展现实技术
扩展现实（Expander Reality, 简称ER）是人联网和物联网的整合，是虚拟现实发展的高级阶段，虚拟现实发展到扩展现实阶段，现实和虚拟的边界被抹去，人们很难分辨自己是生活在虚拟世界还是现实世界[11]。扩展现实场景如图8 所示。5. 虚拟现实、增强现实、混合现实、扩展现实的区别
虚拟现实、增强现实、混合现实、扩展现实四者间的区别是：虚拟现实的主战场是“虚拟世界”，人们使用虚拟现实设备探索人为因素所建立的虚拟世界，追求沉浸感，虚拟现实是纯虚拟数字画面；增强现实的主战场是“现实世界”，人们使用增强现实设备产生的虚拟信息来提升探索现实世界的能力，具有极强的移动属性，增强现实是虚拟数字画面加上裸眼现实；混合现实是数字化现实加上虚拟数字画面，从概念上来说，混合现实与增强现实更为接近，都是一半现实一半虚拟影像；扩展现实是人联网和物联网的整合，是虚拟现实发展的高级阶段，现实和虚拟的边界将被抹去。
二、虚拟现实和增强现实技术在教学中的具体应用
虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用潜力巨大、前景广阔，主要体现在运用虚拟现实和增强现实技术具有激发学习动机、创设学习情境、增强学习体验、感受心理沉浸、跨越时空界限、动感交互穿越和跨界知识融合等多方面的优势。虚拟现实和增强现实技术的应用，能够为教育工作者提供全新的教学工具，同时，能激发学生学习新知识的兴趣，让学生在动手体验中迸发出创新的火花。因此虚拟现实和增强现实技术应用于教育行业是教育技术发展的一个新的飞跃，
它营造了自主学习的环境，由传统的“以教促学”的学习方式演变为学生通过新型信息化环境和工具来获取知识和技能
的新型学习方式，符合新一轮教学改革的教育理念，有助于
学生核心素养的培养。虚拟现实和增强现实设备有多种，这里分别介绍各种设备在教学中的具体应用。
（一）头戴式虚拟现实和增强现实设备在教学中的应用
头戴式虚拟现实设备一般包含头戴式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备等，分为移动虚拟现实头盔和分体式虚拟现实头盔。国外有脸谱、谷歌、微软、三星等公司的虚拟现实头盔产品，国内有微视酷、蚁视、暴风魔镜、中兴、乐视、华为、小米等100 多种虚拟现实头盔产品。结合国内外的研究报告以及目前虚拟现实教育实践情况，虚拟现实和增强现实技术在生物、物理、化学、工程技术、工艺加工、飞行驾驶、语言、历史、人文地理、文化习俗等教学中均可应用。
学生使用头戴式虚拟现实设备体验学习时具有置身真实情
境的沉浸式感觉，能给学生以绝佳的真实体验，使人如身
临其境，让书本中的内容可触摸、可互动、可感知。例如地理学科讲述关于宇宙太空星际运行的课程时，在现实生活中学生无法遨游太空，如果戴上头戴式虚拟现实设备，就可以让学生从各个角度近距离观察行星、恒星和卫星的运行轨迹，观察每个星球的地表形状和内部结构，甚至能够降落在火星或月球上进行“实地” 考察、体验星际之旅等。虚拟现实头戴设备如图9 所示，手机扫描图10 二维码观可看虚拟现实
效果视频。2016 年，微视酷推出了一款虚拟现实课堂教学
系统，在国内具有一定的代表性。该教学系统由一台教师用的平板电脑主控端、多套学生用的虚拟现实眼镜和IES 教育软件系统构成。系统具备一键操控、一键统计和一键打印功能，教师可根据教学进度需求，随时控制学生虚拟现实眼镜教学内容。微视酷开展了“VR 课堂1 工程”计划，跨越了全国多个省市。其中在陕西省榆林市高新小学呈现的“神奇星球在哪里”虚拟现实示范教学观摩课情景如图11 所示[12]。虚拟现实把学生从现实带到了虚拟世界，虚拟现实技术让学生成了一名宇航员，让学生看到了许多平常看不到的东西，与传统的课堂相比，虚拟现实课堂让学生获得身临其境的感受，有利于学生发挥想象力，能更直观地呈现授课内容，提高学生学习的积极性。
头戴式增强现实装置代表产品有微软HoloLens、MagicLeap 和Meta 2 等，均有酷炫的体验感，能够让使用者在任何地方观看虚拟电视，甚至可以把影像投影在墙上、手机屏幕或者面前的空气中，这些增强现实设备应用将取代所有的“显示器和屏幕”。以Ho-loLens 头戴式增强现实设备为例（如图12 所示），其主要硬件由全息处理单元（CPU GPU HPU）、光学投影系统（Lcos 微投影仪光导透明全息透镜）、摄像头与传感器部分（6 个摄像头惯性传感器环
境光传感器等）、存储部分、其他部件（耳机麦克风电池结构件）等组成。学生在使用HoloLens 后，就可以扔掉电
脑和手机，不用键盘、鼠标和显示屏幕，双手在空气中操作即可完成现在人们在电脑和手机上的所有操作，悬空操作即可完成机器人的3D 建模设计任务，如图13 所示。（二）桌面式虚拟现实与增强现实设备在教学中的应用
桌面式虚拟现实与增强现实设备具有代表性的产品是美国zSpace 公司的虚拟现实教育一体机，美国从2013 年开始使用，现在使用的zSpace Z300 为第三代产品。根据美国最新的《新一代科学教育标准》，zSpace 开发出了包含
2 ～12 年级多门学科的课件，课件分布在六款软件之中，教师可采用系统平台自带课件实施教学计划，也可创造性地自主开发新课件。zSpace 不仅可以成为教学工具，还为学生、老师提供了丰富的素材资源。在美国的小学、中学和大学有250 多所学校上万名学生正在使用zSpace STEAM 实验室课件来进行学习。我国的云尚互动公司2015 年年底将zSpace Z300 引入中国，2016 年4 月“智创空间”获赠6 套该设备用于创客教育和STEAM教育的推广普及，至今共有2700 多人次来体验学习。zSpaceZ300 的内容覆盖了小学、初中和高中的生命科学、数学、物理、化学、历史、地理、地球与空间科学、艺术等多个学科，课件总数达440 多个。该平台还提供课件资源开发系统，教师可以根据需要将stl、obj 等格式的3D 模型文件导入系统，同时可以加入文本、图片、声音和视频文件，教师可以像制作PPT 课件一样进
行修改和自主开发能够在Z300 平台上运行的课件资源。
Z300 平台的使用方法有两种：一种是戴上3D 眼镜（含追踪和非追踪眼镜），戴追踪眼镜者用激光笔操作，其他人戴上非追踪眼镜都可以看到3D 虚拟现实效果；另一种是增加一个全息摄像头和平板电脑（或投影），将Z300 设备的3D 影像叠加投射到平板电脑上即可呈现出裸眼3D 的增强现实效果。
