元宇宙背景下的虛擬課堂交互體驗分析

●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，扎克伯格認為元宇宙就是一個融合了虛擬現實技術，用專屬的硬件技術設備打造的具有超現實感的社交平臺，而騰訊的元宇宙概念是一個獨立于現實世界的虛擬數字世界，用戶進入這個世界之后可以用新的身份體驗新的生活。百度百科對于“元宇宙”的解釋是借助VR和AR技術及設備，吸引用戶在這個3D的虛擬世界中，建立一種類似于現實生活一樣可以進行人機互動，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絡公司Facebook改名為Meta，公司的標志從大拇指或者是字母F變成了類似于無窮大的符號，宣布5年內將Facebook從一個社交媒體轉型成為打造虛擬世界的公司，這個虛擬的世界就是“元宇宙”。包括騰訊、阿里巴巴、微軟等也陸續宣布進軍元宇宙。元宇宙是未來從事線上活動的基礎，也是未來的虛擬現實技術發展的趨勢[1]。

（二）新冠肺炎疫情下的線上教學意義

隨著2020年全球新冠肺炎疫情的影響，線上活動變得尤為重要，線上課堂可以保證學生的學習進度，不耽誤正常的社會生活，同時也能減少聚集及接觸，從一定程度上減少被感染的風險。而伴隨著虛擬現實技術的進步以及元宇宙概念的普及，可以有效推動線上課堂服務，多元化授課模式，探究更新穎有效且符合情景的教學方式。根據艾媒新聞顯示，2020年4月15日，190多個國家的15億多學生因為疫情影響造成學校停課的影響，這占世界學生總數的90%，是教育史上前所未有的局面。對高等教育來說，疫情同樣是極為重要的一個歷史節點。隨著線上教學的普遍推行，高校師生們傳統的教學模式被徹底打破，因為疫情引起的普遍焦慮對學生心理健康造成影響。同時，高校的功能也變得更為多樣化，除了人才培養、科學研究和服務社會外，更要成為抗擊疫情、維持社會運轉的重要社會組織。

根據艾媒網絡數據，受本次疫情影響，2020年新冠肺炎疫情期間在線復課將覆蓋包括學生教職工在內近3億人的規模。在線教育迎來首次全國大規模推廣應用落地，其或將成為在線教育發展的重要節點。2020年中國在線教育用戶規模將達到3.51億人。

有一半以上的受訪者認為線上課程是防止校園中疫情進一步擴散的有效途徑，1/3的受訪者認為這是停課不停學最好的方法，還有20%的受訪者認為線上課程便于開展教學活動。此次疫情可以說是促進線上課程最關鍵的因素。

根據艾媒數據中心的數據顯示，線上課堂最大的缺點是學習氛圍的營造，近一半的受訪者表示線上課程由于體驗不佳，學生的注意力容易分散，第二個嚴重問題是不能隨時向老師提問、同學之間無法討論，還有將近40%的受訪者表示線上課程缺乏監督，導致學習效率較低。

二、現有虛擬技術的應用

（一）國內外高校對于虛擬大學的探索

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、麻省理工學院等。游戲《第二人生》中已經有很多高等職業院校的虛擬課堂，在《第二人生》中很多高校已經開展了一系列跨國界、跨種族的教育活動[2]。

亞利桑那大學率先應用《第二人生》進行教學實踐，以學科為突破口，打造特色虛擬大學，亞利桑那大學結合其天文學科的優勢資源在大學本科自然科學的天文學課程中率先應用第二人生進行教學實踐。學科教師和相關教育人員經過前期總體的設計與規劃，通過讓學生建設一項“富于創造性的工程”來開發一個完整的天文學虛擬場景[3]。

在國內也開始涉足虛擬課堂，煙臺大學和美國佐治亞州立大學的教師合作開展了一項有關將《第二人生》應用于 EFL學習（English as a Foreign Language，英語作為外語）的研究[4]。

國內外高校《第二人生》應用的成功經驗表明，使用虛擬世界在網絡上系統地進行一整套教學活動是可行的，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重要舉措，將虛擬課堂實施于實際教學，提高學生學習質量，節約學習時間，實現了資源共享。

