虛擬教育

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虛擬教育范文第1篇

遠程教育是為克服傳統的面對面教育模式的某些不足(招生人數有限、教育方法不靈活、教育資金浪費等)而產生的一種新型教育模式.最初的遠程教育是函授教育;此后出現了由廣播電臺傳播信息的廣播大學;當電視普及以后,電視大學應運而生.在上述三種遠程教育方法中,以電視大學的教學方式最優.不僅能聽到聲音,而且可以看到圖像.我國從1978年開通了電視大學至今,已有數以百萬計的人接受了這種教育.但是,電視大學作為一種教學方法,也有其不足.首先,這種方式不靈活、不方便,授課須定點定時.其次,教學內容有局限性,文科專業(外語、財會、管理等)和部分理科專業(數學等)適于電視大學.以實驗為不可或缺的某些專業(多數工科專業、部分理科專業)在電視大學中不能充分實現或根本無法實現.近些年來,隨著計算機技術與通信技術的迅速發展,出現了教育多媒體系統,它能夠交互地同時處理、傳輸、管理文本、圖形、圖像、語言、視頻、動畫等多種形式的信息.多媒體遠程教育系統在一定程度上彌補了電視大學的某些不足,但仍不能實現實驗操作.網上虛擬實驗室的出現,使遠程教育更趨完善,為教育發展史寫下了光輝的一頁.在不足20年時間里,因特網在全球得到了迅速發展,已成為當今世界上覆蓋面最大、信息資源最豐富的計算機信息網絡.作為遠程教育的關鍵———教學信息的傳遞,因特網無疑具有明顯的優勢.虛擬實驗室正是建立在以因特網為信息載體的基礎上,它的產生向人們展示了信息時代一種全新的教育方式和科學研究方式[1].

二、虛擬實驗室是今后高層次遠程教育的發展主流

函授、廣播、電視等遠程教育模式的所有功能,在因特網上均能輕易實現.只要建立一個教育網站,用戶就不再受時空的限制,訪問教育網站就能夠接受到遠程教育.但僅限于此還不能充分體現出因特網強大的信息傳遞功能.基于因特網的虛擬實驗室的出現,將遠程教育提升到更高的層次上.虛擬實驗室(VirtualLaboratory)概念,是由美國弗吉尼亞大學(UniversityofVirginia)的威廉•沃爾夫(WilliamWolf)教授于1989年首先提出的,它描述了一個計算機網絡化的虛擬實驗室環境,致力于構筑一個綜合不同工具和技術的信息化、網絡化的集成環境.在這個環境里,用戶可以非常有效地利用世界上分布的各種數據、信息、儀器設備及人力等資源[2].

虛擬實驗室提出的初衷是為了方便科學研究工作,科研人員在遠程即可從事研究工作:使用儀器設備、共享數據資源、交流信息等.虛擬實驗室實質上是一個分布式計算機系統,在該系統中,配置有遙控、遙測能力的網絡化研究設備和數據采集平臺,有支持協作活動的各種工具,建有可以支持數據共享的數字式圖書館.加入到因特網的虛擬實驗室可視為建立了一個可以演示、操縱、控制實驗的特殊網站.用戶可以在任何時候,從任何地點訪問虛擬實驗室網站.它的建立大大提高了實驗教學的伸縮性和適應性.不同的學科專業的虛擬實驗室有各自的特點.但無論是哪個學科專業的虛擬實驗室都是由各自的虛擬儀器(VirtualInstrumentation)組成的.虛擬儀器是指通過應用程序將計算機與功能化硬件結合起來,用戶通過友好的圖形界面來操作計算機,從而完成了對被測對象的數據采集、分析、判斷、顯示和數據存儲等.虛擬儀器與傳統儀器相比,有其相同的一面,又有不同的一面.相同點是:虛擬儀器同樣具有三大功能,即數據采集、數據分析處理、結果顯示.虛擬儀器以透明的方式把計算機資源和儀器硬件的測控能力結合起來,實現儀器的功能運作.

與傳統儀器不同的是:在給定計算機運算能力和必要的儀器硬件以后,構造和使用虛擬儀器的關鍵技術在于軟件,“軟件即儀器”.應用軟件程序將可選硬件(如GPIB、VXI、RS-232、DAQ等)和可重復使用源碼庫函數等軟件結合起來實現模塊間的通信、定時與觸發,源碼庫函數為用戶構造自己的虛擬儀器系統提供了基本的軟件模塊[3].當用戶的學習目的或測試要求改變時,可以方便地由用戶自行增減硬軟件模塊或重新配置系統以滿足測試要求.綜上所述,虛擬儀器是由用戶自己定義、自由組合的計算機平臺、硬件、軟件以及完成系統功能的必需附件組成的.虛擬儀器的這個特點是功能固定、彼此分離的傳統儀器所不具備的.在虛擬實驗室中所使用的儀器設備一般都具有可編程接口(例如GPIB接口等),終端的PC機通過GPIB接口和總線發送命令字符串控制儀器,也可通過GPIB接口和總線從儀器端獲得結果信息.為了實現通過計算機對可編程儀器的控制,美國國家儀器公司(NationalIn-struments,簡稱NI)開發了虛擬儀器軟件開發平臺———LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWork-bench).作為目前世界上惟一的編譯型圖形化編程語言,LabVIEW提供了虛擬儀器的圖形編程環境,把復雜、繁瑣、費時的語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能或圖形,只需連接各個功能或圖形即可構成程序.LabVIEW除了具備其他語言所提供的常規函數功能外,還集成了大量生成圖形界面的模板、豐富實用的數值分析、數字信號處理功能,以及多種硬件設備驅動功能,包括RS-232、GPIB、VXI、VISA、數據采集卡DAQ等.虛擬儀器的出現不僅是實驗室的一場革命,同時也為遠程教育注入了活力.基于因特網的虛擬實驗室必將成為今后遠程教育發展的推動力.

