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所以要调查他们对VR看重的部分,适合于他们的交互方式以综合出最佳的呈现方式与方法,使VR教学的功能发挥的淋漓尽致。
1.4本范文所做工作和创新点
1.4.1本范文所做工作
查找有关文献,分析所研究课题的国内外研究现状,阅读VR从开发到实现过程的相关文献,对VR教育形成一个完整的知识架构,有一个良好认知,对课题的开展与深入都起着至关重要的作用。
对个年龄段的中小学生运用调查法,以问卷结果的形式呈现出他们对于VR在何种情景和交互方式能达到最佳效果的态度,对VR的整体了解和今后VR发展趋势的态度来量定该如何最适化呈现给中小学生虚拟现实教学。
1.4.2本范文的创新之处
VR是以计算机图形学、计算机系统工程技术为基础的一种可交互的三维图形生成和显示,是一种将多元信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中的技术。
那么,在建模和交互完成的用户应用阶段,如何让用户轻松并且有效的应用VR技术进行学习和生活,就变成了一个至关重要的研究项目。
以中小学为例,越来越多的学校开始把虚拟现实技术带到日常教学活动中,使其成为教学媒体的重要组成部分,与教育教学相辅相成。
在中小学生学习生物学的过程中,以人体内部器官结构为例,通过建模和建立交互命令,可以使学生不仅仅流连与书本上图片的表面展示或者是实验室中模型的轮廓展示,而是身临其境,以最有效、最生动的方式全方位地学习以达到最佳学习效果,并对今后的学习或是生活中碰到的一系列问题的解决大有裨益。
本文有以下创新之处:
①探讨如何使VR教学课件以最好的方式呈现给中小学生
②探究影响VR课件交互的因素使交互更容易更生动
2相关理论技术综述
2.1虚拟现实技术的概念与构成
虚拟现实技术是多种技术的综合和应用,使用户通过VR设备身临其境并作出实时反馈。
体验者通过感知系统感受得到虚拟世界传出的感知刺激信号,并通过反应系统来进行反应。
2.2VR开发工具与相关技术简介
目前,PC是最主要的VR开发平台,其中包含建模,设置命令,创意设计等多种环节,并能够通过相关的传感器等设备捕捉、锁定用户的视线或动作来进行交互,是一种非常全面并且不需要苛刻条件就能自主进行开发的平台。
Unity3d是由丹麦Unitytechnologies公司开发的一个全面整合的专业游戏引擎。
Unity3d目前已经发展到了Unity5,在日常设计中,2D游戏或者3D游戏、交互式短片、教育与培训、多媒体通讯等都可以用Unity3d来实现。
网页游戏也可以用UnityWebPlayer来开发。
除此之外,ASP.NET技术是.NET技术的重要组成部分,其具有较高的编译和执行效率高的优势,另外ASP.NET提供了Web控件,采用页面与源代码之间分开编写格式,对于交互命令编写方法是一场革新。
.NET平台结构图如图2-2所示。
图2-2.NET平台结构图
3关于VR如何最适化呈现的调查分析
3.1VR最适化问题的调查方式
3.1.1调查工具
对于本课题,也就是关于VR技术呈现的最适化,宜采取问卷调查法进行调查。
主要面向中小学生,以人体器官功能学为例,探究他们最欣赏何种呈现方式,最愿意如何进行交互。
问卷共设置了25道题目,为笔者自拟。
调查问卷在各个中小学随机抽取
一个班级,累计发出问卷238份,回收有效问卷210份,有效率为88.3%,数据可以采用。
3.1.2调查内容
问卷主要内容如下:
①中小学生对VR虚拟现实技术的基础认识
②VR虚拟现实技术教学与传统教学的比较
③中小学生希望以何种方式交互
④中小学生期盼何种虚拟情境以达到最佳学习效果
⑤中小学生对于VR虚拟现实技术教学的意见和建议具体问卷详见附录
