數字化校園中虛擬現實與交互技術的應用

馬建森+陳潔

【摘 要】以第三代移動通信技術為網絡應用平臺，結合互聯網技術，著力探索信息技術在數字化校園中虛擬現實與交互技術的應用，包括在數字化校園環境中的應用、在數字化校園資源建設中的應用、在數字化校園學習行為中的應用。

【關鍵詞】第五媒體 虛擬現實與交互技術 數字化校園 應用

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2016）03C-0186-03

信息技術的發展體現為既快速又寬泛，如何為信息技術進行歸類，以便探討數字化校園建設對信息技術的應用呢？本文在梳理現有新技術的基礎上，從虛擬現實與交互技術角度探討其在數字化校園中的應用。

信息接收終端建設問題是數字化校園建設要著力解決的問題之一，因此探索創新型數字化校園中虛擬現實與交互技術的應用，就要考察現有的信息接收終端并深入研究最新的信息接收終端。隨著移動通信網絡的快速發展，特別是以3G移動通信技術為代表的新移動通信網絡的發展，“第五媒體”作為最具代表性與最具創新性的信息接收終端受到世人矚目。“第五媒體”主要是以移動網絡為運行平臺，以手機媒體為典型代表，有別于傳統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，以虛擬現實與交互技術為手段，以創新為標準，探索虛擬現實技術與交互技術在數字化校園建設中的應用。

一、虛擬現實與交互技術在數字化校園環境中的應用

數字化校園環境主要是指校園虛擬環境，因此本文探討的是虛擬現實與交互技術在校園虛擬環境中的應用。

（一）在虛擬學習環境中的應用

以3G移動通信技術為網絡應用平臺，結合Internet互聯網，搭建校園網絡平臺，以校園網絡平臺為基礎形成校園虛擬社區，以虛擬社區為單位，創設虛擬學習環境。

AR（Augmented Reality）增強現實技術是計算機生成的一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環境，通過各種傳感設備使用戶融入到該環境中，實現用戶與環境的自然交互。通過增強現實技術，以手機為信息接收終端，可以在校園實體環境周圍形成一個個社區，從而形成虛擬學習環境。例如，在校園公告牌旁（可作為一個社區）設置增強現實技術接入點，學習者可以通過虛擬投影、即時互動、校園信息無線接收、專屬賬戶管理等方式獲得互動性學習信息。當學習者需要查閱相關領域的書籍文獻時，可以不必進入現實的圖書館查閱，而是通過API（Application Programming Interface）應用程序編程接口的文件傳輸功能進入到虛擬圖書館查閱資料。在資料的呈現方式方面，借助于AR增強現實技術，將查閱到的資料以虛擬投影的方式呈現，可以是圖片形式，也可以是視頻形式。甚至可以通過AR增強現實技術在現場模擬圖書館的空間結構，結合LBS（Location Based Service）基于位置服務的技術，將對現實圖書館書籍擺設位置的定位模擬呈現在現場的虛擬圖書館空間結構中，從而形成可感知的，集視覺、聽覺、觸覺、動感于一體的虛擬圖書館資料查閱過程。在虛擬校園社區中，基于AR增強現實技術、API應用程序編程接口技術、LBS基于位置服務的技術創設虛擬的學習環境，將學習的過程由現實環境拓展到虛擬環境中，學習過程將充滿樂趣。

（二）在虛擬地理環境中的應用

現今大學校園的建設規模越來越大，校園的地理空間越來越寬闊，隨之而來的是與地理位置定位相關的校園尋呼、校園定位、校園位置服務等需求的出現。在這樣的情況下，就可以應用LBS技術。LBS（Location Based Service）是指基于位置服務的技術，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的各類信息服務。