（三）手持式虚拟现实与增强现实设备在教学中的应用
手持式增强现实设备多采用移动设备与APP 软件相结合的方式。APP 有视AR、AR、4D 书城、幻视、视视AR、尼奥照照等，另外有多种增强现实图书都有相配套的APP，如《机器人跑出来了》《实验跑出来了》《恐龙争霸赛来了》这套“科学跑出来”系列增强现实科普读物有iRobotAR、iScienceAR、恐龙争霸赛来了等多个APP，它们的原理都是采用手机摄像头获取现实世界影像，通过手机在现实世界上叠加虚拟形象的形式，实现增强现实的特殊显示效果。有的APP 中提供了丰富的教育资源，如安全教育、科普读物、识字卡片、益智游戏等，特别适合儿童教育。使用方法有两种：一种是手机APP 与相配套的纸质图书一起使用，用手机摄像头扫描图书上的图片，在手机屏幕上即可呈现出如图14 的演示效果；另一种使用方法是运用APP 下载增强现实资源并与外界实景叠加即可呈现出如图15 的演示效果。增
强现实特效非常逼真，利用这些APP 进行学习，学习过程具有真实感、体验感、沉浸感，增强了学生学习知识的兴趣，可以达到寓教于乐的教学效果。三、虚拟现实与增强现实技术在教学中应用的优势分析
（一）虚拟现实与增强现实技术为学生自主学习提供了有利条件
虚拟现实和增强现实教学资源存在形式多种多样，根据采用的设备不同，可以将教学资源保存在网络运营平台、桌面式设备、移动设备和纸质图书里，学生可以在不同的地方采用不同的设备调用虚拟现实和增强现实教学资源进行随时
随地的自主学习。如果学生在课堂上有些知识点未能掌握，可以重新学习一遍，增加对知识的巩固和理解，有时学生因为特殊原因未能在课堂上学习，也可以课后弥补，同时可以将虚拟现实和增强现实设备作为载体采用“翻转课堂”或“微
课导学”教学模式[13][14]组织教学，为学生提供自主学习条件，教师也可以从繁重的重复性讲解中解脱出来，有针对性地为学生答疑解惑，有助于传统教学方式的变革。
（二）虚拟现实与增强现实技术为学生提供更加真实的情景在传统的教学课堂上，知识的传输主要通过文字、图片、声音、动画和视频的形式呈现。遇到比较复杂的情况，比如数学课的立体几何、地理课的天体运动、物理课的磁力线和电力线、化学课的微观粒子结构、生物课的细胞结构等，教师
用语言很难把这些知识点表达得非常清晰，同时由于每个学生的理解力不同，教学效果也会因人而异，甚至初次学习这些知识的学生会得到“盲人摸象”般的感受。而采用虚拟现实和增强现实技术组织教学，三维立体效果的呈现可以弥补这样的缺憾，能够把知识立体化，把难以想象的东西直接以三维形式呈现出来，让学生直观感受到文字所表达不出来的知识，真实的情景可以帮助学生对知识的理解和记忆，使学生的想象变得更加丰富。
（三）虚拟现实和增强现实技术能提高学生的学习兴趣
由于虚拟现实和增强现实技术具有视觉、听觉和触觉一体化的感知效果，学生具有真实情境体验、跨越时空界限、动感交互穿越的感受，能身临其境般在书海里遨游，让书本中的内容可触摸、可互动、可感知。身临其境的感受和自然丰富的交互体验不仅极大地激发了学习者的学习动机，更给学习者提供了大量亲身观察、操作以及与他人合作学习的机会，促进了学生的认知加工过程及知识建构过程，有利于实现深层次理解[15]。传统的学习方式让很多学生觉得枯燥乏味，为了应付考试不得不去死记硬背，但很多知识学生考完之后很快会忘得一干二净，而采用虚拟现实和增强现实技术组织教学，新颖的学习方式和丰富多彩的学习内容能够极大地提升课堂教学的趣味性，生动形象的场景会加强学生的记忆，激发学生的学习兴趣。“兴趣是最好的老师”，兴趣也是学生
学习新知识的不竭动力。
（四）虚拟现实和增强现实技术应用能促进优质资源均衡化我国幅员辽阔，地区之间贫富差距较大，存在教学资源分配不均的情况。经济发达地区无论是软硬件配置，教学师资
和教学资源都非常丰富，而经济落后、地域偏远的山村学校学生连接受最基本的教育都难以实现。各级政府和教育主管部门都在大力推进教育均衡发展，加大教育投资力度，而虚拟现实和增强现实技术应用将是解决城乡教育资源不均衡
问题的一把金钥匙，有利于缓解教育资源两极分化，扩大优质资源的分享范围，能让教育资源不再受限于地区和学校，让教育发达地区的名教师通过虚拟现实和增强现实课堂走
进山村学校，能通过整体优化教育资源配置，来缩小城乡差距，实现教育公平，同时这也是教育扶贫的较佳途径。
四、虚拟现实和增强现实技术在教学应用中存在的问题
虽然虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用可以改变传
统的教学方式、提高学习兴趣、实现教育均衡发展，但虚拟现实和增强现实技术发展还处在初级应用阶段，在技术瓶颈、资源开发、教学内容和推广普及等方面还存在很多问题。（一）虚拟现实设备应用中的眩晕问题
人们在使用虚拟现实设备时会出现眩晕感，从硬件结构来看，由于现在的科技还无法做到高度还原真实场景，许多用户使用配置达不到要求的虚拟现实产品时会产生眩晕感；虚拟现
实界面中的视觉反差较大，实际运动与大脑运动不能够正常匹配，影响大脑对所呈现影像的分析和判断，从而产生眩晕感；虚拟现实设备的内容有相当一部分资源是从PC电脑版上移植过来的，UI 界面不能很好地匹配虚拟现实设备，不
同的系统处理上也无法达到协调统一，画面感光线太强或太弱都不能让用户接受；虚拟现实设备帧间延迟跟不上人的运动，会有微小的延迟感，当感官与帧率不同步时也会让使用者产生眩晕感。
（二）虚拟现实和增强现实技术在教学中资源短缺
目前虚拟现实和增强现实产业刚起步，软硬件设施不完备，开发人员技术力量不足，很多学校未配备虚拟现实和增强现实设备；中小学校的很多教师还没有接触过虚拟现实和增强现实，不知道如何在教学中应用，更谈不上如何去开发虚拟现实和增强现实教学资源。因此，针对中小学教学所开发的虚拟现实资源很少，课程资源短缺是虚拟现实和增强现实在中小学推广的最大瓶颈。但随着虚拟现实和增强现实技术的迅猛发展，将虚拟现实和增强现实技术应用于教学势在必行，未来虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用势必带来课
堂教学方式的颠覆性改变。
（三）虚拟现实和增强现实教学平台和资源的设计重形式轻内容
当前很多虚拟现实教育平台都只是在一个3D 视频或虚拟现