3.2关于VR虚拟现实技术呈现最适化的调查结果
3.2.1调查数据分析3
分析数据时,首先要检测数据的信效度。
信度是指问卷的可靠程度,主要表现于检验结果的一致性和稳定性。
首先分析α系数,如果此数值高于0.8,则说明信度高;
如果此值介于0.7-0.8,则说明信度较好;
如果此值介于0.6-0.7,则说明信度达标;
如果此值低于0.6,则说明信度不佳。
对本次问卷调查的信度分析,结果如下:
问卷的克朗巴哈系数为0.816,表明信度很高,并可以继续进行相关分析。
根据Kaiser(1974)的观点,KMO系数俞接近1时,俞适合因素分析;
KMO值至少在0.6以上,0.6以下不适合做因素分析。
本次调查的两张问卷进行效度分析,结果如下表:
KMO值
累积方差解释率%(旋转
后)
问卷
0.728
70.931%
问卷KMO值为0.728,大于0.6,意味着数据效度非常好,旋转后累积方差解释率为70.931%>
50%。
意味着研究项的信息量可以有效的提取出来。
3.2.2调查结论
①中小学生对VR的看法及了解程度
是否对VR有了解
人数
占比
非常了解
66
31.43%
比较了解
124
59.05%
听说过
20
9.52%
完全不知道
0
对VR的了解程度
VR与普通显示屏的比较
VR更胜一筹
127
60.48%
传统显示屏
17
8.1%
差不多
29
13.81%
各有利弊
37
17.62%
VR和传统显示屏的比较
是否期盼VR教学
是
171
81.43%
否
39
18.57%
是否看好VR教学前景
VR的使用方式
休闲娱乐
60
28.57%
生活购物
21
10%
生活网络
36
17.14%
模拟学习环境
93
44.29%
VR的期盼使用方式
教学模式
VR教学
147
70%
传统教学
63
30%
VR教学与传统教学的倾向性
经过分析统计后,得出中小学生对于VR至少都有一定了解,对VR应用于教学有着一定的期盼,并且看好VR教学发展的前景的结论4。
随着社会和科技的不断发展,
VR越来越多地走进人们的生活,人们尤其是充满好奇心的孩子和青年,都会在商场或
者体验馆中体验VR带来的全新享受。
体验过VR教学的中小学生有七成认为VR教学5要优于传统教学,不仅仅是在认知结构和技术的应用上,在情感体验上也能给予学生学习的新鲜感,让他们自然地对学习产生浓厚的兴趣,以此为乐,发挥自身的潜能,爱上学习并能够培养自主学习的能力。
这个结论的得出也为下面进行的更深层次的探讨作了铺垫。
②VR尚需要改进的方面
图3.2.2.2需要改进的方面
从图3.2.2.2可知,在VR技术该如何提高的方面上,25.24%的学生选择了其安全性,30%的学生认为应当有更逼真的虚拟环境,44.76%的学生则觉得最急需的是更高的交互性。
选择“安全性”的学生中,他们主要担心在使用VR的过程中出现不必要的损伤或者危险。
例如,同学们在家中使用VR眼镜缺乏保护措施,可能会造成以下困扰:
1.被尖锐物体误伤
2.可能在使用的过程中误伤周围人
3.有宠物的话容易造成脚下误伤
这三种情况都是因为使用环境的局限导致的,在使用VR的过程中,最好要准备一个专用的,空旷的环境。
将VR应用于教学活动中时还好,肢体的活动幅度不会过大,发生危险情况的可能性小。
一旦用VR进行游戏或其他需要身体大幅度摆动的交互6时,便很容易发生危险,对使用者身体造成伤害,故应该准备面积较大,无杂物的专用VR体验区,来将这种风险降到最低。
4.长时间使用有害身体健康
由于VR技术的发展还不够完善,所以使用时间过长对视力会有很大的副作用。
下面是两位体验者分别使用VR眼镜观看十分钟和三十分钟的影响。
实验证明,观看时间越长,眼部的调节功能越差并且随着观看时间的递增而加剧。
所以在使用VR眼镜时要适当休息,不要积劳成疾而对视力造成永久损伤。
见图3-2