三、虛擬實驗室在國內外發展現狀

虛擬實驗室概念的提出至今僅為十余年的時間,但因其誘人的應用前景,各國均在大力開發,已經取得了一些進展.目前,虛擬實驗室在發達國家已十分普及.美國作為當今的科技強國,為繼續保持其在科學技術領域的領先地位,尤其重視信息技術的研究,并已將虛擬實驗室列入其科研發展的戰略規劃.在1991年底,美國科學基金會、美國國家科學研究顧問委員會所屬的計算機與遠程通信部組成了一個“全國(科學)合作實驗室委員會”,其任務是調查科學家對信息技術的需求,協調科研合作關系,組織并實施具體的信息技術開發.此后,美國聯邦政府投入資金在海洋學、天體物理學和分子生物學三大領域建造了各自的虛擬實驗室作為示范工程,開展了一系列探索性研究并取得了實質性進展.

美國一些政府部門,如能源部,正在制定計劃將其所屬的科研機構過渡到虛擬實驗室環境中.目前,越來越多的科學家正投身于構筑一個覆蓋全美國的虛擬實驗室的工作中來.作為首先提出虛擬實驗室概念,并具有雄厚的科研實力和強大財力的美國,從一開始就十分重視虛擬實驗室的研究與開發,在該領域的研究已處于領先地位.虛擬儀器系統及其圖形編程語言已成為各大學理工科學生的一門必修課,其普及程度是相當廣泛的.國外的一些大學已組建了遠程虛擬實驗室.德國的漢諾威大學建立了虛擬自動化實驗室;西班牙大學電子系開發了電子儀器虛擬工作平臺;意大利帕瓦多大學建立了遠程虛擬教育實驗室;新加坡國立大學開發了遠程示波器實驗和壓力容器實驗[4-7].

在國內,虛擬實驗室的建設也得到了應有的重視.目前,已有部分高校初步建立了虛擬實驗室.例如:清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統;華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其虛擬實驗室成果在網上公開展示,供遠程教育使用;四川聯合大學基于虛擬儀器的設計思路,研制了“航空電臺二線綜合測試儀”,將8臺儀器集成于一體,組成虛擬儀器系統;復旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學等一批高校,也開發了一批新的虛擬儀器系統用于教學和科研[8-11].

四、虛擬實驗室的功能特點及應用前景

虛擬實驗室具有傳統實驗室無法比擬的功能特點,決定了它在科研、教育(特別是遠程教育)中的良好應用前景.1.功能特點虛擬實驗室具有以下特點:(1)透明性虛擬實驗室的所有數據庫、硬件,甚至人員集成于一個系統,使用標準的統一命令來實現功能服務,這種透明的結構決定了虛擬實驗室的透明特征.(2)資源共享性建立虛擬實驗室的宗旨之一就是為了做到資源共享.為達到此目的,需要建立統一查詢標準的電子圖書館、數據庫、智能化檢索系統、應用軟件庫等,用戶可以共享數據、軟件、硬件等相關資源.這個特性能夠減少重復投資,大大節約投資成本.(3)互動操作性虛擬實驗室一旦開放,即具有互動性,遠程用戶同樣可以操作本地實驗室,同時用戶之間可以交流信息.

開放遠程用戶程序需要有一系列軟硬件的支持,它們都是虛擬實驗室的組成部分.(4)用戶自主性用戶可以制定自己使用的虛擬儀器的方式,允許用戶采取必要的措施保護自己的數據、資料,用戶具有充分的自主性.(5)擴展性在當今的信息時代里,知識更新速度十分迅速,新型的、性能更優的儀器設備更新周期越來越短.因此,虛擬實驗室的硬件必須隨時更新,軟件也要隨時升級,服務功能也要隨時增加,虛擬實驗室必須具備性能升級、服務功能增加的特性.(6)安全性安全性是開放的、透明的、資源共享的合作環境所必需的保障條件.虛擬實驗室采取必要的措施和技術手段維護系統軟件、硬件以及用戶知識產權的安全.通常采用用戶鑒別注冊、權限驗證技術,郵件、文獻加密技術等手段保證系統的安全性.具有安全措施的虛擬實驗室系統能夠做到拒絕非法訪問者進入虛擬實驗室,也可以將合法訪問者的不當操作及時中止[12].2.應用前景因特網上的虛擬實驗室在遠程教育中具有良好的應用前景.⑴計算機網絡的迅速普及為遠程教育提供了有利條件目前我國上網計算機已超過2000萬臺,而且還將以每年增加20%的速度增長.這個龐大的網絡為虛擬實驗室的普及和發展提供了便利條件.⑵

