虚拟现实在教育行业中的应用

虚拟现实在教育行业中的应用虚拟现实在教育行业中的应用•虚拟现实的定义概念•虚拟现实的基本特征•虚拟现实的系统组成•虚拟现实在教育行业中的应用•虚拟现实在各专业中的应用及案例欣赏•虚拟现实在教育行业的应用展望目录：虚拟现实的定义概念虚拟现实是指用立体眼镜、传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，通过这些设施以自然的方式（如头的转动、手的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉及触觉等感官世界，随着人们不同的动作，这些感觉也随之改变。用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界中的客体进行浏览和交互性考察。虚拟现实是一项综合的技术，涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能等技术，虚拟现实技术的根本目标就是达到真实的体验效果和提高人机交互的功能，能够达到或者部分达到这样目标的系统一般称为虚拟现实系统。简短来说，虚拟现实就是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。虚拟现实的基本特征虚拟现实具有以下三个基本特征，即“3I”特征：•沉浸性(IMMERSION)：虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点，有计算机产生逼真的三维立体图象，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时，虚拟环境中的图象也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。•交互性(INTERACTION)：虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能够根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图象及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。•构想性(IMAGINATION)：虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想，比如在盖一座现代化的大厦之前，你首先要做的是对这座大厦的结构、外形做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数字化的即看即得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量与效率。Immersion沉浸性Interaction交互性Imagination构想性虚拟现实的系统组成虚拟世界是可交互虚拟环境，可从任意角度连续观看和考察，一般是一个包含三维模型或环境定义的数据库；虚拟现实软件具有自然模拟、逼真体验的技术和方法，提供实时观察和参与虚拟世界的能力；输入设备可用于观察和构造虚拟世界，包括鼠标、数据手套、游戏杆和定位跟踪等；输出设备显示当前虚拟世界视图，包括3D立体眼镜、头盔式显示器、立体显示器、跟踪显示器和头盔等。虚拟现实系统主要有五个关键组成部分：虚拟世界、虚拟现实软件、专业图形处理计算机、输入设备和输出设备。虚拟现实在教育行业中的应用•虚拟学习环境•虚拟专业实验•虚拟科技研究•虚拟实训基地•虚拟仿真校园•虚拟远程教育虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟学习环境虚拟现实系统可以虚拟历史人物、教师、学生等各种人物形象，创设交互式学习环境。比如，在虚拟的课堂学习气氛中，学生可以与虚拟的教师、学生一起交流、讨论，进行协作化学习。再如，在思想品德课教学中，学生可以与虚拟先进人物一起座谈、交流，通过先进人物言行来感化学生，从而达到思想品德教育目的。又如，非英语国家学习英语的最大障碍是没有语言环境，通过虚拟现实技术构建外国情调模拟环境，引入虚拟人物，情境随用户需要而改变。学习者与不同情景人物进行交谈，学习者表现在交互中得到测试。通过分布式网络将不同的学习者连接起来，让他们以各自角色在网络舞台自由发挥，从而大大提高学习者的学习兴趣与学习效率。教师视角的虚拟现实课堂虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，让学习者亲身去经历、感受实际的学习环境，主动地参与交互整个学习过程中。VR技术能够在广泛的科目领域内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、亲身去感受比空洞抽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。学生可以在虚拟学习环境中互动，操作里面的各种对象成功应用：建造人体模型；虚拟银河旅行；化合物分子结构显示；模拟航空失重虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟专业实验利用虚拟实验技术，可以建立各种虚拟实验，如电工、物理、化学、生物等实验室。在“实验室”里，学生可以自由的做各种实验。如在虚拟的物理实验室里，学生可以做重力、惯性等实验。在虚拟的生物实验室里，学生可以做地震波传播、火山喷发等实验。在虚拟的生物实验室里，学生可以做各种解剖实验。在虚拟的化学实验室里，可以利用各种化学药品和天平、砝码、温度计等工具，做各种不同的化学反应，观察燃烧、爆炸等反应现象。