观看十分钟的影响
观看三十分钟的影响
图3-2VR眼镜长时间观看的影响
选择“更逼真的虚拟环境”的学生中,他们主要关注的是如何能尽快融入学习的环境中,有一个良好的学习氛围,以增强自己的学习动机。
这里“逼真的虚拟环境”实际上是指的在VR学习中学生所沉浸的环境,包括所看到,所体验到的布局,陈式,环境。
好的学习情境可以最大化学生的学习效果,使他们完全沉浸在学习氛围中,对于学习的开展和进行有着良好的促进作用;
反之,较差的学习情境也可以降低学生的学习兴趣,不能造成一个适宜的学习氛围,不利于学生全身心地投入于学习当中,即使内容再好,也不能发挥其本来的效果,反而对学习起了阻碍作用,可见,良好的情境在VR学习中有举足轻重的作用。
而剩下的44.76%的学生认为交互方式是最需要完善的地方。
“VR的交互性将变得越来越重要”。
VR的交互性和交互方式是VR教学的一把双刃剑,良好的,适当的交互方式配上优秀的VR课件就是如虎添翼,可以将课件的效用最好地发挥出来,满足学习的预期效果,完满地完成学习目标;
而不合适的交互方式则可能导致与课件之间的冲突,互相起抑制作用,不能将教学目标正常完成,影响学生的学习效果。
所以说选择一种最佳的交互方式,无疑是对VR教学有着深远影响的,并对教学的推进大有裨益。
③虚拟现实场景的选择7
图3.2.2.3VR场景的选择
从图3.2.2.3可知在VR教学(以人体器官功能学习为例)的过程中,场景8的选择同样起着举足轻重的作用。
好的场景对学习有着深远的促进作用,而不适合的场景也需不利于知识的学习,产生反作用。
问卷收集的数据显示,35.24%的学生选择课堂场景,这样可以让他们在VR学习的过程中有着同样于课堂进行学习的沉浸感,浓厚周遭的学习氛围,增加自身的紧张感,从而具有更高的学习效率。
37.62%的学生更倾向于花园场景,13.33%的学生喜欢海滩场景,13.81%的学生钟爱森林场景,后三种场景都属于带有景色的环境场景,起到的效果不尽相同:
花园场景带给学生美的感受;
海滩场景带给学生阳光和海浪;
森林场景带给学生绿意盎然。
这三种场景都是学生自认为最适合个体进行学习活动的环境,具有个体差异性,根据个体的气质和性格决定,很难进行调控和定义统一的标准。
总体来说,场景的选择分两大类:
一是以课堂环境为主的学生;
一是以喜爱的环境为主的学生,大约占65%,所以在场景的选择上,不应拘泥于传统的课堂环境,应该尊重个体差异性,建立学生们喜爱的学习场景,以达到最佳学习效果。
④VR教学中了解信息的方式
图3.2.2.4VR教学了解信息的方式
从图3.2.2.4可知,在本课件中,各个器官及骨骼、神经等都配备了详细的叙述
并进行解释。
顾名思义,“直接解释”就是一开始就将各个解释摆在那里,不管学生与课件的交互情况,虽然直截了当,但是无法掌握学生的兴趣,好比学生最感兴趣的器官,他就会首先的去了解,避免前摄抑制的影响,达到比学习其他器官更好的学习效果,并顺着自己的思维活动去了解,去创造符合自己的学习顺序,一步步地汲取知识,掌握知识。
“交互时再弹出解释信息”就是运用“视角捕捉”捕捉学生的视角,在目光集中在某器官上时,弹出相应的解释,使学生及时对自己感兴趣的部分加以了解,形成一个清晰的知识脉络,建设属于自己的知识架构,这也是最好的一种了解信息的方式,并且有55.71%的学生选择了这种方式。
另外,还有6.67%的学生选择用控制器进行交互的方式,这种交互方式与前者明显的区别就是多出了一个手动交互的步骤,其他并无任何区别,所以这种交互方式是显然没有上一种直接易行的,故“交互时再弹出解释信息”是最适合应用于VR教学的一种交互方式,对学生的学习情况有着良好的促进作用。
⑤VR教学过程是否要配乐增强学习效果9
图3.2.2.5VR课件是否需要配乐
