虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)研究分析 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及進(jìn)步,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)開始融入越來越多的行業(yè)中，被越來越多的領(lǐng)域所應(yīng)用。尤其是在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于日常的教育更是起著越來越重要的積極的促進(jìn)作用,為教師的日常授課以及學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在三維技術(shù)的基礎(chǔ)之上,將高分辨率顯現(xiàn)技術(shù)和多傳感交互技術(shù)等多種當(dāng)下最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行技術(shù)整合,將二維的圖形亦或者相關(guān)信息投影形成三維化立體的技術(shù)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課堂的日常教學(xué)相結(jié)合，不但有利于教師的教學(xué)，也可以為學(xué)生營造一個(gè)相對(duì)立體完善的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以極大的調(diào)動(dòng)和促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性可思維的創(chuàng)造性。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教育，應(yīng)用，趨勢(shì)Absrtact:Withthecontinuousdevelopmentandprogressofnetworkandscienceandtechnology,virtualrealitytechnologyhasbeguntointegrateintomoreandmoreindustries,andhasbeenappliedinmoreandmorefields.Especiallyinthefieldofeducation,virtualrealitytechnologyplaysamoreandmoreimportantroleinpromotingdailyeducation,providinggreatconvenienceforteachers'dailyteachingandstudents'learning.Virtualrealitytechnologyisbasedonthree-dimensionaltechnology.Itintegrateshigh-resolutiondisplaytechnologyandmulti-sensorinteractiontechnology,andformsthree-dimensionaltechnologybyprojectingtwo-dimensionalgraphicsorrelatedinformation.Combiningvirtualrealitytechnologywithdailyclassroomteachingwillnotonlybenefitteachers'teaching,butalsocreatearelativelythree-dimensionalandperfectlearningenvironmentforstudents,whichcangreatlymobilizeandpromotestudents'learningenthusiasmandcreativethinking.Keywords:virtualrealitytechnology,education,application,trend目錄1.緒論 11.1論文研究背景 11.2論文研究意義 12.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 12.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義 12.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ) 21.環(huán)境建模技術(shù) 22.立體聲合成和立體顯示技術(shù) 23.觸覺反饋技術(shù) 24.交互技術(shù) 22.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類及特征 32.4國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究 52.4.1國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究 52.4.2國外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究 63.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用 73.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀 73.1.1傳統(tǒng)教育 73.1.2采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用 73.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì) 93.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中存在的問題 113.4具體的解決措施 13參考文獻(xiàn) 15致謝 161.緒論1.1論文研究背景信息技術(shù)發(fā)展的迅速以及其在教育領(lǐng)域中的重要作用越來越明顯，使得當(dāng)下的教育工作者和相關(guān)技術(shù)研究人員開始在各個(gè)角度對(duì)信息技術(shù)融入教育之中進(jìn)行研究分析。尤其是對(duì)”互聯(lián)網(wǎng)+教育”領(lǐng)域的研究探索的深入，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始逐漸成為當(dāng)下教學(xué)中強(qiáng)有力工具。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，教育技術(shù)的完善,當(dāng)下教育環(huán)境也開始向復(fù)雜和多樣化轉(zhuǎn)變,學(xué)生對(duì)不同環(huán)境下的教育需求也逐漸個(gè)性化。無論是對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)、還是對(duì)問題的深入分析研究亦或者是對(duì)于相關(guān)能力的學(xué)習(xí)，所以的教學(xué)方法都是為例能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。