7D電影技術(shù)+人機(jī)互動的沉浸式教學(xué)模式探索

王建偉

摘 要

全球教育信息化的大背景下，教育模式的創(chuàng)新越來越多元化，7D電影技術(shù)是將游戲娛樂與動感影院技術(shù)巧妙結(jié)合的創(chuàng)新項(xiàng)目，其來源于影視技術(shù)，達(dá)到高度真實(shí)還原的境界，并且可以多人同時開展在一個維度和空間里。這一技術(shù)的優(yōu)勢延伸到教育領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)沉浸式的教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)造，將傳統(tǒng)二維、三維改變成多維，將技術(shù)注入課程教學(xué)中，精確還原每一處細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。7D電影技術(shù)是一個立體化的概念，雖然只是個概念層面，但其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)在逐步地試點(diǎn)中。為此本文基于7D電影技術(shù)+人機(jī)互動模式的教學(xué)分析，從應(yīng)用層面去探討其在教育中實(shí)現(xiàn)的可行性，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞

7D電影技術(shù);人機(jī)互動;三維;教學(xué)

中圖分類號： G424;TP391.9 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 02

0 前言

7D是一種成熟的高度沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，把影音的藝術(shù)，通過傳感，光感，震動搖晃進(jìn)行模擬表現(xiàn)，并通過沉浸式投影將高分辨率的立體投影技術(shù)、三維圖形等混合形成完全的沉浸式環(huán)境，將傳統(tǒng)的三維變成多維度場景的包攬，以360度全方位的視覺沖擊，營造出全新的沉浸式感受。7D互動影像技術(shù)應(yīng)用于課堂中，可以為學(xué)生塑造出情境化課堂，教材上枯燥無味的文字信息可以用真實(shí)的、動態(tài)的虛擬影像來呈現(xiàn)，感受最真實(shí)的知識世界。同時7D互動影像技術(shù)為學(xué)生進(jìn)行個性化的學(xué)習(xí)空間提供了可能，以個性化的方式去體驗(yàn)、去學(xué)習(xí)、去建構(gòu)屬于自己的知識體系。

1 7D互動影像技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用作用與可行性

1.1 7D互動電影技術(shù)的優(yōu)勢

最早將沉浸式技術(shù)引入課堂的是美國的一堂法醫(yī)課，Labster 與三星 Gear VR 和 Oculus 公司為學(xué)生模擬出了一個法醫(yī)課堂，學(xué)生佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡沉浸在犯罪現(xiàn)場進(jìn)行偵查，在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 DNA 分析，從而使學(xué)生掌握 DNA 的相關(guān)知識，如此沉浸式的學(xué)習(xí)效果下，學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)更為深刻。教育平臺Unimersiv公司也很早就推行了基于VR技術(shù)的沉浸式教育課堂，學(xué)生頭戴顯示設(shè)備可以漫步在羅馬競技場中、搭乘太空梭探索銀河系的奧秘等，身臨其境的學(xué)習(xí)宇宙航天、地理歷史和生物學(xué)等知識。7D電影技術(shù)是在VR基礎(chǔ)上的優(yōu)化，它不是VR，但是其實(shí)際的沉浸式體驗(yàn)效果勝似VR，達(dá)到高度真實(shí)還原的境界，并且可以多人同時開展在一個維度和空間里。

7D電影互動技術(shù)在教育中的應(yīng)用可以解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)中無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)場景，能把抽象的知識內(nèi)容立體化、形象化，通過與環(huán)境中的事物進(jìn)行交互，得到如現(xiàn)實(shí)般的感受和體驗(yàn)。像這樣如游戲般、穿越式、體驗(yàn)型的課堂，讓學(xué)生寓學(xué)于樂，同時能夠促進(jìn)其認(rèn)知的發(fā)展。

1.2 7D互動電影技術(shù)的可行性

7D互動電影技術(shù)是在VR的基礎(chǔ)上去掉了煩瑣的穿戴設(shè)備，在沉浸式課堂中加入了互動，讓學(xué)生能夠自然地融入構(gòu)造出來的三維場景并參與到場景互動中，以達(dá)到強(qiáng)烈的感官體驗(yàn)。目前這還只是一個設(shè)想，但是從技術(shù)層面上已經(jīng)具備了可行性。