无机化学实验虚拟仿真系统硫酸铜模拟实验流程演示虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟专业实验虚拟实验室与传统实验室相比，在各方面都有无法比拟的优势：•功能全，成本低：在传统实验室中，实验所需的设备、场地、物资等都需要一定的成本，受到这些硬性条件的限制，很多实验往往无法进行，导致学生无法对实验内容有深入的了解。而使用虚拟实验室后，学生足不出户就可以获得和传统实验室一样的体验，在保证教学效果的前提下，极大的降低了成本。•安全无风险：在虚拟实验室中，一切观察到的现象都是在虚拟环境中发生的，并不会对实验者造成任何影响，避免了如物理实验的坠物风险，化学实验的腐蚀风险等，使学生的人身安全得到保障。•打破时空限制：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。一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟科技研究相比高度的可操作性，科技研究与实验观测更注重让用户观察到更多更精确的有效数据以供后续分析或使用。因此，这种应用重在以高度拟真的方式，将一些难以观测的现象放到虚拟世界中，让用户以更为舒适便捷的视角或时间测度进行观测，相应地也要由系统给出真实实验中应当观测到的数据。例如，我们可以利用VR系统重建某次天体碰撞的场面及数据分析。这种应用对硬件设备的要求不高，主要还是对计算机系统的运算能力提出了要求。天体碰撞模拟虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟科技研究因此，为了满足科技研究的需要，当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化为实用技术。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。成功应用：北京师范大学信息科学与技术学院在文物复原方面应用；北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等方面的应用。虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟实训基地使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，可以根据需要随时生成新设备。教学内容不断更新，使实践训练及时跟上技术发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟学习环境中扮演角色，非常有利于学生技能训练。虚拟现实应用中的电力虚拟仿真操作训练虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟实训基地在虚拟实训基地中，常见的技能培训包括：•虚拟军事作战技能；•虚拟外科手术技能；•虚拟体育竞赛技能；•虚拟导游实训技能；•仿真数控机床操作技能；•虚拟汽车驾驶技能；•果树虚拟栽培技能；•电器仿真维修技能等。某汽车故障诊断虚拟实训系统虚拟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。如：虚拟飞机驾驶训练系统，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目的。虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟仿真校园教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园也是虚拟现实技术在教育培训中最早的具体应用，它由浅至深有三个应用层面，分别适应学校不同程度的需求：1、简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览。2、基于教学、教务、校园生活，功能相对完整的三维可视化虚拟校园。3、以学员为中心，加入一系列人性化的功能，以虚拟现实技术作为远程教育基础平台。虚拟校园案例演示虚拟现实技术在教育行业的应用——虚拟远程教育•提供可移动的电子教学场所；•对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育；•可为社会提供新技术和高等职业培训的机会；•创造更大的经济效益与社会效益。虚拟远程教学在改变美国高等教育虚拟现实技术在各专业中的应用●艺术设计、动漫、游戏开发●电力、水利●信息科学与技术●轨道交通、桥梁●建筑与城市规划●文物复原、考古●机械、工业●室内设计●导游、旅游●。。。。。。艺术设计、动漫、游戏开发三星虚拟现实游戏《星战炮台》演示机械、工业虚拟现实应用于石油工业导游、旅游虚拟现实技术与旅游碰撞出火花室内设计虚拟现实室内设计目前,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,认为它不但将改变人类从事科学研究、技术设计和生产实践的方式,而且为促进人的认识能力的全面发展提供了新的工具。虚拟现实技术作为众多学科领域交叉、集成的产物，研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。随着这些学科技术的发展，虚拟现实技术在教育中应用将会越来越广泛，特别是网络及人工智能与虚拟现实技术的结合，将使其在教育的应用更加智能化、信息化，更具交互性。虚拟现实的前景十分诱人，在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至改变人们对世界、自己、时间和空间的认识，它是一项深远的具有潜在发展的新技术。虚拟现实作为一个新型的教学媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育领域中广泛应用并发挥其重要的作用。虚拟现实在教育行业的应用展望