新技术及其教学应用

新技术及其教学应用

虚拟现实技术 1．虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是多媒体技术广泛应用后兴起的更高层次的计算机用户接口技术，它利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“融入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然的交互。

VR系统的关键特性

Immersion 沉浸 Interaction 交互 VR Imagination 想象

沉浸：使参与者有“真实”的体验； 交互：提供方便的、丰富的人机交互手段；

想象：VR是针对某一特定领域、解决特定问题的应用，所以想象力是关键。

根据虚拟现实的技术手段不同，可以把虚拟现实技术分为以下两大类。 ①使用专用硬件实现的虚拟现实技术

譬如：在视觉方面有头盔式立体显示器等；在听觉方面有三维音响输出装置； 在力觉、触觉、运动感等方面有数据手套、数据衣，以及语音识别、眼球运动检测等装置。

由于硬件设施的价格昂贵、操作复杂，因此使用专用硬件的技术近期不可能普及。

②在个人计算机上实现的虚拟现实技术

可以应用VRML语言、全景环视技术、Java语言等等技术来实现虚拟现实，可以通过Internet传输相关信息，这时一般称其为网上虚拟现实技术。

优点：使用简单，便于推广。

随着Internet技术和虚拟现实技术的发展，通过Internet开展虚拟实验或虚拟教学正越来越被人们所重视。

2．虚拟现实技术的教学应用 （1）全景环视技术及其应用

全景环视技术也称360°全景环视技术，或基于图像处理的Panorama（全景摄影）技术。

它是把相机环绕360°拍摄的一组照片拼接成一个全景图像，用一个专用的播放软件在Internet上显示。

观看者可以通过鼠标控制环视的方向，好像在一个窗口前浏览一个现实的场景。

参见网站：

例：PixMaker全景环视图片制作软件

例：网上故宫——全景环视技术

图5-18 全景环视作品：故宫博物院

（2）VRML技术及其应用

VRML（The Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）是一种虚拟现实建模语言，也是在Internet上建立3D多媒体和共享虚拟世界的一个开放标准。

VRML常用于描述三维物体及三维场景，它能够在WWW上构建动态的、具有丰富的传感效应的虚拟环境。

VRML文档是一个扩展名为WRL的文本文件 或扩展名为WRZ的二进制文件（压缩格式）

VRML文档一般包含如下部分： 文件头：给浏览器提供文件的版本信息 注释： 以＃号开始的说明文字

节点： 场景信息的单位。用来描述场景中的造型、灯光等 属性值：描述及改变节点属性的大小

VRML文档实例: 一个半开口的圆柱体 #VRML V2.0 utf8

Shape { #形状节点 appearance Appearance { #表面特性

material Material { } #使用默认材质和颜色 }

geometry Cylinder { #几何特性 radius 3 height 6 side TRUE top FALSE bottom TRUE } }

VRML文档的编辑与显示

为了方便进行VRML文档的编辑，一般采用可视化的VRML文档编辑软件，例如Internet Space Builder、Canoma等。

编辑过的VRML文档可以在Internet上传输并由Web览器进行显示。在Web浏览器中显示VRML文档时需要预装一个简单的VRML插件。

图5-20

网上虚拟美术馆 VRML应用实例：

EireNET（爱尔兰美术馆）是一个采用VRML技术建立的网上虚拟美术馆（.ie/guests/eirenet/eirenet/eirenet/）。

5.5.2 人工智能技术 1.人工智能概述

是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。人工智能也是一门涉及数学、计算机科学、控制论、信息学、心理学、哲学等学科的交叉和边缘学科。

与一般的信息处理技术相比，人工智能技术在求解策略和处理手段上都有其独特的风格。

2．人工智能的教育应用

（1）智能计算机辅助教学

智能计算机辅助教学（ICAI）是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术、教育心理学等多门学科的知识对学生实施有效教育的一门新的教育技术。

ICAI系统由三个基本模块组成： 知识库：包含学科知识和教学知识）；

“学生模型”模块：指明学生知道什么和不知道什么，代表了学生的智能活动；

“教师模型”模块：提供教学策略，负责指导系统如何向学生呈现教材，代表了教师的智能活动。

智能人机接口：一个具有自然语言处理功能的人机界面。

（2）专家系统

是在一个特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机软件系统。

专家系统将某一领域的专家知识、经验加以总结，形成规则，存入计算机中建立知识库，并采用合适的控制策略，按输入的原始数据进行推理、演绎，从而作出判断和决策。

专家系统的特征：

①启发性：不仅能使用逻辑性知识，也能使用启发性知识； ②透明性：能向用户解释它的推理过程，回答用户的问题； ③灵活性：知识库的知识便于修改、补充和精练。 专家系统的基本结构

人——机 界 面 知识获取部解释部分 工作 知识库 推理机

（3）自然语言处理

自然语言处理研究使用计算机理解和生成自然语言的理论和技术。研究自然语言理解的目的是提高人—机交换信息的能力，使人更容易以自然的方式与计算机进行沟通。

目前的研究与应用较多集中在手写文字识别、书面语句的理解、机器翻译、口语的理解等方面。

（4）智能代理

在环境中自主地搜集信息并合理运作，有效地完成用户给定的任务。 智能代理在教学中的主要应用有：

教师代理：运用自身的推理机制，在了解学生实际情况的前提下，产生恰当的教学策略，以便实施因材施教，有的放失地指导学生。

学生代理：充当学习者的学习伙伴或知心朋友，与学习者进行平等的讨论、交流，从而克服网络教育环境中学习者之间交流不足的缺点，提高网络教学的效率。

智能化信息服务：发挥其主动性、智能性和协作性等特征，为用户提供方便、简单的信息搜索和处理手段，提高学习者的信息获取与处理能力。