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VR将掀起一场教育领域的新革命

  周明全  2016-06-13 17:44:11

作为一种新的信息技术,VR到底可以应用在那些领域呢?

 

实际上,能够通过虚拟现实技术实现的环境,就能应用虚拟现实。我们实验室近年研究主要是虚拟现实应用在文化遗产数字化保护,例如、虚拟博物馆,虚拟文化景点等,使得人们足不出户,可以游览名山大川,从山西乔家大院,可以直接到西藏的布达拉宫。看到了秦始皇兵马俑时,他是如何碎片复原的,如何站立起来的,这个俑的特点是什么,均可以在虚拟环境下搞得明明白白。还可以使得兵马俑“队伍集结”,使用者如同当年的秦始皇一样,对这些“复活”的兵马俑,发号施令,让他们演练“长蛇阵”、“八卦阵”。过一把当"三军司令”的瘾。

 

虚拟现实在医疗方面的应用也是很重要的一方面。虚拟手术,精准医疗都需要虚拟现实技术的支持。举例来说,我们和医院合作,把一个病人的大脑用虚拟现实技术建模,3D技术打印出来,医生在虚拟环境下先行操练,然后再给病人做手术,这种利用虚拟技术的医疗计划,可以实现个性化的手术方案,对完成精准医疗,提高手术成功率大有帮助。

 

虚拟现实也可以应用在商业上,远程电子购物时,如果把虚拟现实用进去,看到的是一个近乎真实的东西,有的当时可以体验。虚拟现实运用在商业上的一个例子便是试服装。顾客在镜子前一站,大屏幕马上有穿衣效果图。在未买衣服前,先试穿,合适再定做。此外,在国防、虚拟社交、娱乐方面,VR也有重要应用。

 

VR成功应用于教育行业

 

虚拟现实在教育上的应用在国内外都有成功地典范。教育本身就是一种“知与行”共同前进的事情,认识来自实践,学习需要体验。

 

在现代教育技术的发展上,我们经历了基于广播电视的远程学习D-Learning,基于电脑和互联网的电子学习E-Learning,利用现代通讯终端,如手机、PDA等设备进行的移动学习即M-Learning。这些教育技术的发展,分别实现了教师与学生的时空分离,远程的面授教学,随时、随地进行自由的学习等教育改革,是信息时代新技术对传统教育一次又一次的冲击。然而,这些冲击并未撼动目前的传统教育。

 

现在人们在推MOOCs,MOOCs是通过网络教导学生的课程,一个教授可教授数千万名学生的课程。MOOCs将最好的课程送到了“渴望学习”的人们面前,解决了资源共享,商业化运作成功。但是,和传统教学比较,MOOCs授课不能解决教学内容和知识的可视化,它的教学过程缺乏情境,没有沉浸感;教学过程缺乏交互(教师与学生、学生与学生、学生与环境);教学模式及评价方法有待提高。而虚拟现实在这些方面能实现交互、沉浸感,所以虚拟现实是教育领域取得新变革的重要技术。

 

V-Learning带来教育界新革命

 

从人类知识的获取来看,来自视觉的认知信息占83%,其余感官的获取量占17%,而且视觉信息持久性更长。近年来发展的可视化技术和虚拟现实技术为教学教育提供了新的方法。

 

沿袭教育技术的发展,我们把基于虚拟现实与可视化技术的教育叫做V-Learning。这种虚拟学习是用可视化的方法表述学习内容,在虚拟现实环境中交互学习。V-Learning的推进,将有效地改善教学的可视化、兴趣化、互动教育,进而提升学生素质培养,能力培养,带动中国教育理念、教育方法、教学方式的革命。

 

在虚拟现实应用方面,需要体验的地方VR应用做得都比较好。在教育领域,职业培训,包括军事演习应用得也都比较好。从教育的国际视野看,许多国家和地区推出了类似的虚拟教育方针和技术,例如虚拟世界中的虚拟学习(新加坡)、虚拟现实教育提升(非洲)、基础教育虚拟化(我国台湾)、教育的VR工程(英国)等。在虚拟现实发展中,在教育和培训方面的成功例子不胜枚举。

