三維虛擬技術在教育實踐中的研究概述

【摘要】三維虛擬技術已在全球范圍內日益向社會生活的各方面滲入和普及，搭載著計算機網絡技術和Internet/Intranet應用，在眾多服務中讓人眼前一亮。通過該技術創建的實時三維虛擬場景能達到現實與虛擬的真假互換，用戶能在虛擬環境中真切體驗到現實感受。本文概述了研究背景，闡明了研究目的與意義，以及就需求性分析了三維虛擬技術的發展。

【關鍵詞】三維虛擬 ?教育實踐 ?研究概述

【基金項目】本論文為2015年江西省教育科學“十二五”規劃課題《基于三維的虛擬技術在教學中的設計應用研究》階段性成果。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）35-0217-01

一、研究背景

隨著多媒體技術、計算機圖形圖像技術與網絡技術的快速發展，我國教育教學方式不斷得到創新，教學手段也越來越豐富，呈現多元化發展趨勢。而今又出現了虛擬仿真技術（Virtual Reality Technology，簡稱VRT）。這項正日益崛起的技術，能在虛擬的教學環境中讓學生體驗到真切的學習感受，在各個專業、各個學科中都能夠有效應用。這在教學領域是一項偉大創新，也必將掀起教學領域的改革風暴。

三維虛擬技術能夠模擬真實效果的物理系統，物體的貼圖、光線、立體顯示效果顯著，可以建立更為逼真的現實場景，用戶操作使用簡單方便，能夠優化學習過程，提高學習效率，這正是當下虛擬教學、虛擬實驗等教學手段和方式改革的推動，也是為了適應時下信息化教育的大環境，對今后的教育有實際的幫助，研究的價值與意義重大。

二、研究目的與意義

三維虛擬技術大力發展，產品在輔助實踐和課堂教學中的應用也越發廣泛，通過3DMax、Maya等三維建模軟件或三維掃描建模技術建立虛擬場景的模型和相應的動畫，再導入三維虛擬制作軟件中，利用程序控制相應的動畫以實現教學中的交互效果。這種虛擬實驗的教學方式更能激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率，也提高了學生的動手操作能力，緊跟時代發展的潮流，可見此項研究意義重大。

（一）響應國家政策，推進教學改革

十三五規劃綱要提出要加強我國高校教師教學能力和提高科研創新的水平，要能與世界接軌，部分高校爭取達到世界級的水平。學校要制定因材施教的人才培養方案，加強各學科專業之間的交流互動，拓展學生交流面。提高普通高校學生的操作技能和應用能力。要從教學方法、教學手段、教學模式等方面對現有的課堂教學進行深化改革，加快建設人才強國和深入實施人才發展戰略，培育合格人才。三維虛擬教學是教學方式轉變的一個方向，利于推進高校教改。

（二）緊跟時代潮流，推廣移動學習

智能時代下移動終端的普及率已越來越高，采用移動學習可達到未來學習的無紙化，而且，移動學習的方式靈活方便，只要通過一臺連接上網絡的智能手機或平板電腦就能隨時、隨地、隨需進行學習，學習者還能自我管理學習章節和過程，利用更短時間獲取更多知識，學習效率翻倍，因此，備受學生和相關研究人員的喜愛。三維虛擬技術不僅可以開發PC版，還能開發Web版和手機版，學習者可通過移動設備和網絡隨時隨地學習。

（三）教育結合科技，打造未來課堂

近年來，信息化教育不斷深入，多媒體與網絡技術、移動學習、泛在學習等技術與理論受到教育部門、學校和企業的爭相研究和應用。然而，卻因對產品研發能力欠缺而缺少創新，不能跟隨時代發展潮流，宣傳方式也不當，市面上的這類產品生產和淘汰都快，往往得不到長期持續地應用，用戶體驗效果也差強人意。三維虛擬仿真技術結合教育教學理論，打造全新的三維虛擬教學軟件，增強課堂的科技感。

