虛擬現(xiàn)實在科普教育中的應(yīng)用

河北省醫(yī)學(xué)情報研究所 祁海霞

借助三維傳感設(shè)備實現(xiàn)科普內(nèi)容的真實感，以全新的視角來進行理解，這是具有現(xiàn)實意義的，并且作為革新性的傳播手段刷新著科普教育方式。從受眾群體的接收信息行為以及輔助科普教育方面來看，虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用還具有以下三個方面的優(yōu)勢：（1）選擇的主動性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為自主學(xué)習(xí)提供了豐富且多樣化的有利條件，用戶可選擇不同設(shè)備，將需要的教學(xué)資源儲存在網(wǎng)絡(luò)運營平臺、桌面式設(shè)備、移動設(shè)備和紙質(zhì)圖書館里，學(xué)生可以在不同的地方采用不同的設(shè)備隨時隨地地根據(jù)自身情況進行學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境，踐行“因材施教”的教育理念。（2）創(chuàng)意的有效激發(fā)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有聽覺、視覺、觸覺等多感知性，讓學(xué)生具有真實情景體驗、跨越時空限制、動感交互穿越的感受，幫助學(xué)生對知識的理解與記憶。將真實的情景投射在虛擬構(gòu)建的場景中，并且如“夢境”般的切身處境，又有極為真實的多感體驗，并提供直觀、有效的交互過程，這樣在充分地獲得知識理解的同時，更促進學(xué)生想象力的激發(fā)。（3）應(yīng)用中的黏性增強。虛擬現(xiàn)實可融合游戲化的特征，過程中具有真實感、體驗感、沉浸感，增強學(xué)生的興趣，提高學(xué)習(xí)內(nèi)在動機，將一改傳統(tǒng)課堂的枯燥乏味，促進提升在學(xué)習(xí)行為中學(xué)生主動學(xué)習(xí)的比例，貫徹“寓學(xué)于樂”的教育理念，對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有巨大的輔助和促進作用。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不斷突破創(chuàng)新，虛擬設(shè)備迭代更新、層出不窮，由體積龐大的VR設(shè)備發(fā)展到目前階段的便攜式設(shè)備，再到概念性的裸眼3D的嘗試實現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不斷飛快刷新著。這為科普教育發(fā)展的多學(xué)科融合奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，也為教育領(lǐng)域提供著創(chuàng)新技術(shù)的支撐。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合科普教育運用，為受眾群體提供著更高級、更高效、更加符合時代發(fā)展特征的用戶體驗。

2016年10月，中央電視臺運用虛擬現(xiàn)實全息技術(shù)直播了“天宮二號”和“神舟十一號”交會對接及共同建立組合體的過程。采用虛擬追蹤技術(shù)，通過機位的景別變換，使觀眾直觀了解到“天宮二號”和“神舟十一號”的設(shè)計細(xì)節(jié)以及內(nèi)部構(gòu)造和控制面板。主持人帶領(lǐng)觀眾走進實驗室內(nèi)，如同身臨其境地一步步探究。與傳統(tǒng)新聞信息傳遞相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電視新聞科學(xué)宣傳普及中的應(yīng)用使得知識信息更加生動、直觀地體現(xiàn)，視覺沖擊力更強，觀感強烈。2017年11月6日，首屆全球虛擬開發(fā)者大會在深圳召開。虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域極具創(chuàng)造性的行業(yè)翹楚展示了眾多創(chuàng)新項目，其中“眼控硬件裝置”獲得大獎。另有一款叫“Amazon Advssey”的教育類VR產(chǎn)品，使用VIVE頭盔，可游覽亞馬遜叢林，了解風(fēng)土人情。

增強現(xiàn)實是以虛擬現(xiàn)實為基準(zhǔn)發(fā)展起來的新型增強技術(shù)，即將虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合，同時提供實時的交互行為空間及三維環(huán)境相匹配。增強現(xiàn)實的市場應(yīng)用非常廣泛，可挖掘應(yīng)用的領(lǐng)域存在巨大拓展空間，如在教育領(lǐng)域中，可以實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的全息成像、虛擬實驗、虛擬環(huán)境展示、仿真教學(xué)等等。增強現(xiàn)實在教育應(yīng)用面前的出現(xiàn)，使用戶體驗上有了質(zhì)的飛躍，無論從能效還是審美，都得到了提升和優(yōu)化。

利用增強現(xiàn)實的交互技術(shù)，采取以現(xiàn)實背景為依托，利用三維建模提取制作而成的“虛擬教師”，實現(xiàn)了教育形式在便攜性、交互性、創(chuàng)新性以及能效性上的實質(zhì)提升。

《泥河灣虛擬現(xiàn)實項目》取材于泥河灣盆地更新世早期150萬年前，石溝遺址出土的動物化石與人工遺物，旨在應(yīng)用考古發(fā)掘方法、三維建模手段、VRAR技術(shù)和美術(shù)動漫手法等模擬復(fù)原展示古人類和動物在泥河灣古湖邊生活的真實場景。從科學(xué)角度客觀闡釋直立人階段古人類的適應(yīng)環(huán)境的能力水平，模擬展現(xiàn)泥河灣150萬年前的原始時期的真實形態(tài)。

利用增強現(xiàn)實技術(shù)的真人交互，并采取模擬的教師形象解說為主，三維建模手段、VRAR技術(shù)和美術(shù)動漫手法等模擬動畫為輔的手段，在最大程度上還原真實的場景，帶來逼真的教學(xué)和參觀體驗，避免傳統(tǒng)意義上的“解說”加“參觀”的刻板模式，在“增強現(xiàn)實”的交互體驗中，用戶可以最大程度發(fā)揮自己的想象力和參與度，能夠有效激發(fā)用戶的能效體驗。

項目制作對泥河灣生態(tài)及動植物進行數(shù)字三維模型的重建。主要應(yīng)用高分辨率數(shù)碼相機拍攝與Agisoft Potoscan建模軟件的結(jié)合，形成了高精度、真色彩的數(shù)字化模型并可直接進行3D模型的打印。

“虛擬現(xiàn)實”在科普教育中的最大優(yōu)勢就是可以跨學(xué)科、跨地域的交叉交互，同時避免了資源的浪費，有效地提升了交互作用下的用戶體驗。