韩桂明

（江苏省盐城市特殊教育中等专业学校，江苏 盐城 224002）

虚拟现实技术在远程教育平台中的应用

韩桂明

（江苏省盐城市特殊教育中等专业学校，江苏 盐城 224002）

本文研究了远程教育平台中虚拟现实技术的应用途径以及VR M D EP的实现，提出构建VR M D EP的总体框架，设计虚拟同步与异步教学系统，构建模拟场景以实现用户之间的交互。

远程教育平台；虚拟现实技术

1 虚拟现实技术的概述

传统模式下，以Web为基础的远程教育平台在发展历程中遭遇了一些瓶颈和局限，因此必须要充分利用虚拟现实技术，生成更加真实的图像与三维动画，借此打造出科学有效的远程教育平台。

1.1 实物虚化技术

该技术指的是实际空间朝着多维信息化空间所投射的映像，其主要包含了基础模型建设、空间追踪、声音定位、视觉追踪以及视点感应等核心技术。通过这一系列技术可以构建具有真实感的模拟空间，使得用户能够在虚拟环境下进行数据操作。其中，基础模型建设技术是计算机技术构建模拟环境的关键所在，能够把现实世界中存在的对象重新组建于3D模拟的空间中，并且按照系统所需保留一部分物体的属性。空间追踪技术是利用头盔显示器、数据手套以及数据服装等，在此类交互设备中安插空间传感器，从而确定用户的头、四肢、躯干或其他部位在3D模拟空间中的具体方位。声音定位技术是在模拟环境中进行声音的追踪。视觉追踪及视点感应技术，主要使用从视频录像机至X-Y平面阵列，周围光或追踪光在图像投影平面在不同时间段与不同方位上产生的影像，算出追踪目标的所在位置。

1.2 虚物实化技术

所谓虚物实化技术，就是要让用户在模拟的空间中获得如同现实当中一样的视觉、听觉、触觉等感受，属于感官认知类的核心技术。该技术之所以可以让用户产生较为真实的感官体验，其关键在于不仅能使用户得到视觉与听觉的感知，还能让用户自主操控虚拟物品，从而在反作用力中生成力觉与触觉的感受。

1.3 智能技术

该项技术可以构建一个用户与计算机交互的空间。计算机需从用户的不同语言、动作甚至表情中获取对应的信息。如果需要准确分析这些信息，必须借助人工智能技术进行处理。目前智能接口领域正在探究相关问题，比如人的语音识别、自然语言分析、图形图像辨别、文字识别、多媒体技术虚拟显示等。

2 远程教育平台中虚拟现实技术的应用途径

2.1 构建VRMDEP的总体框架

VRMDEP是虚拟现实技术下现代远程平台的简称，其总体框架构建如图1所示，采用MVC（Model-View-Controller)的实现模式，使用J2EE分布式架构，以此切合多用户共同使用虚拟空间的需求。在客户端，用户可以用教师、学生、管理员这3类不同的身份登录远程教育平台，并依据不同的身份享受不同的权限。用户在模拟环境当中所产生的感受，可以经由替身（avatar）来呈现，这种替身属于展示用户身份的三维对象。在虚拟远程教育平台中，其结构主要包含了虚拟同步教学系统、虚拟异步教学系统以及通用管理这三个版块。其中虚拟同步教学系统的功能是共享协同虚拟环境下的学习，虚拟异步教学系统的功能是模拟课程的开发以及模拟教务的管理，通用管理则负责视频播放、网站运用、模拟空间管理等。当布置好开发环境之后，可运用以角色为基础的访问控制理论，即RBAC，展开访问控制。并利用计算机协同理论构建起交互式模拟教室，再与信息库中的数据联系起来，从而满足模拟空间内的教学需求。

图1 总体框架图

2.2 设计虚拟同步教学系统

要实现VRMDEP的功能设计，首先必须要设计虚拟同步教学系统，呈现出科学而清晰的内容划分，完善网站的导航组合，制作出简洁、美观、人性化的操作界面。虚拟同步教学系统不仅可以为教师构建出相对真实的教学环境，还能为学生建立起自主学习的理想空间。该系统的重心就是模拟教室、模拟实验室、模拟工作室以及讨论交流室。首先，对于模拟教室的构建，要设计出讲台、黑板、课桌与椅子、门窗、投影仪等。教师采用丰富的虚拟资源展开知识讲授，而学生则需要注册并登录，然后进入模拟教室学习。其功能界面的作用有：（1）安插课程导航。教师可利用课程导航和课件的信息库完成交互，进而科学运用教学资源，达到教学调控的目的；（2）安插作业处理栏。教师可利用这项功能给学生布置作业，并进行作业批改，再将改好的作业发还给学生。学生也可通过这项功能进行作业递交、获取；（3）安插电子白板。学生可利用电子白板向老师提问，而老师也可通过白板进行信息通知、公布答案等。