而虛擬顯示技術(shù)可以為教學(xué)營造更加逼真的立體環(huán)境，為學(xué)生創(chuàng)造機(jī)具真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使得學(xué)生能夠?qū)ο嚓P(guān)知識(shí)和場(chǎng)景的模擬來增加學(xué)習(xí)的樂趣和學(xué)習(xí)的體驗(yàn)。1.2論文研究意義對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)研究，可以了解當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，分析其在當(dāng)下教育領(lǐng)域中的積極促進(jìn)作用以及其存在的一些問題，并根據(jù)問題提出相應(yīng)的解決措施，以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以更好的促進(jìn)教學(xué)工作的開展，提升學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)積極性，推動(dòng)我國教育事業(yè)的良好發(fā)展。2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)下發(fā)展迅猛的仿真技術(shù)下的一個(gè)重要分支，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)下仿真科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、信息傳感技術(shù)以及人機(jī)接口技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)信息科學(xué)技術(shù)的完全整合體，是一種極具技術(shù)挑戰(zhàn)的前沿交叉科學(xué)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是靠對(duì)周圍環(huán)境的模擬、信息的感知、自然技能以及信息傳感設(shè)備等多種技術(shù)設(shè)備共同工作來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)周圍環(huán)境的模擬是通過相關(guān)設(shè)備對(duì)周圍的環(huán)境組成進(jìn)行全面的掃描將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的立體三維信息數(shù)據(jù)圖像的轉(zhuǎn)換；對(duì)數(shù)據(jù)以及信息的感知是指理想化的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)像人一樣的對(duì)周圍的信息、數(shù)據(jù)和環(huán)境能夠做出視覺、聽覺以及觸覺等層面的反應(yīng)和感知；自然技能是可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)工作設(shè)備實(shí)現(xiàn)像人一樣進(jìn)行可以進(jìn)行肢體的運(yùn)動(dòng)，如頭部的上下左右扭動(dòng)、眨眼、做各種手勢(shì)等；傳感設(shè)備就是三維交互設(shè)備。圖2-1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)1.環(huán)境建模技術(shù)也就是虛擬環(huán)境的建立，以便能夠獲取實(shí)際三維環(huán)境的信息以及相關(guān)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)具體的想發(fā)和需要，利用獲取的信息以及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)并建立相應(yīng)的虛擬模型。2.立體聲合成和立體顯示技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性，同時(shí)在復(fù)雜的場(chǎng)景中實(shí)時(shí)生成立體圖形。3.觸覺反饋技術(shù)使用者在操作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的過程中能夠直接感受到虛擬物體的作用力以及反作用力，從而產(chǎn)生真實(shí)身臨其境的感覺和體驗(yàn)。4.交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互的聯(lián)系及其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了現(xiàn)實(shí)中鍵盤和鼠標(biāo)的聯(lián)系和作用，利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語音識(shí)別、語音輸入技術(shù)成為重要的人機(jī)交互手段。2.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類及特征1.桌面虛擬現(xiàn)實(shí)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)就是在依據(jù)個(gè)人計(jì)算機(jī)以及層次較低的工作站設(shè)備的基礎(chǔ)之上，將個(gè)人計(jì)算機(jī)的液晶屏幕作為虛擬現(xiàn)實(shí)仿真者對(duì)虛擬環(huán)境建立觀察并分析的一個(gè)媒介和窗口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的模擬。通過這些虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息以及數(shù)據(jù)的輸入，確?，F(xiàn)實(shí)與虛擬世界交互傳感的實(shí)現(xiàn)，而在現(xiàn)實(shí)中對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行操作的外部設(shè)備主要有鼠標(biāo)、虛擬追蹤球以及力矩球等。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)使用者的要求是需要時(shí)時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕，通過操作設(shè)備，來對(duì)虛擬的界面進(jìn)行全面的觀察，并通過操作設(shè)備來對(duì)虛擬界面內(nèi)的事物進(jìn)行操縱。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的成本較低，應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，但是這一模式由于會(huì)受到一定的現(xiàn)實(shí)影響，會(huì)使得參與者缺乏真實(shí)的虛擬體驗(yàn)。日常常見的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)QuickTime虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言虛擬現(xiàn)實(shí)ML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)、MUD等。

