覃斌

（遼寧林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110101）

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用價(jià)值評(píng)述

覃斌

（遼寧林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110101）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)社會(huì)環(huán)境有著極高的類似度，可以創(chuàng)設(shè)高仿真的學(xué)習(xí)情景并提供一種多源信息融合的交互方式，能很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、時(shí)間、空間、安全性、經(jīng)費(fèi)等方面的限制。其先進(jìn)的技術(shù)手段能為現(xiàn)代職業(yè)教育技術(shù)提供一種科學(xué)的解決方案。

職業(yè)教育；VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；沉浸感；交互性

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，是在20世紀(jì)80年代初由美國(guó)VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）提出的[1]。其具體內(nèi)涵是：綜合利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等各種并行控制接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的三維動(dòng)態(tài)視景環(huán)境中提供和實(shí)體行為可產(chǎn)生仿真沉浸、自然交互感覺(jué)的技術(shù)[1-2]。

如今，VR技術(shù)正逐步走向人們的生活，它可以利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)能讓人沉浸在三維動(dòng)態(tài)視景環(huán)境的虛擬空間世界，除了可以在視覺(jué)上讓使用者實(shí)時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物外，還可以從觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面為使用者提供與自然環(huán)境極為相似的感官模擬[3-5]。概括地說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與受歡迎的視窗操作和傳統(tǒng)的人機(jī)界面相比，為人們提供了一種新的可視化操作和交互功能呈現(xiàn)方式，有著質(zhì)的技術(shù)思想飛躍[3-5]。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)

VR技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠帶給人一種身臨其境的感覺(jué)，它具備兩個(gè)典型特征：沉浸感和交互性。VR技術(shù)能將人們很自然地帶入并沉浸在虛擬世界中，人們也可以通過(guò)一定的交互方式與虛擬世界相互作用與影響[6-7]。

沉浸感是指利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真圖像給人帶來(lái)真實(shí)的認(rèn)知體驗(yàn)和感官體驗(yàn)，讓人身臨其境地專注于當(dāng)前的虛擬環(huán)境，從而忘記現(xiàn)實(shí)環(huán)境。VR技術(shù)帶來(lái)的真實(shí)沉浸感來(lái)源于VR技術(shù)創(chuàng)造的虛擬“現(xiàn)實(shí)”環(huán)境，理想的虛擬環(huán)境可以達(dá)到使用戶難辨真假的程度，用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的臨場(chǎng)參與感的真實(shí)程度不亞于現(xiàn)實(shí)[8]。“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是指通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬出的能再現(xiàn)客觀事物或環(huán)境的物理屬性和功能屬性的“現(xiàn)實(shí)”，它是一種特殊現(xiàn)實(shí)環(huán)境，可以是客觀事物或環(huán)境的再現(xiàn)，也可以是超越客觀現(xiàn)實(shí)存在的“超現(xiàn)實(shí)事物或環(huán)境”[8]。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成特殊現(xiàn)實(shí)環(huán)境的一種全方面、全環(huán)節(jié)、多感知的官能體驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)使用各種交互裝置將自己“投放”到這個(gè)系統(tǒng)環(huán)境中，通過(guò)逼真的操作控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)接近現(xiàn)實(shí)或超越現(xiàn)實(shí)的特殊目的[8]。如何理解沉浸感？以一場(chǎng)籃球賽游戲?yàn)槔趥鹘y(tǒng)的電腦畫(huà)面中，你只能通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鼠標(biāo)才能看到其他視角的情景，且眼睛與電腦屏幕間的物理距離使你感到“視景環(huán)境只是屏幕中的視景環(huán)境”；而在VR籃球賽游戲里，你所看到的是和人視角一致的三維動(dòng)態(tài)視景環(huán)境，你可以以人視角看到和自己站在一起的隊(duì)員，你也可以跟他們一起跑動(dòng)，當(dāng)你轉(zhuǎn)身就可以看到背后的球員在干嘛，一如你身臨其境地站在籃球場(chǎng)上。在目前現(xiàn)有的傳感技術(shù)條件下，VR技術(shù)具備除一般計(jì)算機(jī)所具有的理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能為用戶提供真實(shí)的沉浸感[4]。