（二）從虛擬會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最近對外發布了遠程辦公軟件Horizon Workrooms，它可以使用戶在虛擬的環境中進行會議，通過Meta的Oculus Quest頭盔和手柄，在虛擬會議中可以對用戶的視覺和手部進行追蹤，可以使用戶更加真實體驗整個會議環境。從現有的應用程序來看，虛擬會議室包括一個功能齊全的虛擬桌面，利用安裝在pc端或者是mac上的配套應用程序，將計算機桌面串聯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，甚至可以與房間內的其他用戶進行屏幕共享，在佩戴頭顯時，用戶可以通過視頻聊天的方式邀請朋友加入進來，在進行會議時，桌子的大小會根據用戶的多少進行伸縮，非常人性化，vr虛擬會議室的每個會議室都會有自己的白板，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容擦除。

在疫情開始后，遠程會議室的規模已經從大規模的普及發展到提升用戶體驗感的階段。元宇宙的大環境下，虛擬現實技術與遠程會議有了一個非常契合的點。比如通過虛擬現實技術用戶使用自己的一個“虛擬形象”進行參會發言，開會時還可以搭配虛擬形象的面部表情和身體語言來傳達信息。甚至，人們可通過虛擬現實的設備，比如VR或AR眼鏡，虛擬設備使用戶在參會時更具有沉浸感，與同事的互動更加真實，也能夠更加真切感受真實的物理環境。

虛擬會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生，所以在操作、實施以及配置設計上兩者都可以互通。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議相一致的。

三、網絡課堂與虛擬課堂的對比

現在的網絡課堂和本文所說的虛擬課堂有什么區別呢？網絡課堂與虛擬課堂相比就像是網絡技術的1.0版本和2.0版本。現在網絡課程使用最多的就是騰訊會議、room等平臺，隨著VR技術的普及化，虛擬課堂在師生的距離感、文件上傳和平臺使用的便捷性以及用戶與用戶間交互的真實性等方面相比于網絡課堂有了很大的提升。

（一）真實性的轉變

在網絡課堂的使用過程中，學生都在看著屏幕，通過攝像頭拍攝到每個學生，但是學生與教師之間缺少眼神的交流，因為學生的視線都在電腦的屏幕上，不會和攝像頭產生交互，所以平臺兩端的用戶不會有眼神的交流，但是在教學的過程中，師生的眼神交流是必須的。通過眼神的互動才能使教師更好地掌握學生對于知識的理解程度，進而開展下一步的教學活動，這樣才能使學生更好地掌握所學內容。虛擬課堂就很好地解決了網絡平臺無法眼神交流的弊端，虛擬課堂可以使用VR設備，頭顯上有4個攝像頭，并且VR眼鏡支持眼動追蹤，所以VR眼鏡可以追蹤學生和老師的視線，面部表情也會較好地在虛擬形象上同步，平臺兩端的用戶可以有眼神的交流。

當然不僅僅是眼神的交流，還有手勢上的交互，頭顯設備能夠實時追蹤用戶的雙手，填補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選交互，讓用戶在絕大多數場景下可以不須使用控制器依然做到肢體的互動交流。用戶在使用時帶上類似于手套的動捕設備或者是一些外拓的設備，可以實現用戶與用戶間的觸感的體驗，根據力學的反饋使用戶具有超現實的感覺。在當前的追蹤方案下，虛擬角色只顯示上半身，用戶對自己下半身的存在感知較弱，在用戶起身或輕微移動時晃動虛擬座椅，可以有效增強課堂真實感。虛擬現實技術的進步可以解決學生線上學習注意力容易分散的缺點，可以在虛擬空間中，模擬現實的交互性質，增加互動效果，提升師生教學與學習質量。