虛擬實驗室的性能優勢與傳統實驗室相比,虛擬實驗室性能更為優秀,組建虛擬實驗室必須考慮到選用當今世界上性能優秀、儀器齊全的一流設備,這些設備并不是所有院校都能擁有的,而虛擬實驗室卻能夠提供給用戶使用一流的設備.甚至像電子顯微鏡、天文望遠鏡、邏輯分析儀、大型核裝置等這些昂貴、難以接觸到的儀器設備,用戶也能夠通過訪問虛擬實驗室來進行學習和使用.開發用于遠程教育的虛擬實驗室的重點放在電子、電工、機械、土木、環境等學科更為現實.而像天體物理、核物理、海洋、分子生物學等學科的虛擬實驗室用于遠程科研較為適宜.⑶虛擬實驗室的低成本特點有利于其發展遠程教育通過計算機網絡實現教育資源共享,某一學科的先進教學方法和卓越的實驗條件可以為校內外的各學科廣泛使用,從而可以節省許多基礎設施的低水平重復建設和儀器設備重復引進的資金投入,有利于從整體上改善辦學條件和提高教學水平.虛擬實驗室在信息高速公路的運行,必然帶來人們觀念的更新和實驗室革命.⑷教學方式靈活、方便基于因特網的虛擬實驗室遠程教育模式不同于傳統的面對面的統一、死板的教學模式,它能夠靈活地提供給用戶(學生)不同的實驗教學內容,用戶(學生)可以根據實際情況確定學習內容和安排學習進程,從而可以最大限度地滿足用戶(學生)的不同需要.這樣,既可以普及知識,又能夠提高、更新知識.此外,遠程教育不受時間、地域的限制,用戶(學生)只要通過計算機網絡便可以及時獲得知識.⑸我國國情適合于發展網上遠程教育我國人口眾多,國民平均知識水平相對較低.在知識經濟時代和科教興國方針的指引下,國民中蘊藏著接受高層次教育和知識更新的迫切需求.由于客觀條件的限制,能夠進入高等院校接受教育的人畢竟有限.網上的遠程教育可以滿足人們渴望獲得知識的要求,為因特網上虛擬實驗室遠程教育的發展提供了廣闊前景.

五、虛擬實驗室建設過程中的幾點建議

我國雖然與發達國家在虛擬實驗室研究方面有一定差距,至今尚未建成大規模的可覆蓋全國的實用的虛擬實驗室,但是已有許多高校重視并致力于虛擬實驗室的研究、開發工作,并取得了一定的進展.為了使我國虛擬實驗室的建設趕上發達國家,使其發揮應有的作用,根據我國的現狀,提出如下建議:

⑴虛擬實驗室的建立必須有組織、有規劃地進行虛擬實驗室從其誕生起,就因其具有資源共享、多方合作、提供多種服務、信息交流等功能,而顯示出它的公益性和社會化屬性.因此,虛擬實驗室是屬于全社會的.借鑒國外的經驗,它應由政府支持并由有關部門出面組織、統籌、規劃和協調.

⑵認真做好虛擬實驗室的需求調查工作理工科的大多數學科專業是可以建立虛擬實驗室的,但是社會對它們需求程度卻是差異甚大.根據我國的國情和資金支持能力,不可能全部學科專業都建立虛擬實驗室,只能是在“有所為,有所不為”的原則下,選擇社會需求迫切的學科專業優先建立.這就需要調查虛擬實驗室的需求,根據需求程度,分出輕重緩急,進行統籌安排.

虛擬教育范文第2篇

1 虛擬技術及其特征

虛擬現實(virtualreality)即將本來不存在的事物和環境,通過各種技術虛擬為沉浸式交互環境,使人感覺如同處在真實世界一樣,又稱為靈境技術或臨境技術。

沉浸性、交互性、想象性是虛擬技術的三個突出特征,三者就像三個頂點,構成了虛擬技術的三角形,使參與者能夠沉浸于虛擬世界之中并直觀而自然地實時感知和交互。

1)沉浸性:是指使用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界中一樣,被虛擬世界所包圍。虛擬技術的主要技術特征就是讓用戶由被動的觀察者變成主動的參與者,覺得自己是計算機系統所創建的虛擬世界的一部分,沉浸于其中并參與虛擬世界的各種活動。視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸的感知技術目前己較為成熟,身體感覺沉浸、味覺沉浸還有待進一步開發。

2)交互性:是指用戶從過去只能通過鍵盤、鼠標與計算環境中的單維數字信息發生交互作用,到能用多種傳感器,借助于虛擬現實系統殊的硬件設備,以自然的方式與多維化信息的虛擬世界進行交互,實時產生在真實世界中一樣的感知,甚至連用戶本人都意識不到計算機的存在。

3)想象性:是指虛擬環境是人想象出來的,同時這種想象體現出設計者相應的思想,可用來實現一定的目標,如從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性的認識,進而使人能深化概念、產生新意和構想,主動地尋求探索接收信息,而不是被動地接收等,更有創意。

2 虛擬技術在學科教育領域中的關鍵技術

vrml(virtual reality modeling language)虛擬現實建模語言是在internet上廣泛流行的一種圖形建模語言,用它可以在internet上創建三維的虛擬場景。許多互聯網上創建的具有可導航、超鏈接等功能的三維虛擬現實空間都是用這種技術創建的,其中網上虛擬大學用的主要技術就是虛擬現實建模語言技術,它已經成為在互聯網上創建三維虛擬場景的事實上的標準。

2.1 虛擬現實建模語言的場景描述

在虛擬場景建模的時候,一般把整個場景進行適當的分割,對分割的小場景再進行渲染。

虛擬現實建模語言定義的三維場景由一個節點樹表示,場景中的每個對象由一個或多個節點描述。從理論上來說,節點可以包括任何東西——3d幾何體、midi數據、jpeg圖像。虛擬現實建模語言標準節點集中定義了許多不同類型的節點,多數節點分為以下幾類:

1)外形類節點(shape node),唯一一類能被繪制的節點。

2)屬性類節點(properties node),這類節點的處理通過影響外形類節點進行。

3)組節點(group node),組節點把其它節點收集在一起,允許把節點的集合當作一個節點來處理。其他的節點諸如材質節點(material)節點、紋理(textual)節點、燈光節點(分為directionallight節點和spotlight節點)、背景(background)節點。每個小場景都可以形成虛擬現實建模語言文件,由多個小場景構成的多個虛擬現實建模語言文件用內聯節點(inline)之間的嵌套技術合并成一個虛擬現實建模語言文件,這個虛擬現實建模語言文件完成了整個場景的建模。這種場景的建模基本有兩點好處:

1)虛擬現實建模語言的小場景文件可以有機的整合,不會因為每個小場景的文件太大而不利于調試、檢查。

轉貼于

2)用戶瀏覽的時候不用把整個場景文件都讀入本地客戶機中,這樣就適應了網絡帶寬的限制,提高了在虛擬空間中瀏覽的速度。

2.2 虛擬現實建模語言的文件組成

虛擬現實建模語言文件主要包括四個主要成分:虛擬現實建模語言文件頭、原型、造型節點和腳本、路由。在這四個要素中,只有文件頭部分是必須的,它用來告訴瀏覽器虛擬現實建模語言文件符合的規范、標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創建帶有指定名稱、接口和整體的新節點類型,一旦成功地定義了原型,它就可以在虛擬現實建模語言文件的其他地方隨意使用。造型節點是虛擬現實建模語言中的基本建造模塊,它構成了虛擬現實建模語言文件的主體部分,正是由于造型節點的定義而產生了虛擬的虛擬現實建模語言空間。腳本可以看作是一個節點的外殼,它有域值、eventin事件、eventout事件。事件本身不能產生任何動作,但它可以通過程序腳本來賦予腳本節點值來產生各種動作。這里的程序腳本是一種簡化了的應用程序,一個典型的腳本是由java或javascript編程語言寫成的程序。路由(route)是一種文本描述消息,一旦在兩個節點之間創建了一個路由,第一個節點可以順著路由傳遞消息給第二個節點,這樣的消息被稱為事件。虛擬現實建模語言還可以包含下列條目:注釋、節點和域值、定義的節點名、使用的節點名等。

2.3 虛擬現實建模語言語言的編譯

設計虛擬現實建模語言虛擬場景時,最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本。這種方法類似于程序設計,它簡單方便,但不是很直觀,對設計者的空間想象能力要求較高,設計的效率也不高。現在有很多可視化的虛擬現實建模語言設計工具,如cosmoworld和homespace等,這些工具將虛擬現實建模語言的標準節點都做成可視的組件,用戶設計時,只需要將這些組件組合成自己需要的虛擬場景就可以了,而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后,系統自動將這個可視的虛擬場景生成標準的虛擬現實建模語言描述文本,這樣,這些文本傳送到用戶的瀏覽器后,便會在用戶的屏幕上重現這個虛擬場景。虛擬現實建模語言在各方面都展現出強大的應用潛力,蘊藏了無限生機。

3 虛擬現實在教育領域中的應用

虛擬技術能夠為參加教育的學生提供生動、逼真的學習壞境,學生能夠成為虛擬環境的一名參與者,這對調動學生的學習積極性,突破教學的重點、難點,培養學生的技能都將起到積極的作用。虛擬技術在遠程教學中的應用主要有以下四個方面:

3.1 探索學習

虛擬技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬,通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。如在虛擬化學系統中,學生可以按照自己的假設將不同的分子組合在一起,虛擬出組合的物質來。真正對虛擬現實學習環境的研究是對分布式真實虛擬現實感的教學環境的開發與應用進行研究,通過人體模型或者化合物等分子結構演示的虛擬體驗,教育者和學習者之間,或者學習者和同伴之間可以在一個虛擬的現實空間中,進行虛擬人之間的面對面的情感交流。

3.2 技能訓練

利用虛擬技術,可以做各種各樣的技能訓練。由于這些虛擬訓練系統無任何危險,學生可以不厭其煩地反復練習,直至掌握操作技能為止。如虛擬飛機駕駛訓練中,學員可以反復操作控制設備,學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落,通過反復訓練,熟練掌握駕駛技術。虛擬技術在教學中應用幾乎最成功的案例就是模擬訓練系統的開發與研制。由于空間探索和軍隊戰爭訓練需要高昂的費用,以及這些領域需要極高的安全性與可靠性,使轉貼于

得虛擬技術最早應用在了這個領域,并且發揮出了巨大的使用價值和商業價值。隨著社會的進步,虛擬技術也延伸到的一般的醫學教學、汽車駕駛以及電器維修等需要培養各種操作技能的領域。在動作技能的學習中,學習者只有從虛擬現實系統中接受到操作或動作的反饋才能起到積極的學習作用。因此在運用虛擬技術研發模擬訓練系統時應該具體考慮學習產生的條件以及教學的效果,這種模擬訓練系統應該能夠提供真實的模擬訓練的情景,校正學習者的錯誤以及跟蹤學習者的學習過程等功能。

3.3 虛擬實驗

利用虛擬技術,還可以建立各種虛擬實驗室,如地理、物理、化學、生物實驗室,學生可以自由地做各種實驗。利用虛擬技術建立的各種虛擬實驗室(virtual lab)在教育上應用前景廣闊,尤其在物理、化學、生物等需要實驗的學科中更是如此。創建這種虛擬環境的演示物體可以擺脫真正實驗室所需要的昂貴的設備,減少了教育部門的實驗開銷,教學的效果基本接近運用真正的實驗儀器設備進行實驗所能達到的教學效果。虛擬實驗室基本上分為兩類:一種是由編程者設計只能插入并操作實驗中有限的實物,這是現今大多數虛擬實驗室系統的工作環境;另外一種是基于廣泛學科領域知識的虛擬現實系統。

虛擬教育范文第3篇

摘 要：虛擬演播室技術的應用為教育技術工作者把先進的教育思想整合到目前的教學實踐中開拓了思路。本文通過敘述虛擬演播室的概念、基本原理，分析虛擬演播室技術在教育應用的優勢與不足，從而指出虛擬演播室在教育應用中應用現狀及未來發展。

關鍵詞：虛擬演播室；教育應用；

1、概述

1.1 虛擬演播室的概念

虛擬演播室（Virtual Studio）是近年來虛擬現實技術和傳統的色鍵摳像技術相結合的產物，是一種將真實攝像機所拍攝的畫面實時地與計算機圖形工作站生成的三維虛擬場景進行合成的新型電視節目前期制作系統。

