數(shù)字化校園中虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)的應(yīng)用

馬建森+陳潔

【摘 要】以第三代移動(dòng)通信技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著力探索信息技術(shù)在數(shù)字化校園中虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)的應(yīng)用，包括在數(shù)字化校園環(huán)境中的應(yīng)用、在數(shù)字化校園資源建設(shè)中的應(yīng)用、在數(shù)字化校園學(xué)習(xí)行為中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】第五媒體 虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù) 數(shù)字化校園 應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）03C-0186-03

信息技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為既快速又寬泛，如何為信息技術(shù)進(jìn)行歸類，以便探討數(shù)字化校園建設(shè)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用呢？本文在梳理現(xiàn)有新技術(shù)的基礎(chǔ)上，從虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)角度探討其在數(shù)字化校園中的應(yīng)用。

信息接收終端建設(shè)問(wèn)題是數(shù)字化校園建設(shè)要著力解決的問(wèn)題之一，因此探索創(chuàng)新型數(shù)字化校園中虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)的應(yīng)用，就要考察現(xiàn)有的信息接收終端并深入研究最新的信息接收終端。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，特別是以3G移動(dòng)通信技術(shù)為代表的新移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，“第五媒體”作為最具代表性與最具創(chuàng)新性的信息接收終端受到世人矚目?！暗谖迕襟w”主要是以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為運(yùn)行平臺(tái)，以手機(jī)媒體為典型代表，有別于傳統(tǒng)媒體形式的新的信息接收終端。本文主要以“第五媒體”為信息接收終端，以虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)為手段，以創(chuàng)新為標(biāo)準(zhǔn)，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與交互技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)在數(shù)字化校園環(huán)境中的應(yīng)用

數(shù)字化校園環(huán)境主要是指校園虛擬環(huán)境，因此本文探討的是虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)在校園虛擬環(huán)境中的應(yīng)用。

（一）在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中的應(yīng)用

以3G移動(dòng)通信技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合Internet互聯(lián)網(wǎng)，搭建校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)形成校園虛擬社區(qū)，以虛擬社區(qū)為單位，創(chuàng)設(shè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。

AR（Augmented Reality）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)生成的一種逼真的視、聽(tīng)、力、觸和動(dòng)等感覺(jué)的虛擬環(huán)境，通過(guò)各種傳感設(shè)備使用戶融入到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與環(huán)境的自然交互。通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以手機(jī)為信息接收終端，可以在校園實(shí)體環(huán)境周?chē)纬梢粋€(gè)個(gè)社區(qū)，從而形成虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。例如，在校園公告牌旁（可作為一個(gè)社區(qū)）設(shè)置增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)接入點(diǎn)，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)虛擬投影、即時(shí)互動(dòng)、校園信息無(wú)線接收、專屬賬戶管理等方式獲得互動(dòng)性學(xué)習(xí)信息。當(dāng)學(xué)習(xí)者需要查閱相關(guān)領(lǐng)域的書(shū)籍文獻(xiàn)時(shí)，可以不必進(jìn)入現(xiàn)實(shí)的圖書(shū)館查閱，而是通過(guò)API（Application Programming Interface）應(yīng)用程序編程接口的文件傳輸功能進(jìn)入到虛擬圖書(shū)館查閱資料。在資料的呈現(xiàn)方式方面，借助于AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將查閱到的資料以虛擬投影的方式呈現(xiàn)，可以是圖片形式，也可以是視頻形式。甚至可以通過(guò)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)模擬圖書(shū)館的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)合LBS（Location Based Service）基于位置服務(wù)的技術(shù)，將對(duì)現(xiàn)實(shí)圖書(shū)館書(shū)籍?dāng)[設(shè)位置的定位模擬呈現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的虛擬圖書(shū)館空間結(jié)構(gòu)中，從而形成可感知的，集視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)感于一體的虛擬圖書(shū)館資料查閱過(guò)程。在虛擬校園社區(qū)中，基于AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、API應(yīng)用程序編程接口技術(shù)、LBS基于位置服務(wù)的技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，將學(xué)習(xí)的過(guò)程由現(xiàn)實(shí)環(huán)境拓展到虛擬環(huán)境中，學(xué)習(xí)過(guò)程將充滿樂(lè)趣。

