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虛擬現(xiàn)實技術在計算機教學的應用論文
摘要：近年來，利用虛擬現(xiàn)實技術在教育領域開發(fā)了一種新的教學模式。通過相關研究，設計與實現(xiàn)關于計算機課程教學的一些功能模塊，可以幫助學生掌握和鞏固教學中的難、重點，提高學生的自主性、積極性和創(chuàng)造性。筆者以計算機教學為例，探討基于VRP的虛擬現(xiàn)實技術在輔助計算機課堂教學中的應用。
關鍵詞：VRP；虛擬現(xiàn)實技術；計算機教學
1引言
虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域中，實踐了建構主義、情景學習的思想，可為學生提供一個逼真的學習環(huán)境。提高學生的學習興趣，讓學生獲得真實的學習體驗，熟練掌握和鞏固教學中的重、難點，以取得更好的教學效果。
2虛擬現(xiàn)實技術簡介
虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是20世紀末提出的一項多學科綜合技術。它以計算機技術為核心，通過計算機仿真，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)的傳感器設備進入虛擬環(huán)境，與虛擬場景中的對象進行交互，從而獲得身臨其境的體驗，被認為是21世紀最有潛力的技術。虛擬現(xiàn)實有三種特性，即沉浸感、交互性和想象力（又稱創(chuàng)造性），使虛擬現(xiàn)實技術在教育領域具有獨特的、明顯的應用優(yōu)勢�；谔摂M現(xiàn)實創(chuàng)建的教育和教學環(huán)境，為學習者營造了自主學習的環(huán)境，從傳統(tǒng)的“以教促學”的學習模式，轉入一個新的學習方式，學習者通過自我互動和信息環(huán)境，獲取知識和技能。但在實際教學中，有些基本概念、原理和方法是很難用實物來演示�？山柚摂M現(xiàn)實技術制作三維演示程序，解決教學中的難點，提高學生的學習興趣。
3虛擬現(xiàn)實技術在計算機教學中的應用
計算機這門學科，邏輯性和實踐性較強，教材上的一些知識點學生較難理解。教師可以用VRP結合3DsMax開發(fā)制作VR課件，更好輔助課堂教學。例如《操作系統(tǒng)》這門課，內容上更具理論性和相對抽象性。在講解進程管理中的生產(chǎn)者-消費者問題以及處理機調度中的死鎖等問題時，學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)形式有機結合起來，將生產(chǎn)者-消費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，學生理解起來就更加容易。且老師還可以設計開發(fā)《計算機操作系統(tǒng)重難點案例解析》的VR課件，此課件不是教材內容的堆砌，而是用來解決教材的難重點。又如在《計算機基礎》課程中，講解信息編碼、二進制、十進制等基本概念時，可用VR課件開發(fā)一些游戲案例。既能激發(fā)學生的興趣，又能在課件中設置相應的問題，讓學生思考問題，培養(yǎng)學生的主動思考和解決問題的能力，并有助于培養(yǎng)學生的計算思維能力。再如，在講解《計算機組裝與維修》課程時，由于無法提供足夠的硬件設備來滿足學生的實驗需求，傳統(tǒng)的教學主要采用播放PPT課件的方式，給學生展示相應的圖片和組裝流程，或通過播放組裝的視頻方式來教學。學生只能獲得感官上的認識，而實際動手操作的體會不深刻。為此，借助虛擬現(xiàn)實技術，利用其創(chuàng)建的虛擬場景，可使知識更形象化、直觀化，便于理解和增強學生的實踐操作能力。學生在虛擬場景中，可進行交互學習，具有較強的沉浸感和交互性，極大提高了學生實踐能力。虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)設的教學環(huán)境相對其他教學媒體創(chuàng)建的學習情境更有真實性、獨特性和優(yōu)越性。在計算機學科的理論教學和實驗教學中，可借助虛擬現(xiàn)實技術，通過3DsMax軟件創(chuàng)建教學中所需的硬件模型，構建三維模型庫，結合VRP虛擬現(xiàn)實軟件，開發(fā)出適合各門計算機課程教學的虛擬學習環(huán)境，能很好降低教學成本，提高教學效率。
4基于VRP的虛擬現(xiàn)實課件設計流程
4.1VR-Platform虛擬現(xiàn)實平臺
VRP是VR-Platform的簡稱，是國內第一款自主研發(fā)的虛擬現(xiàn)實平臺軟件。該軟件實用性強、操作簡單、高度可視化，所見即所得�？蓮V泛應用于城市規(guī)劃、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、文物古跡、電子商務、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)實領域的現(xiàn)狀。以極高的性價比獲得了國內廣大客戶的青睞，并已成為一個國內應用非常廣泛的虛擬現(xiàn)實和三維制作工具。許多理工科重點院校，購買了VRP虛擬現(xiàn)實平臺及其相關產(chǎn)品（如清華大學電機系、中國傳媒大學動畫學院等），在高等學校的教學科研工作中發(fā)揮了重要作用。
4.2基于VRP的虛擬現(xiàn)實課件制作
在制作VRP作品前，必須先通過相關的三維建模軟件（如3DsMax）進行基礎建模，并設定對象的材質、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標準即可。但在建模時，模型數(shù)量不要太多，刪除看不見的面，對于較復雜的造型，可用貼圖或照片來表現(xiàn)，以簡模原則優(yōu)化模型。4.2.2材質和燈光設置。完成場景模型的建立之后，可為模型添加材質。可使用標準材質，也可添加紋理貼圖。具體根據(jù)所要創(chuàng)建的場景來設置。VRP對3DsMax場景中的燈光設置也沒有特殊要求，根據(jù)需求設置合理的燈光即可。4.2.3烘焙。通過烘焙操作，可將3DsMax場景中的模型光影，以貼圖的方式導入VRP中，從而獲得一個真實光影效果的虛擬場景。4.2.4導入。VRP進行后期制作虛擬現(xiàn)實場景中的模型制作完成并經(jīng)過烘焙后，通過VrpForMax插件導出模型到VRP-Builder，即可在VRP-Builder中進行編輯，根據(jù)教學需求，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，可運行、預覽效果，進行修改、調試，最后可編譯輸出*.EXE的可獨立執(zhí)行文件或是可網(wǎng)絡發(fā)布的*.VRPIE文件。
5結語
虛擬現(xiàn)實技術在教育領域有著廣闊的應用前景。不僅適用于科學技術研究、虛擬學習環(huán)境、虛擬實驗室、虛擬實訓，還可應用于虛擬仿真校園及虛擬遠程教育等。隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展和完善以及硬件設備成本的不斷降低，虛擬現(xiàn)實技術作為新的教學媒體，以其強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會逐步吸引教育工作者的關注和青睞，最終在教育領域被廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。
參考文獻
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