圖2-2虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)

高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及系統(tǒng)可以為使用者提供完全沉浸其中的舒爽體驗(yàn)，使參與者可以有一種真正身處于虛擬世界的感覺。沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)是利用頭盔式顯示器以及其它的設(shè)備將體驗(yàn)者的視覺、聽覺觸覺以及其它的所以感覺完全的封閉起來，并為體驗(yàn)者提供一個(gè)完全全新的、虛擬的環(huán)境及迥異的空間，并依據(jù)位置跟蹤器、傳感手套、其它手動(dòng)信息輸入設(shè)備等一系列的技術(shù)設(shè)備使體驗(yàn)者能夠真正的產(chǎn)生身臨其境、完全沉浸虛擬世界中的感覺和體驗(yàn)。當(dāng)下的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

圖2-3虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備3.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行詳細(xì)的模擬、對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行數(shù)據(jù)的仿真，而且這一技術(shù)主要是用來強(qiáng)化體驗(yàn)者對(duì)虛擬中的現(xiàn)實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)，利用這一技術(shù)來增強(qiáng)參與者現(xiàn)實(shí)中難以感知亦或者不方便進(jìn)行的感受。

4.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

如果分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)就是將多個(gè)用戶的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)完全的連接在一起，使得者多個(gè)體驗(yàn)者可以同時(shí)參加一個(gè)完全相同的虛擬空間，實(shí)現(xiàn)多個(gè)體驗(yàn)者溝通共同體驗(yàn)虛擬世界。在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)中，多個(gè)參與者可通過網(wǎng)絡(luò)及其計(jì)算機(jī)對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行各自的觀察和操作，實(shí)現(xiàn)分工，以便能夠達(dá)到相互協(xié)作，互相配合的目的。當(dāng)下最有特色的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET是由坦克的仿真器通過網(wǎng)絡(luò)來連接而成的，這一虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于軍隊(duì)件的聯(lián)合訓(xùn)練。虛擬世界、體驗(yàn)者的沉浸感、虛擬世界感覺反饋以及交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)。1.虛擬世界是根據(jù)當(dāng)下先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境及世界的構(gòu)建，虛擬世界的設(shè)計(jì)和構(gòu)建完善是其他一切虛擬事物可以實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。虛擬世界可以根據(jù)當(dāng)下的真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬構(gòu)建，形成相對(duì)逼真的三維模擬模型。也能夠根據(jù)用戶的想發(fā)來設(shè)計(jì)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界中并不存在的事物以及場(chǎng)景，而后使得用戶在構(gòu)建的虛擬世界中進(jìn)行虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的交互操作。2.沉浸感是衡量虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的技術(shù)指標(biāo)和特征，是體驗(yàn)者在創(chuàng)建的虛擬世界中，與虛擬世界的相關(guān)事物進(jìn)行交互時(shí)所體驗(yàn)到的真實(shí)程度的大小。當(dāng)下由于軟件以及硬件條件的限制，即使是當(dāng)下最先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也無法完全的使得體驗(yàn)者在虛擬世界中能夠真實(shí)地體驗(yàn)到與現(xiàn)實(shí)世界一般無二的相同體驗(yàn)和感知，只能讓體驗(yàn)者在一定程度上體驗(yàn)到虛擬世界的沉浸感。3.感覺反饋是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)有的特點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不同于傳統(tǒng)的交互接口，它不僅僅能夠?yàn)轶w驗(yàn)者提供視覺以及聽覺方面的相關(guān)反饋，還提供為體驗(yàn)者進(jìn)行觸覺、力覺、嗅覺、味覺等層面全方位的時(shí)時(shí)反饋，以滿足體驗(yàn)者對(duì)虛擬世界沉浸感的要求和體驗(yàn)，且期望虛擬世界對(duì)體驗(yàn)者的反饋與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)體驗(yàn)者的反饋效果一樣。4.交互性主要體現(xiàn)在人與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的相互作用過程中，交互性是指通過各種靈敏傳感器使得計(jì)算機(jī)能夠?qū)w驗(yàn)者與虛擬世界的自然交互行為進(jìn)行及時(shí)的識(shí)別并同時(shí)做出相應(yīng)的響應(yīng)和反饋。交互的及時(shí)性對(duì)于體驗(yàn)者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)程度至關(guān)重要，如弱體驗(yàn)者在虛擬世界的體驗(yàn)者，與虛擬事物都的交互過程存在嚴(yán)重的延遲現(xiàn)象，就會(huì)使得體驗(yàn)者的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)失真，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的交互體驗(yàn)產(chǎn)生嚴(yán)重的消極影響。2.4國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究2.4.1國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究北京航空航天大學(xué)的計(jì)算機(jī)系是目前我國最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，而且是在虛擬現(xiàn)實(shí)研究領(lǐng)域中最具有權(quán)威的研究單位之一，相關(guān)研究工作者首先是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的一些觀點(diǎn)和理論基礎(chǔ)進(jìn)行了分析探討研究，同時(shí)也對(duì)虛擬環(huán)境中不同物體的物理特性以及其相關(guān)的表達(dá)方式及模式進(jìn)行了研究；并實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)的視覺接口這一硬件設(shè)備的升級(jí)同時(shí)編寫出了更加完善完備的算法，優(yōu)化了虛擬環(huán)境，同時(shí)也將虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)的分布式設(shè)計(jì)變成了現(xiàn)實(shí)。而且計(jì)算機(jī)系也為廣大的研究者開設(shè)了線上論壇，提供當(dāng)下研究最新的數(shù)據(jù)信息和虛擬現(xiàn)實(shí)的演示平臺(tái)，供研究者進(jìn)行理論的研究和探討。