（二）便捷性的轉變

現在所使用的網絡課程平臺需要教師提前將課件進行上傳或者是屏幕共享，在操作上更加復雜，但是虛擬課堂上根據教師的操作可以直接在虛擬課堂上制作課件，學生用某個手勢甚至某個眼神就可以輕松地打開，不懂的知識能夠更快速進行搜索，以便于更好地配合教師的課程教授。現在的網絡課程平臺只能發送一個文件，例如Room，他的文件上傳在聊天頁面的右下角，而Horizon Workrooms平臺他的工作區域不受范圍的限制，這樣教師在上傳文件時可以多份文件同時進行上傳。

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

此外，虛擬現實技術還可以追蹤現實中重要的輸入設備——鍵盤，映射到虛擬空間中，大幅提高虛擬會議輸入效率。在虛擬課堂上可以倒轉控制器充當畫筆，畫筆是課堂過程中的另一個重要輸入設備，雖然支持手勢追蹤，但用手充當畫筆會產生一些問題，比如手指與畫板接觸時沒有觸感反饋，且手勢追蹤的精度相對較低，對動作幅度較小的抬筆等動作很難準確識別，所以控制器是更好的選擇，通過倒轉控制器充當畫筆，實用又有趣。

（三）距離感的轉變

網絡課堂上，為了清晰地呈現音頻只能有一個用戶說話，其他用戶說話將會干擾音頻，從而無法清晰展現用戶聲音，而虛擬課堂中模擬真實物理世界中不同方位的聲音效果，利用對頭部運動實時響應的3D音頻，加強虛擬環境中的空間感；每個學生都可以自行選擇位置，聲音大小也會隨著用戶與用戶之間的距離而發生變化，在課堂上的體驗也更加真實，使每個用戶都能真實地體驗，在同一個空間中進行學習就實現了虛擬課堂在空間上的突破，并不會像網絡課堂，使人產生千里之外的感覺。并且，虛擬現實中的課堂可以根據用戶劃定的區域范圍，將虛擬辦公桌面和虛擬白板固定在現實空間中的指定位置，融合虛擬環境與現實環境，有效改善了線上課程的距離感的問題。

四、虛擬課堂交互體驗的局限

（一）人物形象的真實性

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

（二）人物移動形式

現有的Horizon Workrooms上移動方式有三種：第一種是現實空間中發生位移，虛擬空間中也發生位移，且二者同步。第二種是現實空間中不發生位移，虛擬空間中發生位移。第三種是現實空間中發生位移，虛擬空間中也發生位移，但二者不同步。

在現實中開會時，如果要從自己的座位走到白板前，我們不會在起身前先點擊一個按鈕說“我要走到白板那去了”，走到之后再點擊一個按鈕說“我到了”；但是在Horizon Workrooms中需要通過三種不同的方式去實現，而且其間的移動過程是模態（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用戶在現實空間劃定的兩塊區域來定位的，而這兩塊區域之間的位置關系與虛擬空間桌面和白板之間的位置關系并不相同，導致用戶在現實空間與虛擬空間中的移動距離和移動路線都不是一致的，所以只好通過標記起點和終點的方式實現在虛擬空間中的移動。也就是說，只要虛擬空間和現實空間之間存在位置上的映射關系，移動方式就會受限，完全自然的移動方式就幾乎不可能實現。

在現有的虛擬會議上，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，是因為他們想將用戶的關注點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。而在虛擬課堂中，對人物的移動速度沒有要求，人物形象可以更加完整，更不需要跳躍性的移動方式，所以在虛擬課堂上的VR設備在手柄上應該要設計出攝像頭，對上半身和下半身，甚至于面部表情進行采集，這樣整個人物形象更加真實、完整，更有利于教師對于學生的管理。

五、結語

元宇宙是科技適應社會發展必然出現的產物，虛擬現實技術為數字化社會的發展提供新的平臺和技術[6]。從現在全球發展的趨勢中可以看到，未來數字技術、數字城市都是數字化社會的基礎。在全球新冠肺炎疫情的影響下，線上課堂必然是未來教學的重要發展趨勢。所以，我們必須密切關注虛擬現實技術發展，探究虛擬現實技術在教學服務中的作用，以及虛擬現實技術的交互性體驗。突破現有思維模式，積極擁抱并參與到元宇宙中的線上課堂構建中去，才能更好地發展線上課堂，發展虛擬現實技術[7]。