淺析增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用

南陽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 王燕軍

0 引言

當(dāng)今世界，知識成為了十分重要的因素，各國都對教育文化事業(yè)的開展引起了重視，中國也不例外，隨著教育體制改革的深入發(fā)展，兒童教育得到了國家和社會各界的廣泛關(guān)注。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)實(shí)技術(shù)，強(qiáng)化兒童教育，讓兒童在愉快的環(huán)境氛圍下，提升強(qiáng)化自身能力，為兒童的健康成長奠定良好的基礎(chǔ)。因此可知，必須要強(qiáng)化增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，從根本上提高兒童對知識的興趣，推動兒童教育得到全面發(fā)展。

1 傳統(tǒng)兒童教育領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和問題

1.1 兒童教育領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

隨著教育體制的改革發(fā)展，兒童教育已經(jīng)較為成熟，在傳統(tǒng)領(lǐng)域中形成了繪本、讀物、游戲、玩具、動畫等媒體產(chǎn)品，兒童教育的市場需求會不斷擴(kuò)大，對產(chǎn)品的要求也會逐漸提高，因此必須要豐富產(chǎn)業(yè)鏈，拓展產(chǎn)品形式，充分滿足消費(fèi)者需求，才能夠推動產(chǎn)品得到全面的發(fā)展。但是，縱觀現(xiàn)階段市面上的兒童教育產(chǎn)品，教育模式較為單一、落后，對兒童的吸引力較差，沒有調(diào)動兒童的主觀能動性，沒有取得良好的教學(xué)效果，教學(xué)產(chǎn)品的作用也沒有得到實(shí)質(zhì)性的發(fā)揮。此外，家長在使用教學(xué)產(chǎn)品時(shí)，沒有融入到教育環(huán)節(jié)中，無法和孩子間進(jìn)行有效的交互，家長枯燥的講解故事，孩子被動的傾聽，在這樣的情況下，教學(xué)效率無法得到真正的提升，學(xué)習(xí)效率也會相應(yīng)降低，嚴(yán)重的情況下，還會讓兒童喪失學(xué)習(xí)興趣。新時(shí)期倡導(dǎo)的是主動學(xué)習(xí)，要讓兒童的主觀能動性和學(xué)習(xí)熱情得到充分的調(diào)動，讓兒童教育活動得到良好的開展，才是最佳的教育方式[1]。

1.2 新時(shí)期兒童教育領(lǐng)域中存在的問題

信息技術(shù)的發(fā)展，讓移動電子設(shè)備不斷普及，越來越多的家長選擇教育類APP取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖書和應(yīng)用動畫，雖然這種手機(jī)程序和電子設(shè)備在一定程度上，融入了先進(jìn)的教育方式和教學(xué)理念，但是也會讓部分兒童對電子產(chǎn)品產(chǎn)生依賴。兒童在認(rèn)識世界的過程中，更多的是通過視覺、聽覺、觸覺等方面，APP程序雖然能夠解決視聽方面的要求，但是智力開發(fā)上還不能夠滿足兒童教育的需求，不僅如此，如果在教育過程中長時(shí)間應(yīng)用這種單一化的的教學(xué)APP，會不斷弱化、限制兒童能力的發(fā)展，對兒童的學(xué)習(xí)和成長造成嚴(yán)重的打擊。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代兒童教育中的優(yōu)勢

2.1 交互性

將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)代兒童教育中能夠有效提高交互性，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，用戶可以和虛擬角色進(jìn)行互動交流，充分的融入到了教學(xué)活動中，體驗(yàn)教學(xué)活動的樂趣[2]。以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書為例，兒童在閱讀的過程中，通過旋轉(zhuǎn)紙質(zhì)圖書，就能夠看到虛擬角色或者圖形的角度變化，全方位的了解到角色的不同部位，比如《Fairy-land Magic》這本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動圖書時(shí)，書中的花仙子也會隨之轉(zhuǎn)動，而當(dāng)用戶按下相應(yīng)的操作鍵后，花仙子就會做出跳舞、演奏等動作。