1.2 虛擬演播室的基本原理

在虛擬演播室中，把攝像機拍攝到的人物、景物稱為前景圖像，而把通過計算機動畫軟件制作的二維或三維動畫圖形，稱為虛擬背景或虛擬場景。我們知，雖然虛擬演播室前景、背景圖像也是靠色鍵技術合成的，但二者之間卻有“同步聯動”關系，即將拍攝前景的攝像機進行搖移、俯仰、變焦、聚焦動作時，可以通過獲取攝像機的各種運動參數（搖移、俯仰、變焦、聚焦、攝像機空間位置等），去控制背景圖像生成裝置，使之生成與前景圖像保持透視關系的背景圖像，最后通過色鍵將前景、背景圖像合成輸出。

2、虛擬演播室技術在教育應用中的優勢與不足

2.1虛擬演播室技術的優勢

虛擬演播室之所以能在教育應用中開辟新局面是因為其有著其他媒體和技術所沒有的優點：

2.1.1創意自由，布景方便

隨著信息技術和多媒體技術的發展，虛擬演播室產生的虛擬場景幾乎不受限制，實現真實場景無法達到的許多效果，給創作人員帶來了充足的創意空間，教學設計思路也不再被演播室的大小和節目組資金狀況所限制。只要符合教學目的要求，創作人員可任意想象、自由發揮。同時，虛擬演播室技術在布景方面有得天獨厚的能力，計算機能夠生成在真實演播室中無法制作的背景。

2.1.2 生動有趣，提高效率

由于虛擬演播室技術中的布景都是合乎比例的立體設計，因此當攝像機移動時，虛擬的布景與前景畫面都會出現相應的變化，形成“真實”的虛擬畫面。演播室現場視頻可以實時地與計算機產生的三維圖形完美地組合在一起，人物和虛擬場景可以實現天衣無縫的結合，使播出的效果達到一種驚人的、傳統技術望塵莫及的全新境界。借助虛擬演播室技術，不僅能將一些抽象的理論、煩瑣的公式推導，用圖形顯示的方式和虛擬的場景展示在學生面前，而且活躍了課堂氣氛，在寓教于樂的氣氛中，達到了理解和掌握基本內容的目的，起到事半功倍的效果。

2.1.3 節約資金，省時省力

虛擬演播室只需一個藍幕布景，利用虛擬現實技術，可以制作出各種形式的、能與主題相配的場景。利用虛擬演播室技術，可以方便地對虛擬場景（教具）增刪、移位等變化，這為教學的設計創意提供了極大的方便。此外，同一演播室能為多套節目所用，不需要增加額外的制景費用，使演播室資源得到充分利用，從而大大降低了由于教育節目多樣化帶來的對空間、時間和財力的要求。

2.2 虛擬演播室技術的不足

2.2.1 真實性不足

這是因為虛擬場景的生成不僅受軟件功能缺陷的限制，而且硬件速度問題也是一個制約因素。雖然現在能使用三維虛擬演播室達到逼真的三維效果，但價格昂貴仍是一個不可逾越的障礙。

2.2.2 對操作者有較高的要求

利用虛擬演播室進行節目創作更加復雜，對節目制作人員也提出了更高的要求，尤其是三維系統運作過于復雜，非專業人士很難勝任操作。

2.2.3 燈光問題

虛擬演播室的燈光效果不如實景具有親和力，近景的光線“平”，沒有層次，遠、中、近景難以做到近實、遠虛的真實效果，虛擬燈光與實際燈光存在位置、強弱、冷暖、數量等著異，容易導致主持人與生成的場景脫節。

2.2.4 延時問題

虛擬場景的生成不僅存在攝像跟蹤延時，而且系統接受、處理和運算數據都需要時間。因此在前景與虛擬場景合成之前，首先要對前景進行相應的延時處理，另外聲音信號也要做相同的延時處理，以保證演員的聲音與口型一致，以確保觀眾看到的音視頻同步。

3.虛擬演播室技術在教育中的應用現狀與未來發展

3.1 應用現狀

隨著計算機圖形處理技術、多媒體技術、視頻數字化的發展，不僅虛擬演播室技術日趨完善，已經達到了實際應用的程度，而且虛擬演播室系統的性價比得到大幅提升，加快了虛擬演播室在教育領域的應用速度。虛擬演播室在教育領域中的應用，越來越引起了教育界人士的重視。虛擬演播室建設，已成為目前教育技術界人士所關注的問題之一。

在教育電視節目中，虛擬演播室技術在虛擬場景的生成方面的突出優勢為教育節目提供了豐富的創作手段。虛擬演播室主要應用于場景的制作，場景的設計隨教學形式或課程內容而變化。

在遠程教學中，虛擬演播室技術可將遠地演播室中專家的實況視頻與本地演播室中教師的場景視頻實時地結合在一個虛擬場景中，兩人可以在虛擬場景中面對面地相互交談、演示，學生覺察不到他們是身處異地，增強現場感、參與感。

3.2 未來發展

隨著信息化、數字化平臺的不斷涌現，實時地將眾多數據以圖形、場景的模式加入到虛擬演播室系統中，是其中的一個重要發展方向。而利用這些新技術制作教育電視節目并非還很遙遠，期待著它們的出現給我們帶來全新的感受和沖擊力。同時，近年來提出的MPEG-4 壓縮技術是一種基于對象的編碼方式,非常適合于教育虛擬演播室系統,它的出現必將對虛擬演播室技術的發展及應用起很大的推動作用。隨著這項技術的發展，虛擬演播室系統將會在教育電視節目制作領域發揮出不可估量的重要作用。

