元宇宙背景下的虛擬課堂交互體驗(yàn)分析

●龔澤慧

一、緒論

（一）元宇宙的概念

元宇宙（Metaverse），其中Meta是希臘語中超越的意思，而Verse則是宇宙（Universe）的簡寫。元宇宙的沒有確切的定義，扎克伯格認(rèn)為元宇宙就是一個(gè)融合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，用專屬的硬件技術(shù)設(shè)備打造的具有超現(xiàn)實(shí)感的社交平臺(tái)，而騰訊的元宇宙概念是一個(gè)獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬數(shù)字世界，用戶進(jìn)入這個(gè)世界之后可以用新的身份體驗(yàn)新的生活。百度百科對(duì)于“元宇宙”的解釋是借助VR和AR技術(shù)及設(shè)備，吸引用戶在這個(gè)3D的虛擬世界中，建立一種類似于現(xiàn)實(shí)生活一樣可以進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，能滿足工作、交流和娛樂的空間。

2021年10月，世界上最大的社交媒體網(wǎng)絡(luò)公司Facebook改名為Meta，公司的標(biāo)志從大拇指或者是字母F變成了類似于無窮大的符號(hào)，宣布5年內(nèi)將Facebook從一個(gè)社交媒體轉(zhuǎn)型成為打造虛擬世界的公司，這個(gè)虛擬的世界就是“元宇宙”。包括騰訊、阿里巴巴、微軟等也陸續(xù)宣布進(jìn)軍元宇宙。元宇宙是未來從事線上活動(dòng)的基礎(chǔ)，也是未來的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的趨勢[1]。

（二）新冠肺炎疫情下的線上教學(xué)意義

隨著2020年全球新冠肺炎疫情的影響，線上活動(dòng)變得尤為重要，線上課堂可以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，不耽誤正常的社會(huì)生活，同時(shí)也能減少聚集及接觸，從一定程度上減少被感染的風(fēng)險(xiǎn)。而伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步以及元宇宙概念的普及，可以有效推動(dòng)線上課堂服務(wù)，多元化授課模式，探究更新穎有效且符合情景的教學(xué)方式。根據(jù)艾媒新聞顯示，2020年4月15日，190多個(gè)國家的15億多學(xué)生因?yàn)橐咔橛绊懺斐蓪W(xué)校停課的影響，這占世界學(xué)生總數(shù)的90%，是教育史上前所未有的局面。對(duì)高等教育來說，疫情同樣是極為重要的一個(gè)歷史節(jié)點(diǎn)。隨著線上教學(xué)的普遍推行，高校師生們傳統(tǒng)的教學(xué)模式被徹底打破，因?yàn)橐咔橐鸬钠毡榻箲]對(duì)學(xué)生心理健康造成影響。同時(shí)，高校的功能也變得更為多樣化，除了人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和服務(wù)社會(huì)外，更要成為抗擊疫情、維持社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要社會(huì)組織。

根據(jù)艾媒網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，受本次疫情影響，2020年新冠肺炎疫情期間在線復(fù)課將覆蓋包括學(xué)生教職工在內(nèi)近3億人的規(guī)模。在線教育迎來首次全國大規(guī)模推廣應(yīng)用落地，其或?qū)⒊蔀樵诰€教育發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)。2020年中國在線教育用戶規(guī)模將達(dá)到3.51億人。

有一半以上的受訪者認(rèn)為線上課程是防止校園中疫情進(jìn)一步擴(kuò)散的有效途徑，1/3的受訪者認(rèn)為這是停課不停學(xué)最好的方法，還有20%的受訪者認(rèn)為線上課程便于開展教學(xué)活動(dòng)。此次疫情可以說是促進(jìn)線上課程最關(guān)鍵的因素。

根據(jù)艾媒數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)顯示，線上課堂最大的缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)氛圍的營造，近一半的受訪者表示線上課程由于體驗(yàn)不佳，學(xué)生的注意力容易分散，第二個(gè)嚴(yán)重問題是不能隨時(shí)向老師提問、同學(xué)之間無法討論，還有將近40%的受訪者表示線上課程缺乏監(jiān)督，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率較低。

二、現(xiàn)有虛擬技術(shù)的應(yīng)用

（一）國內(nèi)外高校對(duì)于虛擬大學(xué)的探索

近年來，全國各地的高等院校在游戲中也建立起虛擬世界中的校園，如哈佛、斯坦福、麻省理工學(xué)院等。游戲《第二人生》中已經(jīng)有很多高等職業(yè)院校的虛擬課堂，在《第二人生》中很多高校已經(jīng)開展了一系列跨國界、跨種族的教育活動(dòng)[2]。