首先，從技術(shù)端來看，人工智能、傳感等先進(jìn)技術(shù)的加持下，這些綜合應(yīng)用能夠形成一個全新的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)課堂。7D互動電影技術(shù)使用的技術(shù)有3ds Max、Unity 3DQuest3D、VRP等，這些技術(shù)完成7D互動場景中的建模、材質(zhì)、燈光和攝像機(jī)、交互功能、建構(gòu)工具、虛擬現(xiàn)實(shí)。

其次，從需求端來看，7D互動影視化課堂所形成的場景的虛構(gòu)可以滿足課堂教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)需求。如在眾多學(xué)科中的危險的實(shí)驗(yàn)、昂貴的實(shí)驗(yàn)的損耗等問題都能夠得到解決。在教學(xué)效率上，師生通過與虛擬場景中的物體進(jìn)行交互活動，引導(dǎo)學(xué)生知識的積累和習(xí)得。同時7D電影所塑造出的個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境能滿足其個性化的學(xué)習(xí)需求，通過自主探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題，以達(dá)到課堂教學(xué)目的。從教育公平角度，基于7D電影技術(shù)未來如果能夠普及，也能夠促進(jìn)教學(xué)資源的共享，減少數(shù)字鴻溝，促進(jìn)教育機(jī)會公平。

最后，從經(jīng)濟(jì)賬來看，隨著軟件技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，未來用于建模和可視化交互編輯的軟件將層出不窮，當(dāng)7D電影技術(shù)能夠普及時，資源將實(shí)現(xiàn)更高效率的共享，將能實(shí)現(xiàn)低投入和高產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益，讓更多的學(xué)生受益。

2 7D互動影像技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用模式

2.1 整體架構(gòu)

7D互動影像技術(shù)所創(chuàng)建的課堂模式是由虛擬教學(xué)環(huán)境、教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容等元素構(gòu)成，由老師、學(xué)生一起參與其中，學(xué)生完全不受真實(shí)環(huán)境下的任何事物干擾，完全沉浸于課堂里。其組成構(gòu)架包括：場景創(chuàng)建、互動設(shè)計(jì)、內(nèi)容設(shè)計(jì)和角色分析。

2.2 場景創(chuàng)建

7D互動電影技術(shù)教學(xué)課堂場景的創(chuàng)設(shè)首先需要分析場景的物體對象，面向的教學(xué)對象需求，進(jìn)行對象建構(gòu)和模擬，如旅游專業(yè)，情景體驗(yàn)對于旅游專業(yè)學(xué)習(xí)尤為重要，所以授課中運(yùn)用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，如整合3D虛擬場景、720°全景視頻、景點(diǎn)全景圖以及景點(diǎn)主題視頻等交互資源，為學(xué)生帶來身臨其境的學(xué)習(xí)場景。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)總是與一定的“情境”相聯(lián)系，還原歷史場景、仿真現(xiàn)實(shí)環(huán)境、虛構(gòu)未來空間。只有逼真的教學(xué)場景才能讓學(xué)生有更強(qiáng)的“代入感”，但場景的建構(gòu)中千萬不能有冗余的、與課堂教學(xué)無關(guān)的信息。因?yàn)?D互動電影技術(shù)教學(xué)課堂中，學(xué)生沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)課堂后，教師無法控制其觀察視角，因此，及時的 “互動”顯得特別重要。

2.3 互動設(shè)計(jì)

從學(xué)習(xí)者角度，積極的互動是課堂里必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，7D互動電影技術(shù)教學(xué)交互性特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的互動性是其吸引學(xué)生的最大優(yōu)勢。在沉浸式虛擬環(huán)境里，學(xué)生可以與虛擬世界中的物體進(jìn)行實(shí)時交互，教學(xué)場景不是簡單地還原書上呆滯的圖文信息，而是通過一個個虛幻而又真實(shí)的三維立體模型再現(xiàn)，同時提供多樣化的功能，讓學(xué)習(xí)者通過頭控對焦或者數(shù)據(jù)手柄來與場景中的物體進(jìn)行交互活動。舉一個最簡單的例子，動物世界的教學(xué)中，當(dāng)恐龍呈現(xiàn)在視角面前時，可以出現(xiàn)圖文信息，7D互動電影技術(shù)教學(xué)課堂還能提供真實(shí)的聽覺、觸覺信息，高度還原最真實(shí)的體驗(yàn)。另外，場景中還可以實(shí)現(xiàn)多樣化的游戲環(huán)節(jié)，智力闖關(guān)型、小組合作型、競賽升級型，將教學(xué)內(nèi)容融入游戲和探索中，使教學(xué)內(nèi)容立體化、直觀化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 教學(xué)內(nèi)容