2.2 趣味性

閱讀是教育的核心方式之一，在閱讀過程中，兒童能夠增長和知識，認(rèn)識新事物，趣味性濃厚的圖書，能夠調(diào)動兒童的積極性，在閱讀過程中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂趣，獲取大量的知識。和傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書的趣味性和藝術(shù)形式更強(qiáng)，因此教育作用也就相對較大。比如，某公司利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)出來的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書，讓書中的動物、角色可以跟著音樂節(jié)奏扭動，這種生動、有趣的手法能夠讓人難以忘懷。

2.3 逼真性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代兒童教育中應(yīng)用，能夠有效提高逼真性，傳統(tǒng)的兒童教學(xué)活動，過于抽象化，兒童無法對空間、物體產(chǎn)生真實(shí)的理解，但是利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠給兒童構(gòu)建一個(gè)生動、真實(shí)的情景，有效激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣。以《Dinosaurs Alive》為例，這本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書將已經(jīng)滅絕的恐龍形象逼真的的呈現(xiàn)在兒童面前，并且通過動畫展現(xiàn)出了恐龍的生活狀態(tài)、斗爭場景，給兒童留下深刻印象的同時(shí)，也讓兒童充分理解了恐龍的習(xí)性[3]。

2.4 創(chuàng)造性

創(chuàng)造性是兒童成長發(fā)展的重要條件，因此在兒童教育中必須要得到重視，一個(gè)創(chuàng)造性的圖書，能夠有效激發(fā)兒童的創(chuàng)造力，賦予兒童無限的想象力，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，讓虛實(shí)相融合，構(gòu)建形成三維虛擬物體，從而調(diào)動兒童的好奇心，激發(fā)拓展兒童的探索創(chuàng)造欲望，依舊是以《Fairy-land Magic》這本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書為例，在閱讀的過程中，花仙子從花蕾之中出現(xiàn)，隨著花仙子和兒童的交互，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在無形之中就會開啟兒童的想象力和創(chuàng)造力。

2.5 沉浸性

除了上述幾點(diǎn)內(nèi)容以外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造出了一個(gè)虛擬的場景、人物和用戶進(jìn)行互動，讓用戶在真實(shí)的環(huán)境中體驗(yàn)到虛擬角色，能夠提高沉浸性，尤其是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)立體書中，利用三維動畫構(gòu)造出來的動態(tài)化、立體化的故事，讓用戶體沉浸在故事情節(jié)中，體驗(yàn)到奇妙的感情經(jīng)歷，并且強(qiáng)化了視覺、聽覺、觸覺等感官，在閱讀過程中全方位的接收到了知識。

3 增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童教育產(chǎn)品中的應(yīng)用

3.1 具體應(yīng)用方案

由上可知，在兒童教育領(lǐng)域中，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是新時(shí)期一種全新的教育形式，在這個(gè)過程中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造出了一個(gè)虛擬化、數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境中，兒童能夠從視聽觸等角度和周圍環(huán)境進(jìn)行交互，和知識建立起相應(yīng)的鏈接性。在兒童教育中最為常見的就是繪本教育，將繪本和虛擬學(xué)習(xí)場景相結(jié)合，能夠讓增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和繪本教育發(fā)揮出更大的作用，在互動中將知識傳授給兒童。想要在這個(gè)過程中正確的應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，首先，要從兒童的閱讀興趣出發(fā)，以滿足兒童閱讀興趣為根本目的，優(yōu)化傳播途徑。可以讓兒童欣賞動畫版的科學(xué)講解，讓兒童愿意接受科普知識[4]。以某博物館為例，開展了兒童科普讀物專欄活動，并且在活動中加入了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，運(yùn)用這種技術(shù)讓兒童欣賞到不同的海洋生物，并且加以注解，比如解析“珊瑚”時(shí)，運(yùn)用3D動畫技術(shù)，將珊瑚的標(biāo)本和虛擬海洋技相結(jié)合，以此讓兒童對海底生物有著具象化的認(rèn)知，從根本上調(diào)動兒童的閱讀興趣。其次，在實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮該技術(shù)的交互性，逐步的展示科普知識體系和虛擬內(nèi)容，逐層深入，引導(dǎo)兒童去認(rèn)識知識、了解知識，形成知識滿足感。最后，就要強(qiáng)化只適合兒童的互動，實(shí)現(xiàn)交互效果，發(fā)揮出虛實(shí)結(jié)合的作用，將紙質(zhì)書籍和虛擬技術(shù)進(jìn)行完美的就傲虎，為兒童提供和頁面相符合的光影動畫技術(shù)。

