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浅析虚拟现实技术在科普教育中的作用

发表时间:2013-10-12 10:51:42  热度:
摘要:本文通对对虚拟现实技术概念的介绍以及其交互性、沉浸感、构想性、全息性四个特征进行了阐述。以数字科技馆为例,说明了虚拟现实技术在科普展品中的应用和在科普工作中的几个推动作用。
关键词:虚拟现实技术    科普教育     作用
当前,随着科学技术的快速发展,人们对新知识的获取方式越来越多,特别是互联网技术的迅猛发展,为科普知识的宣传推广提供了许多新的途径和方式,以其势不可挡的力量极大地改变了传统的阵地宣传模式,已经成为科普宣传的中坚力量,其巨大的传播力、渗透力和教育力已渐渐引起广大科普工作者的重视,并被社会公众广泛认同。如何更好的集成现代数字化科普资源,发挥网络科普教育更大效能,特别是将虚拟现实技术应用于科普教育,既是该项技术自身发展的要求,也是科普教育发展的需要。在传统的科普教育中,主要以科技馆固定的展览展示方式来普及、传播科学技术、科学知识。本文重点以数字科技馆为例,使用新型的虚拟现实技术与科技馆的展览教能功能进行完美的结合,充分发挥科技馆科普宣传的种种优势,来进一步推动科普教育工作。
一、虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术是网络科普宣传主要的技术手段,所谓虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它得用计算机技术生成一个逼真、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流。与传统的模拟技术相比,虚拟现实技术的主要特征是:
1、交互性。交互性主要指体验者通过使用输入和输出设备,由人类的自然技术实现对模拟环境的考察与操作的程度。虚拟现实系统中的人机交互是一种接近自然的交互,参与者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊设备进行传感交互。计算机根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统中呈现的图像及声音。而参与者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行体验和操作。它不是一个静态的世界,而是一个开放的动态环境,它可以对体验者的输入(如手势,语言)做出响应。例如参与者可以用手去直接抓取和移动模拟环境中的物体,不仅有抓东西的感觉,还能感到特体的重量,用户可以像现实中一样拿起一支虚拟的火柴,将它点燃。
2、沉浸感。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征,它是指体验者在纯自然的状态下,借助设备和自身的感知系统,对虚拟环境的投入程度,虚拟现实是通过计算机生成一个非常逼真的人们能感知的虚幻世界,导致参与者产生了相似于现实生活中存在的意识或幻觉。我们不仅可以通过视觉和听觉,还可以通过嗅觉和触觉多方面地感受到虚拟世界中一切,看上去是象是真的,有声音还能活动。体验者和虚拟环境中的各种对象都能相互作用,就如同在现实中一样,这种逼真的感觉,如同现实,以至于让体验者全方位地沉浸在其中。
3、构想性。构想性是借助该技术,使思维中的抽象概念具体化,虚拟现实为解决工程、培训、医疗、军事等方面的问题而开发者研发出来的软件,它以夸大的形式反映了设计者的思想,如想一条闹市,要对其进行构思,闹市上会上许多人,商铺,车辆,而且各种吵闹声夹在一起,设计者就要同样的方式反映出这样的情景。
4、全息性,也称为多感知性。全息性是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实就是在提供多方面感觉通道和类似现实的全面信息,让体验者通过全息传感及反应装置,在虚拟环境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知,从而达到身临其境的感受。
虚拟技术就是让操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中,与之产生互动,进行交流,通过参与仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息,最终达到教育、启迪的目的。
二、虚拟现实技术在数字科技馆中的应用