从图3.2.2.5可知,对于“是否要配乐增强学习效果”这个问题,认为不需配乐的学生占10%。
他们认为在学习过程中,注意力要高度集中,不应被外部环境所干扰,应该对于所学知识全神贯注,以达到最佳效果,大多数具有“场依存性”(人知觉时较多地受他所看到的环境信息的影响)。
而选择其他两项的学生大多数具有“场独立性”
1(0
人则较多地受身体内部线索的影响),受到外界的干扰很小甚至不会受到干扰。
36.19%
的学生认为钢琴曲能够促进他们的学习情况,在学习的过程中配上悠扬的钢琴曲,不仅能够陶冶情操,缓解学习带来的压力,进行暂时的放松,而且还有可能开发大脑,
最大的发挥大脑潜能,使得学习效果更好。
另外,还有超过一半(53.81%)的学生认为一边听流行歌曲一边学习效果最好。
听流行音乐学习,可以启发学生的思维,在学生学习感到疲倦之时,适当地将学生近乎即将分散的注意力变相集中,保持一个对学习的兴奋状态,是学生有继续学习的动力,对学习有促进作用,对“清醒细胞”产生刺激,发出使之清醒的电信号。
在各种各样向其施加压力的方法之中,最好的方法就是采取音乐的手段,既不会太突兀,强度也适中,这样有益于学生进行VR虚拟现实的学习。
⑥如何解决VR学习中遇到的困难呢11
图3.2.2.6如何解决VR中遇到的困难
经过分析图3.2.2.6统计后得出数据,26.19%的人认为课件的开发者应尽力想到所有可能遇到的问题并在课件内给予解答。
诚然,在学习过程中,学习者会遇到各种各样的问题,而且遇到的问题不尽相同。
同一部分知识的学习中,涵盖的知识点越多,遇到问题的种类也就越多,差异性也就越大。
所以,想到所有可能遇到的问题并在课件内给出解释并解决是不太现实的,那样的话花费的时间太多,也太繁琐,不利于课件的制作和教学的正常进行。
36.19%的学生认为应该在使用VR技术进行教学的过程中配备专门的老师随时答疑。
这部分学生认为,VR教学只是替代了教师在传统课堂中的讲授作用,而其他的传统教学所需的教师职能应继续由教师完成,这种理念是不完全正确的。
之所以进行VR教学,就是要利用先进的虚拟现实技术使学生沉浸在VR教学之中,培养学生自主学习的能力12,独立思考的精神,探究能力和创新能力,如果还随时配备一个教师在旁指点的话,可能就不利于学生养成这些优秀品质,违背了使用VR进行教学的初衷。
17.62%的学生能够将遇到的问题总结下来,然后再带着这些问题去集中询问老师,这就使得学生有了一个思考的过程,自主思考可能会给学生带来更大的收获。
剩下20%的学生会自主研究并解决遇到的问题,这种态度的学生正是VR教学
所追求的正确的学习模式,进行完全的自主学习,通过学习提出问题,通过搜集资源自主解答问题,找到合适的答案并解决问题,最终实现自有学者提升的过程。
长期如此,学生的自主学习能力、动手动脑能力和行动力都会得到质的飞跃,最终获益匪浅,不仅仅学到知识,还学到传统课堂很难学到的各种能力,最终实现全面发展。
⑦在制作VR课件当中,最佳的着重点13
情况
内容优先
137
65.24%
场景优先
73
34.76%
VR课件的着重点调查表
在统计的数据中,65.24%的学生认为应当以教学内容为最优先的环节,因为在VR学习过程中,课件所包含的教学内容是整个VR教学的基础,是学生主要的知识来源,也是学生进行自主学习的关键。
而有34.76%的学生认为应当以场景为优,他们认为好的场景对于学习效果的促进有着不可或缺的作用。
诚然如此,但是,模拟场景终究只是起着辅助作用,阻碍或推进学习过程的进行,根本还是在于教学内容的展开与研究,内容仍然起着决定性作用。
所以,还是应该着重与教学内容的制作,使其能发挥最好的效果。
⑧学完一个模块,如何最佳地切换场景
图3.2.2.8如何最佳切换场景
从图3.2.2.8可知每学完课件中的一个模块,如何最佳地切换到下一个模块而使学生继续保持学习的状态呢?
