3D技术的教育应用概述

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

1.3D技术

随着显示和打印技术的发展，3D技术逐渐成为当今最热门的技术，被广泛应用于广告、影视、交通、医疗、教育、游戏、建筑、工业、军事等领域。3D（立体）技术特指基于电脑，互联网的数字化3D/_维，立体技术，即三维数字化。(中国电子视像行业协会，2013) 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，如3D电影、3D电视、3D移动设备、3D打印机及3D教室。

3D显示技术。3D显示技术通过让双眼感受到不同画面，从而实现立体显示，主要包括眼镜3D技术和裸眼3D技术，目前广泛应用于动漫制作、城市建设、立体影院、游戏制作、生物医学等领域。眼镜3D技术需要佩戴3D眼镜，以消费市场应用居多，如3D电影；裸眼3D技术无需专业辅助设备即可体验3D效果，以商用领域居多，如全息影像。裸眼3D技术是未来3D显示技术的发展方向，但当下常用的是眼镜3D技术。

3D虚拟现实技术。“虚拟现实”一词在上世纪80年代末正式提出，90年代后迅速成熟与发展，目前广泛应用在医学、娱乐、室内设计、工业仿真、文物古迹、教育和荆『|等领域。虚拟现实技术充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术，提供了实时、三维的虚拟环境，用户可根据自身感受，通过多种传感设备，对虚拟环境中的物体进行考察或操作，参与其中的事件。

3D打印技术。3D打印技术是一种以三维数字形式立体构造物理对象的快速成型技术，可以将电脑里的虚拟物品转化成现实中的真实物品，包括三维建模软件、计算机辅助设计工具及计算机辅助断层摄影。（新媒体联盟地平线报告(2014高等教育版)，2014) 3D打印技术为教育科技创新提供了平台，堪称第三次工业革命。(周洪宇，2013)

2．教育应用概述

(1)教育应用预测

3D技术出现近30年，但直到近期它的价格壁垒被打破才频繁出现在公众的视野中。作为反映国际教育信息化发展趋势风向标的美国新媒体联盟(NMC)《地平线报告》，在成功预测包括智能化情境与设备、虚拟现实、简易扩真现实、增强现实等3D技术后，2013年预测3D打印技术在未来4-5年将成为主流趋势，并大面积走进中小学课堂(K-12)；2014年预测未来2-3年内．3D打印技术将成为教育领域教育技术的重要发展之一。

(2)教育应用创新架构

纵观计算机与信息技术的发展，从单一屏幕界面的显示输出到多终端显示，从二维平面显示走向立体具有真实情景，产生新的媒体。同时打印输出从平面走向桌面，从二维纸质打印走向立体实物打印即桌面制造，并提供多材料、多领域、多类型的终端显示和打印输出。虚拟现实技术作为新兴的三维可视化技术，可构建立体情景和新的教与学环境。桌面显示技术的拓深与普及、打印即桌面制造技术的广泛应用，提供了新的教育制品。3D技术已成为桌面技术，为教育提供了新的创新技术，为教育应用创新提供了机会——新资源、新工具、新环境、新平台和新范式。

从桌面技术看，3D显示技术、3D虚拟现实技术和3D打印技术三者之间存在内在关系。3D显示技术主要是架构硬件平台、提供支撑环境；3D虚拟现实技术则完成情境模拟、仿真训练等功能；3D打印技术体现了虚拟世界向实物的转化，提供创新工具，有助于产学研结合。因此，研究以3D显示技术和3D虚拟现实技术为桌面显示技术，以3D打印技术为桌面制造技术，探讨3D技术的教育应用创新；旨在通过技术与教育的深度融合，依托硬件平台、技术支持、资源应用，实现模拟仿真、协同共享、虚实转化为一体的3D技术教育应用的生态、产业、融合发展。

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