3.2 案例設(shè)計(jì)分析

由上可知，兒童教育中引用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以使用數(shù)字腳本編程語言、交互動畫技術(shù)和3D建模等技術(shù)，為兒童提供生動形象的立體圖書，在這種應(yīng)用方案的基礎(chǔ)上，能夠全面的實(shí)現(xiàn)交互效果，滿足兒童教育的需求。因此可知，在具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，可以分為三個(gè)部分，分別為：美術(shù)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、標(biāo)記設(shè)計(jì)，根據(jù)調(diào)查顯示，兒童在上學(xué)初期會產(chǎn)生一定的心理壓力，因此要讓兒童閱讀一些和學(xué)校、上學(xué)相關(guān)的知識，以此降低兒童的心理壓力，本文選擇了《上學(xué)去》兒童教育繪本，展開具體的互動立體書設(shè)計(jì)。

（1）美術(shù)設(shè)計(jì)

首先是美術(shù)設(shè)計(jì)方面，在這個(gè)過程中包括了三維模型設(shè)計(jì)、音頻錄制以及紙質(zhì)圖書設(shè)計(jì)這三個(gè)部分，首先要考慮到圖書的排版印刷情況，確定圖書的尺寸、效果、頁數(shù)、裝訂方式等。其次，考慮到兒童的認(rèn)知特點(diǎn)，要保證色彩明亮、圖形真實(shí)、故事簡單。最后，圖書還要和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，形成立體書，因此在這個(gè)過程中還需要加入虛擬三維模型標(biāo)記，并且對文字、圖形的編排形成具體的方案。比如，本文設(shè)計(jì)的圖書尺寸為210mm×240mm，整本書一共20P，選擇的裝訂方式為騎馬訂，版面則采用了左右結(jié)構(gòu)，左邊圖片、右邊文字以及虛擬三維模型[5]。采用了Maya三維軟件進(jìn)行建模和動畫制作，這種軟件本身就常用于動畫、電影、游戲等方面的制作，在制作過程中還要注意角色模型的面數(shù)，保證模型逼真的同時(shí)，要將模型控制數(shù)量在2000-3000個(gè)范圍。想要實(shí)現(xiàn)交互效果，還需要進(jìn)行音頻錄制，不僅如此，學(xué)齡前兒童還有很多文字不認(rèn)識，因此聲音的錄制尤為重要，要保證發(fā)音標(biāo)準(zhǔn)，音質(zhì)清晰，有效強(qiáng)化閱讀的感情。

（2）程序設(shè)計(jì)

在完成基礎(chǔ)的美術(shù)設(shè)計(jì)后，還要進(jìn)行現(xiàn)實(shí)程序設(shè)計(jì)，在這個(gè)部分主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)獲取紙質(zhì)圖書中的標(biāo)記圖形，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖形，實(shí)現(xiàn)出虛擬圖形，并且融合到真實(shí)環(huán)境之中，最終呈獻(xiàn)給讀者一個(gè)逼真生動的三維圖像，完成交互溝通，因此可知這是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)立體書成敗的關(guān)鍵問題。這就意味著，要保證設(shè)計(jì)的合理性和真實(shí)性，在這個(gè)設(shè)計(jì)部分，利用了Action Script3.0語言在軟件Flash Develop中開發(fā)形成，其中標(biāo)記制作的軟件為：ARToolKit Marker Generator，而跟蹤類庫使用的則是FlarManager，此外，在這個(gè)過程中還需要利用到三維框架，框架軟件為Papervision3D。具體的程序設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

