AR虛實融合推動教育改革

摘?要：受疫情影響各大高校實施“停課不停學”網絡在線教育，這種教育方式充分展現了靈活便捷、資源豐富、個性化需求等突出優勢。而AI、5G、物聯網、云計算、數據挖掘、VR、AR等新興技術領域與教育的結合終將改變傳統教育模式。本文通過3D立體空間定位虛擬物體、實時交互及虛實融合等技術探討AR在教育領域的應用，AR技術使得教學活動更加形象、生動、有趣，游戲學習法可大大提高教學效果。

關鍵詞：虛擬融合;AR;3D立體;實時交互;教育改革

無論是現實還是虛擬，都是給人一種感受，人類曾經幻想過的那些科幻和魔幻，正伴隨科學技術的發展、成熟逐漸成為可能。而增強現實AR的提出使得在現實世界中通過加入計算機運算產生的一種比現實世界感受更佳的體驗成為可能。目前，AR[1]將應用在教育、娛樂、影視、醫療、工業、旅游等諸多領域。

1?AR技術概述

確切地講，AR并非是一種的具體技術，可以說是一個目的或者一種新型體驗方式。從概念定義上，AR具有虛擬和現實兩個元素，在技術實現上，AR有多種實現方式，并呈現飛速發展態勢，隨著企業大量資金的注入及各大AR創業公司的興起，印證著AR的發展比VR更受投資者青睞。

本質上，AR將數據和分析通過計算機運算轉化成圖像或動畫，并將其疊加到現實世界中。從更深層次上來看，AR創建了一種新型信息呈現范式，讓實時交互上升到全新境界。一種簡單的游戲，任天堂AR卡片開啟了基于AR卡片的AR游戲之旅，游戲玩家購買的掌機NDS利用攝像頭掃描附帶AR卡片（通過掌機NDS賦予新意義），從而在屏幕上幻化出不一樣的畫面。其實質上是獲取AR卡片中存儲的信息，使得人物呈現立體效果，用戶可以實時交互開啟游戲。還有基于場景的Night?Terrors：The?Beginning（驚悚夜：開始）這款游戲，一款于現實場景互動的AR恐怖游戲。

AR醫療在血管照明方面應用較為成熟，醫務人員在手術中通過PC機應用軟件進行助力可查看隱藏血管，例如此前的一個案例：借助谷歌眼鏡疏通右冠狀動脈阻塞，還有醫療設備營銷可視化的應用都是這方面典型的例子。

基于3D模型的全息影像投射到現實世界中，終將開啟另類現實生活，《幻樂之城》中“技術控”韓雪現場挑戰AR全息投影，四種場景變換，八個人物演繹搭配音樂實現表演與影像的實時互動，早在多年前就已有該技術的舞臺呈現，這也是一種全新的視覺盛宴。

AR旅游，華為和敦煌研究院合作，對莫高窟高精度掃描采集數據，通過厘米級空間識別技術復制了一個與實景相同的虛擬莫高窟空間，在華為AR地圖中與真實景觀合二為一，那么在游覽的時候可以隨時聽取故事，觀看相關介紹。以及關于故宮的AR旅游等等一系列科技為藝術注入了新的感知力，這使得我們未來的旅游體驗更加具有趣味性和科學性。

2?AR+教育的優勢

學生上課使用手機都是被認定為違反校紀校規的行為，現如今實行“停課不停學”網絡在線教育以來，學生使用手機是一件非常光明正大的事情了，而這也正是教育變革的必經之路，谷歌在I/O推出的Bring?the?World?into?the?Classroom（AR未來課堂計劃），一旦實行，會不斷聽到AR刷新教學體驗、推動教育事業變革的聲音，這充分凸顯了AR+教育的優勢。

