基于現(xiàn)實交互技術(shù)的高職院校智慧校園發(fā)展途徑

[摘? ? ? ? ? ?要]? 研究高職院?；诂F(xiàn)實交互技術(shù)的智慧校園，分析AR/VR/MR技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的優(yōu)勢，并指出突出若干優(yōu)勢的發(fā)展途徑：多維感知的MR校園、全息智能管理運維、隨場景無縫交互的校園應(yīng)用、個性化的用戶臨場體驗。在實際規(guī)劃實踐中可以從中找出一至兩個切入點，循序漸進地將智慧校園帶入“現(xiàn)實交互”時代。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? VR/AR/MR;現(xiàn)實交互;高職院校;智慧校園

[中圖分類號]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）09-0106-02

自從2008提出“智慧地球”概念，進而引申至“智慧校園”以來，當下智慧校園建設(shè)在我國高等教育領(lǐng)域已進入第二個十年，可謂如火如荼。究其根源，既是信息化建設(shè)在高等教育領(lǐng)域的深入，也是不斷涌現(xiàn)的信息化新技術(shù)整合的深入。其中，尤以物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)、VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)等為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)體系與高等教育深入整合，引領(lǐng)智慧校園建設(shè)從第一階段的“信息智慧化”向第二階段的“現(xiàn)實交互智慧化”逐步邁進。

一、高職類院校的智慧校園建設(shè)瓶頸與突破

從廣義上來說，智慧校園是現(xiàn)實物理校園和虛擬信息校園的融合，在智能環(huán)境、智慧教學和智慧科研等方面為學校提供便利和助推;智能化環(huán)境、智慧化應(yīng)用服務(wù)以及多感知互動體驗等方面本應(yīng)成為智慧校園建設(shè)不可忽視的方面。然而，在當前智慧校園建設(shè)的過程中，處于優(yōu)勢領(lǐng)先地位的研究型院校大多硬件基礎(chǔ)建設(shè)（如傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)）和軟件數(shù)據(jù)建設(shè)（如云平臺和大數(shù)據(jù)）固然成果斐然，但在現(xiàn)實交互這個對教育科研極易產(chǎn)生突破的方面，幾乎缺乏投入。

反觀高職類院校，在當前智慧校園建設(shè)中，出于自身基礎(chǔ)條件限制，一方面數(shù)據(jù)集成度相對較低，教學管理與學生管理之間不能實現(xiàn)很好的融合;另一方面在智慧校園平臺設(shè)計規(guī)劃上，存在模式單一、應(yīng)用集成度低從而導致服務(wù)一體化不充分的問題。這些方面的缺陷，使高職類院校的智慧校園建設(shè)在起步階段的發(fā)展顯然是比較緩慢的。同時，高職院校也受到本身底子薄弱及相關(guān)投入不及研究類院校等現(xiàn)實因素的影響，對需要大投入、高技術(shù)支撐的智慧校園建設(shè)相對并不熱衷。然而，這也產(chǎn)生了“彎道超車”的機會：隨著智慧校園逐漸向著“現(xiàn)實交互智慧化”的方向演變，鑒于現(xiàn)實交互有效提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)性價比，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”全面介入各行業(yè)進而影響職業(yè)教育理念的背景，全面融合教學科研現(xiàn)實校園與信息化虛擬校園的智慧校園新發(fā)展，正在成為高職類院校突破當下智慧校園建設(shè)瓶頸的一個方向?，F(xiàn)實交互技術(shù)的應(yīng)用特性，是充分而可感知的大規(guī)模動態(tài)建模，并通過虛擬校園和現(xiàn)實校園的高度一體化，實現(xiàn)高性價比的科研、教學和校園管理智慧化水平。

二、現(xiàn)實交互技術(shù)綜述

現(xiàn)實交互技術(shù)大體上可分為VR（虛擬現(xiàn)實Virtual Reality）、AR（增強現(xiàn)實Augmented Reality）以及在兩者基礎(chǔ)上產(chǎn)生的MR（混合現(xiàn)實Mixed Reality）三大類技術(shù)譜系。

VR（Virtual Reality） 即虛擬現(xiàn)實，是融合多元信息、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為，并通過計算機模擬仿真所產(chǎn)生虛擬世界，讓使用者身臨其境，通過視覺、聽覺甚至是觸覺、嗅覺來體驗虛擬場景;VR的最終目標是完全再現(xiàn)超越真實空間的全息虛擬實景，將人的感知置于虛擬空間中，以充分的“沉浸感”和“臨場感”達成物理邏輯可調(diào)配的“第二現(xiàn)實”。