關注虛擬演播室技術的發展，探索虛擬演播室技術在教育中的運用方法、模式和基本原則是教育技術工作者的新任務。

參考文獻：

虛擬教育范文第4篇

[關鍵詞] 云計算；云教育平臺；桌面虛擬化

[中圖分類號] TP316 [HT5H][文獻標識碼] A [文章編號] 1008-4738（2012）05-0110-03

從云計算的起源來看，它最初出現就是為教育與科研服務的。該技術源于GOOGLE與IBM在美國大學校園推廣的項目，通過該項目降低了分布式計算技術在學術研究方面的成本，并為這些大學提供相關的軟硬件設備及技術支持。云計算技術的關鍵是虛擬化技術，它包括服務器的虛擬化、存儲虛擬化、應用程序的虛擬化和桌面虛擬化。虛擬化技術所來帶的好處體現在兩個大的方面：一是大大降低網絡建設和運行的成本，提高網絡當中硬件的使用效率，真正實現資源共享、節能降耗。二是簡化了網絡管理員的管理操作和應用配置操作，使網絡管理維護的復雜程度降低。

對于云計算當中的虛擬化技術，與用戶直接相關的是桌面虛擬化技術，該技術關系到用戶能否得到最佳的使用體驗，同時也是能否實現降低網絡運行成本，真正發揮云平臺優勢的關鍵。

1 桌面虛擬化技術

虛擬化技術出現的原因，就是解決日益突出的硬件資源浪費的問題。隨著計算機硬件性能的不斷提升，用戶軟件對硬件的要求并沒有隨之提高，由此帶來了硬件資源——主要是CPU計算能力和存儲器存儲能力的大量閑置。采用虛擬化的技術可以合并服務器并使多個操作系統運行在一個虛擬服務器中，多用戶可以共享硬件資源，使硬件資源浪費的問題得到解決。

桌面虛擬化是指將計算機的桌面進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性。可以通過任何設備，在任何地點，任何時間訪問在網絡上的屬于我們個人的桌面系統。通俗地講就是使用不同接入設備的用戶在接入云平臺后，都能獲得和使用個人計算機一樣的使用效果[1]。

桌面虛擬化技術從工作方式上來看和無盤工作站很相似。無盤工作站是指沒有硬盤的計算機，性能較低，成本比配置齊全的個人計算機低很多，它采用終端方式與性能強大的服務器相聯，由服務器提供主要的運算和存儲，可以得到與個人計算機差不多的操作體驗，組成網絡后，總投資要比全部由個人計算機組成的網絡低的多。硬件資源浪費的問題存在已久，最典型的就是在教育培訓領域，因為教學用的計算機一般不需要大量的運算和高性能的硬件。為解決這一問題，一些資金比較缺乏的學校就是采用無盤工作站組成教學網絡的工作方式，減少資金投入，同樣可以取得較好的教學效果。

隨著計算機技術的發展，桌面虛擬化技術比無盤工作站使用更穩定、更方便，效果更好。因此桌面虛擬化技術很適合在學校推廣使用。并且有許多廠家的豐富產品支持這項技術。

2 桌面虛擬化方案的比較

隨著云計算技術的發展，虛擬化技術的產品也很豐富，以市場占有率來說，當前虛擬化的主要產品是VMware的vSphere、微軟的Hyper-V 以及Citrix的XenServer/XenDesktop。

VMware是全世界第三大軟件公司，全球500強企業中，有98%都使用VMware，可見其影響力，其產品VSphere號稱是一個云端操作系統。Citrix則是桌面虛擬架構的領域中最有名的公司，其中文名字是“思杰”，該公司創建于1989年，是應用交付基礎架構解決方案提供商。微軟的大名相信大家都知道。這三家公司都有虛擬化技術從服務器端到桌面端的一整套產品，每一家的產品都各有其特點。為了能夠更清晰地進行對比，我們用表1列出三家公司桌面虛擬化產品的特性：

方案提供商VMwareCitrix微軟

桌面虛擬化產品名稱Vmware ViewCitrix XenDesktopMED-V

使用技術PcoIPICA/HDXVirtual PC

用戶體驗較好很好一般

部署方式簡單簡單復雜

管理功能完善、強大完善、強大較弱

支持的接入設備PC、瘦客戶機、Android平板電腦、iPAD包括胖客戶端、瘦客戶端、智能手機在內的各種設備MED-V的客戶機

產品種類軟件、硬件軟件、硬件只有軟件

通過該表我們看到，微軟的MED-V主要是解決自身產品兼容的問題，與我們的需要還相距甚遠。Citrix XenDesktop則是一個用戶口碑良好的產品，具有最好的用戶體驗，該產品的用戶反映，使用iPAD連入云平臺都能獲得和使用個人計算機一樣的效果。而且由于Citrix公司與微軟結盟，使其產品極具競爭力。Vmware View則依靠Vmware服務器產品更大的市場占有率，擁有龐大的忠實用戶群，并且Vmware公司也在不斷地改進它們產品的性能。在選擇方案時我們需要根據項目的規模，包括軟件授權費用等因素綜合考慮。對于學校教學來說，我們認為Citrix XenDesktop更能滿足需要。

3 云教育平臺接入設備的選擇

桌面虛擬化技術的使用，使連入云平臺的設備有了多種選擇。無論是Vmware View還是Citrix XenDesktop都支持從瘦客戶機到智能手機的多種設備。瘦客戶機是一種廉價、低功耗、配置有限的計算機，但在云平臺中，使用瘦客戶機的用戶可以得到和平常使用個人計算機一樣的體驗。對于一個成熟的云計算平臺而言，它的用戶端可以是瘦客戶機、數據終端，甚至是智能手機、平板電腦這類便攜式設備。這類設備與普通的個人電腦相比，價格和能耗都要低得多[3]。