然后，对于模拟实验室的构建，要设置出相对逼真的实验环境，例如实验台、仪器设备、门窗等，让教师和学生运用这些设备展开模拟实验。其主要功能包括：（1）安插实验导航。学生和教师可以利用这一导航完成实验数据交互，并整合实验资源，科学进行模拟实验；（2）安插实验控制台。对于每个实验，都能够提供相应的设备、过程展示、原理讲解、自主实验等功能；（3）安插实验工具箱。当进行不同的实验时，其所需设备也有所不同，因此需要设置工具箱，以此装载实验设备。

最后是模拟工作室与讨论交流室的构建。模拟工作室能够为教师模拟教学的开展提供必要的技术支撑，且教师能够在模拟工作室内采用不同的工具、软件进行教学，通过人性化的操作界面完成课程介绍、要点讲授、信息传递等任务。构建讨论交流室，则是利用电子邮件、公告栏等，让学生和教师、学生和学生之间实现多向异步在线沟通，让学生获得自主学习与发言的机会。

2.3 设计虚拟异步教学系统

这一教学系统主要包含了两个部分，即模拟课程的开发以及模拟教务的管理。该功能和传统远程教育当中所体现的功能大体相同，而差别则是增添了替身（avatar）在模拟空间内起到的效用。进行模拟课程开发，其重点实施的功能有如下几点：管理模拟资源库、维护课件模板、向导管理、模拟素材整合、资源连接、模拟课件开发。而模拟教务管理则是VRMDEP当中为老师、学生及管理员提供信息查询和统计功能的平台，其重点包括以下功能：课程管理、教师管理、学生管理、考试信息管理、报表统计等。

3 远程教育平台中虚拟现实技术的应用优势

3.1 构建模拟学习环境与仿真实验场景，增强真实体验

在传统的远程教育中，学习者与教师无法进行面对面的交流，使得学习者只能独立地完成学习效果，缺乏互动与交流。而融合了虚拟现实技术的远程教育平台，能够利用3D建模技术构建出虚拟的教室与课堂，使学习者有如置身真实的课堂中，实现了人机交互，从而有利于增强其真实体验，能够增强学习的趣味性，并且让更多的人感受到校园生活。

此外，在应用虚拟现实技术之前，远程教育很难对学习者的实验技能提供有效的指导，学习者无法直接参与到实验操作的过程中，这也是传统远程教育最大的弊端。而利用虚拟现实技术能够为学习者打造一个全面、完善、仿真的虚拟实验场所，并提供一切相关的实验器材，让学习者能够借助一定的设备来进行实验操作，直接地体验实验过程，从而强化对学习内容的理解，促进实践技能的提升。

3.2 能够为多人合作的实现提供虚拟平台

由于远程教育都是学习者分散进行的，很难进行小组之间的合作与交流，而在虚拟现实系统中，能够利用信息技术以及人机交互的模式将不同物理位置的用户联系在一起，实现模拟场景的共享。并在虚拟的空间中进行联机操作，让用户即使身处异地也能够“聚”在一起学习与交流，其声音也能够实时地相互传递，甚至还可以在仿真的实验场景中共同完成实验任务。这一特点与传统远程教育中学习者个体独立学习是完全不一样的。学习者能够通过与他人之间的协作获得启发，并增强经验与知识的积累，进一步提升自身的学习效率。

3.3 实现交互

模拟空间中的交互性主要表现在两大方面：一是用户和模拟空间内的对象进行交互，用户能够调节其对象的方位、形态等，还能采取添加、删除等措施；二是用户和用户之间实现交互，即用户操控替身的行动，如跑、走、跳、举手、扭头等。此外还可以看见其余用户的替身形态，并和他人沟通、交流，进行探讨及演示。这样一来用户之间便能实现共同开发、合作试验等，完成对模拟场景的控制。

4 结束语

远程教育平台既是一个多元化的综合应用系统，也是一个亟待发展与完善的开放性系统。在设计与运用的过程中，一定要全面结合其延展性、伸缩性、异构性等多项特征，并挑选出适当的网络架构及通讯协议等，以便提升模拟场景的实时性与操作效果。

[1]亓传伟，任艳斐．基于虚拟现实技术的远程教育平台设计与研究[J]．濮阳职业技术学院学报，2013(02)：158-16 0．

[2]杨世军．虚拟现实技术及其在远程教育中的应用[J]．三峡大学学报(人文社会科学版)，2009(S1)：288-29 0．

[3]徐武，张婕．虚拟现实技术在现代远程教育中的应用[J]．高等函授学报(自然科学版)，2008(03)：34-35．

TheApplication of Virtual Reality Technology in Distance Education Platform

Han Guiming
(Yancheng Special Education Secondary Specialized School,Yancheng 224002,Jiangsu)

This paper studies the application of virtual reality technology and the realization of VRMDEP in the distance education platform.It proposes the general framework of VRMDEP,designs the virtual synchronous and asynchronous teaching system and constructs the simulation scene to realize the interaction between users.

distance education platform;virtual reality technology

TP391.9

A

1008-6609(2016)12-0056-03

韩桂明（1975-），男，江苏盐城人，本科，高级讲师，研究方向为计算机应用与教学。