一、虛擬實境技術在高職教學中的應用現狀
大量的實踐和研究表明，由於VR技術具有沉浸性、交互性和想像性的特點，其在教育領域特別是職業教育領域使用前景十分廣泛。職業技能培養多半是基於實踐性教學開展的，但是傳統職業技能教學中由於課時、場地、經濟、技術和硬體性能較弱等多方面因素的限制，學習者無法根據自己的實際情況獲取相對應的感知訓練。VR技術在各領域都能夠為學習者提供虛擬的仿真環境和材料。集成了5G快速傳輸、大數據、雲計算的VR教學平臺可以收集學習者在學習過程中相關的數據，通過雲計算處理，為每一位學習者制訂個性化的學習策略，實現精準教學。
虛擬實境技術在我國高職院校教學中的應用，主要集中在計算機、建築、工業等相關專業。2017年全國職業院校技能大賽開設了虛擬實境（VR）設計與製作賽項，促進了VR技術在高職院校職業技能培養上的推廣應用。
二、基於虛擬實境技術的虛擬學習系統主要類型及存在問題
根據不同的硬體支持和展示效果，虛擬學習系統主要可以分為四類：桌面虛擬實境、沉浸的虛擬實境、增強現實的虛擬實境和分布式虛擬實境。
桌面虛擬實境技術利用計算機進行仿真，將屏幕作為使用者觀察虛擬世界的窗口，通過鍵盤、滑鼠等常見的輸入設備實現與虛擬實境世界的交互。使用者通過輸入設備，在屏幕上360°觀察虛擬世界，並操縱其中的虛擬對象。但是桌面虛擬實境缺少完全的沉浸，會受到周圍世界的幹擾，且交互方式並非是自然的交互。在經費、資源、開發團隊等資源有限的情況下，桌面虛擬實境是可行性較高的選擇。桌面型虛擬實境技術在實踐教學中主要有演示實踐、實操實踐和複習回顧三種應用方式。現有的虛擬實境教學軟體可以實現放大、縮小、特寫、慢動作等功能，從而為學習者提供全面的展示效果，便於學生觀察。在實操實踐中，學習者可以在虛擬實境軟體中進行實踐，並得到實時的反饋信息，能夠有效幫助學習者掌握入門技能。
沉浸的虛擬實境能夠提供完全沉浸的體驗，通過輸入設備實現較為自然的交互，使用戶產生身臨其境的感受。沉浸的虛擬實境同樣由軟硬體構成。相比桌面虛擬實境，沉浸虛擬實境對於硬體性能的要求更高，對於虛擬資源的要求也更高。沉浸的虛擬實境技術能夠實現對於危險場景的模擬，使用者用自然的交互方式實現虛擬的技能操作，從而培養使用者的職業技能。增強現實的虛擬顯示技術，可以將抽象、平面的知識鮮活地展示在學習者面前，幫助學習者認識更為真實的世界。
分布式虛擬實境技術是指多個使用者通過計算機網絡連接在同一個虛擬空間，與該空間裡的虛擬對象進行交互，以達到協同工作的目標。分布式虛擬實境是虛擬實境技術更高境界的使用，通過分布式虛擬實境技術，可以實現虛擬的小組合作，開展新形態的合作學習。在分布式虛擬實境技術的支持下，學習者可以開展合作學習，學習不再是閉門造車，而是與其他同學甚至是其他院校的學習者一起開展各種充滿想像力的創造，能夠有效培養學習者的創新精神。
在現有的虛擬實境技術教育應用中，桌面虛擬實境技術的應用最為廣泛；沉浸的虛擬實境技術在維持較低的硬體投入基礎上提供了較好的沉浸體驗；增強現實的虛擬實境技術對於硬體要求較低，但是應用面較窄；分布式虛擬實境技術尚未在教育領域普及。目前，虛擬實境技術在職業教育中的應用以零散的場景體驗式、教學資源開發和使用為主，對於何種教學內容更加適用技術開發和呈現，資源的使用需要配備何種設施，基於虛擬技術的教育教學應當配合怎麼樣的教學方法與系統建設等方面缺乏深度思考。基於虛擬實境的學習模式和學習系統已經在高職院校開展，但基於現階段虛擬實境技術資源和內容管理平臺和虛擬實境開發軟體發展還不完善，很多技術問題都未能得到解決，相關的設備市場也沒有得到完善，大多都採用單一模式進行教學。