AR（Augmented Reality） 即增強現(xiàn)實，通過信息技術(shù)，對真實世界的數(shù)字化描述上疊加虛擬信息，虛擬物體和真實環(huán)境實時共存于同一空間。具體來說，是指通過多媒體技術(shù)、三維建模技術(shù)、實時視頻控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、實時跟蹤及注冊技術(shù)、場景融合技術(shù)等多種技術(shù)手段，將生成的虛擬信息融合到真實場景之中?；趲缀文Ｐ偷挠嬎銠C三維建模是通過對物體的幾何信息進行處理，涉及幾何信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建、操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模，其優(yōu)點是可以隨意改變觀察點和觀察方向，能獲得真實感較強的交互體驗。AR的最終目標是虛擬增強信息和真實場景信息相互共存、相互補充、相互疊加，并達到城市化和地域化乃至全球化的范圍;并為其中的人類生活塑造全面而與現(xiàn)實充分貼合的信息環(huán)境。

MR（ Mixed Reality） 即混合現(xiàn)實，是合并現(xiàn)實和虛擬世界而產(chǎn)生的新的感知環(huán)境，將虛擬與現(xiàn)實的關(guān)系往前再推進一步。在新的感知環(huán)境中，物理和信息對象并沒有清晰的界限，真實世界物體信息可以虛擬展現(xiàn)，信息化描述物體具備充分的現(xiàn)實互動性，虛擬化的反饋與改進可直接成為現(xiàn)實存在。技術(shù)上來說，MR是VR與AR基礎(chǔ)上更進一步的融合，對軟硬件的技術(shù)需求也更高。功能上來說，MR的主要應(yīng)用在幾大方面：虛實信息融合集成、實時可感知交互與高精準三維虛實融合定位等。

三、面向高等職業(yè)教育的“智慧化現(xiàn)實交互”

VR技術(shù)可能是當前高等職業(yè)教育最熟悉的現(xiàn)實交互技術(shù)，因其高性價比的實操效果，并且具有低成本、高仿真、可重復回放的特性，近年來在各類實踐性教學中推廣速度相當快。而在智慧校園建設(shè)中，借助智慧校園的統(tǒng)一身份認證、云應(yīng)用平臺等基礎(chǔ)應(yīng)用，通過各類VR場景的統(tǒng)一組織，各類VR應(yīng)用不再局限于分散在各專業(yè)教學中對實踐性環(huán)節(jié)的再現(xiàn)，而是成為完整覆蓋整個教學、科研和實習實訓環(huán)節(jié)的一體化智慧校園的一部分。

AR場景強調(diào)的是空間內(nèi)的交互功能，在選定的教學科研場景下，AR場景整體融入虛擬環(huán)境，通過體感技術(shù)，共同體驗實踐性經(jīng)驗，并即時分享學習及研究進程。同時，借助智慧校園的傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)硬件，主導者可安排調(diào)度不同的參與者在現(xiàn)實場景中疊加不同的教學科研任務(wù)信息，突破信息化與實體間的隔離，達成“信息即實體”“應(yīng)用即實體”的目的。

從遠期來看，虛實結(jié)合的MR混合現(xiàn)實場景是高等職業(yè)教育的大趨勢，VR/AR/MR場景的應(yīng)用不是相互排斥的，既可根據(jù)需要而獨立存在，又可相互融合，并且不僅承擔著基本的教學和科研功能，還具備知識創(chuàng)新生產(chǎn)、連結(jié)知識與實踐等方面的功能，而這正是現(xiàn)代高等職業(yè)教育追求的方向。基于現(xiàn)實交互技術(shù)的智慧校園實現(xiàn)虛與實的結(jié)合，更能讓求知者立體式地感受到理論知識和實踐經(jīng)驗、信息和實體之間的聯(lián)結(jié)，更能領(lǐng)會承載知識的技術(shù)應(yīng)用、實踐與發(fā)展。

四、高職院校智慧校園建設(shè)的現(xiàn)實交互發(fā)展方向

（一）可感知的混合現(xiàn)實形態(tài)