（3）標(biāo)記設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)完成后是標(biāo)記設(shè)計(jì)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，是要實(shí)現(xiàn)所需要的標(biāo)記圖形，一般情況下，這種標(biāo)記圖形的設(shè)計(jì)工作是要在軟件中繪制使用，應(yīng)用的軟件為：Illustrator。需要注意的是，在設(shè)計(jì)過程中必須要遵守相應(yīng)的識別要求。因?yàn)楸疚膽?yīng)用的標(biāo)記制作軟件為ARToolKit Marker Generator，因此在設(shè)計(jì)就要遵守軟件中的識別原則，這種軟件要求有50%的黑色識別框，不同頁面上出現(xiàn)虛擬物體不同，繪制的標(biāo)記圖形也就各不相同，因此在這個(gè)過程中，要降低標(biāo)記圖案的復(fù)雜程度，強(qiáng)化識別效果的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)效率。在完成了基本的設(shè)計(jì)工作后，還要采用相應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)程序，在增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，需要對配置文件進(jìn)行設(shè)計(jì)、將運(yùn)行環(huán)境實(shí)例化、標(biāo)記識別管理、實(shí)現(xiàn)聲音交互和三維展示，這些都是利用代碼形成，最終形成全面的發(fā)展。

圖1 程序設(shè)計(jì)原理圖

3.3 具體使用效果

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡稱AR，是近年來出現(xiàn)的一種高新技術(shù)，在上文對兒童繪本互動立體書的制作過程進(jìn)行詳細(xì)的分析后，以某科技產(chǎn)品的兒童教育產(chǎn)品為例進(jìn)行具體的使用效果分析。該兒童教育產(chǎn)品中不只包括了實(shí)體繪本，還有卡通徽章、外套、手機(jī)APP程序，在產(chǎn)品中既包含實(shí)體物品，也包含了相應(yīng)的AR程序，通過兩者共同配合，完成對兒童的教育。該教育產(chǎn)品的繪本通過圖形、文字、動畫、語音等內(nèi)容，讓兒童了解不同的動物習(xí)性和性格，在娛樂中學(xué)習(xí)知識。此外，該產(chǎn)品只需要通過手機(jī)攝像頭，就能夠聽到、看到三維動畫的形象和聲音，操作模式簡單，在游戲過程中可以提高親子互動。這款A(yù)R兒童教育產(chǎn)品，讓兒童全方位的體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的樂趣，也讓家長能夠積極參與其中，在家長和兒童之間建立起為相應(yīng)的紐帶，從根本上完善家庭教育。此外迪士尼公司使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為書籍《動畫世界》設(shè)計(jì)出來的立體交互模型，交互效果極佳，不僅加強(qiáng)了互動性，在數(shù)據(jù)和虛擬技術(shù)的基礎(chǔ)上還形成了和書籍內(nèi)容相符合的光影動畫，讓兒童更好的認(rèn)知動物，同時(shí)也會激發(fā)兒童保護(hù)動物的意識。不僅如此，迪士尼公司創(chuàng)新引入了筆記和點(diǎn)贊功能，利用書籍頁面和手指彩圖，配合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和攝影技術(shù)，讓兒童和屏幕書籍也能夠進(jìn)行交互，從根本上提高了兒童的學(xué)習(xí)興趣。

4 總結(jié)

綜上所述，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是新時(shí)期的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，這種技術(shù)的使用能夠讓使用者全身心的投入到獲取信息的過程之中，將這種技術(shù)應(yīng)用到兒童教育之中，有效提高兒童的興趣和好奇心，讓兒童的注意力能夠得到長時(shí)間的集中，因此可知，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童教育上有著較大的市場前景。這種通過虛擬化技術(shù)將知識傳遞給兒童的方式，不僅是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的豐富，也是讓兒童從不一樣的角度去學(xué)習(xí)，形成了互動化教學(xué)。

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[5]況揚(yáng),汪欣．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用[J]．中國成人教育,2016(10)∶110-112．