浙江大學(xué)的國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)預(yù)消隱技術(shù)以及圖層疊加繪制技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)出了一套桌面虛擬的三維立體的實(shí)時(shí)建筑環(huán)境漫游系統(tǒng),同時(shí)配備了更加高級(jí)的交互工具，以便使得系統(tǒng)三維畫面實(shí)時(shí)性以及清晰度等層面都能達(dá)到較為先進(jìn)的水平。而且，研究人員還編制出更為先進(jìn)的快速漫游算法以及遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的過程中，已經(jīng)利用當(dāng)下的虛擬技術(shù)將人類行為中的特定人臉表情進(jìn)行了數(shù)據(jù)的合成，同時(shí)也解決了嘴唇動(dòng)作的合成以及表情變化等一系列的技術(shù)問題，同時(shí)對(duì)于人類在言語交流過程中的頭部動(dòng)作以及和手勢(shì)的變化等實(shí)現(xiàn)了研究的突破，同時(shí)也期望能夠積極實(shí)現(xiàn)話音以及語調(diào)的同步。2.4.2國外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究美國宇航局下的艾姆斯實(shí)驗(yàn)室成功的將數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)了更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)升級(jí)并開始工程化，使的數(shù)據(jù)手套成為了更加具備實(shí)用性的產(chǎn)品。同時(shí)約翰遜空間中心通過積極運(yùn)用面向座艙的飛行模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間站操控的仿真和模擬。德國在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究以及應(yīng)用層面取得了難以想象的積極成果。德國通過對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的積極改革，一是通過將虛擬技術(shù)用于傳統(tǒng)產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)，在很大程度上降低了產(chǎn)品的銷售成本，也減少了新產(chǎn)品研發(fā)過程中存在的各種風(fēng)險(xiǎn)；二是通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向潛在用戶進(jìn)行產(chǎn)品演示的過程中更能引起客戶對(duì)產(chǎn)品的興趣；三是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與當(dāng)下的培訓(xùn)相結(jié)合，在新的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備投入運(yùn)營前用利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來對(duì)企業(yè)的員工進(jìn)行理論以及技能的培訓(xùn)，以提高員工對(duì)于設(shè)備的熟悉程度以及操作水平。NEC公司研究開發(fā)了一種先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以讓操作者通過“代用手”來實(shí)現(xiàn)對(duì)三維CAD形體模型的處理，該虛擬系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)手套作為媒介將對(duì)模型的處理和cad操作者鏈接了起來。日本的富士通實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)虛擬環(huán)境中的事物與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的相互間作用進(jìn)行研究，而且富士通實(shí)驗(yàn)室通過開發(fā)新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別系統(tǒng)來對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的手勢(shì)識(shí)別進(jìn)行研究，以識(shí)別手勢(shì)和信號(hào)語言。3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀3.1.1傳統(tǒng)教育傳統(tǒng)模式下的教育只是教師根據(jù)當(dāng)下的教學(xué)大綱的規(guī)定按照課本對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解和知識(shí)的傳授。這一傳統(tǒng)下的教育，只是要求學(xué)生能夠?qū)⒗蠋熤v解的課本知識(shí)聽懂和吸收，而且傳統(tǒng)模式下的教育也注重學(xué)生的記憶背誦，對(duì)于一些學(xué)生不理解的知識(shí)，就會(huì)要求其進(jìn)行簡(jiǎn)單的背誦，使得學(xué)生的主觀能動(dòng)性逐漸的降低，教師也很少能夠?qū)⒄n本的知識(shí)進(jìn)行更深、更廣的延伸。這樣的教育僅僅要求學(xué)生能夠考出好的成績(jī)，適應(yīng)當(dāng)下的應(yīng)試教育,導(dǎo)致學(xué)生逐漸養(yǎng)成被動(dòng)接受課本知識(shí)的習(xí)慣，不會(huì)思維的發(fā)散。而且在傳統(tǒng)的教育模式中，一些學(xué)校由于條件的限制，使得很多課本上的實(shí)驗(yàn)無法完全的向?qū)W生進(jìn)行演示并讓學(xué)升上手操作，從而使學(xué)生缺少了本應(yīng)擁有的實(shí)踐機(jī)會(huì)。3.1.2采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用遠(yuǎn)程教育