三、基於虛擬實境技術的高職虛擬混合學習系統的構建策略
隨著5G技術進入到商業化階段，5G通信技術的高速傳輸和低延遲性能將實現VR大容量圖像內容的三維建模和線上PC端和移動手機端的情景實時呈現。因此，本文提出一種線上PC端、移動手機端和線下的三合一混合學習模式，設計一種虛擬實境內容創作軟體獨有的異地多人協同模塊，能夠支持區域網內近百人、廣域網內超過30人的協同教學。通過該模塊，能夠實現大規模VR教學、不同校區之間的集體授課以及跨學校的專業交流與跨學校的慕課教學。
（一）教學方面
高職院校要引導教師使用交互性、實時性強的VR技術創設沉浸式的教學情境，提高教學的體驗感和有效性，同時要注意引導VR技術和傳統手段的有效融合。職業教育管理層應重視對VR基礎設施的投入與建設，如高配置的機房、VR專用的硬體設備與軟體等，為教師將VR技術應用於職業技能培訓搭建良好的實驗實訓平臺，使後續的資源開發、學生實訓成為可能。
基於VR技術的教學資源使用更加注重學習者的自主學習能力，而職業院校學習者自主學習和探究能力普遍不足。職業院校應當統籌管理原有的信息資源，將其儲存到學校系統數據中。通過召開研討會、參觀考察等方式建立線下交流平臺，推廣VR教學優秀案例，方便更多職業院校獲取經驗。
通過課前、課中、課後不同環節，推進VR資源在預習、課內學習、複習等環節的使用，提高資源的利用率。可以根據實際需要購買專業公司開發的VR資源或自主開發資源，推進資源開發標準和規範的形成。積極引入職業院校技能大賽資源、企業優秀的VR案例資源，進行賽教融合、校企融合教學化改造。
組建由編程人員、媒體製作人員、職業教育專家、職業院校學科教師組成的多元化VR專業團隊，共同解決VR資源在設計和開發過程中遇到的問題，探索VR技術在實際教學中的應用。其中，編程人員和媒體製作人員共同負責VR教學資源的開發與基礎設施的建設；職業教育專家負責對教育資源的選擇、實用性評估、開發標準制定等方面進行指導；學科教師負責對本學科的教育資源進行梳理、選擇與應用；企業工程師根據VR項目製作任務和主流技術，逐層確立職業技能，分析職業技能所關聯的「技能要求」和「知識要求」，協助學科教師，從教學規範、學生認知規律角度，共建「美化、交互、特效和高效」技術教學資源。各個模塊由擅長的教師進行交叉授課，實現多元匯聚、共建共享，提升課堂教學質量。
（二）技術方面
通過充分整合VR虛擬實境場景生成技術、基於圖形和圖像的混合智能建模技術等構建滿足學生需求的虛擬學習系統。利用緩存卸載技術將熱點數據文件緩存在邊緣計算節點處，可以大幅度減少骨幹網絡對於熱點視頻的重複冗餘傳輸，並降低傳輸時延。計算卸載技術可用於彌補行動裝置計算能力的不足。在計算卸載中，計算資源有限的移動節點通過將計算任務卸載到附近具有空閒計算能力邊緣計算節點中，實現數據的高效處理。如圖1所示移動邊緣計算，通過將部分計算服務從雲計算中心分發到網絡邊緣，在網絡邊緣實現任務的高速計算、資源的協同管理以及分布式存儲/緩存等功能，而不再是通過主幹網來傳輸龐大的數據流量，以此大幅度降低本地信息的處理時延。該平臺為實現用戶流暢觀看VR視頻提供了技術支持，滿足了學習者隨時隨地通過移動終端訪問虛擬學習系統，進行線上線下混合學習的願望。