实软件游戏的基础上构成虚拟现实教学。虽然学生在虚拟世界玩得津津有味，课堂气氛很活跃，学生互动、交流和讨论很热烈，表面上看学生得到了沉浸式的体验感，但是有些虚拟现实教育平台所提供的知识点讲解还停留在现实世界中，课本内容的单调、枯燥并没有因软件的存在而得到缓解，知识要点的讲解没有变得更加生动、有趣和有针对性，这种只重视形式而不重视内容、教与学完全脱节的虚拟现实课堂只能称为“伪虚拟现实课堂”。
（四）虚拟现实和增强现实设备价格较高和技术条件限制导致普及困难
企业的前期研发成本较高、设备销售量较少，导致多数虚拟现实和增强现实设备销售价格居高不下，很多学校因资金问题望而却步，无力购买售价高昂的虚拟现实和增强现实设备，进而导致虚拟现实和增强现实技术在学校的推广普及步履艰难。如zSpace Z300 刚引入我国时每台售价20 多万元，微软的HoloLens 还未上市，公布的预售价在每台2 万元以上，普通头戴式虚拟现实设备的价格也在2000 ～5000 元之间。大多数虚拟现实软件普遍存在语言专业性较强、通用性较差和易用性差等问题。受硬件局限性的影响，虚拟现实软件开发花费巨大且效果有限。另外在新型传感应用、物理建模方法、高速图形图像处理、人工智能等领域，都有很多问题亟待解决。三维建模技术也需进一步完善，大
数据与人工智能技术的融合处理等都有待进一步提升。以上诸多原因的存在制约了虚拟现实和增强现实技术在中小学
教学中的推广和普及。
五、虚拟现实和增强现实技术在教学应用中的前景展望（一）虚拟现实和增强现实技术发展对未来教学形式的影响随着科学技术的迅猛发展，在云计算、雾计算、物联网、“互联网”、大数据、人工智能突飞猛进的新时代背景下，虚拟现实和增强现实技术与人工智能、大数据和物联网融合，将会让虚拟现实和增强现实技术应用如虎添翼。根据国际数据公司的预测，未来一年里，在以消费者为导向的全球2000 强公司中，预计有30% 的企业将在营销活动中试验虚拟现实和增强现实技术。2021 年时，虚拟现实和增强现实技术将获得大规模应用，全球会有超过10 亿人通过虚拟现实和增强现实平台经常访问应用程序、内容和数据[16]。
随着虚拟现实和增强现实软硬件设备的性能提升和价格降低，会有更多的教育投资公司开发出更加丰富多彩的教学资源，让虚拟现实和增强现实技术快速走进中小学课堂，在教学中大面积应用普及。依托其具有的沉浸性、交互性、构想性、虚实结合、实时交互和三维配准等超级体验感的优势，教师的教学方式和学生的学习方式都将会发生改变。虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用普及将会颠覆传统的教
育方法和教学形式，具有巨大的应用潜力与应用前景。
（二）虚拟现实和增强现实技术发展对未来教学效率的提升虚拟现实和增强现实技术与教育的结合，将会提高未来课堂的教学效率。因为传统教学模式是教师面向全班同学以灌输式、无差异的方式组织教学，而采用虚拟现实技术教学将使课堂教学采用个性化、自主式、体验式的方式组织教学，通过因材施教，每一位学生都可以在虚拟环境中，个性化地听老师为自己讲课，还能与虚拟环境中的老师互动交流。传统课堂为一人讲多人听，而虚拟现实课堂则相当于每个学生面前都有一位自己的老师。同时增强现实技术还可以将静态的文字、图片读物立体化，增加阅读的互动性、趣味性和真实感，创设现实情境，通过3D 模型使抽象的学习内容变得形象化、微观的学习内容变得可视化、复杂的学习内容变得简单化，帮助学生理解和识记抽象的概念。虚拟现实和增强现实作为教育工具应用在课堂上，将为学生展现一个能够交流互动的虚拟世界，既能满足学生的体验感和好奇心，又能以创新的方式传授知识，从而可以大大提升教师的教学效果、激发学生的学习兴趣、提高学生的学习效率。
（三）虚拟现实和增强现实技术发展对未来教学的创新
虚拟现实和增强现实技术能为学生提供多种形式的数字内
容和虚实结合的情景化的学习环境，增强了学生在学习中的存在感和沉浸感。通过虚拟现实和增强现实技术能够将虚拟场景与现实世界相结合，通过穿越时空的方式进行交流互动，
增强了学生的动手操作能力，提升了学生的感性认识和真实体验，激发了学生的创新意识和创新思维，培养了学生自主探究和自主学习的能力。虚拟现实和增强现实技术是多种先进技术的应用和多学科知识的汇聚与融合，是创客教育和STEAM 教育的较佳载体，将虚拟现实和增强现实技术应用于教学中，为学生的创客学习创造了条件，学生在创客空
间里利用虚拟现实和增强现实技术通过主动探索、动手实践、创新设计、跨界融合来学习新知识和掌握新技能，利用先进的虚拟现实与增强现实技术为载体开展创客教育和STEAM 教育，学生在虚拟与现实交互和时空穿越的过程中通过“玩中做”“做中学”“学中做”“做中创”[17]，能够拓展发散性思维，迸发出更加丰富的创新火花，创意“智”造出更加丰富的创客作品。新一轮教学改革已经到来，“中国学生发展核心素养”总
体框架正式发布（如图16 所示），其中实践创新作为六大综合表现之一被提出。而虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用正是一种教学模式的创新，将有助于推动教学改革的进程，有助于创客教育和STEAM 教育普及，有助于学生核心素养的培养。六、结束语
人工智能、大数据分析与虚拟教育（VR 教育）被称为影响未来的三大科技创新方向。未来的虚拟现实和增强现实技术将结合更多高新科技元素如人工智能、云计算、大数据和移动技术等，而随着虚拟现实和增强现实技术的发展，其在教
育领域的发展前景也将会越来越广阔。虚拟现实和增强现实学习环境带给我们的不仅仅是一个技术平台或工具，更会孕育出一种新型的教学模式和教学方法。将虚拟现实和增强现实技术广泛地应用到课堂教学中，对于贯彻落实教育部关于“发展未来学校”和“智慧课堂改革”的设想有重大意义。虚拟现实和增强现实技术能够将虚拟对象与真实环境相融合，通过其较强的交互性能给学生带来更多的学习乐趣，并为学生提供一种新的学习媒体和学习体验，促使学生在愉悦的状态下进行移动学习、自主学习、项目学习和创客学习。依托虚拟现实和增强现实技术为创客教育的载体，能让学生通过自主探究、跨界融合、团队协作、开拓创新来提升核心素养。让虚拟现实和增强现实技术与教育完美结合，快速走进中小学课堂，将为开启未来教育创新之路做出巨大贡献。
参考文献：[1]百度百科.伊凡·苏泽兰[DB/OL].（2015-04-28）[2016-12-23].
