增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用分析

劉超亮

大連東軟信息學(xué)院

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用分析

劉超亮

大連東軟信息學(xué)院

進(jìn)入21世紀(jì)以來，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的出現(xiàn)，使人們的體驗(yàn)感劇增。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的延伸，其具有五個(gè)特征，能夠以最貼近自然的交互方式，給教育者提供新的方式表達(dá)，為學(xué)習(xí)者搭建一個(gè)自主探索的空間。本文通過分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵，主要探討了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用，以期能夠促進(jìn)教育領(lǐng)域的發(fā)展。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；教育領(lǐng)域；虛擬技術(shù)

2016年被業(yè)界稱為“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”，虛擬現(xiàn)實(shí)有可能成了下一個(gè)顛覆人類生活的新技術(shù)之一，如：如今微軟、谷歌、蘋果等IT巨頭都在布局虛擬現(xiàn)實(shí)。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的延伸，是蘇澤蘭在進(jìn)行有關(guān)頭戴式顯示器的研究中引入的，是在真實(shí)環(huán)境之上提供信息性和娛樂性的覆蓋。我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究起步于20世紀(jì)90年代初。2016年，“虛擬現(xiàn)實(shí)”位列兩會(huì)授權(quán)發(fā)布的《中華人民共和國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中，并且在展望2020年重要新型核心科技發(fā)展時(shí)，有人將虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入了當(dāng)前重要的八項(xiàng)新興核心科技中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了非常大的重視。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是為了使人們?cè)谝曈X、聽覺、觸覺等方面增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)形成的虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)場景，是基于計(jì)算機(jī)的顯示與交互、網(wǎng)絡(luò)的跟蹤與定位等技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行補(bǔ)充。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維配準(zhǔn)三大特征，并具有呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的方式，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能眼睛，掃描圖二維碼可以觀看Magic Leap增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)演示視頻，按距離眼睛由近到遠(yuǎn)互粉分別為頭戴式、手持式、空間展示。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如：在旅游業(yè)中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以以虛擬影像的方式，幫助游客自助游玩景區(qū)，為游客講解景區(qū)概況、發(fā)展歷史、人文景觀等內(nèi)容；在教育領(lǐng)域中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以為學(xué)生呈現(xiàn)虛擬環(huán)境、全息圖像以及虛擬實(shí)驗(yàn)等；在零售業(yè)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)上銷售中具有極大的應(yīng)用空間，可以實(shí)現(xiàn)一鍵試穿等。

在教育領(lǐng)域中，運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境等多方面的優(yōu)勢，其應(yīng)用潛力巨大、前景廣闊，能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、跨越時(shí)空界限、使學(xué)習(xí)者感受到心理沉浸等，能夠?yàn)榻逃ぷ髡咛峁┤碌慕虒W(xué)工具，讓學(xué)習(xí)者在動(dòng)手體驗(yàn)中迸發(fā)出創(chuàng)新的火花，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣。因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域中，能夠使教育由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式演變?yōu)樾滦偷膶W(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者可以通過新型的信息化環(huán)境和工具來獲取知識(shí)和技能，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者營造自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，有助于學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的飛躍，符合新一輪教學(xué)改革的教育理念。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的教育應(yīng)用

1.頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備分為移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和分體式虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，包含了頭戴式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，目前，在生物、工程技術(shù)、文化習(xí)俗等教學(xué)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)都可以應(yīng)用。

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備能夠給學(xué)習(xí)者以絕佳的真實(shí)體驗(yàn)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)具有置身真實(shí)情境的沉浸式感覺，能夠讓書本的內(nèi)容可觸摸、可互動(dòng)、可感知，使人如身臨其境。如：地理學(xué)科中關(guān)于宇宙太空星際運(yùn)行的課程講授中，如果戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，就可實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中無法實(shí)現(xiàn)的遨游太空，可以從各個(gè)角度上，讓學(xué)生近距離觀察行星、恒星和衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡，甚至能夠降落在火星、月球上，讓學(xué)習(xí)者更好的觀察每個(gè)星球的地表形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行“實(shí)地”考察、體驗(yàn)星際之旅等，有利于學(xué)生發(fā)揮想象力，讓學(xué)生獲得身臨其境的感受，更能直觀地呈現(xiàn)授課內(nèi)容，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.桌面式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

2015年，云尚互動(dòng)公司將zSpace Z300引入中國，2016年，“智創(chuàng)空間”將6套桌面式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于創(chuàng)客教育和STEAM教育的推廣普及中。其涵蓋了小學(xué)、初中和高中的數(shù)學(xué)、物理等多個(gè)學(xué)科。桌面式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備課件總數(shù)達(dá)到了440個(gè)以上，教師可以采用系統(tǒng)平臺(tái)自帶的課件實(shí)施教學(xué)計(jì)劃。并且該平臺(tái)還提供了課件資源開發(fā)系統(tǒng)，教師可以創(chuàng)造性地自主開發(fā)新課件，根據(jù)需要將stl、obj等格式的3D模型文件導(dǎo)入系統(tǒng)，可以象制作PPT課件一樣進(jìn)行修改和自主開發(fā)，能在Z300平臺(tái)上加入文本、圖片、視頻文件，運(yùn)行課件資源。使用方法有兩種：一種是增加一個(gè)全息攝像頭和平板電腦，為了呈現(xiàn)出裸眼3D的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果，要將Z300設(shè)備的3D影像疊加投射到平板電腦上；另一種是戴上3D眼睛（含追蹤和非追蹤眼鏡），用激光筆操作的戴追蹤眼鏡者，看3D虛擬現(xiàn)實(shí)效果的戴非追蹤眼鏡。

3.手持式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

手持式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備多采用移動(dòng)設(shè)備與APP軟件相結(jié)合的方式，其原理是為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的特殊顯示效果，采用手機(jī)攝像頭獲取現(xiàn)實(shí)世界影響，在現(xiàn)實(shí)世界中，通過手機(jī)疊加虛擬形象。APP有視+AR、AR等。有的APP中提供了豐富的教育資源，尤其是兒童教育資源，如：安全教育、識(shí)字卡片等。使用的方法有：運(yùn)用APP下載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)資源并與外界實(shí)景疊加可呈現(xiàn)出演示效果；另一種是用手機(jī)攝像頭掃描圖書上的圖片，將手機(jī)、APP與想配套的紙質(zhì)圖書一起使用，在手機(jī)屏幕上可呈現(xiàn)出演示效果。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)特效非常逼真，利用APP進(jìn)行學(xué)習(xí)增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣，學(xué)習(xí)過程具有真實(shí)感、體驗(yàn)感、沉浸感，可以達(dá)到寓教于樂的教學(xué)效果。

[1]程琳.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)[J].上海教育.2013(26)

[2]凌財(cái)進(jìn),曾婷.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在混合教學(xué)課堂的應(yīng)用探索[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代.2016(07)

[3]周靈,張舒予,朱金付,朱永海,魏三強(qiáng).增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教科書的設(shè)計(jì)研究與開發(fā)實(shí)踐[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014(09)

劉超亮（1983-），男,漢族，山東省濰坊市人，本科，講師，主要研究方向：動(dòng)畫。