虛擬現實在科普教育中的應用

河北省醫學情報研究所 祁海霞

借助三維傳感設備實現科普內容的真實感，以全新的視角來進行理解，這是具有現實意義的，并且作為革新性的傳播手段刷新著科普教育方式。從受眾群體的接收信息行為以及輔助科普教育方面來看，虛擬現實的應用還具有以下三個方面的優勢：（1）選擇的主動性。虛擬現實技術為自主學習提供了豐富且多樣化的有利條件，用戶可選擇不同設備，將需要的教學資源儲存在網絡運營平臺、桌面式設備、移動設備和紙質圖書館里，學生可以在不同的地方采用不同的設備隨時隨地地根據自身情況進行學習，為學生提供多樣化的學習環境，踐行“因材施教”的教育理念。（2）創意的有效激發。虛擬現實技術具有聽覺、視覺、觸覺等多感知性，讓學生具有真實情景體驗、跨越時空限制、動感交互穿越的感受，幫助學生對知識的理解與記憶。將真實的情景投射在虛擬構建的場景中，并且如“夢境”般的切身處境，又有極為真實的多感體驗，并提供直觀、有效的交互過程，這樣在充分地獲得知識理解的同時，更促進學生想象力的激發。（3）應用中的黏性增強。虛擬現實可融合游戲化的特征，過程中具有真實感、體驗感、沉浸感，增強學生的興趣，提高學習內在動機，將一改傳統課堂的枯燥乏味，促進提升在學習行為中學生主動學習的比例，貫徹“寓學于樂”的教育理念，對學生的學習具有巨大的輔助和促進作用。

虛擬現實技術在不斷突破創新，虛擬設備迭代更新、層出不窮，由體積龐大的VR設備發展到目前階段的便攜式設備，再到概念性的裸眼3D的嘗試實現，虛擬現實技術在不斷飛快刷新著。這為科普教育發展的多學科融合奠定了技術基礎，也為教育領域提供著創新技術的支撐。將虛擬現實技術結合科普教育運用，為受眾群體提供著更高級、更高效、更加符合時代發展特征的用戶體驗。

2016年10月，中央電視臺運用虛擬現實全息技術直播了“天宮二號”和“神舟十一號”交會對接及共同建立組合體的過程。采用虛擬追蹤技術，通過機位的景別變換，使觀眾直觀了解到“天宮二號”和“神舟十一號”的設計細節以及內部構造和控制面板。主持人帶領觀眾走進實驗室內，如同身臨其境地一步步探究。與傳統新聞信息傳遞相比，虛擬現實技術在電視新聞科學宣傳普及中的應用使得知識信息更加生動、直觀地體現，視覺沖擊力更強，觀感強烈。2017年11月6日，首屆全球虛擬開發者大會在深圳召開。虛擬現實領域極具創造性的行業翹楚展示了眾多創新項目，其中“眼控硬件裝置”獲得大獎。另有一款叫“Amazon Advssey”的教育類VR產品，使用VIVE頭盔，可游覽亞馬遜叢林，了解風土人情。

增強現實是以虛擬現實為基準發展起來的新型增強技術，即將虛擬與現實相結合，同時提供實時的交互行為空間及三維環境相匹配。增強現實的市場應用非常廣泛，可挖掘應用的領域存在巨大拓展空間，如在教育領域中，可以實現學生學習內容的全息成像、虛擬實驗、虛擬環境展示、仿真教學等等。增強現實在教育應用面前的出現，使用戶體驗上有了質的飛躍，無論從能效還是審美，都得到了提升和優化。

利用增強現實的交互技術，采取以現實背景為依托，利用三維建模提取制作而成的“虛擬教師”，實現了教育形式在便攜性、交互性、創新性以及能效性上的實質提升。

《泥河灣虛擬現實項目》取材于泥河灣盆地更新世早期150萬年前，石溝遺址出土的動物化石與人工遺物，旨在應用考古發掘方法、三維建模手段、VRAR技術和美術動漫手法等模擬復原展示古人類和動物在泥河灣古湖邊生活的真實場景。從科學角度客觀闡釋直立人階段古人類的適應環境的能力水平，模擬展現泥河灣150萬年前的原始時期的真實形態。

利用增強現實技術的真人交互，并采取模擬的教師形象解說為主，三維建模手段、VRAR技術和美術動漫手法等模擬動畫為輔的手段，在最大程度上還原真實的場景，帶來逼真的教學和參觀體驗，避免傳統意義上的“解說”加“參觀”的刻板模式，在“增強現實”的交互體驗中，用戶可以最大程度發揮自己的想象力和參與度，能夠有效激發用戶的能效體驗。

項目制作對泥河灣生態及動植物進行數字三維模型的重建。主要應用高分辨率數碼相機拍攝與Agisoft Potoscan建模軟件的結合，形成了高精度、真色彩的數字化模型并可直接進行3D模型的打印。

“虛擬現實”在科普教育中的最大優勢就是可以跨學科、跨地域的交叉交互，同時避免了資源的浪費，有效地提升了交互作用下的用戶體驗。