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)中存在的虛擬智能角色，可以帶領(lǐng)學(xué)生在虛擬環(huán)境中更好地進(jìn)行環(huán)境的體驗(yàn)，同時(shí)老師也能夠隨時(shí)隨地的在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中與其學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的講解和學(xué)術(shù)的交流。以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和多媒體設(shè)備為基礎(chǔ)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以使得學(xué)生的主觀能動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)能力得到極大的提升，學(xué)生通過計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也能夠享受到當(dāng)下豐富的學(xué)習(xí)資源。圖3-1虛擬教室虛擬校園虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以進(jìn)行虛擬校園以及虛擬課堂的創(chuàng)建，可以使得學(xué)生能夠隨時(shí)隨地的在虛擬校園以及虛擬課堂課堂之中進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)、也能夠也老師、同學(xué)進(jìn)行及時(shí)的討論。

（3）虛擬漫游虛擬漫游是指學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中可以以第一人稱的身份進(jìn)行游覽，對(duì)環(huán)境的觀察，可以根據(jù)自己的喜好對(duì)游覽的速度以及觀察的視角進(jìn)行時(shí)時(shí)的調(diào)整，使得學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中有身臨其境的真實(shí)感覺和極真的體驗(yàn)。圖3-2虛擬現(xiàn)實(shí)課堂（4）虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)是指在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的基礎(chǔ)之上將現(xiàn)實(shí)中真實(shí)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬呈現(xiàn)。當(dāng)下學(xué)校根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)立的各種虛擬實(shí)驗(yàn)室在對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)、物理等實(shí)驗(yàn)的操作和體驗(yàn)上具有積極的效果，同時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)立，在很大程度上可以降低學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，也能夠降低一些實(shí)驗(yàn)昂貴的成本，減少學(xué)校的開支，使得學(xué)生們能夠足不出戶的、不限次數(shù)的進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的操作，同時(shí)也能獲得與現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)一樣的體驗(yàn)。3.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)（1）生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生理解抽象概念傳統(tǒng)過程中，知識(shí)或信息一般的傳授通常依靠文字、圖片等簡(jiǎn)單形式來進(jìn)行的，這些形式用于解釋當(dāng)前的中觀世界是容易的。但是對(duì)于一些復(fù)雜的問題，比如宏觀、微觀現(xiàn)象，亦或是歷史事件和未來，就顯得蒼白無力。相對(duì)于傳統(tǒng)教育中知識(shí)的扁平性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以呈現(xiàn)更為立體的世界，消除時(shí)間與空間對(duì)人造成的認(rèn)知阻斷，為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。如建造人體模型、太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，虛擬現(xiàn)實(shí)可以在廣泛的科目領(lǐng)域中為學(xué)生提供無限的虛擬體驗(yàn)，從而加速和鞏固他們學(xué)習(xí)知識(shí)的過程，有效幫助學(xué)生加深知識(shí)印象，深刻理解抽象概念。

