虛擬現實技術在遠程教育中的應用論文
摘要：虛擬現實技術具有獨特的技術優勢，在現代遠程教育領域具有良好的應用前景。結合虛擬現實技術在現代遠程教育領域的應用，本文論述了該技術的主要優勢和主要的應用模式，分析了應用過程中應該關注的若干問題。
關鍵詞：虛擬現實；遠程教育；應用模式
一、引言
教育技術的發展緊緊伴隨著技術進步的步伐發展，隨著信息技術的飛速發展現代教育技術也呈現出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術和信息技術的不斷發展，有關教育技術特別是遠程教育技術的研究呈現出由電視技術到計算機技術再到網絡技術的發展路徑。例如美國早期的教育技術研究集中在視聽教育方面，對電視媒體比較關注。90年代以后，計算機逐漸普及應用，教育技術相關的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現。今天，隨著新教育理念和教育技術的發展，特別是虛擬現實和數字媒體技術的發展，“遠程網絡教育平臺”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實驗”等新術語又不斷出現在現代教育技術研究的舞臺上，呈現出新的發展局面。我國是教育大國，發展現代遠程教育已成為我國教育發展的一項戰略措施。近年來，在我國教育技術主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠程教育》《開放教育研究》《現代教育技術》《現代遠距離教育》，對包括虛擬現實技術在內的新的信息技術應用做了大量研究。本文在綜合分析相關文獻的基礎上，分別論述虛擬現實技術主要的應用特點、虛擬現實在教育技術中的應用模式和關鍵技術。
二、虛擬現實技術應用于遠程教育的主要優勢
我國的遠程教育經歷了三個發展階段：一是主要依靠郵政通訊手段進行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎開展的現代遠程教育。特別是20世紀90年代以來，隨著計算機網絡為代表的遠程傳輸技術和移動計算技術的發展，隨著多媒體、虛擬現實等新型媒體技術的發展和應用，現代遠程教育成功突破了傳統面授教育的局限，提供了一種突破時空界限、資源共享、交互沉浸式的學習環境。其中，虛擬現實技術發揮著重要的作用。“虛擬現實技術”是一種利用計算機為用戶生成模擬人物和場景的技術，該模擬的人物和場景非常相似于所對應的現實世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實世界所能給與的感受和體驗。所以又稱為虛擬現實技術可以虛擬出“一個真實的世界”。虛擬現實技術同時還具有鮮明的特色—3I特性：“沉浸(Immersion)”“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虛擬現實技術首先追求的是能夠達到沉浸的“真實”體驗，能夠提供有效的人機“交互”，能夠為用戶提供一種甚至超越現實意境的“想象”空間。虛擬現實技術是一門綜合性的技術，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網絡技術、并行計算技術、人工智能等特殊的信息技術，而且涉及數學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關知識。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現實世界，同時又具有3I特性，必將在遠程教育中發揮重要的作用。
三、虛擬現實技術在遠程教育領域的主要應用模式
前一個時期，我國遠程教育技術大多還是基于網頁的遠程教育平臺，依靠文字和平面動畫提供在線的教育服務。由于教育者和學習者的時空相對分離而無法提供身臨其境的學習環境，也由于教育內容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機交互環境，還由于只是通過視頻進行演示教學而無法提供真實的實驗教學環境，大大降低了學習的主動性，已無法激起學生的學習興趣和積極性。現代遠程教育的發展趨勢是網絡化、智能化、虛擬化。虛擬現實技術因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點，在遠程教育中具有強大優勢和潛力。虛擬現實技術本身也在發展之中，基于虛擬現實技術的應用也在實踐探索之中。從目前情況看，虛擬現實技術在遠程教育中的主要應用可以分為兩個層面：一是簡單應用，基本上是在教室教學資料中運用虛擬現實技術制作課件，將抽象問題和復雜問題直觀化、可視化。例如醫學教育中的人體結構和各類生命循環系統功能演示等。二是高級應用，所謂高級是用虛擬現實技術專門制作特殊功能的系統，并在遠程教育平臺上使用。這類高級的虛擬現實應用主要包括三個方面：一是虛擬訓練場和虛擬實驗室。專門提供規模較大的分布式專業訓練和實驗環境。例如軍事訓練環境，運用軍事仿真技術、虛擬現實技術和分布計算技術，構建真實的軍事對抗訓練環境，這已經是成功的應用模式了。同樣，在一般的學科專業教學中，可以通過建構虛擬實驗室，使得許多現實的實驗室功能可以虛擬化。二是虛擬教室和學習環境。這類應用主要是提供虛擬的數字校園，在網絡化的數字校園里有著許多不同授課內容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學科專業網站，甚至有著同類學員的學習“社區”。三是虛擬創新設計環境。現代教育提倡的創新學習，隨著虛擬現實技術的運用也逐漸成為了可能。利用虛擬現實技術可以建立實際動手設計環境，學生可以開展近乎真實的創新設計。如服裝設計、藝術設計和科技產品設計。如果再能夠利用產學研結合的機制，這樣的設計環境將會是非常有意義的。總之，運用虛擬現實技術人們可以虛擬出一個真實的校園環境或者構建一個虛擬的學習環境，經過實時渲染的分布式虛擬現實環境將會讓學生在虛擬現實空間中學習的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實時地進行三維交互、實時地參與教學活動、與教師進行溝通。
四、虛擬現實技術應用于遠程教育應該重點關注的問題
虛擬現實技術具有非常理想的發展前景，但是仍處于快速發展的階段。虛擬現實技術運用于遠程教育，應該分別從技術和應用兩個方面關注以下問題。從技術的角度，要重點關注虛擬現實關鍵技術發展的動態。要想理想地用計算機生成真實感很強的虛擬世界，并且能夠在廣域網范圍內交互使用，技術難度是很大的。目前大多數人認為有五項關鍵技術正在積極突破。
（一）動態環境建模技術一般說環境建模比對象個體建模復雜，而動態的環境建模更具有挑戰。動態環境建模目的是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。
（二）實時三維圖形生成技術目前三維圖形技術盡管已經較為成熟，但是如何實現“實時”生成仍然是挑戰。
（三）立體顯示技術目前虛擬現實的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術。但現有的虛擬現實還遠遠不能滿足需要，虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。
（四）系統開發工具和運行平臺虛擬現實應用的開發比較復雜，效率和質量保證也很困難，網絡化的運行平臺也很難滿足廣域網環境。目前還必須重點研究虛擬現實的有效開發工具和高效分布式運行平臺。
（五）系統集成技術集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。由于虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成也非常復雜。從應用角度，要更新教育觀念并能夠有效運用建模技術構建學習環境。包括如何運用建模技術構建與教學相關的對象和場景，如何構建以學生為主體的自主學習過程，如何設計人機交互環節等等。當然熟練掌握虛擬現實技術和數字媒體技術是重要的應用基礎。正像高質量的動漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現實教育作品的研發也是具有挑戰性的。
五、結語
現代教育技術的應用逐漸呈現出網絡化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現實技術在現代遠程教育領域的主要應用模式包括：虛擬訓練場和虛擬實驗室、虛擬教室和學習環境、虛擬創新設計環境。當前相關的關鍵技術和新的應用模式都還在積極的發展之中，有著良好的前景。
參考文獻
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