亞利桑那大學(xué)率先應(yīng)用《第二人生》進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以學(xué)科為突破口，打造特色虛擬大學(xué)，亞利桑那大學(xué)結(jié)合其天文學(xué)科的優(yōu)勢資源在大學(xué)本科自然科學(xué)的天文學(xué)課程中率先應(yīng)用第二人生進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。學(xué)科教師和相關(guān)教育人員經(jīng)過前期總體的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，通過讓學(xué)生建設(shè)一項(xiàng)“富于創(chuàng)造性的工程”來開發(fā)一個(gè)完整的天文學(xué)虛擬場景[3]。

在國內(nèi)也開始涉足虛擬課堂，煙臺(tái)大學(xué)和美國佐治亞州立大學(xué)的教師合作開展了一項(xiàng)有關(guān)將《第二人生》應(yīng)用于 EFL學(xué)習(xí)（English as a Foreign Language，英語作為外語）的研究[4]。

國內(nèi)外高校《第二人生》應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)表明，使用虛擬世界在網(wǎng)絡(luò)上系統(tǒng)地進(jìn)行一整套教學(xué)活動(dòng)是可行的，效果也是顯著的。所以新冠肺炎疫情影響下，虛擬課堂的使用不僅僅可以阻斷病毒的傳播，在線上教育方面也是一個(gè)重要舉措，將虛擬課堂實(shí)施于實(shí)際教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，節(jié)約學(xué)習(xí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了資源共享。

（二）從虛擬會(huì)議室看虛擬課堂的未來

目前在虛擬課堂上的探索還處于萌芽階段，Meta最近對(duì)外發(fā)布了遠(yuǎn)程辦公軟件Horizon Workrooms，它可以使用戶在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行會(huì)議，通過Meta的Oculus Quest頭盔和手柄，在虛擬會(huì)議中可以對(duì)用戶的視覺和手部進(jìn)行追蹤，可以使用戶更加真實(shí)體驗(yàn)整個(gè)會(huì)議環(huán)境。從現(xiàn)有的應(yīng)用程序來看，虛擬會(huì)議室包括一個(gè)功能齊全的虛擬桌面，利用安裝在pc端或者是mac上的配套應(yīng)用程序，將計(jì)算機(jī)桌面串聯(lián)在用戶面前的虛擬屏幕上，用戶利用所佩戴的頭顯也能夠輕松地訪問電腦，甚至可以與房間內(nèi)的其他用戶進(jìn)行屏幕共享，在佩戴頭顯時(shí)，用戶可以通過視頻聊天的方式邀請(qǐng)朋友加入進(jìn)來，在進(jìn)行會(huì)議時(shí)，桌子的大小會(huì)根據(jù)用戶的多少進(jìn)行伸縮，非常人性化，vr虛擬會(huì)議室的每個(gè)會(huì)議室都會(huì)有自己的白板，寫在上面的東西都是可以永久保存的，除非用戶自己將白板上的內(nèi)容擦除。

在疫情開始后，遠(yuǎn)程會(huì)議室的規(guī)模已經(jīng)從大規(guī)模的普及發(fā)展到提升用戶體驗(yàn)感的階段。元宇宙的大環(huán)境下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與遠(yuǎn)程會(huì)議有了一個(gè)非常契合的點(diǎn)。比如通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用戶使用自己的一個(gè)“虛擬形象”進(jìn)行參會(huì)發(fā)言，開會(huì)時(shí)還可以搭配虛擬形象的面部表情和身體語言來傳達(dá)信息。甚至，人們可通過虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備，比如VR或AR眼鏡，虛擬設(shè)備使用戶在參會(huì)時(shí)更具有沉浸感，與同事的互動(dòng)更加真實(shí)，也能夠更加真切感受真實(shí)的物理環(huán)境。

虛擬會(huì)議室和虛擬課堂在使用上可以說是一樣的，只是用戶的不同，虛擬會(huì)議室的用戶可能是同事、老板等，虛擬課堂是將用戶角色替換成老師與學(xué)生，所以在操作、實(shí)施以及配置設(shè)計(jì)上兩者都可以互通。而在基本的講課、討論、提交文件等行為在使用上是與虛擬會(huì)議相一致的。

三、網(wǎng)絡(luò)課堂與虛擬課堂的對(duì)比

現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)課堂和本文所說的虛擬課堂有什么區(qū)別呢？網(wǎng)絡(luò)課堂與虛擬課堂相比就像是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的1.0版本和2.0版本?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)課程使用最多的就是騰訊會(huì)議、room等平臺(tái)，隨著VR技術(shù)的普及化，虛擬課堂在師生的距離感、文件上傳和平臺(tái)使用的便捷性以及用戶與用戶間交互的真實(shí)性等方面相比于網(wǎng)絡(luò)課堂有了很大的提升。