https://www.360docs.net/doc/8b10488310.html,/item/%E4%BC%8A%E5%87%A1% C2%B7%E8%8B%8F%E6%B3%BD%E5%85%B0.[2][15] 高媛, 刘德建, 黄真真, 黄荣怀. 虚拟现实技术促进学习的
核心要素及其挑战[J]. 电化教育研究, 2016，(10):77-87，103.[3]新华网. 中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要[DB/OL]（2016-3-7）
[2016-12-23].https://www.360docs.net/doc/8b10488310.html,/politics/2016lh/20
虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术旅游中的应用 2013年10月27日
虚拟现实技术在旅游业中的应用 （一）.虚拟现实技术简介: 虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术, 为人机交互界面, 特点在于，计算机产生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度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视 觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉 （二）.虚拟现实技术的发展概述 1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器, 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。1993年的11月,用虚拟现实技术设计波音777获得成功. 正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域，如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、与培训、信息可视 化以及远程通讯等，人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与 兴趣。 （三）.虚拟现实的定义： 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成 一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真， 可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟 世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受 （四）.虚拟现实技术的四个技术特征 I.多感知性 II．存在感 III交互性 IV．自主性 （五）.虚拟现实系统主要由以下六个模块构成 1).检测模块2). 反馈模块3). 传感器模块4.) 控制模块5). 建模模块
（六）.虚拟现实技术的应用 1.虚拟旅游的概述：所谓虚拟旅游，指的是建立在现实旅游景观基础上，通过模拟或超现实景，构建一个虚拟旅游环境，网友能够身临其境般地逛逛看看。虚拟仿 真visual simulation技术的应用范围之一。应用计算机技术实现场景的三维模拟， 借助一定的技术手段使操作者感受目的地场景。 2.它的方式大致是: 虚拟现实技术系统营造虚拟旅游环境,旅游者首先通过网 络平台上, 运用某些设备完全进入虚拟环境中, 并可根据需要利用多种交互设备(如头盔、数据手套和数据服等) 来驾驭该环境, 同时用于操作该环境中的物体(如山水、园 林建筑、植物等) ; 在虚拟环境中, 旅游者还可参与发生的事件,或与其他参与者(旅 游者等) 相互交流; 当虚拟旅游结束时, 旅游者可以自主地退出虚拟旅游环境返回到 现实环境中来。 3.虚拟旅游的发展现状: 依托于虚拟现实技术和信息技术发展起来的虚拟旅游，是旅游业的一次科技革命，目前主要应用于旅游景区、饭店及会展的营销。 和虚拟现实技术在旅游业发展中的应用 万维网地理信息系统（WebGIS）指基于Internet平台，客户端应用软件。采用WWW协议运行在万维网上的地理信息系统。WebGIS可以最大限度的满足旅游政府部门，旅游企业，旅游者不同的需求 首先利用WebGIS的电子地图支持功能实现地图的生成，管理，显示，和网路共享，然后利用旅游专题数据库储存的景区地形数据和建筑，道路等矢量数据，以及相应的 纹理图片，实景图像，音频视频等多媒体数据资料，通过应用虚拟现实建模语言 （X3D,VRML）建模生成逼真的虚拟旅游景区三维场景或全景图像。 利用虚拟现实技术，旅游相关部门和企业能够把本地区具有代表性的景点（园林 古迹，山水人家，寺庙等）数字化，虚拟化到网络上去，供旅游咨询者通过浏览器下 载和浏览，实现在线的虚拟现实旅游，在虚拟化旅游场景中，旅游者可以任意地在其 中漫游，如以鸟的方式俯视景区全景，或者以走动，飞行等不同的方式从上下左右任 意角度进行游览，或者走进建筑物，甚至能够潜入海底世界。旅游者还可以在进行虚 拟旅游的同时，免费听到幕后“导游者”悉心的介绍，这将给旅游者以全新的旅游体验，无疑会比文字，图片之类的广告更吸引，更有效果。
虚拟现实技术及其在教学中的应用
２００７．２ 73 虚拟现实技术及其在教学中的应用 李科峰 湖南省第一师范学校 湖南 ４１０００２ 摘要：将虚拟现实技术应用到教学中，能够更好地满足教学中情景化及自然交互性的要求，学生可以亲身探索不能到达的环境，观察现实中难以观测的现象，更重要的是教师可以简化现实世界中过于复杂的细节，从而可以更好的突出事物的特点，随着该技术在教学应用中的不断研究开发，它在教育领域内将有着极其巨大的应用前景。 关键词：虚拟现实；教学；应用 ０ 引言 虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的。可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术。 虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。 虚拟现实技术的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。以虚拟现实技术为代表的新型人机交互技术旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知；从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。 １ 虚拟现实技术的基本特征及类型１．１ 虚拟现实技术具有以下五个主要特征 （１）沉浸性 使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境” 感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。 （２）交互性 是在虚拟环境中，学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中学生是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。 （３）构想性 是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动， 不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使学生产生新的构思。 （４）动作性 是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。 （５）自主性 是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。 １．２ 虚拟现实系统按其功能可分成三种类型 （１）桌面三位虚拟现实这由一台普通的计算机系统组成，计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界充分交互。系统的特点是结构简单，价格低廉，经济使用，易于普及推广，但缺乏真实的现实体验。 （２） 沉浸的虚拟现实 它是一套比较复杂的系统，使用者通过头盔、数据手套等其他设备与虚拟环境进行交流。该系统虽然可让使用这完全沉浸到虚拟世界中去，由于其价格昂贵，所以难以推广。 （３） 共享性虚拟现实 它是由多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，达到协同工作的目的。 ２ 虚拟现实技术在教学中的应用 虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，培养学生的技能都将起到积极的作用。经过初步调查，１００％的学生表示对此软件很有兴趣，比课件更直观，并愿意使用它来进行学习 ；９５％的学生认为它能够较好地解决教学中的难点，对于理解所学知识内容有很大的帮助 ；１００％的学生认为它是一种很丰富的教学资源。 （１）化学和物理实验的应用 化学、物理学科昂贵实验仪器的介绍与展示、参观那些不可能进入的实验空间，如核反应堆、粒子对撞空间等等， 对 基金项目： 湖南省教育厅优秀青年科研项目，课题号：ＮＯ．０４Ｂ０１５和湖南省“十一五”规划重点资助课题项目，课题号：ＸＪＫ０６ＡＺＣ０１０。 作者简介：李科峰（１９８２－），男，助理实验师，研究方向：虚拟现实技术与校园网应用。