就我院現有的電腦使用情況來看，除個別部門外，辦公用的電腦大部分都用于文字處理（使用Word和Excel等軟件）、上網（使用IE等瀏覽器軟件）和即時通信（使用QQ或飛信等軟件），即使使用一些專用的辦公軟件，對計算機性能的要求也不高。在云教育平臺下，這些辦公電腦完全可以采用瘦客戶機或終端設備。這些辦公電腦占到我院全部辦公電腦的90%以上。

而我院教學實驗實訓所用的電腦，除信息與智能工程系圖形與圖像專業和藝術設計系外，其他各系的實訓用電腦對性能的要求都不高，在云教育平臺下，這些電腦也可以采用瘦客戶機或終端設備。

也就是說，在云教育平臺下，我院原有的教學和辦公電腦大部分可采用瘦客戶機或終端設備來代替。

4 桌面虛擬化可以降低網絡運行費用

在云教育平臺的建設中，因為有設備投資，還有正版軟件的投資，因此，初次建設時在經濟上恐怕一時難以顯現出比傳統網絡教育平臺的優勢。但是，如果從長遠的角度來看，由于運行費用降低而產生出來的效益是巨大的。

以我院為例，教學實驗用的電腦有二千多臺，一般的淘汰周期為六年，現在全部為個人電腦，以平均每臺三千元計算，平均每年用于電腦更新的資金至少為一百多萬元。而如果在云教育平臺下采用桌面虛擬化技術，有90%以上的教學電腦可以用瘦客戶機或終端替換，如果購買全新的瘦客戶機或終端，每臺的平均價格一般不會超過一千元，而且一些淘汰的電腦也可以改造成瘦客戶機。粗略估算，每年電腦更新的費用至少節約70%以上。另外瘦客戶機及終端比普通臺式電腦更加節能。一臺終端的耗電量只有幾十瓦，一臺瘦客戶機的耗電量只有胖客戶機的一半。假設原有電腦平均功率為200W，每天運行5小時，改造成瘦客戶機后，每臺每天節電0.5度，2000臺電腦每年節約的電費就會超過30萬元。

另外從保護知識產權的角度看，采用瘦客戶機或終端的共享方式，需要正版軟件的授權，軟件的投資折算到每臺機器并不高，而且對于解決軟件的盜版問題具有正面的意義。

5 桌面虛擬化需要合理推進

既然采用桌面虛擬化技術，用戶端大多采用瘦客戶機或終端設備，是不是在云教育平臺建設中原有的計算機設備都要立即進行更換呢？如果是那樣，新的浪費就產生了。為了達到節約投入的目的，原有的計算機設備要有一個合理的處理方式。如果原有計算機性能良好，強行更換必將造成浪費，即使性能無法滿足需要，只要是沒有完全損壞，還是可以改造成瘦客戶機，接入云計算平臺，繼續發揮作用。

在我院，根據計算機的使用壽命和計算機硬件對軟件的支持程度，辦公用電腦大約平均六到八年就要更換，實驗教學用電腦大約平均四到六年就要更換一批。當云教育平臺建成后，對于狀況良好的電腦，可以以胖客戶機（功能完善的計算機，是相對于瘦客戶機而言）的方式連接到網絡中，云端服務器可以根據需要減少開機數量，降低能源消耗。雖然以閑置部分云端服務器為代價，但是可以為今后設備更新換代留有余量。而對于新添置的，無需強大計算能力的電腦，可以采用瘦客戶機和終端設備。對于需要更新淘汰的電腦，首先考慮改造成瘦客戶機，如果無法改造，才更新為全新的瘦客戶機或終端設備。

另外，各系的機房一般來說都會有一兩臺性能突出的計算機作為服務器。在云教育平臺建設完成后，這些服務器的作用就不大了。可以在云教育平臺整體規劃時將這些機器劃入數據中心，這樣在云教育平臺建設投入時，減少購買服務器的數量，更進一步地節約投資。

6 桌面虛擬化技術與用戶觀念轉變

目前來看，云計算對于大部分國內高校來說還是陌生的，尚缺乏成熟的樣板，用戶思想轉變也很重要。在桌面虛擬化技術的應用中，用戶對瘦客戶機和終端的操作可能和原來操作個人計算機方法略有不同，文件的存儲需要放在云端的存儲器（也就是網盤）上，軟件的安裝采用集中安裝、統一管理的方式。從個人計算機轉移到云平臺下，用戶一開始會有些不適應，而且也有可能產生錯誤的心態，認為使用的用戶端設備檔次下降了，會抱有抵觸心理。因此在云教育平臺投入使用前就需要對用戶進行培訓，讓用戶認識到云教育平臺的優越性，了解云教育平臺下用戶端瘦客戶機或終端與個人計算機操作的一致性，能夠輕松地從傳統操作方式過渡到云教育平臺的虛擬桌面。對于計算機使用非常普及的現在，這種轉變應該是很容易完成的。

學校的校園網管理部門也要認識到采用桌面虛擬化技術后，用戶的工作方式和傳統的個人計算機連入網絡的工作方式是有不同的，應當編寫針對云教育平臺客戶端的操作使用說明，以保證每一個初次接觸云教育平臺的人都能很快地掌握使用方法。另外，還要在應用程序虛擬化方面做足文章，讓用戶得到完善的操作環境，盡情地享用云教育平臺帶來的便利和豐富的資源。

[參考文獻]