（一）真實(shí)性的轉(zhuǎn)變

在網(wǎng)絡(luò)課堂的使用過程中，學(xué)生都在看著屏幕，通過攝像頭拍攝到每個(gè)學(xué)生，但是學(xué)生與教師之間缺少眼神的交流，因?yàn)閷W(xué)生的視線都在電腦的屏幕上，不會(huì)和攝像頭產(chǎn)生交互，所以平臺(tái)兩端的用戶不會(huì)有眼神的交流，但是在教學(xué)的過程中，師生的眼神交流是必須的。通過眼神的互動(dòng)才能使教師更好地掌握學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解程度，進(jìn)而開展下一步的教學(xué)活動(dòng)，這樣才能使學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。虛擬課堂就很好地解決了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)無法眼神交流的弊端，虛擬課堂可以使用VR設(shè)備，頭顯上有4個(gè)攝像頭，并且VR眼鏡支持眼動(dòng)追蹤，所以VR眼鏡可以追蹤學(xué)生和老師的視線，面部表情也會(huì)較好地在虛擬形象上同步，平臺(tái)兩端的用戶可以有眼神的交流。

當(dāng)然不僅僅是眼神的交流，還有手勢上的交互，頭顯設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)追蹤用戶的雙手，填補(bǔ)了線上溝通交流過程中肢體語言的缺失，并支持簡單的手勢捏合點(diǎn)選交互，讓用戶在絕大多數(shù)場景下可以不須使用控制器依然做到肢體的互動(dòng)交流。用戶在使用時(shí)帶上類似于手套的動(dòng)捕設(shè)備或者是一些外拓的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)用戶與用戶間的觸感的體驗(yàn)，根據(jù)力學(xué)的反饋使用戶具有超現(xiàn)實(shí)的感覺。在當(dāng)前的追蹤方案下，虛擬角色只顯示上半身，用戶對(duì)自己下半身的存在感知較弱，在用戶起身或輕微移動(dòng)時(shí)晃動(dòng)虛擬座椅，可以有效增強(qiáng)課堂真實(shí)感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步可以解決學(xué)生線上學(xué)習(xí)注意力容易分散的缺點(diǎn)，可以在虛擬空間中，模擬現(xiàn)實(shí)的交互性質(zhì)，增加互動(dòng)效果，提升師生教學(xué)與學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（二）便捷性的轉(zhuǎn)變

現(xiàn)在所使用的網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)需要教師提前將課件進(jìn)行上傳或者是屏幕共享，在操作上更加復(fù)雜，但是虛擬課堂上根據(jù)教師的操作可以直接在虛擬課堂上制作課件，學(xué)生用某個(gè)手勢甚至某個(gè)眼神就可以輕松地打開，不懂的知識(shí)能夠更快速進(jìn)行搜索，以便于更好地配合教師的課程教授?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)只能發(fā)送一個(gè)文件，例如Room，他的文件上傳在聊天頁面的右下角，而Horizon Workrooms平臺(tái)他的工作區(qū)域不受范圍的限制，這樣教師在上傳文件時(shí)可以多份文件同時(shí)進(jìn)行上傳。

虛擬課堂不僅僅是文件資源的便捷，在空間時(shí)間上也帶來便捷，用戶可以隨時(shí)隨地戴上VR眼鏡進(jìn)行學(xué)習(xí)，不再局限于時(shí)間和空間的限制，更加有效地節(jié)約學(xué)習(xí)的時(shí)間成本，也大大節(jié)省了教室配置等成本[5]。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以追蹤現(xiàn)實(shí)中重要的輸入設(shè)備——鍵盤，映射到虛擬空間中，大幅提高虛擬會(huì)議輸入效率。在虛擬課堂上可以倒轉(zhuǎn)控制器充當(dāng)畫筆，畫筆是課堂過程中的另一個(gè)重要輸入設(shè)備，雖然支持手勢追蹤，但用手充當(dāng)畫筆會(huì)產(chǎn)生一些問題，比如手指與畫板接觸時(shí)沒有觸感反饋，且手勢追蹤的精度相對(duì)較低，對(duì)動(dòng)作幅度較小的抬筆等動(dòng)作很難準(zhǔn)確識(shí)別，所以控制器是更好的選擇，通過倒轉(zhuǎn)控制器充當(dāng)畫筆，實(shí)用又有趣。

