3D虚拟现实技术

摘要：3D技术是虚拟现实、实时仿真和交互三维设计结合产生的关键技术，包括3D显示技术、3D虚拟现实技术和3D打印技术。目前3D技术已成为桌面技术（3D显示技术和3D虚拟现实技术为桌面显示技术，3D打印技术为桌面制造技术），正逐渐在知识创新、深度学习、虚拟实验、技能训练等方面彰显优势，为教育应用创新提供新环境、新平台、新资源、新工具和新范式。然而由于产品价格较为昂贵，后续的保养、管理及维修等费用也较高，3D技术教育应用在顶层设计、技术支持、教育资源、测评标准、应用领域、人才培养等方面仍面临较多困难。3D技术教育应用是一个教育生态系统，是依托3D技术、资源、工具、平台、产品、人才和课程，构建教学资源、教学媒体和教学产品的设计、开发、运用、管理和评价的教育系统，需要进行理论、技术与应用的协同推进，从生态发展、产业推进、深度融合视角开展研究。在落实《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》之际，应将“3D技术教育应用创新”作为技术与教育“深度融合”的重要途径，构建3D教育应用生态系统环境，促进教学方式与学习方式变革，以此应对第三次工业革命带来的机遇和挑战。

关键词：3D技术；教育应用；教学方式；生态系统；研究趋势

西方国家在虚拟现实研究上处于领先地位，我国的研究起步较晚。目前3D虚拟现实技术在教育科研、仿真校园、虚拟教学与实验等方面应用较广泛，可实现知识传授、培训体验、实践练习于—体的教学，最终实现“寓教于乐”。

(1)情境模拟

通过虚拟图书馆、虚拟学习平台、虚拟校园及虚拟实验室，3D技术起到了变革教学环境，实现教学模式改革、教学方法创新、培养创新型人才的目的。目前北京大学、上海交通大学、浙江大学、北京第四中学等已开始使用虚拟校园；北京师范大学、北京林业大学等院校也推出了3D虚拟数字图书馆；中国科学技术大学开发了一系列物理虚拟互动实验；美国明尼苏达大学采用了CAVE虚拟现实、3D触觉桌面等设备，以实施交互式计算机图形学的实验室；新加坡将Web3D技术应用于虚拟校园与虚拟课堂。

此外，3D数字仿真旅游模拟教学系统、3D物流实训教学系统、虚拟学习社区平台、智能网络虚拟远程教学、Quest3D虚拟测绘实验室、X3D虚拟网络平台、CL03D虚拟人体、Cult3D虚拟产品展示、虚拟创造学习者潜能、虚拟机器人、虚拟教学游戏、(Bailey etal.，2003)虚拟学科教学、虚拟实验应用、(DumiLrescu et a1．，2009)教育虚拟环境(Mik-ropoulos et a1．，2011)及合作虚拟场景(Prasolo-va- Ferland，2008)等研究也在逐步开展。

(2)仿真训练

在仿真环境下，可以通过借助Unity3D、3DVIA Studio、Cult3D等软件的操作来完成协同训练过程，以避免真实环境带来的危险。如美国杜克大学创建的数字空间和环境沉浸式虚拟环境，地震、海啸等自然灾害的应急处理办法，汽车驾驶、工业制造流程、武器部件的功能操作等。目前一些公司借助新技术，与高校联合开发教学系统，不断推出仿真训练计划和项目。如3D交互系统，(Mzoughiet a1．，2007)微软的IllumiRoom，利用虚拟现实把客厅变成一个沉浸式3D游戏影院，使得用户更有身临其境的感觉。“成都理工地质钻探虚拟实训系统”、“广西大学无机实验虚拟仿真系统”及“南京中医药大学中医药教学仿真实训系统”则通过三维环境图形库，创造真实的环境，增强受训者的临场感，大大提高了实训效果。曼恒数字公司则与名校名师共同开发，支持师生与课件内容进行3D互动操作。

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