作為實施基礎的模擬系統平臺，適應性測試可以從四個方面著手。一是標準化和開放性。製作專業的屏幕規範和技術規範標準，選擇符合國際標準的主流產品。二是靈活性和兼容性。系統要具有很好的兼容性，適合三維數字城市數據的多功能應用。三是可管理性和自動化能力。系統設計要考慮集中式以及自動化管理能力，即通過網絡來對系統進行管理，同時提供豐富的管理手段，降低人工和管理成本，使系統維護管理方便。四是易用性。系統需要提供良好的操作界面，方便師生操作，符合編程人員製作習慣。（三）具體建設內容
1.虛擬實境內容管理系統平臺
隨著虛擬實境技術的蓬勃發展，VR技術的受關注程度日益凸顯，內容質量良莠不齊嚴重影響了用戶在使用VR產品過程中的用戶體驗。建設一個內容管理系統平臺，旨在為用戶提供具有內容分發、共享以及管理等功能於一體的服務，設計出面向行業用戶的虛擬實境行業內容發行平臺，聯合行業內容開發團隊與行業內容使用者，比如高校、職業院校等教育用戶，讓他們有優質、專業的VR內容可用。
2.與行業企業聯合開發虛擬實境內容創作軟體
場景資源嚴重匱乏、場景開發難度大等問題，嚴重阻礙了VR技術的推廣與內容的豐富。構建面向全行業用戶的便捷實用的平臺軟體成為亟待解決的問題。因此必須聯合行業企業龍頭聯合開發一套虛擬實境內容創作軟體，能夠幫助非開發人員進行高效的行業內容開發及應用，並且提供教學考練、異地多人協同、交互邏輯編輯等功能，解決用戶在高風險、高成本、不可逆、不可及、異地多人等場景下的教學培訓、模擬訓練、營銷展示等問題。軟體產品必須具有易學易用、快速搭建場景、圖形化交互編輯器、豐富的創作資源預設、多樣化學習途徑、多種模型數據導入、適配主流VR硬體，無需額外開發、支持5DT數據手套與氣味硬體，讓用戶能夠用真實場景中的常用操作習慣更加自由地與虛擬場景進行交互，不受硬體限制；氣味硬體能夠根據不同的場景散發相應的氣味，從味覺上刺激用戶，增強虛擬實境的沉浸感。
3.VR協同硬體組成
通過整合操作手柄和頭戴式設備的360°精確追蹤技術，提供超逼真3D畫質、立體聲音效，完成授課教學、內容展示、實踐操作和技能訓練。產品結合虛擬實境內容創作軟體平臺創新性地實現了基於廣域網際網路的異地多人協同，打破了制約VR教學應用發展的空間及人數限制。利用VR協同交互課桌小組協同沉浸式虛擬實境教學終端，用戶可實現多人在同一空間內的交互協同，打破傳統教學模式。異地多人協同還可以應用於遠程教學及培訓、異地間的協同實驗等方向。以虛擬實境小組教學為標準，針對性設計的強大功能分區與存儲空間，可滿足各類相關設備存儲、安放以及各種造型設計，完美搭配各類場地。可升級的顯示屏設計，可一鍵切換使用模式，方便日常多功能使用需求。
4.利用5G網絡移動邊緣計算實現沉浸式VR編輯、異地多人協同。
VR技術的發展和應用已經越來越成熟，其發展目前遇到技術瓶頸，由於VR內容的渲染需要高性能的圖形處理設備支撐，其終端設備笨重且價格昂貴，而5G的出現有可能幫助VR技術突破瓶頸，實現質的飛躍。5G的出現將會帶動雲渲染技術的發展，通過集中渲染，將VR內容通過5G網絡傳送至各個體驗終端，終端的設備將只需要實現顯示功能，設備會變得小而輕巧。移動邊緣計算是5G網絡採用的新技術。它通過將部分計算服務從雲計算中心分發到網絡邊緣，在網絡邊緣實現任務的高速計算、資源的協同管理以及分布式存儲/緩存等功能，而不再是通過主幹網來傳輸龐大的數據流量，以此大幅度降低本地信息的處理時延。（節選自《職業技術教育》2020年第32期）關注公眾號看專業文摘
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