虛擬教育范文第5篇

隨著高校信息化建設的深入開展，計算機技術、虛擬桌面技術、云桌面技術等先進的教學技術和管理理念廣泛應用于高校教育模式的改革。高校的多媒體教室、計算機機房也在技術的改革浪潮中，不斷地更新與升級，它們在教學中占據了越來越重要的地位，其運行正常、穩定與否直接影響著教學工作的開展。然而隨著教育事業的不斷發展，傳統的管理模式已經難以滿足日益增長的教育教學需求。如何提升系統模式，提升管理水平，保證多媒體、機房教學平臺的平穩運行，已成為高校現代教育技術管理者需要研究的重要課題。桌面虛擬化技術的出現，突破了設備管理的傳統理念，大大降低了設備在時間和空間上的限制。本文結合廈門大學翔安校區的管理現狀，對在多媒體教室、計算機實驗室管理中使用桌面虛擬化技術產生的效果進行了深入研究。

2虛擬桌面技術

虛擬桌面是一種基于服務器的計算模型，它是以服務器為基礎，結合傳統的客戶端模型，將用戶桌面進行虛擬化，在服務器端托管并統一管理。用戶可以使用不同的終端設備，利用網絡對桌面環境進行訪問，不受時間和地點的限制。虛擬桌面技術的應用主要有虛擬桌面基礎構架（VirtualDesktopInfrastructure，VDI）和虛擬操作系統基礎構架（VirtualOSInfrastructure，VOI）兩種構建模式。由于桌面虛擬化技術本身是一種利用網絡、實現模式對用戶透明的虛擬化資源池計算模式，符合“云計算”的特點，所以通常也稱虛擬桌面技術為桌面云技術。對于眾多客戶機的管理，系統維護部門并不是在每個用戶的桌面進行管理，而是從數據中心直接進行管理。通過這種方式，現場技術支持的工作得以減少，同時也提高了故障問題解決的效率。此外，虛擬桌面能夠在外部存儲設備中存儲桌面環境，隨身攜帶和使用。桌面上已經下載的軟件，通過虛擬桌面技術，不用再次安裝，就能夠在其他計算機上使用。同時，虛擬桌面同樣能保存不同教師的操作習慣，方便教師在教學、備課中的教學應用。由于計算發生在服務器端，所有桌面的管理和配置都在服務器進行，管理員可以在服務器端對所有教室的桌面和應用進行統一安裝和管理。例如系統升級、軟件安裝等等。對于學校機房、多媒體教室多變需求的應用場景，非常適合。

3傳統教室的管理缺點

3.1傳統多媒體教室的設計盲點

傳統多媒體教室，大多采用本地硬盤啟動，系統獨立，無法兼顧到不同課程的需求。老師的軟件需求不盡相同，無法提供個性化服務。由于不同課程會安排在同一間教室，軟件需要重復安裝，數量過多的軟件和各類軟件間的兼容問題會造成計算機的各類故障，降低系統運轉的效率，對系統的兼容性、穩定性造成隱患。

3.2高成本的安裝、部署、維護

由于大多高校的教學樓較為分散，為盡量降低多媒體教室的故障率，保障教育教學的順利進行，學校需要在每棟教學樓安排專業技術人員，而在同時管理50甚至上百間多媒體教室時，需要挨個對每臺計算機進行配置、維護，在用人成本、時間成本上，都十分巨大。計算機機房的維護成本則更為高昂，在需要升級系統或重新部署時，需要挨個對幾百臺電腦重做系統，工作量非同尋常。

3.3安全患

多媒體教室、機房使用頻繁，雖然安裝有病毒防護、防火墻等各類軟件，但由于病毒程序的不斷升級，且公用電腦經常插拔各類U盤、移動硬盤等隨身存儲設備，操作系統極易感染各類病毒，僅靠軟件還原或硬件保護卡的系統還原方式，不能有效、穩定地保證操作系統的安全。

4虛擬桌面技術的設計實現

我校公共多媒體教室68間、計算機機房5間，機位340臺，均采用了集智桌面云管理系統，如圖1所示，運用云計算和磁盤虛擬化技術，將終端的管理和維護變為僅針對虛擬磁盤模板的管理與維護。ADS系統將終端及軟件環境管理抽象為鏡像、磁盤、分組3個核心模塊，交由一臺服務器進行統一管理，將傳統的分散管理變為以中央服務器為主的集中統一管理、后臺智能部署、自動維護更新、遠程管理于一體的完整解決方案。管理員可在服務器端創造多個系統鏡像及多個分組應用于不同環境的使用。終端裸機開機即可直接使用服務器中的模板，在終端正常使用中，ADS系統可按需或完全將該磁盤模板自動部署到終端本地。實現終端聯網、本地、無盤狀態下均可使用。

5虛擬化技術在教育教學中的應用效果

5.1優化管理，提高效率

虛擬化技術為專業技術人員提供了極大的便利，使技術人員能夠在服務器端對各教室終端及機房機位的系統進行統一部署，分組和多操作系統使教師在不同應用場景選擇不同操作系統帶來了更好的用戶體驗。相對單機位安裝操作系統的時間人力成本，虛擬化技術帶來的效率提升不言而喻。

5.2數據更安全，操作更便捷

安裝了虛擬化桌面云管理系統后，系統所有的數據、運算都在服務器端運行，更好地保護了所有用戶數據的安全，為教師正常行課提供了有力的保障。在服務器端發生故障時，客戶端可運行本地硬盤上的操作系統，待服務器故障解決后，系統會自動選擇從服務器端運行系統，更加安全和便捷。

6結語

在現代教育技術發展越來越快的今天，如何讓教室、計算機機房的管理維護從被動勞動型轉化為服務管理型，提高管理維護效率，降低管理維護工作量，是教育技術工作者的主要任務和挑戰。“云計算”的應用對今后高校教室、機房的維護和管理模式起到了極大的發展和推動作用。

作者:孫飛龍 單位:廈門大學

[參考文獻]

[1]鄭玉清，劉瑾.基于桌面云的多媒體教室改造研究[J].數碼世界，2015（12）：29-32.

[2]王提.基于虛擬桌面技術的高校多媒體教室設計實現研究[J].無線互聯科技，2015（22）：71-72.