30%的学生认为直接弹出的效果最好。
这种切换场景的方式虽然很快很直接,但显得过于突兀,学生还没有完全从学习上一个模块的沉浸感中释放出来,立刻又要投入新的学习中,不免会让学生感到压力,增加学生的紧张感,不利于前一个模块知识的吸收,亦不利于新模块的学习,白白增加了后模块的前摄抑制14和前一模块的后摄抑制,对于学习有阻碍作用。
21.43%的学生认为需要加入一个短时间的过场动画,这样可以使得学生进行短暂放松。
不过,有些学生容易被周围的事物影响,使得自己的注意力放在过场动画上而可能忘记才刚刚映入自己大脑的知识,造成一定知识的遗忘,并不能马上地投入下一模块的学习。
48.57%的学生认为淡入淡出的切换模块是最佳选择。
这样不仅避免了直接切换场景的突兀,给学生一个即将进入下一模块的心理准备;
而且也不会因为过场动画太长而使学生分心导致降低学习效果,所以,淡入淡出是最佳选择。
4VR教学课件开发
VR教学课件的开发主要运用PC端的C4D、Photoshop、Unity3D等软件。
进行建模在C4D中,有学者们将人体的骨架,血管及各种器官、内脏等模型通过搜集的图片和视频资料,以最大的还原情况构造出来,形成一个逼真的人体内部格局;
然后用Photoshop进行图像处理,将合成过的图片当作材质备用;
然后用Unity3D进行图形化排列,将各个器官摆放在准确的位置,突出VR课件的直观性,给学生最真实的学习体验;
至于交互方式,本课件主要以学生的视点作为交互工具。
5结论与展望
5.1研究结论
本范文通过调查问卷得出以下结论:
1.中小学生对VR都具备一定的了解
2.VR的交互功能亟待加强
3.VR教学的场景应多种多样,满足个体差异性
4.采用那些对大脑“清醒细胞”压力适中,旋律健康,音质优美,节奏快慢协调的音乐
5.VR学习时要培养学生自主学习的能力,在学生自主学习动机不足时再配备老师进行答疑,确保学习效果
6.VR教学课件的重点应当是教学内容
7.VR教学切换场景应该淡入淡出
5.2VR教学的展望与前景15
随着科技的迅速发展,计算机应用技术的迅速发展使VR技术的应用范围日益扩大。
就现在来看,VR的普及性已经大大加强,从当初的只在科研和军事上的应用面扩展到民用和家用面。
VR技术也逐渐进入了日常教育教学活动中,出现了“虚拟教学”的新局面。
这些应用也是教育高科技的展示,是教育信息化、现代化的具体体现。
有学者们要将VR教学的作用最大化,紧跟时代的步伐,将科技XX紧密结合。
本课题为VR虚拟现实技术应用和呈现方式的最适化——以人体内部器官功能学习为例,这个课题的研究有利于让学生享受到最棒的VR教学。
但仍需进一步的调查研究,具体研究方向主要有:
如何使VR虚拟现实技术的交互得到最多学生的认可?
如何设计出最符合学生学习兴趣和目的的课件?
如何设计学生学习效率最高的虚拟场景?
总之,为了贴合时代的步伐,增加教学效果,有学者们应该重视VR技术带来的变革,利用VR虚拟现实技术为学生提供一个优质的学习环境,培养全面发展的学生。
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