圖3-3虛擬課堂教學(xué)（2）實(shí)現(xiàn)情景學(xué)習(xí)、促進(jìn)知識(shí)遷移

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供豐富的感知線索以及多通道（如聽覺、視覺、觸覺等）的反饋，幫助學(xué)習(xí)者將虛擬情境的所學(xué)遷移到真實(shí)生活中，滿足情境學(xué)習(xí)的需要。

圖3-4虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)（3）節(jié)省成本并規(guī)避真實(shí)操作的潛在危險(xiǎn)

傳統(tǒng)過程中，受到設(shè)備、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等條件制約，許多大型或有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)難以開展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，能讓學(xué)生足不出戶完成各種實(shí)驗(yàn)，并獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)?？梢哉f，在保證教學(xué)效果的前提下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)減少了實(shí)驗(yàn)操作可能帶來的困難和危險(xiǎn)，并大幅度降低了實(shí)驗(yàn)成本。

（4）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過呈現(xiàn)個(gè)性化特征、豐富多彩的媒體形式和刺激性的對(duì)話促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。大量案例證明，虛擬現(xiàn)實(shí)可以給學(xué)習(xí)者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可創(chuàng)設(shè)逼真的場(chǎng)景，提供動(dòng)態(tài)的高交互設(shè)置，可以讓學(xué)習(xí)者在其中顯示出較高的學(xué)習(xí)參與度。

圖3-5虛擬課堂（5）有利于開展創(chuàng)新教學(xué)、辦出特色教育

虛擬現(xiàn)實(shí)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)接近真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，將抽象概念具象化，為學(xué)習(xí)者打造高度開放、可交互、沉浸式的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，突破傳統(tǒng)教學(xué)的一些難點(diǎn)和瓶頸，從而讓學(xué)校教學(xué)變得更有效率。另外，教師可組織學(xué)生開展基于虛擬現(xiàn)實(shí)的課堂互動(dòng)、自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)，創(chuàng)辦特色教育課程內(nèi)容，從而從整體上提升學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量。3.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中存在的問題虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未完全成熟盡管目前隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷取得突破性的進(jìn)展，但現(xiàn)實(shí)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)舒適、安全、高效的理想目標(biāo)上仍存在著很大的差距。以當(dāng)下市場(chǎng)上廣受歡迎的Oculus虛擬現(xiàn)實(shí)、三星Gear虛擬現(xiàn)實(shí)、HTC-Vive等頭顯產(chǎn)品為例，這些產(chǎn)品在具體使用的過程中仍存一些不足，便利性以及性能都有待提高。而且當(dāng)下市場(chǎng)上很多虛擬頭盔的分辨率都相對(duì)較低，影響使用者的視覺體驗(yàn)，難以真正達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)所追求的沉浸式體驗(yàn)的理想目標(biāo)。而且更加重要的是，當(dāng)下市場(chǎng)上主流的虛擬頭盔不能積極實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)的完美對(duì)接，部分產(chǎn)品使得用戶帶上頭盔之后就不能對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境和事物進(jìn)行時(shí)時(shí)的觀察，需要有人在一旁進(jìn)行時(shí)時(shí)的陪護(hù)。此外，長(zhǎng)期佩戴使用虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)產(chǎn)品會(huì)引發(fā)使用者的身體疲勞、眩暈以及惡心等癥狀的產(chǎn)生，影響使用者的身體健康。而且由于技術(shù)的限制，當(dāng)下的教育方案無法能夠?qū)崿F(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的積極，教師也難以像設(shè)計(jì)日常普通課程課件一樣進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)課程的設(shè)計(jì),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教師群體中的使用存在極大的困難，教師若想實(shí)現(xiàn)虛擬課程的教學(xué)就需要專門技術(shù)團(tuán)隊(duì)的支持和陪伴,這也在一定程度上影響了“虛擬現(xiàn)實(shí)+教育"的發(fā)展。