（二）在虛擬地理環(huán)境中的應(yīng)用

現(xiàn)今大學(xué)校園的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，校園的地理空間越來(lái)越寬闊，隨之而來(lái)的是與地理位置定位相關(guān)的校園尋呼、校園定位、校園位置服務(wù)等需求的出現(xiàn)。在這樣的情況下，就可以應(yīng)用LBS技術(shù)。LBS（Location Based Service）是指基于位置服務(wù)的技術(shù)，主要包含兩層含義：首先是確定用戶所在的地理位置，其次是提供與位置相關(guān)的各類信息服務(wù)。

在校園尋呼方面，以舉辦校園大型活動(dòng)為例，在活動(dòng)的準(zhǔn)備階段，需要進(jìn)行人員的組織與召集。通過(guò)LBS技術(shù)，可以確定各人員的位置，一是可以確定校園內(nèi)參與人員的具體地理位置，以便提高活動(dòng)組織的效率，明確參與人員的分布情況。二是可以在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)確定各參與人員的具體現(xiàn)場(chǎng)位置，從而進(jìn)行合理布局，掌握活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，便于現(xiàn)場(chǎng)組織與指揮。

在校園定位應(yīng)用方面，校園管理者可以通過(guò)LBS技術(shù)，對(duì)校園的空間資源進(jìn)行科學(xué)直觀的分配。將原有的對(duì)照校園地圖進(jìn)行分配的傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)化為對(duì)照實(shí)景建筑進(jìn)行分配的數(shù)字方式，比如學(xué)校內(nèi)的校舍分配工作，通過(guò)LBS技術(shù)對(duì)校內(nèi)建筑進(jìn)行精準(zhǔn)定位，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫@管理者的移動(dòng)通信終端，再通過(guò)AR技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)，從而幫助學(xué)校管理者完成對(duì)校舍的分配。

在校園位置服務(wù)方面，校園文化建設(shè)與之關(guān)系密切。以學(xué)校主頁(yè)為例，作為學(xué)校對(duì)外宣傳的主要途徑，現(xiàn)在的校園風(fēng)光介紹大多以圖片展示的形式出現(xiàn)，即使是少數(shù)以視頻方式呈現(xiàn)，也是校園風(fēng)光的片段式展示，校園網(wǎng)的瀏覽者無(wú)法獲得對(duì)整個(gè)校園的全景式、立體化的感知。LBS技術(shù)就很好地解決了這一問(wèn)題。通過(guò)LBS技術(shù)的校園位置服務(wù)，結(jié)合AR技術(shù)的3D定位、即時(shí)互動(dòng)，瀏覽者可以根據(jù)自己的需要，實(shí)時(shí)瀏覽校園的任一位置，而且是立體化的真實(shí)場(chǎng)景呈現(xiàn)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)在數(shù)字化校園資源建設(shè)中的應(yīng)用

（一）在數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用

隨著3G技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入融合，以智能手機(jī)為信息接收終端的第三方智能手機(jī)應(yīng)用程序越來(lái)越受到關(guān)注。例如，諾基亞手機(jī)中的ovi store、黑莓手機(jī)中的BlackBerry App World、安卓的Google Play Store、Apple的App Store等，這些都是以“應(yīng)用”為目的通過(guò)第三方智能手機(jī)應(yīng)用程序與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接而進(jìn)行的商業(yè)贏利模式。這里提到的“第三方智能手機(jī)應(yīng)用程序”統(tǒng)稱為“APP”，也就是英文Application的簡(jiǎn)稱。綜合該平臺(tái)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本、普及程度、現(xiàn)有的技術(shù)水平以及應(yīng)用的便利性等因素，數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)的較優(yōu)方案應(yīng)該是以智能手機(jī)為信息接收終端，以3G移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，包含眾多APP技術(shù)的資源應(yīng)用平臺(tái)。APP技術(shù)的特點(diǎn)，決定了數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)充滿著虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)的應(yīng)用。

