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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教學(xué)的應(yīng)用論文
摘要：近年來，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域開發(fā)了一種新的教學(xué)模式。通過相關(guān)研究，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)關(guān)于計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的一些功能模塊，可以幫助學(xué)生掌握和鞏固教學(xué)中的難、重點(diǎn)，提高學(xué)生的自主性、積極性和創(chuàng)造性。筆者以計(jì)算機(jī)教學(xué)為例，探討基于VRP的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助計(jì)算機(jī)課堂教學(xué)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：VRP；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；計(jì)算機(jī)教學(xué)
1引言
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域中，實(shí)踐了建構(gòu)主義、情景學(xué)習(xí)的思想，可為學(xué)生提供一個(gè)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生獲得真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，熟練掌握和鞏固教學(xué)中的重、難點(diǎn)，以取得更好的教學(xué)效果。
2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介
虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）是20世紀(jì)末提出的一項(xiàng)多學(xué)科綜合技術(shù)。它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，通過計(jì)算機(jī)仿真，生成具有視覺、聽覺、觸覺等多種感官的逼真的三維虛擬環(huán)境。用戶可以通過專業(yè)的傳感器設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境，與虛擬場景中的對象進(jìn)行交互，從而獲得身臨其境的體驗(yàn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)有三種特性，即沉浸感、交互性和想象力（又稱創(chuàng)造性），使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域具有獨(dú)特的、明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。基于虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)建的教育和教學(xué)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者營造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，從傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)模式，轉(zhuǎn)入一個(gè)新的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者通過自我互動和信息環(huán)境，獲取知識和技能。但在實(shí)際教學(xué)中，有些基本概念、原理和方法是很難用實(shí)物來演示。可借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作三維演示程序，解決教學(xué)中的難點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)這門學(xué)科，邏輯性和實(shí)踐性較強(qiáng)，教材上的一些知識點(diǎn)學(xué)生較難理解。教師可以用VRP結(jié)合3DsMax開發(fā)制作VR課件，更好輔助課堂教學(xué)。例如《操作系統(tǒng)》這門課，內(nèi)容上更具理論性和相對抽象性。在講解進(jìn)程管理中的生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題以及處理機(jī)調(diào)度中的死鎖等問題時(shí)，學(xué)生理解起來非常困難。因此，教師可以用VR課件，將動畫、聲音、圖片等表現(xiàn)形式有機(jī)結(jié)合起來，將生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題以及死鎖等問題的原理，通過動畫生動形象地展現(xiàn)出來，學(xué)生理解起來就更加容易。且老師還可以設(shè)計(jì)開發(fā)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)重難點(diǎn)案例解析》的VR課件，此課件不是教材內(nèi)容的堆砌，而是用來解決教材的難重點(diǎn)。又如在《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程中，講解信息編碼、二進(jìn)制、十進(jìn)制等基本概念時(shí)，可用VR課件開發(fā)一些游戲案例。既能激發(fā)學(xué)生的興趣，又能在課件中設(shè)置相應(yīng)的問題，讓學(xué)生思考問題，培養(yǎng)學(xué)生的主動思考和解決問題的能力，并有助于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。再如，在講解《計(jì)算機(jī)組裝與維修》課程時(shí)，由于無法提供足夠的硬件設(shè)備來滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求，傳統(tǒng)的教學(xué)主要采用播放PPT課件的方式，給學(xué)生展示相應(yīng)的圖片和組裝流程，或通過播放組裝的視頻方式來教學(xué)。學(xué)生只能獲得感官上的認(rèn)識，而實(shí)際動手操作的體會不深刻。為此，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用其創(chuàng)建的虛擬場景，可使知識更形象化、直觀化，便于理解和增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。學(xué)生在虛擬場景中，可進(jìn)行交互學(xué)習(xí)，具有較強(qiáng)的沉浸感和交互性，極大提高了學(xué)生實(shí)踐能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)的教學(xué)環(huán)境相對其他教學(xué)媒體創(chuàng)建的學(xué)習(xí)情境更有真實(shí)性、獨(dú)特性和優(yōu)越性。在計(jì)算機(jī)學(xué)科的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過3DsMax軟件創(chuàng)建教學(xué)中所需的硬件模型，構(gòu)建三維模型庫，結(jié)合VRP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，開發(fā)出適合各門計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，能很好降低教學(xué)成本，提高教學(xué)效率。
4基于VRP的虛擬現(xiàn)實(shí)課件設(shè)計(jì)流程
4.1VR-Platform虛擬現(xiàn)實(shí)平臺
VRP是VR-Platform的簡稱，是國內(nèi)第一款自主研發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺軟件。該軟件實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、高度可視化，所見即所得。可廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、文物古跡、電子商務(wù)、教育以及娛樂游戲等行業(yè)。該軟件打破了被國外軟件壟斷虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的現(xiàn)狀。以極高的性價(jià)比獲得了國內(nèi)廣大客戶的青睞，并已成為一個(gè)國內(nèi)應(yīng)用非常廣泛的虛擬現(xiàn)實(shí)和三維制作工具。許多理工科重點(diǎn)院校，購買了VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺及其相關(guān)產(chǎn)品（如清華大學(xué)電機(jī)系、中國傳媒大學(xué)動畫學(xué)院等），在高等學(xué)校的教學(xué)科研工作中發(fā)揮了重要作用。
4.2基于VRP的虛擬現(xiàn)實(shí)課件制作
在制作VRP作品前，必須先通過相關(guān)的三維建模軟件（如3DsMax）進(jìn)行基礎(chǔ)建模，并設(shè)定對象的材質(zhì)、燈光、動畫等。大致分為以下幾步。4.2.1模型建立。大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的模型，都是由3DsMax等三維軟件制作完成。VRP對建模階段的模型沒有太多的限制，只要它符合3DsMax標(biāo)準(zhǔn)即可。但在建模時(shí)，模型數(shù)量不要太多，刪除看不見的面，對于較復(fù)雜的造型，可用貼圖或照片來表現(xiàn)，以簡模原則優(yōu)化模型。4.2.2材質(zhì)和燈光設(shè)置。完成場景模型的建立之后，可為模型添加材質(zhì)。可使用標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)，也可添加紋理貼圖。具體根據(jù)所要創(chuàng)建的場景來設(shè)置。VRP對3DsMax場景中的燈光設(shè)置也沒有特殊要求，根據(jù)需求設(shè)置合理的燈光即可。4.2.3烘焙。通過烘焙操作，可將3DsMax場景中的模型光影，以貼圖的方式導(dǎo)入VRP中，從而獲得一個(gè)真實(shí)光影效果的虛擬場景。4.2.4導(dǎo)入。VRP進(jìn)行后期制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的模型制作完成并經(jīng)過烘焙后，通過VrpForMax插件導(dǎo)出模型到VRP-Builder，即可在VRP-Builder中進(jìn)行編輯，根據(jù)教學(xué)需求，編輯具有交互功能的VR作品。4.2.5輸出。在完成場景中所有模型的交互功能后，可運(yùn)行、預(yù)覽效果，進(jìn)行修改、調(diào)試，最后可編譯輸出*.EXE的可獨(dú)立執(zhí)行文件或是可網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的*.VRPIE文件。
5結(jié)語
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。不僅適用于科學(xué)技術(shù)研究、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬實(shí)訓(xùn)，還可應(yīng)用于虛擬仿真校園及虛擬遠(yuǎn)程教育等。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和完善以及硬件設(shè)備成本的不斷降低，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新的教學(xué)媒體，以其強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會逐步吸引教育工作者的關(guān)注和青睞，最終在教育領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。
參考文獻(xiàn)
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