虚拟现实教育解决方案

基于虚拟现实技术的教育解决方案

2015.4

目录

1 简述 (3)

2 背景 (3)

3 虚拟现实设备 (3)

3.1 数据传感手套 (3)

3.2 立体眼镜 (4)

3.3 头盔显示器 (5)

4 功能概述 (5)

4.1 功能简述 (5)

4.2 功能特点 (6)

5 应用方向 (7)

6 用户价值 (8)

7 实现意义 (9)

1简述

虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个重大飞跃。它营造了”自主学习”的学习环境，采用实物与虚物相结合的方式构造虚实结合的虚拟教学培训系统，使学生或者培训人员能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心的投入到学习环境当中去，这非常有利于学生或者培训人员的技能训练。随着虚拟现实技术的不断发展和完善以及硬件设备价格的下调，虚拟现实技术会以自身强大的教学优势和潜力在未来将会逐渐受到教育机构以及教育工作者的重视和青睐，最终在教育领域中广泛的应用并发挥其重要的作用。

2背景

虚拟现实是一种可视化界面技术，可以有效的建立虚拟环境，以及对环境可视化和渲染。传统的教育方式只是教师向学生或者培训人员传授知识，但他们不能够身临其境的自我感知和深入理解，根据一些领域的需求，近年出现了虚拟现实技术。它能够给学生以及培训人员身临其境的视觉感，在虚拟的环境中，一切看上去是真的，听起来是真的，动起来是真的，如同在现实世界中的感觉一样。由此可以看出，虚拟现实技术在教育上的应用将有很大的发展前景和研究意义。3虚拟现实设备

3.1数据传感手套

观察者还可借助数据手套等设

备来操纵虚拟场景中的对象，数据手

套中装有许多光纤传感器，能够感知

手指关节的弯曲状态，观察者通过手

指的活动来实现与虚拟场景交互作

用数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为”真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。在虚拟装配和医疗手术模拟中，数据手套是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。

3.2立体眼镜

三维眼镜是用于观看立体游戏

场景、立体电影、仿真效果的计算

机装置，是基于页交换模式(Pagefilp)

的虚拟现实立体眼镜，分有线和无

线两种，是目前最为流行和经济适用的VR观察设备。基于页交换模式(Pagefilp)的立体眼镜，分有线和无线两种。均为图形工作站用立体眼镜（Shutterglasses）许多专业软件都支持CrystalEyes，

如机械CAD、产品可视化、仿真、分子建模、地理信息系统/测绘和医学成象等。彩色图像真实、高分辨率。

3.3头盔显示器

无论是要求在现实世

界的视场上同时看到需要

的数据，还是要体验视觉

图像变化时全身心投入的

临场感，模拟训练、3D游

戏、远程医疗和手术，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，头盔显示器都得到了应用。比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查看、夜视系统显示、车辆和飞机的炮瞄系统等需要信息显示的，都可以采用头盔显示器。在CAD/CAM操作上，HMD使操作者可以远程查看数据，比如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。波音公司在采用虚拟现实硬件技术进行波音777飞机设计时，头盔显示器就得到了应用

4功能概述

4.1功能简述

1)虚拟现实提供了全新的教学手段和学习场景。虚拟现实技术为学习提供了崭

新的手段和场景。它突破了传统教科书的限制，创建出虚拟环境，使学习者在具体的情境中通过主动的学习获得知识，大大的提高了教学效果。

2)利用虚拟现实技术模拟难以讲解的教学场景，并使之可视化和可参与，让学

员能够更好的学习到相关的技能。

3)虚拟现实也可以将若干个知识点串联起来，能够把知识点进行汇总，使学员

更好的深入理解。

4)虚拟现实技术支持的交互式合作学习使学习成为乐趣。利用虚拟现实技术，

可以”虚拟教师”，也可以”虚拟同学”，可以很方便的实现协作式学习。

5)虚拟现实技术充分支持并实现了因材施教和个性化学习。不同的人理解事物

的方式是不同的，每个人可以根据自己的学习特点选择适合的学习资源，按照适合自己的学习的方式和速度进行学习。

4.2功能特点

虚拟现实技术具有以下四个特点：

1)沉浸性使之所创造的虚拟环境能使学生产生”身临其境”的感觉，使其相信在

虚拟的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，虚拟对象是交互的个体，主体和个体之间的交互式全方位的。

3)构想性是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸与此环境

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，让学生感觉到她面对的是一个真实的环境。

5应用方向

虚拟现实系统在教育中的应用主要体现在以下几个方面：

1)科技研究

虚拟学习环境能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构现实等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞想象的说教更具说服力。主动地去交互与被动的灌输有本质的差别。虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室。

2)虚拟实训基地

利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其”设备”与”部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如：在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落。通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。

3)数字化教育与虚拟课件

在课堂教学中，适用虚拟制造技术，可以把课程中的插图、抽象原理采用虚拟的可操控的模型及动作表达出来，使抽象的、难以表达的东西变的简单易懂。

例如，过去老师讲授化学元素周期表、离子、电子云、化合价，是非常抽象的，有了虚拟技术，可以做出每一个元素的模型，可以反过来、正过来观察、还可以让电子旋转，形成电子云，更可以观察化学反应的机理，学生一目了然，理解容易且深刻，老师少费好多的口舌，徐称眼见为实。再如电磁场、光的波粒两重性，有了虚拟技术，表达就极其容易。例如，过去老师讲授化学元素周期表、离子、电子云、化合价，是非常抽象的，有了虚拟技术，可以做出每一个元素的模型，可以反过来、正过来观察、还可以让电子旋转，形成电子云，更可以观察化学反应的机理，学生一目了然，理解容易且深刻，老师少费好多的口舌，徐称眼见为实。再如电磁场、光的波粒两重性，有了虚拟技术，表达就极其容易。

4)职业培训扩展

职业培训对虚拟制造技术的需求是迫不及待的。例如，高危工种的培训，没有虚拟技术其效率将会大打折扣，成本也居高不下，如消防、矿井救援、高空作业、电站操控、电网调度、飞机航天器操控等等的培训场合。

就是简单的汽车维修培训，也是离不开的。一方面，购买的实物发动机可以教学，但是，如何讲授原理？另一方面，发动机拆装对于新学员来说第一次是困难的，机件损耗也很大，再者，学校不可能购买市场上所有型号的发动机，即使有购买力，也不能卖到所有的，或者时间上跟不上。虚拟制造技术可以帮助解决这些问题。

6用户价值

5)节约成本

通常由于设备、场地、经费等硬件的限制，许多实验都无法进行。而利用虚

拟现实系统，学生就可以足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的机会。在保证教学效果的前提下，极大地节省了成本。

6)减少风险

真实实验或操作往往会带来各种风险，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险地实验。例如：虚拟的飞机驾驶教学系统，可以免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

7)打破空间、时间的限制

利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。

7实现意义

虚拟现实对教育领域的全方位渗透，从根本上改变人们的思维习惯和对传统学习环境的概念，逐渐走向由虚拟教师、虚拟学习软件、虚拟实验、虚拟图书馆、虚拟辅导、虚拟测验等构成的虚拟学习环境，给人以身临其境之感，让学习者沉浸在虚拟世界里对学习目标进行实时观察、交互、参与、实验等操作，给予学习者充分的体验和相像空间。

随着计算机、信息、网络等相关技术的发展，计算机作为一种高效能的信息传播工具，在教育教学过程中得到越来越广泛的应用，如果将虚拟现实技术作为一种新兴的教学媒体应用到教育教学中，这种崭新的技术会带给我们崭新的教育思维，解决我们以前无法解决的问题。