2.缺乏有效的學(xué)習(xí)評(píng)估與監(jiān)控工具

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師與學(xué)生在一個(gè)教室之中，使得教師可以直接的觀察學(xué)生在課堂上的行為和表現(xiàn)，從而能夠直接的判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握程度。但在虛擬的教學(xué)環(huán)境中，教師與學(xué)生所處空間位置的不統(tǒng)一，使得教師難以對(duì)教育過程的開展進(jìn)行時(shí)時(shí)的監(jiān)管,不能根據(jù)每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來對(duì)其教學(xué)的方案做出及時(shí)適當(dāng)額調(diào)整，難以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行客觀的評(píng)估。3.虛擬教育環(huán)境下學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷增加

為了讓學(xué)生能夠真正體驗(yàn)沉浸式學(xué)習(xí)的體驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)的課程往往會(huì)在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)豐富多彩的情境。同時(shí)，在教學(xué)過程中會(huì)采用多元化信息交互方式，進(jìn)行課程的拓展和延伸，這種多樣化以及多元化的信息傳遞，會(huì)極大的提高學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。而且根據(jù)相關(guān)的研究，虛擬世界功能的豐富性以及多種多樣的情境會(huì)在一定程度上干擾學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容和知識(shí)的學(xué)習(xí)及判斷，影響學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握。因此虛擬教學(xué)環(huán)境需要充分考慮學(xué)生年齡和認(rèn)知特點(diǎn)，進(jìn)行客觀嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，防止信息拓展的過載，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。3.4具體的解決措施1.需要不斷完善虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：積極研發(fā)分辨率高的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，編寫創(chuàng)新算法，增加虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的良好對(duì)接，同時(shí)也要積極解決長(zhǎng)期使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給使用者帶來的疲勞、眩暈、惡心等影響身心健康的問題，保證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)使用者的舒適、安全以及高效性。2.加強(qiáng)對(duì)教師的培訓(xùn)：當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展日新月異，加上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理復(fù)雜，操作較為困難，使得教師難以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行虛擬課程的設(shè)計(jì)和備案。因此，學(xué)校要定期加大對(duì)教師關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)，并請(qǐng)相關(guān)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)向教師隊(duì)伍進(jìn)行詳細(xì)的講解，提升教師的虛擬現(xiàn)實(shí)操作水平以及課程備案能力。3.完善評(píng)估與監(jiān)管機(jī)制：由于虛擬教學(xué)的特點(diǎn)，使得教師難以對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行有效的評(píng)估，難以及時(shí)的對(duì)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)管，將會(huì)影響學(xué)生的成長(zhǎng)和學(xué)習(xí)的進(jìn)步。因此學(xué)校要建立完備的評(píng)估以及監(jiān)管機(jī)制，針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及虛擬教育的特點(diǎn)開發(fā)專門的技術(shù)，用以觀察、監(jiān)督和記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，幫助教師更好地了解學(xué)生的表現(xiàn)，并提供針對(duì)性的指引和干預(yù)。4.制定合理的課程安排虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課堂的結(jié)合，在很大程度上將會(huì)打開學(xué)生的眼界和思維，但是在一定程度上也將會(huì)增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。因此，教師在制定設(shè)計(jì)虛擬課堂課程時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的狀況進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，循序漸進(jìn)，同時(shí)在課程開展的過程中，要將教育模塊放在主要位置，同時(shí)也要將游戲模塊與教育模塊分開，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中未來發(fā)展趨勢(shì)研究虛擬顯示技術(shù)將在教育領(lǐng)域的深化推動(dòng)、促進(jìn)教育公平、提高教學(xué)效果和管理等層面發(fā)揮越來越重要的作用。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以推進(jìn)教育教學(xué)的改革，使之逐漸摒棄傳統(tǒng)對(duì)學(xué)生的填鴨式教育，使得教育開始實(shí)行豐富的教學(xué)和管理模式，培養(yǎng)知識(shí)能力皆佳的高素質(zhì)人才。當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的各種技術(shù)應(yīng)用，通過簡(jiǎn)單的虛擬視頻演示，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與知識(shí)的簡(jiǎn)單相互交互。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及虛擬現(xiàn)實(shí)的不斷完善，在未來