（二）在校園公開(kāi)課資源建設(shè)中的應(yīng)用

通過(guò)建成的數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)，在校園公開(kāi)課資源建設(shè)方面可以改變傳統(tǒng)的授課方式?，F(xiàn)今，有很多大學(xué)或網(wǎng)絡(luò)開(kāi)設(shè)公開(kāi)課，主要的方式就是將課程進(jìn)行視頻錄像，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)播放，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)播放器學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，但無(wú)法互動(dòng)。隨著校園內(nèi)部數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)的建立，學(xué)習(xí)的主要途徑是以智能手機(jī)為學(xué)習(xí)終端，學(xué)習(xí)的內(nèi)容不是冗長(zhǎng)的系統(tǒng)講述，而是由知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成的短暫的趣味學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)的過(guò)程融入到簡(jiǎn)短的游戲過(guò)程中。而學(xué)習(xí)趣味性的廣度，則是由平臺(tái)所包含的APP技術(shù)的種類決定的。APP技術(shù)在公開(kāi)課資源的建設(shè)中，通過(guò)趣味性學(xué)習(xí)中的虛擬游戲的設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。而且，有別于現(xiàn)有的公開(kāi)課的授課方式，APP技術(shù)可以提供學(xué)者與授者的充分互動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。

（三）在數(shù)字化課件資源建設(shè)中的應(yīng)用

交互是對(duì)數(shù)字化課件資源建設(shè)的一個(gè)基本要求，那么虛擬現(xiàn)實(shí)在數(shù)字化課件資源建設(shè)中是如何應(yīng)用的呢？其實(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程也是數(shù)字化課件資源的信息再包裝過(guò)程。從人接收信息的各個(gè)器官來(lái)看，有資料顯示，人類接收信息的80%通過(guò)眼睛獲得，因此視覺(jué)信息的接收無(wú)疑是最重要的。當(dāng)前所處的讀圖時(shí)代的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)者越來(lái)越注重視覺(jué)學(xué)習(xí)資源的接收，今后視覺(jué)課件資源的制作也將是未來(lái)的一大趨勢(shì)，這就為課件資源中大量虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用提供了可能。例如，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演示機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而學(xué)習(xí)機(jī)械方面的課程；再比如通過(guò)演示某個(gè)文學(xué)故事中的場(chǎng)景，學(xué)習(xí)相關(guān)的文學(xué)知識(shí)，或許以后的文學(xué)課程會(huì)集合成“地圖文學(xué)之旅”等。

LAYAR（用手機(jī)瀏覽器連接現(xiàn)實(shí)世界）技術(shù)是由荷蘭的軟件公司Sprx mobil研發(fā)設(shè)計(jì)的一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的手機(jī)瀏覽器，通過(guò)該技術(shù)可以將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬數(shù)字內(nèi)容結(jié)合在一起，從而深入了解現(xiàn)實(shí)世界中的信息。若將該技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字化課件資源建設(shè)中，就可以方便地實(shí)現(xiàn)理論應(yīng)用于實(shí)踐的教學(xué)目的。例如，通過(guò)這一技術(shù)可以將所有課件資源儲(chǔ)存于校園資源應(yīng)用平臺(tái)，當(dāng)學(xué)習(xí)者在生活中遇見(jiàn)學(xué)習(xí)時(shí)提到的現(xiàn)實(shí)事物時(shí)，可以通過(guò)LAYAR技術(shù)獲得關(guān)于該事物的詳細(xì)學(xué)術(shù)信息。因此，這里的數(shù)字化課件資源就不僅僅是指理論知識(shí)，還包括實(shí)踐應(yīng)用，而且通過(guò)LAYAR技術(shù)將理論與實(shí)踐緊密地結(jié)合在一起。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)在數(shù)字化校園學(xué)習(xí)行為中的應(yīng)用

