陆军装甲兵学院 王钰博

1.引言

虚拟现实是一种先进的计算机多媒体处理技术，其利用先进的图像处理、机器学习和模式识别技术实现人机交互，为人们提供一个沉浸感很强的仿真环境，具有极强的趣味性和生动性。虚拟现实关键技术很多，基本技术包括注册技术、3D对象建模技术、显示技术，已经在装配制造、飞行训练、航空科研、医学诊断等领域得到广泛应用，取得了显著的应用成效。智慧课堂作为虚拟现实的一个重要应用领域，本文详细地描述了虚拟现实在智慧课堂中的应用技术及详细设计情况，能够进一步创新学习方法，提高学习成效，具有重要的作用和意义[1]。

2.虚拟现实技术及应用

虚拟现实应用过程中，自然交互已经成为非常关键的事件触发技术，该技术能够利用先进的深度学习等技术采集输入特征，利用图像进行实验标记，实时接收外部的输入信息，然后采用特征提取、模式识别、事件触发等激活系统功能，渲染一个虚拟的操作环境展现给用户。虚拟现实应用关键技术很多，比如跟踪注册技术、3D对象建模技术、显示技术等[2]。

（1）跟踪注册技术

跟踪注册技术可以利用标记将虚拟信息与真实环境信息进行配准注册，实现虚拟信息和真实场景的无缝融合。跟踪注册技术采用机器学习可以针对标记特征进行提取，实时获取图像标记的位置信息，触发系统的事件，比如输出3D模型、实现事件处理，具有重要的作用和意义。目前，跟踪注册过采用的核心技术为特征提取和特征识别，利用先进的深度学习可以针对图像标记进行处理，将目标特征从复杂的背景图像中提取出来，然后将其与数据库的触发事件进行对比，目前提取图像中的目标特征包括自然手势、激光等，提高智慧课堂的交互性。

（2）3D对象建模技术

3D对象建模可以使用Maya软件、AUTO CAD软件、3DS Max软件、SKETCH UP软件等准确地仿照外部环境进行建模，全方位、立体化地展示每一个目标对象，比如可以设计一个数学原理动画模型，该模型能够展示函数离散函数的发生机制以及运算结果，这样就可以更加生动地展示某一个知识点，具有较强的趣味性。

（3）显示技术

虚拟现实与用户进行交互时，其重要的组成部件就是输出设备，也即是显示系统。显示系统为了能够更加逼真地展示虚实融合景象，可以利用具有高分辨率的头盔显示器、自然显示设备等。显示设备可以为用户提供信息输入、虚拟融合输出内容，与用户进行交互操作。

3.基于虚拟现实的智慧课堂设计

基于虚拟现实的智慧课堂主要包括四个关键组成部分，分别是应用逻辑组件、GUI交互界面、知识实例脚本、虚拟场景渲染。GUI能够为所有的教师、学生提供一个可视化的交互操作流程，这些用户输入交互信息请求之后，可以即时初始化智慧课堂，用户即可以进入到学习环境进行操作。应用逻辑组件是一些通信协议和接口，接收各类型的网络设备对象，将这些对象利用虚拟现实算法进行实例化，就可以为教学知识点运行提供一个实例环境。知识实例脚本是开发人员按照教学大纲设计的课程知识点模型，这些知识点模型都采用了装配式的动画模型进行描述，教师和学生可以输入相关的信息触发这些知识点实例，并且能够保存智慧课堂的上下文信息，实时地记录教学内容。虚拟场景渲染则可以利用声音、3D场景模型构建一个学习环境，该虚拟学习环境与传统的教室类似，但是更加具备趣味性，能够提供给教师和学生各类型的导航指示信息[3]。

智慧课堂主要功能是教学直播，也可以实现教学点播和课程内容设计，以便能够根据实际的教学需求实现个性化、定制化教学，具有重要的作用和意义。智慧课堂相关功能设计如下所述：

（1）教学直播功能设计

智慧课堂直播教学运行中，虚拟现实可以为学生和教师创建一个仿真的环境，创建一个强大的操作支撑。智慧课堂可以采用云计算、流媒体等功能，实时向学生终端设备推送教学内容，推送消息中包括开课时间、课程内容概要、课程耗费时长等，学生获知这些信息之后，可以做好相关的准备工作，快到开课时登陆智慧课堂听讲。智慧课堂的直播教学功能为教师、学生提供了强大的在线教学支持，可以实现教师、学生课堂互动交流，也可以通过聊天软件、邮箱、视频等功能进行交流，解决了学生学习过程中的疑问。另外，如果学生将相关问题输入到系统中，智慧课堂可以自动检索问题答案，为学生提供一个更好的答案。

（2）教学点播功能设计

教学点播与直播类似，智慧课堂部署于云平台，学生可以登录到云端，直接进入到智慧课堂进行学习，教学点播的案例是预先存储的，与直播功能存在差别，这些教学案例不可更改和定制，但是可以重新建构和替换，以便保证教学知识的先进性和时代性。

（3）课程设计功能设计

智慧课堂为教师提供了一个可扩展接口，该接口能够录制新型的教学实例，能让每一门课程的老师都可以根据实际需求进行定制化教学，提高了知识点的个性化讲授，及时地将课程最新讲授模式或学习方法录入到系统中，方便学生学习。

4.结束语

基于虚拟现实的智慧课堂构建了一个虚拟的学习环境，利用先进的图像处理、模式识别技术实现人机交互，能够让教师和学生在虚拟的学习环境中实现课程讲授，既可以提高讲授知识的生动性和趣味性，同时也可以实现跨时空操作，同时该系统部署于云端，不需要学校购置较多的硬件设备就可以让学生完成课程知识学习，利用动画模型展示每一个知识点的原理、工作机制，使枯燥抽象的知识学习变得更加形象和直观，创新了教学方法和模式，具有重要的作用和意义。