1、虛擬技術在學科教育領域中的應用虛擬技術在學科教育領域中的應用1虛擬論文聯(lián)盟技術及其特征虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)即將本來不存在的事物和環(huán)境,通過各種技術虛擬為沉浸式交互環(huán)境,使人感覺如同處在真實世界一樣,又稱為靈境技術或臨境技術。沉浸性、交互性、想象性是虛擬技術的三個突出特征,三者就像三個頂點,構成了虛擬技術的三角形,使參與者可以沉浸于虛擬世界之中并直觀而自然地實時感知和交互。1)沉浸性:是指使用戶感覺到好似完全置身于虛擬世界中一樣,被虛擬世界所包圍。虛擬技術的主要技術特征就是讓用戶由被動的觀察者變成主動的參與者,覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)立的虛擬世界的一局部,沉浸于其中并參與虛擬

2、世界的各種活動。視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸的感知技術目前己較為成熟,身體感覺沉浸、味覺沉浸還有待進一步開發(fā)。2)交互性:是指用戶從過去只能通過鍵盤、鼠標與計算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生交互作用,到能用多種傳感器,借助于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中特殊的硬件設備,以自然的方式與多維化信息的虛擬世界進展交互,實時產(chǎn)生在真實世界中一樣的感知,甚至連用戶本人都意識不到計算機的存在。3)想象性:是指虛擬環(huán)境是人想象出來的,同時這種想象表達出設計者相應的思想,可用來實現(xiàn)一定的目的,如從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認識,進而使人能深化概念、產(chǎn)生新意和設想,主動地尋求探究接收信息,而不是被動地接收等

3、,更有創(chuàng)意。2虛擬技術在學科教育領域中的關鍵技術VRL(VirtualRealitydelingLanguage)虛擬現(xiàn)實建模語言是在Internet上廣泛流行的一種圖形建模語言,用它可以在Internet上創(chuàng)立三維的虛擬場景。許多互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)立的具有可導航、超鏈接等功能的三維虛擬現(xiàn)實空間都是用這種技術創(chuàng)立的,其中網(wǎng)上虛擬大學用的主要技術就是虛擬現(xiàn)實建模語言技術,它已經(jīng)成為在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)立三維虛擬場景的事實上的標準。2.1虛擬現(xiàn)實建模語言的場景描繪在虛擬場景建模的時候,一般把整個場景進展適當?shù)姆指?對分割的小場景再進展渲染。虛擬現(xiàn)實建模語言定義的三維場景由一個節(jié)點樹表示,場景中的每個對象由一個或多

4、個節(jié)點描繪。從理論上來說,節(jié)點可以包括任何東西3D幾何體、IDI數(shù)據(jù)、JPEG圖像。虛擬現(xiàn)實建模語言標準節(jié)點集中定義了許多不同類型的節(jié)點,多數(shù)節(jié)點分為以下幾類:1)外形類節(jié)點(shapende),唯一一類能被繪制的節(jié)點。2)屬性類節(jié)點(prpertiesnde),這類節(jié)點的處理通過影響外形類節(jié)點進展。3)組節(jié)點(grupnde),組節(jié)點把其它節(jié)點搜集在一起,允許把節(jié)點的集合當作一個節(jié)點來處理。其他的節(jié)點諸如材質節(jié)點(aterial)節(jié)點、紋理(Textual)節(jié)點、燈光節(jié)點(分為DiretinalLight節(jié)點和SptLight節(jié)點)、背景(bakgrund)節(jié)點。每個小場景都可以形成虛擬現(xiàn)實

5、建模語言文件,由多個小場景構成的多個虛擬現(xiàn)實建模語言文件用內聯(lián)節(jié)點(Inline)之間的嵌套技術合并成一個虛擬現(xiàn)實建模語言文件,這個虛擬現(xiàn)實建模語言文件完成了整個場景的建模。這種場景的建模根本有兩點好處:1)虛擬現(xiàn)實建模語言的小場景文件可以有機的整合,不會因為每個小場景的文件太大而不利于調試、檢查。2)用戶閱讀的時候不用把整個場景文件都讀入本地客戶機中,這樣就適應了網(wǎng)絡帶寬的限制,進步了在虛擬空間中閱讀的速度。2.2虛擬現(xiàn)實建模語言的文件組成虛擬現(xiàn)實建模語言文件主要包括四個主要成分:虛擬現(xiàn)實建模語言文件頭、原型、造型節(jié)點和腳本、路由。在這四個要素中,只有文件頭局部是必須的,它用來告訴閱讀器虛擬

6、現(xiàn)實建模語言文件符合的標準、標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)立帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點類型,一旦成功地定義了原型,它就可以在虛擬現(xiàn)實建模語言文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點是虛擬現(xiàn)實建模語言中的根本建造模塊,它構成了虛擬現(xiàn)實建模語言文件的主體局部,正是由于造型節(jié)點的定義而產(chǎn)生了虛擬的虛擬現(xiàn)實建模語言空間。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼,它有域值、eventIn事件、eventut事件。事件本身不能產(chǎn)生任何動作,但它可以通過程序腳本來賦予腳本節(jié)點值來產(chǎn)生各種動作。這里的程序腳本是一種簡化了的應用程序,一個典型的腳本是由JAVA或JavaSript編程語言寫成的程序。路由(Rute)

