虚拟现实技术在高等教育中的应用和展望摘要：虚拟现实（VR）技术是目前研究的热点学科，它通过借助计算机或其他相关设备构建出十分逼真的交互环境，使参与者以自然的和沉浸的方式与虚拟环境中的对象交互，从而产生等同于真实环境的感受和体验并获取知识和经验。本文分析了虚拟现实的主要特征，并主要探讨该技术在高等教育中的应用，指出了目前存在的问题以及对未来前景的展望。关键词：虚拟现实，人机交互，VR技术中图分类号：G43文献标识码：A文章编号：1673-8454（2012）01-0083-02虚拟现实（VirtualReality，简称VR），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，它通过计算机、图形工作站以及其他相关设备生成逼真的三维的多感官的环境，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。让参与者如同身历其境一般，可以及时、无限制地观察三维空间内的事物，而且能对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。[1]一、虚拟现实的基本特征虚拟现实技术的主要特征包含：沉浸感、交互性、构想性。[2]沉浸感指参与者感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，包含视觉、听觉以及其他感官感觉。理想的模拟环境应该使参与者难以分辨真假，使参与者身临其境地投入到三维虚拟环境中。交互性指参与者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，这里也包括实时性（实时交互是最理想的状态，但很多情况下受设备以及网络传输的限制，会有一定的延时）。构想性强调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。二、虚拟现实技术在教育领域的具体应用建构主义理论认为，学习是一个动态适应的过程，个人在学习过程中的活动是对环境的特定反映，不能脱离社会环境而孤立地学习，只有当学习材料与学习者的动机、情感和社会生活相互作用时，学习才能发生，对知识的理解和掌握才能在意义建构过程中完成。[3]因此，通过VR技术建立教学虚拟环境可以尽可能地为学习者提供丰富的资源和大量的经验背景，以便于学习者借助这一平台来建构起自己的知识体系，形成自己的观点和见解，促进知识和意义的建构。使传统的“以教促学”的学习方式转变为学习者通过自身与虚拟环境的交互获取知识、技能的学习方式。虚拟现实技术在现代教育教学中的应用方而主要有：1．虚拟演示教学系统虚拟现实技术能够为学生和老师创造逼真的虚拟演示环境以辅助教学，特别是一些教学艰涩难懂或演示成本高昂的学科，VR是非常有力的工具。如Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟物理定律演示系统”，用于解释某些物理概念，如位置与速度，力量与位移[4]等。建筑与城市规划学科的教学过程中同样可以使用虚拟现实技术，利用其沉浸感和互动性强的特点不但能够给学生带来强烈、逼真的多感官冲击，获得身临其境的体验，还可以很方便地对模型和材质进行修改，如改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，从而进行比较分析。2．虚拟实验室虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境f平台仿真）之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。如医学院校的学生可在虚拟实验室中，进行解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如，导管插入动脉的模拟器，可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作；眼睛手术模拟器，根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像，并带有实时的触觉反馈，学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程，并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。亲身的经历和感受会比单...