課堂目標(biāo)是課堂的主題、方向、靈魂和歸宿，根據(jù)課堂目標(biāo)選取合適的課堂內(nèi)容，針對性的創(chuàng)建情境，實(shí)現(xiàn)交互性。江蘇職業(yè)教育公共服務(wù)平臺就曾嘗試融合旅游學(xué)科和藝術(shù)學(xué)科課程內(nèi)容，將旅游導(dǎo)游課程內(nèi)容與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)教學(xué)，這可以作為7D電影技術(shù)的一次先行的嘗試。其在教學(xué)內(nèi)容上，將沉浸式學(xué)習(xí)場館與課堂高度融合，對應(yīng)三個學(xué)習(xí)任務(wù)：“昆曲溯源”學(xué)歷史、“昆曲戲院”學(xué)欣賞、“昆曲景點(diǎn)”學(xué)講解，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)虛實(shí)結(jié)合、情景交融的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境和人機(jī)交互式的模擬旅游體驗(yàn)。？其依托沉浸式學(xué)習(xí)場館等信息資源，以“激發(fā)—感知—內(nèi)化—輸出”的學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)提高學(xué)生導(dǎo)游文化素養(yǎng)。這一模式和7D電影技術(shù)有一定的差距，但是從內(nèi)容的設(shè)計(jì)上為7D電影技術(shù)的課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)提供了思路，未來隨著7D電影技術(shù)的互動課堂實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)容設(shè)計(jì)也應(yīng)按照此思路展開。

2.5 師生角色定位

新的課堂環(huán)境下，師生之間的角色內(nèi)容也需要作出變化，學(xué)生沉浸在7D的虛擬世界中，對周圍的世界毫不知情，因此教師的組織、指導(dǎo)和幫助對找準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)十分重要。學(xué)生依然是真正的課堂主人，通過自主發(fā)現(xiàn)、探索或者小組合作的形式解決問題。教師需要為學(xué)生的合作和引導(dǎo)設(shè)計(jì)問題，例如效仿Labster與三星Gear VR和Oculus公司的法醫(yī)課堂模式，為學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生在7D影視世界中去完成任務(wù)，完成任務(wù)的過程需要學(xué)生自己去組建合作，頭腦風(fēng)暴。另外，任何教學(xué)最終還要落實(shí)到評價反饋層面上，以獲得改進(jìn)的動力。7D電影技術(shù)的互動課堂應(yīng)突出“以學(xué)生為本”的發(fā)展性評價，對學(xué)生在虛擬世界中的探索表現(xiàn)進(jìn)行評價。最后，虛擬世界中，由于注意力的集中時長、眼睛的疲憊程度、頭部的承壓能力存在極限，因此教師還需要把握住時間的安排，核心的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)集中在5到8分鐘的重點(diǎn)知識內(nèi)容學(xué)習(xí)上，學(xué)習(xí)之后留下10分鐘左右的提問、討論、交流互動，讓學(xué)生學(xué)會勞逸結(jié)合，在合適的時間里，進(jìn)行高效學(xué)習(xí)。

3 結(jié)語

一個沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)課堂需要一個逼真的情境、多元的互動、貼合的主題教學(xué)、積極的角色定位，通過學(xué)生主動探索，老師及時介入，多元互動環(huán)節(jié)，才能將7D電影技術(shù)的互動課堂的作用發(fā)揮到機(jī)制。但也要注意到，7D電影技術(shù)的互動課堂本身是一項(xiàng)技術(shù)，教育還是要立足于根本，一堂生動的課堂中，技術(shù)始終是外化的存在，教師需要找準(zhǔn)自身的定位，在技術(shù)和教育之間明確教育為先，技術(shù)輔助的理念，才能完成一個富有成效的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)課堂。

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