混合現實在未來教育中的應用展望

王江漢+劉修軍

摘 要 本文通過對當前科技最前沿的“混合現實”技術應用進行分析總結，結合未來教育教學應用的需求，展現了“混合現實”技術在教育領域的應用結合點。

關鍵詞 虛擬現實 增強現實 混合現實 教育教學

中圖分類號：G40 文獻標識碼：A

隨著移動互聯網的飛速發展，以及互聯網+產業概念的深入，在教育發展方面，人們逐漸認識到教育與前沿科技的結合。然而，在虛擬現實、增強現實以及混合現實技術應用方面，與傳統教育的結合，自然而然成為移動互聯網時代新的展望方向，同時也是教育領域對科技創新提出的新的需求點。

1 混合現實技術

混合現實（MR）是一組技術組合，它是繼虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術發展而來，不僅提供新的觀看方法，還提供新的輸入方法，而且所有方法相互結合，從而推動創新 。輸入和輸出的結合對中小型企業而言是關鍵的差異化優勢。這樣，混合現實就可以直接影響您的工作流程，幫助您和您的員工提高工作效率和創新能力。讓我們來看一些可行的方案，了解其工作原理和對有何助益。

混合現實技術（MR）是虛擬現實技術的進一步發展，該技術通過在現實場景呈現虛擬場景信息，在現實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。

2 混合現實與教育教學應用

2.1 教學資源虛擬化

混合現實的最大優勢在于把現實的東西虛擬化，這樣一來，以前比較稀缺的現實資源就會很容易實現虛擬資源的共享，而且還可以還原到現實場景當中來，從而取得更好的實際動手效果。這種教育教學新理念，其實在當前美國教育中已經看到了一絲影子，即STEAM。STEAM是這五個單詞的縮寫：Science（科學），Technology（技術）， Egineering（工程），Arts（藝術）， Maths（數學）。有人稱這個STEAM教育打破學科界限很好玩，比如技術和工程結合，藝術和數學結合，科學和工程結合，STEAM是一種教育理念，有別于傳統的單學科、重書本知識的教育方式。STEAM是一種重實踐的超學科教育概念。任何事情的成功都不僅僅依靠某一種能力的實現，而是需要借于多種能力之間，比如高科技電子產品的建造過程中，不但需要科學技術，運用高科技手段創新產品功能，還需要好看的外觀，也就是藝術等方面的綜合才能，所以單一技能的運用已經無法支撐未來人才的發展，未來，我們需要的是多方面的綜合型人才。從而探索出STEAM教育理念。這種新的結合方式正是未來混合現實技術與教育領域結合的趨勢。

有了混合現實技術，學生可以通過虛擬現實設備來到“真實”的火箭發射場地親手組裝一臺火箭，如果一切順利，可以點火升空。稍有差錯，火箭可能墜毀，或是爆炸。不必擔心，一切都是虛擬的，重復操作，也完全不用擔心設備成本或是損耗的問題。所以，在未來無論是航天、醫學，還是本文討論的教育領域，這種虛擬化的動手實驗教育必會成為主流。

2.2 教育遠程指導

有了混合現實技術作為遠程協作的工具，那么遠程協作工作將變得更加逼真、更加準確。

在教育領域，這種技術應用在一些對專業能力和動手能力要求很高的專業學習上。專家在進行遠程協作指導過程中，通過混合現實技術，既能夠清楚地掌握學生學習狀態，又能夠逼真地向學生展示實際操作過程。甚至可以成為一名指揮很多人的多面手。比如，在汽車維修專業教育中，真正地專家通過現場演示，學生圍觀的教學方式得到的效果并不理想，因為這種傳統的教學方式讓學習和實踐在 時間跨度上的割裂的關系，要解決這個問題，只能是讓專業老師手把手地、一對一地教學實踐，很顯然，這種教學方式并不現實。

有了混合現實技術，以上的教學瓶頸問題迎刃而解。老師和學生同時進入混合現實場景，學生可以和老師同時進行設備的操作，老師可以隨時觀察學生操作的規范性。同時，誰都不用擔心設備損壞帶來的成本問題。

此外，不僅在教育領域，還有維修、市政、電力水管維護應用中，往往需要很多人深入一些作業，工作往往又臟又苦又累。如果想要找到足夠多的技術水平又很高的專業技術人員去做，顯然很困難。但是讓初級技術人員去做又缺乏足夠的工作能力，這就給混合現實技術帶來了新的機遇。

3 混合現實技術應用瓶頸

一方面，用戶輸入技術難題，虛擬現實更大的挑戰也許是如何在虛擬世界中與目標進行互動。Oculus Rift只是對用戶的頭部進行跟蹤，但是并不能追蹤身體的其它部位。比如玩家的手部動作現在就無法真正模擬。“輸入是能夠給用戶帶來最重要和明顯的體驗，如果不能模擬動作，用戶總會找不到自己的手在哪里。”Luckey表示。

虛擬現實如何輸入是游戲開發者和硬件制造商目前非常大的困擾。雖然現在Xbox的手柄已經可以成為PC的控制器，但是在實際應用中還缺乏一些經驗。其它控制裝置，比如Razer Hydra和STEM系統，雖然都給出了很多承諾，但是依然還是不能模擬使用者的雙手。

目前還沒有明確的方法來知道如何具體的實現虛擬現實技術在手勢上的追蹤。“我們都知道有些事物不太對勁，他們已經妨礙了我們與虛擬世界之間的溝通。”Luckey說。Oculus似乎依然在開發屬于自己的輸入設備，但是目前還沒有太大的成果。

“有些人在采取措施，但是目前大家都不知道自己要做的是什么。雖然有控制器、還有槍，但是我們需要的是一種專門為虛擬現實設備開發的專用輸入設備，并且會成為主流。它不一定很完美，但是必須要超越一把劍、一支槍甚至是一雙手。這是非常困難的，不過模擬一只手要比槍難度更大。”他表示。

另一方面體現在帶寬要求上，特別是在移動通信領域，混合現實技術提出100MB/S以上的帶寬需求，這對當前的LTE網絡來說是不太現實的。隨著5G技術的全面推進，相信在未來3年之內，速率問題將得到根本性地解決。

參考文獻

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