 

陆游讲过“天下之事,闻者不如见者知之为详,见者不如居者知之为尽”,陆游是宋代的,而荀子距今有两千年,古人都已经提出了“居者知之为尽”,体验对学习很重要的思想。我们要从先哲们那里受启发,从现代科技中找到突破,在虚拟现实时代,推动我们的教育事业不断发展。

 

V-Learning是基于虚拟现实及可视化技术的新的教育教学模式,从D-Learning发展到V-learning,是观念和技术的进步。与前三个阶段相比,V-Learning最主要的特点是体验,由于设备不同,体验式的教学内容、教学方式、教学的实验手段、教学管理都不一样了,对学生的测评也应该进入另一个阶段。

 

V-Learning主要的问题是教学内容的改革,教学过程的改革、教学效果的评价。教学内容是知识可视化方法,完成数字教学资源的建模方法。基于三维实体扫描、医学影像数据、参数方程、序列图像的生产,也可以模型共享下载,3D打印技术完成实物教学资源的生成方法,组织开展知识的可视化方法和可视化技术的研究,形成一套行之有效的教学虚拟模型资源库和运行平台系统。

 

推广虚拟教育须多方合作

 

结合中小学的学习和创新,我们研制了一个维乐(WiLe)学习系统。即VirtualReality,Visualisation和起来两个V,构成了Wi,学习环境是LE,即LearningEnvironment。它可以为基础教育提供一种基于虚拟现实和可视化的教学技术学习方法。这也是研究面向现代教育的虚拟现实的理论和方法,解决现实中的关键技术问题。

 

在数学学习中,函数和几何模型的关联需要充分的想象力,但是在维乐系统,数学公式和它的模型是系统计算显示来的,改变有关参数,展示出模型就发生了变化。数学问题可视化,虚拟交互改变了原来的学习数学仅凭想象。通过软件学习立体几何学,并演示各个形状及其公式。学习物理的电磁学,学生可在摄像头前摆出手势,程序可识别手势并在3D场景内生成手部模型,学生可用手与磁场进行虚拟交互,旋转虚拟磁铁模型,观察电磁变化。

 

通过虚拟系统,可以精细地观察人体结构,演绎生命现象。我们通过体感设备捕捉人脸正面深度信息,提取特征点驱动模板人脸面皮三维变形,得到用户的三维头部信息,另外提供候选发型模板多套,可进行交互添加,生成用户本身的三维头像;可观察人体头部器官不同尺度下的三维模型,包括面皮、肌肉、血管、大脑皮层以及颅骨等,并在旁以浮动文字、图片、视频等资料展现头部相关知识点;依据科学成果,对大脑功能分区进行不同颜色的划分,通过体感设备对人体动作进行识别,显示对应大脑功能分区。

 

类似这样的应用还有很多。从构建V-learning学习环境与推广的难点来看,包括内容上的问题,硬件上的问题,软件上的问题。举例来说,数学课程所用的虚拟现实系统和历史课程用的虚拟现实系统并不一样,因此做这些事心要沉得下去,具体做事,而不是光炒概念。而且还有一个循序渐进的过程,开始容易,慢慢再深入就需要攻坚破难了。因此,虚拟现实内容的制作,一定要专业的老师来参与,因为有多年教学经验会让他知道学生想看什么、需要看什么,这不是企业一家能做成的事情。

 

虚拟教育很好,但需要得到政府引导,破旧立新,需要有敢为天下先勇气。虚拟教育是一场教育革命,教师应该是教育革命的主力军。虚拟教育是一场技术革命,教育信息化的发展新阶段,公司要投入,既要有技术上的创新,也要进行商业化运作。这是利国利民利己的好事,大家会有极大的热情去做这些。简言之,专业教师、政府、公司,三方面结合起来,V-Learning的事情才有可能取得比较满意的成果。

责任编辑:张赛
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