（一）在數(shù)字化校園簽到服務(wù)中的應(yīng)用

簽到的本意是指報(bào)到，用某種記錄方式確認(rèn)自己出席或參加某個(gè)活動(dòng)。這里的校園簽到服務(wù)首先包括簽到的本來(lái)含義，具體則是指學(xué)校的考勤、資料的遞交確認(rèn)、校園活動(dòng)的參與狀況等方面。現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用較多的網(wǎng)絡(luò)簽到程序，其基本模式是以網(wǎng)頁(yè)為展示形式，通過(guò)參與者的適時(shí)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)擊，獲得簽到確認(rèn)。

以校園特有的3G移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)雙重應(yīng)用的考慮，校園簽到服務(wù)有自己特殊的形式。例如，在學(xué)校教師的上班考勤與學(xué)生的上課考勤兩個(gè)方面，為了更加直觀地展示考勤的視覺(jué)效果，可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)考勤的虛擬環(huán)境，通過(guò)交互技術(shù)的應(yīng)用，在考勤單位與被考勤者之間形成信息的交流。與現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)簽到相比，校園簽到服務(wù)可以不拘泥于互聯(lián)網(wǎng)上的簽到行為，可以延伸至“第五媒體”上的簽到行為，例如通過(guò)手機(jī)進(jìn)行校園簽到。同樣，校園內(nèi)資料的遞交確認(rèn)、校園活動(dòng)的參與狀況確認(rèn)等都可以如此應(yīng)用。例如，校園管理層方面的文件傳遞和校園教育方面的學(xué)生作業(yè)遞交等，都可以通過(guò)在手機(jī)簽到的形式獲得資料遞交的確認(rèn)。

（二）在學(xué)習(xí)方式方面的應(yīng)用

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)的應(yīng)用，在學(xué)習(xí)方面可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、搜索學(xué)習(xí)、分享學(xué)習(xí)、進(jìn)階學(xué)習(xí)、虛擬實(shí)訓(xùn)等。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與交互技術(shù)，在信息接收終端創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景，脫離教室場(chǎng)地的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的目的，虛擬實(shí)訓(xùn)同樣可以如此。通過(guò)互動(dòng)技術(shù)的充分應(yīng)用，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，主動(dòng)搜索數(shù)字化校園資源應(yīng)用平臺(tái)中的學(xué)習(xí)資源，達(dá)到搜索學(xué)習(xí)的目的。前文提到，LAYER技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬數(shù)字內(nèi)容結(jié)合在一起，瀏覽者可以根據(jù)自身知識(shí)現(xiàn)狀分層了解不同信息。因此，在進(jìn)階學(xué)習(xí)方面，通過(guò)以3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用LAYER技術(shù)將每一科目的知識(shí)點(diǎn)形成層級(jí)，學(xué)習(xí)者可以在不同層級(jí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，形成分階段、層層深入的學(xué)習(xí)過(guò)程。同時(shí)，可以利用LAYER技術(shù)的瀏覽器應(yīng)用，在“第五媒體”間相互分享學(xué)習(xí)知識(shí)。例如，以班級(jí)為單位，在班級(jí)成員手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分享電子筆記，也可以超越班級(jí)的范圍，在校園內(nèi)形成虛擬學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)分享共同感興趣的電子筆記等。

綜上所述，本文探討了信息技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)與交互技術(shù)在數(shù)字化校園中的應(yīng)用，而且將主要的研究重點(diǎn)置于以“第五媒體”為信息接收終端，以3G移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的研究上。信息技術(shù)的發(fā)展既快速又寬泛，數(shù)字化校園的建設(shè)任重道遠(yuǎn)，本文的研究難免會(huì)存在一定的局限性，無(wú)法觸及數(shù)字化校園建設(shè)中信息技術(shù)應(yīng)用的全貌，但這樣的探索研究是必要的，本文的不足也必將成為后續(xù)研究的重點(diǎn)所在。

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（責(zé)編 王 一）