虚拟现实技术的历史与发展
虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到
[虚拟现实,技术]虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用 摘要 迄今为止虚拟现实技术已经成为计算机技术领域中炙手可热的技术之一。在本文中会基于虚拟现实技术的概况，发展趋势等方面做一些详细的描述并且对其具有的特点进行详细描述，在另一方面会介绍虚拟现实技术在现实生活中的各类丰富多彩的应用，还针对其当前的真实状况，对未来虚拟现实的发展总结了一些展望。 【关键词】虚拟现实技术应用交互 1 虚拟现实概念 虚拟现实来源于英文“Virtual Reality”一词的翻译，还被译为“灵境”的意思。虚拟现实技术最早可以追溯到上世纪50年代，那时候的立体电影配合着大视野的电影图像与声响，就能够让人们能够置身到图像环境中，这也算得上是早起虚拟现实的雏形。 随着科学技术的发展，虚拟技术得到了机遇获得了快速的发展，1990年时专业人员首次对其进行了具体的定义：三维计算机图形学技术，运用多功能传感器的交互式接口技术和高度清晰度的显示技术。虚拟现实技术基于这三种技术创建了一个虚拟的感受环境，使得人们可以感受到现实生活中的一切感官的感受，包括：视觉，听觉，触觉等感官的感受，甚至于感受到一些超越现实技术的环境。 2 虚拟现实的特征 2.1 沉浸感 “沉浸”可以理解为身临其境的意思。用户不仅仅是利用双眼或者大脑进入虚拟环境，而是全身心的完整的进入到虚拟环境中。当用户投入到计算机创造的虚拟的三维空间内，能够真切的感觉到身边的一切都是真实的。在这个过程中虚拟现实技术使得身体在知识探索过程中能动作用得到了保障。 2.2 交互性 在虚拟现实技术配置了一种开放，互动的虚拟环境，这种技术的使用者能够通过三维交互设备操纵计算机给出的对象，与此同时还能够使得虚拟环境中的对象应对环境作出应有的反应。 2.3 构想性 所谓“构想”指的是利用虚拟现实技术能够模拟出很多现实生活中原本不存在的或者极不容易被观察到的环境，用户能够从虚拟环境中得到感性与理性的认识，得到启发，萌发创造力，拥有意识上质的飞跃。
虚拟现实技术的应用研究
虚拟现实技术的应用研究 来源:毕业论文网 摘要：随着计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此，本文 将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍，重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究，以期使读者对于虚拟现实有一个相对明 晰的认知。本文内容介绍：在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分 对全文进行总结。 关键词：虚拟现实技术研究现状虚拟现实应用虚拟现实发展前景 一、引言 虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇，也可能你听说过，但并不了解，只 是认为佩戴显示设备，观看虚拟出来的内容，有身临其境之感，以为这就是虚拟现实技术。不尽然，那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。 二、虚拟现实技术简介 2.1什么是虚拟现实技术 虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高 新技术。从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具 应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。 2.2虚拟现实技术特征 虚拟现实技术主要有四个特征：(1)沉浸性：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般。(2)交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的 反馈。(3)想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间，不仅可以模拟出现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境。(4)多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外，还可以给我们提 供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。 三、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用，如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域，下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。 3.1教育与培训
虚拟现实技术应用及其未来展望
虚拟现实技术应用及其未来展望 虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。 一、虚拟技术的特征 虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性： 人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感： 沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深 化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。 二、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域 虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。 虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练
浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用
浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用 东北师范大学计算机学院 2014级教育技术系王鹏 2014012016【摘要】本文旨在简要介绍虚拟现实技术（含增强现实等分支技术）的定义及其发展现状，通过理论陈述、历史发展及部分实例进行分析，着手于软硬件两方面，结合其他领域中已有的优秀实例，对虚拟现实技术在教育领域的应用提出部分建议。 【关键词】虚拟现实增强现实三维技术教育软件开发 现代社会的电子信息技术自从计算机诞生以来就得到了飞速发展，人们不满足于二维平面等级的人机交互界面，开发了一系列帮助人们进行多元化人机交互的辅助工具。输入设备从最传统的键盘、鼠标，发展到今天的触摸板、眼球测位仪、语音识别，输出设备也从简单的显示屏、扬声器发展出各种形态。在硬件设备进化的同时，人机交互的“内容”即软件与信息层面也发生着急速变化。从最初的二进制数字到后来的命令提示符字符串，再到后来的桌面化操作系统及多媒体声像，时至今日人们已经掌握了足够顶层的技术以使用计算机来模拟日常所见的真实场景，而这种技术的代表作之一、同样也是未来信息技术领域最有发展前景的技术之一，就是虚拟现实技术。 一虚拟现实综述 虚拟现实（Virtual Reality，后文或简称VR）的定义目前为止依然众说纷纭，笔者较为认可的定义如下：一种可供创建并体验高度拟真的虚拟世界的计算机仿真系统。用来实现VR系统的技术被称为VR技术。何谓高度仿真呢？目前为止在技术层面能达到的、符合人们日常生活中实际体验的标准包括如下几个方面： 1 真实性 真实性是VR技术的主要目标。VR旨在用计算机构建真实世界以让用户获得拟真体验，生成的虚拟物件一般要高度仿照真实世界的尺寸、材质等，能够做到静物的“以假乱真”，相应的运动规律也要按照真实世界设置参数，如重力加速度或化学反应速率等，使得它们在变化时看起来仍不失真。 2 交互性 一般来说，交互性是指用户对虚拟世界中物体的可操作程度，和从自然环境中得到信息反馈的程度。计算机系统中生成的虚拟世界不可能仅接受工作人员输入的基本建模参数，也应当接受来自用户的实时输入信息，并给出相应的反馈。例如，用户可以通过特殊的控制器（如摇杆、特制键盘）、体感装置（如传感服、眼球测位仪）以及语音等向系统发送指令，相应地也就要求系统为用户提供多元化的输入接口，输入模式也应当尽可能贴近人类的自然活动。 3 沉浸性 沉浸性是指，用户在体验虚拟世界的时候，不光要体验到场景及运动规律的真实感，也应当同时意识到自己能够沉浸到虚拟世界中，而非一个世界之外的控制者、操作者。理想的VR系统应当以用户为第一视角构建，并能让用户产生真假难辨的感觉。
虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术及应用 Virtual Reality Technology and Application 课程编号：30420132 学分数：2 开课单位：计算机技术与自动化学院 课内总时数：40（其中实验14学时） 任课教师姓名及职称：张大坤教授、刘坤良讲师 开课学期：第2学期教学方式：讲授＋实践 一、教学要求及目的 本课程是介绍计算机学科前沿技术的一门任选课。着重介绍20世纪90年代末兴起的虚拟现实技术的发展概况，并讲述最有影响力的基于Internet的虚拟现实建模语言VRML，使学生能采用VRML语言创建一个多彩的三维虚拟世界。 二、课程的主要内容 1．虚拟现实技术概论 人机交互技术的历史与发展 虚拟现实技术的基本概念 虚拟现实系统的分类 虚拟现实技术的主要应用领域 2．实现VR系统的三维交互设备 VR的三维跟踪传感设备 VR的立体显示设备 手数字化设备 其他交互设备 3．实现VR系统的相关技术 实时显示处理技术 三维虚拟声音 触摸和力反馈技术 三维建模技术 4．虚拟现实建模语言VRML基础知识 VRML语言简介 VRML的编辑器和浏览器 VRML的基础知识 VRML基本的节点介绍
5．设计VRML的虚拟世界 设计故事梗概 创建构件 传感器、事件及路由 动画和脚本 修改与调试 6．实践环节 实验1：VRML编程环境及简单形体创建 实验2：简单的虚拟场景的搭建 实验3：在虚拟场景中实现动态效果 实验4：创建一个实时漫游的虚拟场景 综合测试（考核） 三、教材及主要参考书 1、虚拟现实系统，张茂军，科学出版社，2001 2、虚拟现实技术，申蔚等，北京希望电子出版社，2002，9 四、预修课程 计算机图形学、多媒体技术 五、适用专业、范围 计算机应用技术专业、计算机软件与理论专业
虚拟现实技术在高校教育中的应用
虚拟现实技术在高校教育中的应用 摘要：虚拟现实技术被普遍认为是继计算机技术、网络技术后,在21世纪最有潜力的技术。本文介绍了虚拟现实技术的发展历史及在高校教育中的作用及优势。根据虚拟现实技术具备的特征，分析了虚拟现实技术在高校中的教育应用方向。 关键字：虚拟现实技术；教育应用； 1.引言 随着信息化教育的快速发展，高新技术的应用已经成为了教育领域前进的方向，用以帮助学习者培养自我学习能力以及知识更新能力。而虚拟现实技术是当今国内外最热门的研究领域之一。在教学中使用虚拟现实技术，可以充分调动学习者的思维和感觉器官，对于一些难以接近的教学内容以及难以还原的情景，也可通过虚拟现实技术进行景物内部多方位观察和情境再现。 2.虚拟现实技术概述 虚拟现实, 英文为V irtual Reality, 简称VR。又译作灵境、幻真是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。VR 是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术、人机接口技术以及高分辨显示技术等高新技术, 生成三维逼真的虚拟环境。提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。同时人与虚拟环境之间可以进行多维信息的交互作用, 用户从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的 认识, 从而深化概念和建构新的构思和创意。 虚拟现实包括多感知性（Multi-Sensory）、沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）四个关键特性。它们强调了在虚拟现实环境中人所占据的主导地位。 所谓“多感知性”，是指视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。 所谓的“沉浸感”，是指用户在虚拟环境中所体会到的真实感程度。最佳的效果是使用者在体验过程中难辨真假。 所谓的“交互性”，指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。 所谓的“构想性”，是指用户在使用虚拟现实系统过程中，结合各类信息及自身的行为，展开想象、联想、推理和逻辑判断等，从而习得更多的知识，达到更深层次的实践锻炼 3. 虚拟现实技术在国内外教育领域的研究现状 VR提出于上个世纪60年代, 但只是在近10年随着计算机技术的快速发展, 才在越来越 多的领域得到了推广应用。美国是从事VR 研究最早、研究范围最广、研究水平最高、相关研究对国家发展贡献最大的国家。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面[1]。日本也是在当前实用VR 的研究与开发中居于领先地位的国家之一, 主要致力于建立大型VR知识库的研究。 3.1虚拟现实技术在国外教育领域的研究现状 目前在发达国家, VR在教育领域已得到了广泛的应用。早在1985 年, 美国国立医学图书馆(NLM )就开始人体解剖图像数字化研究, 并利用虚拟人体开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学；1992年，马克·英格里伯格和洛宾·比得迪提合作创建了一个虚拟物理实验室, 其目标是使它成为具有高度可操作性的实验环境, 以便学
虚拟现实技术在教育中的应用探讨
２００８年第３期（下半月）软件导刊?教育技术 进的重要信息。主题资源式网站为了能够使学习者准确、迅速、便捷地获取相关信息，对其进行可用性测试是十分必要的。依照ＩＡ可用性测试的部分理论，对于主题资源式网站信息构建的评价主要从整体结构、分类和搜索３个方面进行。 （１）整体结构评价。主题资源式教育网站结构是指站点作为一个整体的完善度，包括站点的形式、内容、功能等。具体评价指标包括：①站点结构是否全面反映这个教育网站的目标；②要确保建立主题资源式教育网站的全部需求都能准确反映在网站结构中；③站点结构和学习者期望相适应的程度；④网站内容结构设计是否科学、合理。 （２）分类评价。分类在这里是指内容对象分类的一致性、系统性和完整性。分类评价主要是衡量：①同一类目里子类的相似程度。同一类目里子类必须具备极大的相似性，但要避免内容重叠，造成信息冗余；②同级类目之间应坚持最低相似性原则；③下级类目对上一级类目内涵的表达程度；④子类应全面、系统地反映父类所要表达的内容信息。 （３）搜索评价。建立搜索系统来搜索需要的信息内容，具体的评价指标包括：①是否提够有效的站内搜索；②搜索信息的方法是否简单、清晰；③搜索结果的相关性怎样；④无效搜索出现的频率。 此外，学习者测评也是十分必要的，学习者在网上浏览、检索信息的过程中会对网站内容信息组织的优劣、链接有效性、导航正确性产生最直观的感受，获得的测评结果（即可通过用户体验以用户信息反馈的形式表现出来）对网站的改进和完善具有重要的参考价值。 ５结束语 ＩＡ信息构建理论不仅仅是一种理论，一种方法，更是一种理念。在美国，ＩＡ设计已成为网站开发的必备内容。在我国，利用ＩＡ进行网站设计还只是刚刚起步，但是ＩＡ理论指导主题资源式教育网站建设具有重要意义，它将给我们带来一个精心组织、图文并茂、便于导航、标记醒目、多种选择、全新面孔的教育网站。 参考文献： ［１］Ｐ．Ｍｏｒｖｉｌｌｅ，Ｌ．Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒＷｏｒｌｄＷｉｄｅ Ｗｅｂ［Ｍ］．Ｏ$Ｒｅｉｌｌｙ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ，１９９８． ［２］ＡｌａｎＧｉｌｃｈｒｉｓｔ，ＢａｒｒｙＭａｈｏｎ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ－Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｆｏｒＰｕｒｐｏｓｅ：ＭａｎａｇｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＫｎｏｗｌｅｄｇｅＥｃｏｎｏｍｙＳｅｒｉｅｓ［ Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：ＦａｃｅｔＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２００４．［３］ＬｏｕｉｓＲｏｓｅｎｆｅｌｄ．ＨｏｗＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＣａｎＨｅｌｐ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｅｂｗｏｒｄ．ｃｏｍ． ［４］王国琴，郑小芳，甘利人．ＩＡ的底层信息组织与概念空间［Ｊ］．现代 图书情报技术，２００４（６）． ［５］赖茂生．关于信息构建（ＩＡ）的十个问题［Ｊ］．江西图书馆学刊， ２００４（１）． ［６］甘利人，王晓蓉．可用性测试方法在ＩＡ研究中的应用［Ｊ］．情报理论 与实践，２００４（４）． ［７］杨艳萍．网站信息构建评价［Ｊ］．初探情报理论与实践，２００４（４）． （责任编辑：沈正道） 收稿日期：２００７－１１－０８ 作者简介：梁琨（１９８１～），男，四川巴中人，西南大学计算机与信息科学学院教育技术学２００５级硕士研究生，研究方向为现代教学传媒技术；黄小 丽（１９８２～），女，江西新余人，湖北经济学院教育技术部助理实验师，研究方向为教育技术学。 １虚拟现实技术概述 虚拟现实从本质上讲是一种先进的计算接口技术，是由计算机和电子技术创建的新世界，是一个看似真实的模拟环境。 它将现实世界中存在或者不存在的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，再根据视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等因素的协同作 虚拟现实技术在教育中的应用探讨 梁 琨１，黄小丽２ （１．西南大学计算机与信息科学学院，重庆４００７１５；２．湖北经济学院教育技术部，湖北武汉４３０２０５）摘 要：虚拟现实技术是一种辅助教学手段，它改变了单一外部刺激的教学模式，有利于知识的获取与保持，能 有效地促进学生认知结构的形成和发展，使人们的认识观念、教育观念发生根本性的变化。探讨了虚拟现实技术及其在教育教学中的应用优势及其对教学产生的影响。 关键词：虚拟现实技术；教学手段；教学模式；知识获取中图分类号：Ｇ４３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－７８００（２００８）０３－００８０－０３ 技术应用 ８０
VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望
VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望 VR虚拟现实技术能迅速火起来，是基于它突破了人们对三维空间在时间与地域上的感知限制，以及市场需求愿景的升级。此技术可广泛地应用到城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域，可提供切实可行的解决方案，从而降低成本与风险。作者蒋燕玲则看好VR虚拟现实技术在教育培训领域里的应用。众所周知，教育行业从最早单一枯燥的说教与图文教学，随后融入了视听媒体，
再到后来计算机在教育中的普及应用后复合媒体的发展，但都未能突破二维图像的界限。 什么是VR虚拟现实技术？这是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。简单地说，是以VR虚拟计算机技术为主，利用计算机一些特殊设备进行输入输出，来营造一个人体各感官都可感知如亲临其境的三维虚幻世界。 戴上VR眼镜，就可以进入虚拟现实的空间里，想去哪儿分秒间抵达，虚拟与现实只在一镜之间，这仿若科幻电影中才有的高科技，随着VR虚拟现实技术的崛起悄然间这种愿景将改变着我们的生活方式。每一次教育的变革都是由科技推动的，试想如果VR+教育会产生怎样的反应呢？下面作者就从三类教育现状进行分析。 1.学校教育 有没有发现，游戏对学生有着特别的吸引力，而印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示，相比而言，前者明显更能吸引学生的眼球与注意力，甚至长时间专注其中，而后者学习一会儿就渐显疲态，继而分心。因为前者生动形象不断变换的场景容易吸引学生尽情投入，比起单一的印在书本上枯燥的图文和空洞的说教，或是多媒体的展示中被要求被动观看强制性的学习，远远不如进入游戏角色与场景中游弋在虚拟的世界里，明显学生的专注力在虚拟情境中更持久。
VR虚拟现实技术在教育领域前景展望
VR虚拟现实技术在教育领域前景展望 VR虚拟现实技术在教育领域前景展望 VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望 VR虚拟现实技术能迅速火起来，是基于它突破了人们对三维空间在时间与地域上的感知限制，以及市场需求愿景的升级。此技术可广泛地应用到城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学 、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域，可提供切实可行的解决方案 ，从而降低成本与风险。作者蒋燕玲则看好VR虚拟现实技术在教育培训领域里的应用。众所周知，教育行业从最早单一枯燥的说教与图文教学，随后融入了视听媒体，再到后来计算机在教育中的普及应用后复合媒体的发展，但都未能突破二维图像的界限。 什么是VR虚拟现实技术？这是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。简单地说，是以VR虚拟计算机技术为主，利用计算机一些特殊设备进行输入输出，来营造一个人体各感官都可感知如亲临其境的三维虚幻世界。 戴上VR眼镜，就可以进入虚拟现实的空间里，想去哪儿分秒间抵达，虚拟与现实只在一镜之间，这仿若科幻电影中才有的高科技，随着VR虚拟现实技术的崛起悄然间这种愿景将改变着我们的生活方式。每一次教育的变革都是由科技推动的，试想如果VR+教育会产生怎样的反应呢？下面作者就从三类教育现状进行分析。
1.学校 教育 有没有发现，游戏对学生有着特别的吸引力，而印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示，相比而言，前者明显更能吸引学生的眼球与注意力，甚至长时间专注其中，而后者学习一会儿就渐显疲态，继而分心。因为前者生动形象不断变换的场景容易吸引学生尽情投入，比起单一的印在书本上枯燥的图文和空洞的说教，或是多媒体的展示中被要求被动观看强制性的学习，远远不如进入游戏角色与场景中游弋在虚拟的世界里，明显学生的专注力在虚拟情境中更持久。 试想学校教育遇上VR虚拟现实技术，是否会产生奇妙的反应呢？学生们戴上VR眼镜，仿若进入某个课程的虚拟场景的三维环境里，进行人、物、景的多重交互，即可重现历史场景或现实中肉眼无法观察到物体的多维展示。美国一个公司开发了教育类的VR虚拟产品，3D眼镜，一支电子笔与一台特制电脑就可以实现相当逼真的场景虚拟。如学生们坐在教室里，就可通过这些虚拟设备来访问历史古迹，电脑里虚拟的场景带学生亲临现场感知每个方位的场景，甚至与历史名人面对面站立领略其风采。 在学习化学时，分子原子的跃动，一些元素氧化的整个过程全部立体展示，学生只需摇摇头，晃动下身子，都可以达到近似现实的体验它们变换的效果，既形象直观，又规避了化学实验可能带来的危险，想起来就很新奇有趣。在做生物实验时，老师可以在虚拟场景中解剖动物，拆解动物身体内部构造，甚至可来回解析几次，学生也可以虚拟方式来完成解剖过程，这种沉浸式的学习方式是不是很真实过瘾，并可节约教育成本。甚至在教育条件欠发达地区，还可弥补上教学设备匮乏的短板。
虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用 学号 姓名 班级 内容摘要：虚拟现实技术的发展史，虚拟现实技术的概念，虚拟现实技术的特征，虚拟现实系统的分类，虚拟现实技术的应用领域，虚拟现实技术的研究现状。 关键词：Virtual Realit系统、计算机、交互性、模拟仿真 一、虚拟现实技术的发展史 虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。 1929年，Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器 1956年，Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama 1965年，Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display”（终极的显示） 1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（Head Mounted Display，HMD） 1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong 1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一个数据手套——Sayre Glove 20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技
术的研究：1984年，NASA Ames研究中心的M.McGreevy 和J. Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，Jim Humphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。 1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。 从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD 命名为“EyePhones”。 进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如MultiGen Vega、OpenSceneGraph、Virtools 等。 二、虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。 虚拟现实(VirtualReality简称VR)是近年来出现的高新技术。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术传感技术、人工智能等领域。它用计算机生成逼真的三维视听使人作为参与者，通过适当装置自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。VR主要有三方面的含义：第一，虚拟现实是借助于计算机生成逼真的实体，“实体”是对于人的感觉(视听触嗅)而言的。第二，用户可以通过人的自然技能与这个环境交互。自然技能是指人的头部转动眼动手势等其他人体的动作。第三，虚拟现实往往要借助于一些三维设备和传感设备来完成交互操作。 虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据手套、三维
虚拟现实技术在教育中的应用
新兴媒体技术在教育领域中的应用 ——虚拟现实技术 摘要: 随着信息产业的快速发展，信息技术的创新研究也越来越收到重视，而作为信息技术发展重要驱动力的虚拟现实技术，也随之成为人们关注的热点之一。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。本文简单介绍了虚拟现实技术的内涵、特征、类型以及在教育领域中的应用。 关键词:虚拟现实技术、特征、形式、教育应用 一、虚拟现实技术的内涵 虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于使用者,使之产生身临其境的交互式视景的仿真。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学,是现代仿真技术的高级发展和突破,使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验,使人机交互更加自然、和谐。 二、虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术三个最突出的特征是：交互性、沉浸感、构想性。 1.交互性。也称互动性，用户根据各种已有线索做出反应，虚拟现实系统根据用户的具体行动及时生成新的三维场景，然后将新的信息反馈给用户。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。 2.沉浸感。虚拟现实技术可以模拟出三维虚拟环境，理想的虚拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的虚拟环境中，充分利用各种感官去听、察、嗅、触，觉得自己是环境中的一部分，自然而然会产生一种沉浸于其中的强烈之感。 3.构想性。虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 三、虚拟现实技术的形式 根据用户参与形式和沉浸的程度不同，可以把各种类型的虚拟现实技术划分为以下的四种类型： 1.桌面虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实等。 2.沉浸虚拟现实系统。高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其他设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其他手控输入设备、声音等使参与者产生一种身临其境、全心
虚拟现实技术在教育中应用的优势与挑战
虚拟现实技术在教育中应用的优势与挑战作者：范安琪袁玖根 来源：《发明与创新（职业教育）》 2019年第4期 范安琪袁玖根 （江西科技师范大学，江西南昌330038） 摘要：如今科技发展的越来越迅速，教育随着科技的发展也不断有新的教学媒体的出现。在多媒体技术后，虚拟现实技术(Virtual Reality）的出现无疑将对教学产生一定的影响。文 章主要探讨虚拟现实技术在教育教学中应用的优势与挑战。 关键词：虚拟现实技术；教育应用；优势与挑战 虚拟现实是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。 一、虚拟现实技术在教育中应用的现状 虚拟现实技术在20世纪80年代就开始应用于教育了，当时人们还对这方面的研究给予较 少的关注度。而现在世界上许多发达国家都设立了相关项目，如澳大利亚和新西兰于2009年合作成立的虚拟世界工作组和美国林登实验室的Second Life项目等。我国也有很多研究学者在 探索该技术运用于教学中的应用成果。 二、虚拟现实技术在教育应用中的优势 （一）更好地帮助学生学习知识与技能 运用虚拟现实技术可以在仿真的模拟环境中对知识和技能进行不断地巩固和重复学习训练，学习者将处于一个安全的环境中练习观察到的行为和机会，以促进学习者在高效率的环境下达 到预期的教学目标。采用情景记忆（Episodic Memory），这种包含有关生活经历的信息，如特别引人注目的教学活动。通常很难记住课堂上讨论过的学习内容，但是很容易记住教室的样子、老师的桌子的位置。在虚拟技术课堂上通过现代教育技术，创设生动、逼真的教学情境，使用 虚拟现实头戴式显示设备、手柄或传感手套等交互设备从视觉、听觉和触觉这三方面使学生如 临其境。情境记忆为学习者提供一种模式，使他们能够在此基础上掌握知识，发展能力，形成 感情并生成意义。 （二）个性化的学习环境提升学生学习兴趣 个性化学习环境的设计通过虚拟现实技术可以促进学生心流（Flow）的产生，心流是一种 精神状态的运作，在这种状态下，一个人完全沉浸在他所做的事情中，全神贯注。它包含了在 活动过程中的精神投入和持续的参与，是介于无聊和焦虑之间的理想状态。在传统课堂中很难 实现心流，但是通过虚拟现实技术却可以很好地进行相关教学设计。 游戏化学习就是采用游戏化的方式来学习，它是目前比较新颖的教学理论和教育实践。一 个人对一个事物感兴趣，他就会愿意去尝试，努力去做从而做得更好。那么把这个事物换成学习，当学习也变得有趣时，相信学习者也会学有所成。同样对比传统课堂，虚拟现实技术在这