在校園尋呼方面，以舉辦校園大型活動為例，在活動的準備階段，需要進行人員的組織與召集。通過LBS技術，可以確定各人員的位置，一是可以確定校園內參與人員的具體地理位置，以便提高活動組織的效率，明確參與人員的分布情況。二是可以在活動現場確定各參與人員的具體現場位置，從而進行合理布局，掌握活動現場實況，便于現場組織與指揮。

在校園定位應用方面，校園管理者可以通過LBS技術，對校園的空間資源進行科學直觀的分配。將原有的對照校園地圖進行分配的傳統方式轉化為對照實景建筑進行分配的數字方式，比如學校內的校舍分配工作，通過LBS技術對校內建筑進行精準定位，通過互聯網絡傳輸到校園管理者的移動通信終端，再通過AR技術進行呈現，從而幫助學校管理者完成對校舍的分配。

在校園位置服務方面，校園文化建設與之關系密切。以學校主頁為例，作為學校對外宣傳的主要途徑，現在的校園風光介紹大多以圖片展示的形式出現，即使是少數以視頻方式呈現，也是校園風光的片段式展示，校園網的瀏覽者無法獲得對整個校園的全景式、立體化的感知。LBS技術就很好地解決了這一問題。通過LBS技術的校園位置服務，結合AR技術的3D定位、即時互動，瀏覽者可以根據自己的需要，實時瀏覽校園的任一位置，而且是立體化的真實場景呈現。

二、虛擬現實與交互技術在數字化校園資源建設中的應用

（一）在數字化校園資源應用平臺建設中的應用

隨著3G技術與互聯網技術的深入融合，以智能手機為信息接收終端的第三方智能手機應用程序越來越受到關注。例如，諾基亞手機中的ovi store、黑莓手機中的BlackBerry App World、安卓的Google Play Store、Apple的App Store等，這些都是以“應用”為目的通過第三方智能手機應用程序與互聯網進行連接而進行的商業贏利模式。這里提到的“第三方智能手機應用程序”統稱為“APP”，也就是英文Application的簡稱。綜合該平臺建設的經濟成本、普及程度、現有的技術水平以及應用的便利性等因素，數字化校園資源應用平臺建設的較優方案應該是以智能手機為信息接收終端，以3G移動通信技術與互聯網為網絡平臺，包含眾多APP技術的資源應用平臺。APP技術的特點，決定了數字化校園資源應用平臺充滿著虛擬現實與交互技術的應用。

（二）在校園公開課資源建設中的應用

通過建成的數字化校園資源應用平臺，在校園公開課資源建設方面可以改變傳統的授課方式。現今，有很多大學或網絡開設公開課，主要的方式就是將課程進行視頻錄像，然后通過互聯網播放，學習者可以通過網絡播放器學習課程內容，但無法互動。隨著校園內部數字化校園資源應用平臺的建立，學習的主要途徑是以智能手機為學習終端，學習的內容不是冗長的系統講述，而是由知識點構成的短暫的趣味學習，將學習的過程融入到簡短的游戲過程中。而學習趣味性的廣度，則是由平臺所包含的APP技術的種類決定的。APP技術在公開課資源的建設中，通過趣味性學習中的虛擬游戲的設計，可以提高學生學習的興趣。而且，有別于現有的公開課的授課方式，APP技術可以提供學者與授者的充分互動，加強學習的效果。

（三）在數字化課件資源建設中的應用

交互是對數字化課件資源建設的一個基本要求，那么虛擬現實在數字化課件資源建設中是如何應用的呢？其實，虛擬現實技術的應用過程也是數字化課件資源的信息再包裝過程。從人接收信息的各個器官來看，有資料顯示，人類接收信息的80%通過眼睛獲得，因此視覺信息的接收無疑是最重要的。當前所處的讀圖時代的特點，學習者越來越注重視覺學習資源的接收，今后視覺課件資源的制作也將是未來的一大趨勢，這就為課件資源中大量虛擬現實技術的應用提供了可能。例如，通過虛擬現實技術演示機械運動，從而學習機械方面的課程；再比如通過演示某個文學故事中的場景，學習相關的文學知識，或許以后的文學課程會集合成“地圖文學之旅”等。