2.1?全新的課堂體驗

AR虛實融合[2]連接現實與虛擬環境，打造3D立體內容，可以惟妙惟肖的模擬知識模型及內容，非常直觀、生動、形象地展現課程內容，這樣有助于學生更加深入理解和掌握知識，而書本也可以以立體方式呈現，有助于打開學生創新思維模式，我們看到的不再是2D投影、白板、黑板等平面內容，而是栩栩如生的三維動態畫面，那么對于空間想象力的填補和一些肉眼不可見的內容，AR可以可視化呈現，形象地解決數學、物理、醫學等領域的知識的枯燥性。這樣的課堂體驗無疑是一場視覺盛宴。

在課堂進行過程中，游戲教學法能夠充分調動學生積極性，利用AR體驗使學生進入游戲角色或虛擬游戲場景中，貫穿專業知識點，可大大提高學習效率。興趣是最好的老師，這樣的教學方法很容易讓學生產生極大的興趣，有了興趣之后，學生的學習會更主動，學習動力更強，讓整個課堂的氛圍非常積極向上，非常和諧，無論對老師還是學生，無疑將會使得課堂體驗上升到極致。

2.2?突破時間地域限制的先進

AR的引入使得遠程教學更加形象、生動、逼真。現在的遠程教學能夠呈現的更多的還是基于二維空間的，局限性顯而易見，使得學生的課堂體驗停留在2D屏幕上，雖然跨越了傳統教學模式，但學生學習僅停留在聽覺和二維畫面上，對于實驗、實訓及一些動手實操類的課程還是不能夠更好地理解，但是AR的引入跳出了二維空間，可以使得教師、學生進入一個立體呈現出來的3D空間內，還有一些標本、實驗器材可以立體呈現，碎片分割，使得學生理解課程更加深入、具體，特別是針對一些教育資源貧瘠的地區來說，無疑是一種全新的體驗。對于教育資源匱乏的地區，能充分利用好AR將會讓該地區的學生更容易接受一些晦澀難懂的知識點。

2.3?低成本高安全

對于一些需要器材、化學品、機械等實際存在的物理設備領域，AR引入將會使得實體物料需求量大幅度降低，比如物理領域課程，通過AR師生將實現邊觀看3D立體虛擬器材，邊直接操控設備進行實驗。這一技術的引用將大大降低學習的成本，學生不需要再交一些高昂的費用來做一些具體的實驗才能學到某些知識。醫學領域，通過AR將實現實時呈現3D虛擬人體，師生在虛擬人體上進行手術操作或者人體解剖，那么將無須攜帶人體模型上課了。學生可以近距離地觀察每一個解剖動作，充分了解人體的每一個器官，不像傳統的人體模型，學生只能靠想象。而這一技術的引入使得學生身臨其境，完美地學習這些知識。通過AR不一樣的課堂實訓體驗，學生不僅可以更加直觀、生動地學習課程內容，了解生物構造，掌握操作技術，而且還可以大大縮減實驗器材及生物標本的采購成本。對于生化和醫學領域實驗有很大的安全隱患，化學實驗存在爆炸、輻射、腐蝕、中毒等系列傷害，醫學實驗有的必須要求無菌環境操作，借助AR技術[3]，將實現虛擬實驗環境，用AR深入實驗探索，甚至可置身于其中解決結束壁壘問題，更甚至降低實驗風險。同時，虛擬的教學和實驗實訓、AR?3D虛實融合的教學模式更能幫助學生進入“沉浸式”教學中，大大提高學習興趣和學習效率。

2.4?豐富的內容體驗

就目前教育現狀而言，線上教學、VR教育、AR教育等處于發展階段，且機會與挑戰并存。國外，AR教育存在較為豐富的表現形式，比如像AR沙盤。可以想象下，學生處在一個沙盤前，這個沙盤有丘陵、山谷、河流等，在沙盤上方，存在一個微軟Kinect攝像頭用來自動測量各個部分與沙子間的距離，并在沙盤空間內投射出高線和色彩，如暖色表示山峰，冷色表示洼地，那么學生可以不斷把沙子推向山峰周邊，此時顏色隨之改變，可以形成色彩美妙的島嶼、海洋。當學生將自己的手放在山頂之上時，虛擬的細雨洋洋灑灑，雨水可能逐漸變大，然后從山峰留下匯聚，最終流入海洋，形成復雜的氣象及地理學結合的過程，可以讓學生充分感知學科的豐富性和美妙性。