交互性指用戶對(duì)三維動(dòng)態(tài)視景虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度及通過(guò)互動(dòng)從虛擬環(huán)境得到響應(yīng)反饋的自然程度[8]。在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，人們可以利用一些傳感交互設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互，在人操控計(jì)算機(jī)的同時(shí)也讓“計(jì)算機(jī)適應(yīng)人”，基于在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)和運(yùn)動(dòng)感知作用下的良好交互體驗(yàn)，可以讓用戶獲得身臨其境的官能感受，如同在真實(shí)客觀世界中一樣。如何理解VR技術(shù)的交互?還是以籃球賽游戲?yàn)槔?，除了自身運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的三維動(dòng)態(tài)視景變換外，你還能在虛擬環(huán)境中和隊(duì)員們一起搶球互動(dòng)。VR技術(shù)的多維特點(diǎn)注定了它的交互要比平面圖形交互擁有更加豐富的形式。目前，VR交互仍在探索和研究中，與各種高科技的結(jié)合，將會(huì)使VR交互產(chǎn)生無(wú)限可能。現(xiàn)有的VR交互方式主要有動(dòng)作捕捉、觸覺(jué)反饋、眼球追蹤、手勢(shì)跟蹤、方向追蹤、肌電模擬、語(yǔ)音交互等，這些交互方式可以讓用戶想要獲得較理想的沉浸感。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使人以真實(shí)的感覺(jué)沉浸在虛擬環(huán)境中，能夠使人在虛擬環(huán)境之中產(chǎn)生多維信息的互動(dòng)，因此該技術(shù)具有可以對(duì)虛擬環(huán)境中的“客觀世界和客觀事物”產(chǎn)生感性（或理性）的認(rèn)知。其所帶來(lái)的視覺(jué)“沉浸感”和可交互性能讓學(xué)生進(jìn)入觀察學(xué)習(xí)、模擬操作等，它可以模擬真實(shí)的工作場(chǎng)景，讓學(xué)生身臨其境般地體驗(yàn)工作過(guò)程。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，VR技術(shù)帶來(lái)的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，不僅可以打破空間、時(shí)間的限制，還可以節(jié)省成本，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)[7-9]。

1．營(yíng)造沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)情景，變革傳統(tǒng)的教學(xué)方式

當(dāng)前采用以線性多媒體信息技術(shù)為技術(shù)支撐的現(xiàn)代教育手段，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得到了提高，學(xué)生的主體性得到了較大的發(fā)揮。但是，不可否認(rèn)的是，絕大部分多媒體信息系統(tǒng)只能按照時(shí)間的流程，按電腦中程序設(shè)計(jì)的流向進(jìn)行瀏覽和學(xué)習(xí)，這大大降低了學(xué)生參與學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱情，具有明顯的局限性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造的環(huán)境類似于現(xiàn)實(shí)社會(huì)，能虛擬出具有真實(shí)沉浸感和良好自然交互性的學(xué)習(xí)情景，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)多媒體技術(shù)在創(chuàng)造真實(shí)學(xué)習(xí)情景和提供自然交互功能上的不足。今天，迅猛發(fā)展的信息技術(shù)挑戰(zhàn)著職業(yè)教育現(xiàn)有的教育內(nèi)容、教育方法和手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能跟隨技術(shù)的發(fā)展通過(guò)有效地營(yíng)造仿真教學(xué)環(huán)境去形象生動(dòng)地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了教學(xué)形式和過(guò)程，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、突破教學(xué)中重點(diǎn)、難點(diǎn)的運(yùn)用，從而提高學(xué)生掌握知識(shí)、技能的效率，提高教學(xué)質(zhì)量。與此同時(shí)，結(jié)合了益智游戲、情景學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、移動(dòng)教學(xué)等多種手段的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠有效解決許多以前根本無(wú)法解決的問(wèn)題，寓教于樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)建學(xué)習(xí)情景，支持知識(shí)表達(dá)及應(yīng)用，促進(jìn)合作交流均能有效地實(shí)現(xiàn)。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于職業(yè)教育教學(xué)中，構(gòu)建優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境，將形成良好效果。