LAYAR（用手機瀏覽器連接現實世界）技術是由荷蘭的軟件公司Sprx mobil研發設計的一款增強現實的手機瀏覽器，通過該技術可以將現實世界與虛擬數字內容結合在一起，從而深入了解現實世界中的信息。若將該技術應用在數字化課件資源建設中，就可以方便地實現理論應用于實踐的教學目的。例如，通過這一技術可以將所有課件資源儲存于校園資源應用平臺，當學習者在生活中遇見學習時提到的現實事物時，可以通過LAYAR技術獲得關于該事物的詳細學術信息。因此，這里的數字化課件資源就不僅僅是指理論知識，還包括實踐應用，而且通過LAYAR技術將理論與實踐緊密地結合在一起。

三、虛擬現實與交互技術在數字化校園學習行為中的應用

（一）在數字化校園簽到服務中的應用

簽到的本意是指報到，用某種記錄方式確認自己出席或參加某個活動。這里的校園簽到服務首先包括簽到的本來含義，具體則是指學校的考勤、資料的遞交確認、校園活動的參與狀況等方面。現今互聯網絡上應用較多的網絡簽到程序，其基本模式是以網頁為展示形式，通過參與者的適時網絡點擊，獲得簽到確認。

以校園特有的3G移動通信技術與互聯網相結合的網絡平臺，基于虛擬現實與交互技術雙重應用的考慮，校園簽到服務有自己特殊的形式。例如，在學校教師的上班考勤與學生的上課考勤兩個方面，為了更加直觀地展示考勤的視覺效果，可以應用虛擬現實技術創設考勤的虛擬環境，通過交互技術的應用，在考勤單位與被考勤者之間形成信息的交流。與現今的網絡簽到相比，校園簽到服務可以不拘泥于互聯網上的簽到行為，可以延伸至“第五媒體”上的簽到行為，例如通過手機進行校園簽到。同樣，校園內資料的遞交確認、校園活動的參與狀況確認等都可以如此應用。例如，校園管理層方面的文件傳遞和校園教育方面的學生作業遞交等，都可以通過在手機簽到的形式獲得資料遞交的確認。

（二）在學習方式方面的應用

通過虛擬現實與交互技術的應用，在學習方面可以實現遠程學習、搜索學習、分享學習、進階學習、虛擬實訓等。通過虛擬現實技術與交互技術，在信息接收終端創設學習情景，脫離教室場地的限制，實現遠程學習的目的，虛擬實訓同樣可以如此。通過互動技術的充分應用，學習者可以根據自身學習情況，主動搜索數字化校園資源應用平臺中的學習資源，達到搜索學習的目的。前文提到，LAYER技術將現實世界與虛擬數字內容結合在一起，瀏覽者可以根據自身知識現狀分層了解不同信息。因此，在進階學習方面，通過以3G移動網絡為網絡平臺，利用LAYER技術將每一科目的知識點形成層級，學習者可以在不同層級進行學習，形成分階段、層層深入的學習過程。同時，可以利用LAYER技術的瀏覽器應用，在“第五媒體”間相互分享學習知識。例如，以班級為單位，在班級成員手機移動網絡內分享電子筆記，也可以超越班級的范圍，在校園內形成虛擬學習團隊，團隊內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中的虛擬現實與交互技術在數字化校園中的應用，而且將主要的研究重點置于以“第五媒體”為信息接收終端，以3G移動通信技術與互聯網技術為網絡平臺的研究上。信息技術的發展既快速又寬泛，數字化校園的建設任重道遠，本文的研究難免會存在一定的局限性，無法觸及數字化校園建設中信息技術應用的全貌，但這樣的探索研究是必要的，本文的不足也必將成為后續研究的重點所在。

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（責編 王 一）