（四）教師教學之需，學生學習之要

經筆者調查，發現有大部分學校教學設備有限，管理、維護不易。另外，教學改革已推行多年，但一直未見有明顯效果的實際行動，利用虛擬三維軟件教學，可以給教師教學形式和學生學習方式帶來一定的變化。再者，現在的學生見多識廣，攜帶的電子設備充斥著課堂，想激發他們的學習興趣已難上加難，這就需要教師結合學生的特點，給學生帶來耳目一新的科技和產品，讓學生產生好奇，由好奇心驅動學習。

三、研究現狀概述

虛擬仿真設備和軟件的制作是建立在虛擬仿真技術的基礎之上的，目前虛擬仿真技術的發展空前，其最早可追溯于二十世紀四十年代，美國軍方率先展開這方面的研究，當初的目的是用于宇航員和飛行員的模擬訓練。此后慢慢向平民化普及，由軍用轉為民用。二十世紀八十年代，美國國防部和宇航局對虛擬仿真技術展開了系列研究，取得突破性的進展，成果令人矚目。美國宇航局一直在采用該技術探索著宇宙空間中可能存在的行星?，F美國宇航局已建立了航空訓練、衛星維護訓練、空間站訓練等虛擬仿真系統。教育虛擬仿真系統的可使用范圍已經可以涵蓋美國本土。在英國，虛擬仿真應用開發的某些領域要領先于歐洲其他國家，尤其是在輔助儀器設計與應用、分布并行處理技術的研究較為先進。英國的Bristol公司提出，虛擬仿真應用應與其他相關技術進行整體綜合開發。英國ARRL公司則主要研究虛擬仿真重構的問題，對遠程呈現虛擬仿真展開了一系列研究實驗。歐洲其它一些較發達的國家如德國、荷蘭等也對虛擬仿真的開發與應用展開了積極的研究。德國將虛擬仿真應用于傳統產業改造方面，瑞典研究的分布式虛擬交互環境，荷蘭開發的模擬與訓練系統等等，取得的成果都讓人超乎想象。日本利用虛擬仿真技術在建立大規模的虛擬仿真知識庫與虛擬仿真游戲方面貢獻卓越，取得的成就使其在世界虛擬仿真領域的研究地位舉足輕重。

與其他發達國家相比，國內虛擬仿真技術的研究和發展還落后很大一段距離。但隨著圖形圖像學、網絡、系統工程等與計算機相關技術的飛速發展，虛擬仿真技術在國內也已引起了各領域人士的濃厚興趣和廣泛關注，得到的重視程度也不容小覷。對虛擬仿真的研究和應用、創建虛擬環境、虛擬場景模型分布式虛擬仿真系統的設計與開發等方面都將廣泛而深入地發展。國防科對虛擬仿真技術已展開重點研究，國內眾多研究機構與高校也對虛擬仿真的研究與應用開展了相關的工作，取得了一系列階段性的成果。在國內，北京航空航天大學計算機系是最早進行虛擬仿真研究的，領跑著國內在該領域內的相關研究。該校虛擬仿真技術研究室組建了分布式虛擬環境，能夠提取三維動態實時數據、進行虛擬仿真環境操作演示、培訓飛行員、針對虛擬仿真開發應用平臺等。虛擬仿真技術的種種特點表明，相比于其他學科它更能在理工類教學中發揮所長，特別是在建筑、醫學、電子等學科中的作用重大。

綜上，運用三維虛擬技術的教學多集中在生物、化學、物理、醫藥等理工科，其他學科運用較少;多運用于教學實驗，課堂和實訓教學當中實踐較少;多集中在高等院校和公司企業的研究中心，中職、高職及以下院校運用較少。愿今后三維虛擬技術在教育領域的研究與應用愈好！

參考文獻：

[1]黃樂輝，桂斌.基于仿真技術的虛擬學習環境建設研究——以虛擬攝影平臺為例[J].教育教學論壇雜志社， 2016（3）.

[2]盧向禮.教育科技產品研發與推廣研究[D].武漢：華中師范大學，2011：3-9.

[3]杜一寧.虛擬實驗的研究現狀以及在教學中的意義[J].浙江海洋學院學報（自然科學版），2010，29（04）：390-393.

作者簡介：

黃樂輝（1972-），男，漢族，江西科技師范大學，副教授，碩導，主要研究方向：教育技術。