2．打破空間、時(shí)間的限制，優(yōu)化教學(xué)環(huán)境

職業(yè)教育開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)最大的瓶頸之一是受空間和時(shí)間的限制。尤其是一些特殊行業(yè)的特有職業(yè)技能的訓(xùn)練，諸如醫(yī)學(xué)學(xué)生模擬實(shí)習(xí)、飛機(jī)操作、汽車輪船駕駛、機(jī)床操作、建筑施工等，需要學(xué)校提供現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境以供學(xué)習(xí)訓(xùn)練。而諸如為“機(jī)床技能操作訓(xùn)練而建造一個(gè)真實(shí)實(shí)訓(xùn)工廠”的做法是有很多困難和弊端的，除需要足夠的場(chǎng)地和資金作保障外，設(shè)備的更新升級(jí)和消耗材料的持續(xù)投入都是不可回避的問(wèn)題。又如“輪船駕駛技能訓(xùn)練”中，應(yīng)對(duì)特殊氣候天氣的技能訓(xùn)練需要提供一個(gè)真實(shí)的自然環(huán)境以供教學(xué)所需，受時(shí)間限制，這也是校方不可控的。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中應(yīng)用最大的優(yōu)勢(shì)就是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研制，它可以打破空間、時(shí)間的限制，提供一個(gè)理想的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境。

3．節(jié)省成本，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

充裕的資金投入是保證職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)順利有效實(shí)施的根本條件。一方面實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地建設(shè)需要充裕的資金投入，另一方面消耗材料的持續(xù)投入同樣需要充裕的資金做保障。一個(gè)專業(yè)有多門課程，按每門課程配套實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)，對(duì)于學(xué)校而言將是極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)今，節(jié)省教學(xué)成本已經(jīng)成為各院校的一種共識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)軟件，可以在同一場(chǎng)地中實(shí)現(xiàn)多種實(shí)訓(xùn)教學(xué)功能，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生材料消耗，由此可以極大地降低教學(xué)成本。

一些特殊行業(yè)特有工種的實(shí)踐技能訓(xùn)練常伴隨著危險(xiǎn)，如建筑施工、勘探、駕駛等。對(duì)于存在危險(xiǎn)或?qū)ι眢w健康有危害的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段一般主要是采用播放電視錄像或展示圖片的方式來(lái)替代實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，致使學(xué)生無(wú)法身臨其境般地參與實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程操作，獲得直觀的感性認(rèn)知，教學(xué)效果大打折扣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬真實(shí)的工作場(chǎng)景和過(guò)程，其所帶來(lái)的“沉浸感”和“可交互性”可以讓學(xué)生身臨其境般地進(jìn)入觀察學(xué)習(xí)、模擬操作，甚至可以根據(jù)教學(xué)需要模擬危險(xiǎn)體驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)踐教學(xué)可以免除安全顧慮，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

總之，從教育規(guī)律而言，在知識(shí)、技能、素質(zhì)的獲取路徑中，主動(dòng)交互式學(xué)習(xí)方式與被動(dòng)的觀摩學(xué)習(xí)有著本質(zhì)的區(qū)別。通過(guò)親身經(jīng)歷體驗(yàn)構(gòu)建具有直觀感受的學(xué)習(xí)方式要遠(yuǎn)比空洞抽象的說(shuō)教方式更直接有效。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法解決的問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)一種學(xué)習(xí)情景真實(shí)、學(xué)習(xí)內(nèi)容形象、學(xué)習(xí)方式有趣味、學(xué)習(xí)手段先進(jìn)、學(xué)習(xí)資源豐富的綜合性學(xué)習(xí)平臺(tái)，突破時(shí)間和空間的限制，減少現(xiàn)實(shí)空間中某些實(shí)踐操作訓(xùn)練的困難和危險(xiǎn)，大幅度降低實(shí)踐教學(xué)成本。因此，在現(xiàn)代職業(yè)教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)具有廣闊的前景。

[1]張茂軍.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社,2002:1-10.

[2]汪成為,高文.靈境(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)的理論、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[M].

The Review of Application Values of Virtual Reality Technology in Vocational Education

QIN Bin
(Liaoning Forestry Vocation-technical College,Shenyang 110101,China)

Virtual environment generated by virtual reality technology has a very high degree of similarity to real social environment.It can create a high simulation learning scenarios and provide an interactive mode for multi-source information fusion,and better solve the limitation of traditional teaching in teaching content,teaching means,time,space,security,funds and other aspects.The advanced technical method can provide a scientific solution for modern vocational education technology.

vocational education;virtual reality technology;immersion;interaction

G712;TP311

A

1009—7600（2017）02—0107—03

2016-12-29

覃斌（1980—），男（土家族），湖北長(zhǎng)陽(yáng)人，副教授，碩士。