（三）距離感的轉(zhuǎn)變

網(wǎng)絡(luò)課堂上，為了清晰地呈現(xiàn)音頻只能有一個(gè)用戶說話，其他用戶說話將會(huì)干擾音頻，從而無法清晰展現(xiàn)用戶聲音，而虛擬課堂中模擬真實(shí)物理世界中不同方位的聲音效果，利用對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)響應(yīng)的3D音頻，加強(qiáng)虛擬環(huán)境中的空間感；每個(gè)學(xué)生都可以自行選擇位置，聲音大小也會(huì)隨著用戶與用戶之間的距離而發(fā)生變化，在課堂上的體驗(yàn)也更加真實(shí)，使每個(gè)用戶都能真實(shí)地體驗(yàn)，在同一個(gè)空間中進(jìn)行學(xué)習(xí)就實(shí)現(xiàn)了虛擬課堂在空間上的突破，并不會(huì)像網(wǎng)絡(luò)課堂，使人產(chǎn)生千里之外的感覺。并且，虛擬現(xiàn)實(shí)中的課堂可以根據(jù)用戶劃定的區(qū)域范圍，將虛擬辦公桌面和虛擬白板固定在現(xiàn)實(shí)空間中的指定位置，融合虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境，有效改善了線上課程的距離感的問題。

四、虛擬課堂交互體驗(yàn)的局限

（一）人物形象的真實(shí)性

虛擬課堂的人物在真實(shí)性上具有缺陷，整體人物形象呈現(xiàn)幼稚卡通的狀態(tài)，并且人物形象只有上半身，在課堂上教師無法根據(jù)人物形象分辨學(xué)生，在一定程度上影響了教師的授課。

（二）人物移動(dòng)形式

現(xiàn)有的Horizon Workrooms上移動(dòng)方式有三種：第一種是現(xiàn)實(shí)空間中發(fā)生位移，虛擬空間中也發(fā)生位移，且二者同步。第二種是現(xiàn)實(shí)空間中不發(fā)生位移，虛擬空間中發(fā)生位移。第三種是現(xiàn)實(shí)空間中發(fā)生位移，虛擬空間中也發(fā)生位移，但二者不同步。

在現(xiàn)實(shí)中開會(huì)時(shí)，如果要從自己的座位走到白板前，我們不會(huì)在起身前先點(diǎn)擊一個(gè)按鈕說“我要走到白板那去了”，走到之后再點(diǎn)擊一個(gè)按鈕說“我到了”；但是在Horizon Workrooms中需要通過三種不同的方式去實(shí)現(xiàn)，而且其間的移動(dòng)過程是模態(tài)（Modal）的、破壞沉浸感的。主要的原因是在Horizon Workrooms中，虛擬空間的桌面和白板是根據(jù)用戶在現(xiàn)實(shí)空間劃定的兩塊區(qū)域來定位的，而這兩塊區(qū)域之間的位置關(guān)系與虛擬空間桌面和白板之間的位置關(guān)系并不相同，導(dǎo)致用戶在現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間中的移動(dòng)距離和移動(dòng)路線都不是一致的，所以只好通過標(biāo)記起點(diǎn)和終點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)在虛擬空間中的移動(dòng)。也就是說，只要虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間之間存在位置上的映射關(guān)系，移動(dòng)方式就會(huì)受限，完全自然的移動(dòng)方式就幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

在現(xiàn)有的虛擬會(huì)議上，人物的形象都是只具有上半身，Meta公司解釋人物只具有上半身，是因?yàn)樗麄兿雽⒂脩舻年P(guān)注點(diǎn)放在虛擬人物語言上，注重手勢的變化，并且沒有下肢的人物形象更有利于虛擬人物跳躍性的快速移動(dòng)。而在虛擬課堂中，對(duì)人物的移動(dòng)速度沒有要求，人物形象可以更加完整，更不需要跳躍性的移動(dòng)方式，所以在虛擬課堂上的VR設(shè)備在手柄上應(yīng)該要設(shè)計(jì)出攝像頭，對(duì)上半身和下半身，甚至于面部表情進(jìn)行采集，這樣整個(gè)人物形象更加真實(shí)、完整，更有利于教師對(duì)于學(xué)生的管理。

五、結(jié)語

元宇宙是科技適應(yīng)社會(huì)發(fā)展必然出現(xiàn)的產(chǎn)物，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為數(shù)字化社會(huì)的發(fā)展提供新的平臺(tái)和技術(shù)[6]。從現(xiàn)在全球發(fā)展的趨勢中可以看到，未來數(shù)字技術(shù)、數(shù)字城市都是數(shù)字化社會(huì)的基礎(chǔ)。在全球新冠肺炎疫情的影響下，線上課堂必然是未來教學(xué)的重要發(fā)展趨勢。所以，我們必須密切關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，探究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)服務(wù)中的作用，以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性體驗(yàn)。突破現(xiàn)有思維模式，積極擁抱并參與到元宇宙中的線上課堂構(gòu)建中去，才能更好地發(fā)展線上課堂，發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[7]。