7、是一種文本描繪消息,一旦在兩個節(jié)點之間創(chuàng)立了一個路由,第一個節(jié)點可以順著路由傳遞消息給第二個節(jié)點,這樣的消息被稱為事件。虛擬現(xiàn)實建模語言還可以包含以下條目:注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。2.3虛擬現(xiàn)實建模語言語言的編譯設計虛擬現(xiàn)實建模語言虛擬場景時,最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描繪文本。這種方法類似于程序設計,它簡單方便,但不是很直觀,對設計者的空間想象才能要求較高,設計的效率也不高。如今有很多可視化的虛擬現(xiàn)實建模語言設計工具,如srld和HeSpae等,這些工具將虛擬現(xiàn)實建模語言的標準節(jié)點都做成可視的組件,用戶設計時,只需要將這些組件組合成自己需要的虛擬場景就可以

8、了,而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后,系統(tǒng)自動將這個可視的虛擬場景生成標準的虛擬現(xiàn)實建模語言描繪文本,這樣,這些文本傳送到用戶的閱讀器后,便會在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個虛擬場景。虛擬現(xiàn)實建模語言在各方面都展現(xiàn)出強大的應用潛力,蘊藏了無限活力。3虛擬現(xiàn)實在教育領域中的應用虛擬技術可以為參加教育的學生提供生動、逼真的學習壞境,學生可以成為虛擬環(huán)境的一名參與者,這對調動學生的學習積極性,打破教學的重點、難點,培養(yǎng)學生的技能都將起到積極的作用。虛擬技術在遠程教學中的應用主要有以下四個方面:3.1探究學習虛擬技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進展虛擬,通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假

9、設所產(chǎn)生的結果或效果。如在虛擬化學系統(tǒng)中,學生可以按照自己的假設將不同的分子組合在一起,虛擬出組合的物質來。論文聯(lián)盟真正對虛擬現(xiàn)實學習環(huán)境的研究是對分布式真實虛擬現(xiàn)實感的教學環(huán)境的開發(fā)與應用進展研究,通過人體模型或者化合物等分子構造演示的虛擬體驗,教育者和學習者之間,或者學習者和同伴之間可以在一個虛擬的現(xiàn)實空間中,進展虛擬人之間的面對面的情感交流。3.2技能訓練利用虛擬技術,可以做各種各樣的技能訓練。由于這些虛擬訓練系統(tǒng)無任何危險,學生可以不厭其煩地反復練習,直至掌握操作技能為止。如虛擬飛機駕駛訓練中,學員可以反復操作控制設備,學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落,通過反復訓練,純熟掌握駕駛

10、技術。虛擬技術在教學中應用幾乎最成功的案例就是模擬訓練系統(tǒng)的開發(fā)與研制。由于空間探究和軍隊戰(zhàn)爭訓練需要高昂的費用,以及這些領域需要極高的平安性與可靠性,使得虛擬技術最早應用在了這個領域,并且發(fā)揮出了宏大的使用價值和商業(yè)價值。隨著社會的進步,虛擬技術也延伸到的一般的醫(yī)學教學、汽車駕駛以及電器維修等需要培養(yǎng)各種操作技能的領域。在動作技能的學習中,學習者只有從虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中承受到操作或動作的反應才能起到積極的學習作用。因此在運用虛擬技術研發(fā)模擬訓練系統(tǒng)時應該詳細考慮學習產(chǎn)生的條件以及教學的效果,這種模擬訓練系統(tǒng)應該可以提供真實的模擬訓練的情景,校正學習者的錯誤以及跟蹤學習者的學習過程等功能。3.3虛

11、擬實驗利用虛擬技術,還可以建立各種虛擬實驗室,如地理、物理、化學、生物實驗室,學生可以自由地做各種實驗。利用虛擬技術建立的各種虛擬實驗室(Virtuallab)在教育上應用前景廣闊,尤其在物理、化學、生物等需要實驗的學科中更是如此。創(chuàng)立這種虛擬環(huán)境的演示物體可以擺脫真正實驗室所需要的昂貴的設備,減少了教育部門的實驗開銷,教學的效果根本接近運用真正的實驗儀器設備進展實驗所能到達的教學效果。虛擬實驗室根本上分為兩類:一種是由編程者設計只能插入并操作實驗中有限的實物,這是現(xiàn)今大多數(shù)虛擬實驗室論文聯(lián)盟系統(tǒng)的工作環(huán)境;另外一種是基于廣泛學科領域知識的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。4完畢語教育是借助于一定的技術手段來實現(xiàn)的,因此教育技術的變革,必然會帶來教育形式、規(guī)模和意識上的變