基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统构建

基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统构建

周琦

眉山药科职业学院 四川 眉山 620200

摘要：随着现代科学技术的发展，虚拟现实技术（VR）已经广泛应用于人们生活和学习中。虚拟现实技术的成熟应用促进了沉浸式和交互式教学的改革发展，因此，虚拟现实技术已经成为国家教学改革中的重点研究问题。本文基于虚拟现实技术，提出了一套计算机辅助教学系统的构建方案，对于提高教学水平，丰富教学内容有着良好的应用作用。

关键词：虚拟现实技术；计算机辅助教学；VR技术

1 引言

传统计算机辅助教学系统由于交互性较弱、操作性不强等缺点，已经无法适应现代教学改革下课程教学的实践应用。教师采取的多元化、智能化教学方式和策略对计算机辅助教学系统功能和性能要求越来越高，只有不断研发和完善功能强大、交互性好的计算机辅助教学系统，才能适应现代课程教学的发展¹²。近几年来，为了进一步丰富课题教学内容和形式，虚拟现实技术开始应用于计算机辅助教学系统中，同时推进了沉浸式、交互式教学改革的深入发展³。本文提出的基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统建设方案，可以更直观、更丰富地向学生展示教学内容，以有效提高课题教学质量。

2虚拟现实技术

虚拟现实技术（VR）主要是通过计算机生成模拟现实环境的信息技术手段，用户通过虚拟现实技术可以从视觉、听觉和触觉等多方面感受到更加真实的模拟环境，使用户有置身于模拟环境中的真实感觉。目前，虚拟现实系统主要包括四种类型：

（1）桌面虚拟现实系统

桌面虚拟现实系统主要是利用计算机显示器改变用户视觉体验，改系统主要应用于课题教学，房屋设计等领域，有着成本低、易于开发等特点。

（2）沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟现实系统主要通过VR眼镜作为视觉传播手段，配合空间定位系统设备，以及各类外接互动设备等，使用户从视觉、听觉、触觉等多方面形成感知合一，在虚拟环境中产生身临其境的感受，系统体验感强，交互性好。

（3）增强式虚拟现实系统

增强式虚拟现实系统是对于虚拟现实技术的提升，属于将真实环境与虚拟环境结合的新型技术，用户可以与结合后环境中的角色进行交互活动，该技术能够使用户的体验感得到进一步提升。

（4）分布式虚拟现实系统

分布式虚拟现实系统是基于分布式仿真技术研发的系统，使不同用户在不同时间、不同地点同时置身于一个虚拟环境中，共同交流互动，相互协作，体验环境。

3系统技术架构设计

基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统采用的是组件化框架结构设计，以软件工程中分层设计为基础，系统技术框架图如图1所示：

图1 基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统技术框架图

基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统的体系结构共三层，分别是业务层，组建层和调用层。业务层主要负责上层用户请求功能的处理，包括客户层、交互层、访问层、应用层等。组建层主要负责实现技术功能，作为中间层连接业务层和调用层，起到了上下承接的作用。调用层主要负责对部分动态数据资源进行调取利用，同时实现其他模块的技术功能。

4系统网络结构设计

基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统部署于三层网络结构中，利用业务服务器将数据库中的数据信息进行划分，业务服务器与用户终端进行连接。NDR数据库服务器中的数据资源供教学访问使用。系统网络结构如图2所示：

图2 基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统网络结构图

5系统功能模块设计

基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统总体功能模块，其包含五个技术功能模块，以及多个系统功能模块，共同构成了系统功能框架。

（1）用户界面功能模块

系统属于计算机辅助教学应用软件，其用户角色和数据资源相对独立，通过用户登录界面可以实现在线用户注册，也可以通过系统管理员授予的权限进行登录，或者以访客身份进行浏览。

（2）课件展示功能模块

通过系统中的课件展示功能模块，成功登录的用户可以对教学课件和自己独立制作的课件进行管理。作品展示功能模块包括基本信息、在线课件、个人发布课件等模块。

（3）课件创作功能模块

课件创作功能模块是系统中的关键模块，授权登录的用户可以实现在线编辑课件，或者在线制作基于虚拟现实技术的课件作品。课件创作功能模块包括三种编辑模式，以供不同权限用户使用。

沙盘编辑模块：该模块主要包括已经制作完成的教学课件，教师可以从资源列表中寻找需要的课件进行演示播放，以支持课题观察教学。

课件编辑模块：该模块主要为教师提供大量课件资源借鉴使用，教师可以直接选择适合课程教学的课件进行再次编辑。

物件编辑：该模块主要是为了开展STEAM教育，STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多领域融合的综合教育，通常需要虚拟场景支持。

（3）课件预览功能模块

课件预览是交互体验教学模式的充分体现，用户通过浏览课件作品，可以实现与课件内容的互动和体验，课件预览是通过虚拟现实技术设备的支持完成的体验式教学。用户带上体验设备，可以身临其境地与课件中的角色交互，以切身感受提高教学效果。

（4）客户端设计模块

客户端设计模块主要是通过包图完成层级框架设计，上层主要是实现媒体播放器的播放功能。中层是组件化的核心，可以实现定制化功能。下层主要是为组件功能的实现提供支撑服务。

6结论

随着科学技术的高速发展，虚拟现实技术在教育、通信等领域的应用范围逐渐扩大。本文提出的基于虚拟现实技术的计算机辅助教学系统设计方案可以为学生提供交互式的体验教学方式，利用虚拟现实技术使学生置身于模拟场景中，与场景中的角色互动，使学生能够更加快速、高效地掌握知识，同时也丰富了教师的教学方法，促进了教学改革发展。

参考文献

[1]高薇薇.基于计算机的语文网络辅助教学系统设计[J].自动化技术与应用,2020,39(07):166-169.

[2]林巍.基于VR的计算机辅助教学系统设计[J].电子技术,2020,49(03):150-151.

[3]王美霞,王富荣.基于虚拟现实的计算机辅助教学系统设计[J].江苏科技信息,2020,37(05):44-47.

周琦（1995-），女，汉族，籍贯四川眉山，本科学历，现就职于眉山药科职业学院，助教职称，主要从事计算机专任教师工作。

1 ^{高薇薇.基于计算机的语文网络辅助教学系统设计[J].自动化技术与应用,2020,39(07):166-169.}

2^{林巍.基于VR的计算机辅助教学系统设计[J].电子技术,2020,49(03):150-151.}

3^{王美霞,王富荣.基于虚拟现实的计算机辅助教学系统设计[J].江苏科技信息,2020,37(05):44-47.}