数字科技馆是为了科学普及的目的运用计算机技术、网络技术、多媒体技术将科学知识以数字方式展现出来,构成的一个虚拟的科技馆。也是一个集科普内容与科普内容管理为一体的以计算机软件为主的虚拟科技馆。除了包含较为丰富的科普内容外,还有一套较为完备的软件支撑系统支持,包括数字科技馆专题管理系统、专题导览系统、数字科普网站内容管理系统、信息网站系统等,内容丰富、表现形式多样,不受时间、场地、空间、环境的限制,是一个可移动的、跨区域的、虚拟的可体验的互动科普教育平台。
数字科技馆展品的制作使用FLASH,FLASH展品中可以使用ACTIONSCRIPT 实现简单的3D效果,部分展品运用了JAVA3DVRML技术实现3D效果,计算机辅助动画技术生成计算机的虚拟游戏场景。解决了虚拟现实技术中应用的计算机多媒体技术,实现了桌面虚拟现实技术,大大提高了公众对科普知识了解的兴趣,进入数字科技馆体验区,理想的虚拟现实技术应该具有一切人们所具有的感知功能,在体验区可以安装头盔显示器为核心的视感觉系统,以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统,以方位跟踪器、数据手套、数据为主本的身体方位姿态跟踪设备,以及味觉、嗅觉感知和现实世界的一样,难以辨别真假,使观众全身心地投入到计算机创建三维虚拟环境中,虚拟现实技术在数字科技馆中可以根据不同展品来拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意设想客观不存在的基本是不可能发生的环境。如可以实现一会在天空翱翔,一会又在海底探秘,未来数字科技馆带给人们的一定是一种感觉的刺激,更是一种强烈的体验。
三、虚拟现实技术在科普教育工作中的推动作用
科普教育全民化是全面提升我国公众科学素质的迫切需要,也是建设创新型国家的必要要求。总之,将虚拟现实技术与科技馆的展览教育功能结合,能充分发挥科技馆的其它种种优势,在推动科普教育中将科技馆展览教育、影视教育、培训教育与实验教育这三个最重要的功能进行了全方位的实现,具体作用归纳如下:
 1、在科普展览教育上的应用。利用虚拟现实技术,我们可以突破时间与空间的限制,制作新的科普展品,把枯燥的数据变为鲜活的虚拟现实的动感画面,尽可能把各种虚拟的科学奇观真实的展现在观众面前,使科技馆进入交互式参与的展览教育新时代,引起观众浓厚的兴趣。且展览展示的功能能充分发挥,使科学性、知识性、趣味性的教育得到进一步完美的结合,从而达到科普的目的。比如在数字科技馆中,参观者借助其它软件置身于一个丰富的科学资源宝库中,足不出户就能走遍天下,不用特殊设备就能上天入地,进入微观世界、探寻科学奥秘、体验科学乐趣。随时随地获取馆中的各项展品并能体验,还可以以人机交互的方式获取知识,达到认识科学、学习科学的目的,多数的科学原理和科技成果在这里被传播、被展现,给参观者以启迪和教育的作用。
 2、在教育培训上的应用。与传统的培训模式相比较,科技馆利用虚拟现实技术建立起来的虚拟体验室,可对人们进行虚拟真实环境的场景来培训和体验,具有接近真实环境的特征,达到“身临其境”的感觉,使培训针对性更强及又安全、经济、仿真和可控性强等特点。
 3、在教育实验上的应用。数字科技馆在于充分鼓励公众亲自动手进行探索与实践,通过实践培养创造性思维,达到传播科学思想和科学方法目的,以往由于科技馆各种科普设施单一的局限下,这一点往往是最难实现或者代价最大的。而虚拟现实技术进行的虚拟实验,不但能产生视觉效果,还能够实时与各种虚拟展品交互,具有图形以外的声音和触觉感。公众通过立体头盔、数据服和数据手套或三维鼠标操作传感装置,完全可以在虚拟世界充分感知信息,并做出选择或相应的动作。而且在不同的实验间切换,只需输入不同的处置方案,不需要置换大量的外部元件,就能达到不同实验结果的功效。
虚拟现实技术在数字科技馆中的具体应用,改变了过去传统的科普教育传播方式,得到越来越多科技馆的重视,这必将对增强公众对科学技术的理解、掌握和运用能力,把科学思想、科学理念根植于民族精神,转化为全社会的创新能力产生重要的推动作用。
参考文献:
 1、虚拟现实在教育中的应用 北京科学出版社 2007年1月
 2、科技馆事业发展与科普教育作用浅谈《科技资讯》2007年5月
 3、虚拟现实在科普教育中研究与实现  2011年5月,《科普研究》
 4、党保生;;虚拟现实及其发展趋势[J];中国现代教育装备;2007年04期
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