3?AR教育走向多元化時代

AR虛實融合引領教育走向多元化時代。AR的迅速崛起，很大程度上得益于突破了在時間、空間和地域上人類感知限制，從最原始的線下發展到線上，通過AR讓學生置身于三維環境中，進行人、物、景、境等的多重虛擬交互，可再現現實世界中無法靠眼睛真實觀察到的多維畫面和空間變化，帶領學生走入虛擬的多維內景中，直觀感受文字和語言所表達不到的那部分，醫學解剖可以走入人體看到人體器官中心臟的構造和跳動，血管內血液的流動，手術整個過程的虛擬模擬，有助于學生深入掌握相關知識，文學鑒賞、文物甄別、歷史故事等通過AR技術[4]可以使人仿佛穿越至當時，感受古人、古物帶給你的視覺沖擊。

甚至，學習計算機課程將讓你感受到從程序編譯到呈現出結果整個過程的神奇，及各個電子元器件的相互配合。

這一技術的引入，使得我們的學習有了方式，使得教育朝著多元化、精細化的方向發展。例如，建筑專業、設計專業可以使用AR建模讓學習的人可以看到一個實際的項目在不同環境下的不同樣子，快速生成模型，學習者可以操作旋轉，可以及時地發現設計中的瑕疵。學校圖書館可以出一些AR圖書，使用特定攝像頭掃描書的內容時，3D動畫、視頻和音頻接踵而來，甚至可以做一些互動元素，讓學習易如反掌。此外，可以結合AR做一些發現式學習，可以在學校的展廳結合AR做一個古跡覓蹤等類似的應用，讓學生可以獨自發現并學習一些歷史知識，中華民族的5000年文化后繼有人了。一些特殊的院校也可以結合AR來進行培訓，對于軍事學院，可以通過AR來進行三維仿真建模，將一些高精尖且昂貴的裝備展示給祖國的精英們觀看，詳細講解每個功能模塊的功能與使用方法。對于醫學院，也可以通過三維仿真建模在課堂上通過平板展示并且做一些互動讓醫生們清楚地學習到一場復雜的手術是如何完美完成的。

綜上，AR教育趣味性高、節省時間、低成本、高安全，展現形式多樣，必將引領教育走上新的臺階。

4?總結

AR技術目前的應用領域眾多，在各行各業都有相關研究，在帶給人們一定視覺沖擊的同時，伴隨著先進的科技感和全新體驗。AR+教育的應用，將會更加促進和催化教育模式的轉變，推動在線教育向更具吸引力、科學感、趣味性、體驗性方向前進。AR虛實融合將開啟教育新紀元，科幻是創新的源泉之一，可充分激發發明創造，引入AR技術，將打造下一代未來教育課堂新模式。

參考文獻：

[1]佚名.AR（增強現實）[J].上海信息化，2016（10）：10-11.

[2]蘇凱，趙蘇硯.VR虛擬現實與AR增強現實的技術原理與商業應用[M].北京：人民郵電出版社，2017，443-460.

[3]季至宇.VR與AR技術教育應用研究[J].軟件導刊，2017（10）：224-226.

[4]蔡蘇，張晗.VR/AR教育應用案例及發展趨勢[J].數字教育，2017（3）.

課題：2019年甘肅省高校科研項目：課題名稱：精準扶貧背景下課程資源共享云平臺的研究（課題編號：2019B-251）

作者簡介：高政霞（1991—），女，碩士。