隨著傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等智慧校園基礎(chǔ)硬件建設(shè)的完成，以及用戶VR/AR終端和應(yīng)用的普及，結(jié)合各類定位系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，基于MR的一體化的混合現(xiàn)實智慧校園場景成為可能。通過GPS、AP 熱點、Bluetooth 標簽及NB-IOT 等融合的混合定位技術(shù)支持的校園內(nèi)的GIS 系統(tǒng)，整個校園被融合在一體化的MR校園場景中。或者說在整個MR校園場景內(nèi)，智慧校園不再是一個純信息化的虛擬校園，而是校園應(yīng)用系統(tǒng)、校園空間數(shù)據(jù)信息、用戶位置感知數(shù)據(jù)信息以及實體校園的結(jié)合，形成全方位立體的可感知環(huán)境，為智慧校園建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。

（二）全息化的管理運維手段

隨著智慧校園的逐步深化，對校內(nèi)管理運維部門，在其日常工作中遇到的最大問題是過于泛濫的大數(shù)據(jù)與需要運維的實體之間的脫節(jié)。在現(xiàn)實交互技術(shù)的支持下，通過專業(yè)定制的VR/AR場景，依托感知設(shè)備通信技術(shù)實現(xiàn)可感知的智能環(huán)境。大量信息化數(shù)據(jù)可以被疊加在需要運維的校園實體上，主動匹配不同的管理運維需求。對運維部門來說，只需配合相應(yīng)的設(shè)備，VR/AR場景可以跟隨運維人員的行動無縫切換，使用定位感知設(shè)備獲取科研、管理設(shè)備的位置及使用狀態(tài)，可以做到對運維實體的精準掌握，更加有效監(jiān)管、充分利用有限的校園實體資源。從某種意義上來說，可以說實現(xiàn)了“信息一觸即見，實體所見可管”。

（三）場景化的交互應(yīng)用服務(wù)

隨著信息化和智慧校園的發(fā)展，智慧校園平臺應(yīng)用服務(wù)層出不窮，除了傳統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性之外，面向不同應(yīng)用場景的便利性也逐漸成為對應(yīng)用服務(wù)的新要求標準。在云平臺和統(tǒng)一身份認證的支持下，現(xiàn)實交互技術(shù)使智慧校園從典型的面向用戶和角色的應(yīng)用集群平滑過渡到面向場景的應(yīng)用集群，使智慧校園真正達成“應(yīng)用隨人”而不是“應(yīng)用隨設(shè)備”。這意味著，不同用戶在園區(qū)內(nèi)不同場景，可以身份認證自動保持MR校園漫游，根據(jù)用戶需求和權(quán)限，優(yōu)先快速接入當下場景的集成信息服務(wù)，并根據(jù)不同的權(quán)限，提供不同的MR的交互信息和操作選擇。意味著同樣的AR/VR設(shè)備，對不同的用戶而言，在不同的場景下就是不同的設(shè)施，同樣的實體上疊加的也是不同的信息。

（四）個性化的用戶臨場體驗

在用戶體驗上，現(xiàn)實交互技術(shù)可能最為體現(xiàn)用戶個性化的“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)——VR場景所追求的“臨場感”可以說是一種百分百個性化的用戶體驗。隨著現(xiàn)實交互技術(shù)對智慧校園介入的逐步深化，智慧校園的用戶可逐步從智慧校園的“使用者”這一角色過渡到“參與者”的角色上。也就是說，用戶可以在交互技術(shù)的支持下，根據(jù)自己的使用經(jīng)驗和需求，主動自定義屬于自身的VR場景并將其在MR校園內(nèi)發(fā)布展示，不僅可以有一種“修改現(xiàn)實”的臨場體驗，并且可以作為自身在MR校園中獨特的形象被其他用戶所感知。

對高職院校普遍有限的信息化投入而言，以上四個方向都是將現(xiàn)實交互技術(shù)與智慧校園高度融合，可以用相對較小的投入充分體現(xiàn)出智慧化現(xiàn)實交互的優(yōu)勢：多維感知的MR校園、全息智能管理運維、隨場景無縫交互的校園應(yīng)用、個性化的用戶臨場體驗。但在實際規(guī)劃實踐仍需從本單位實際教學科研現(xiàn)狀出發(fā)，原則上一次重點投入一兩個方面切入，盡可能獲取決策層的支持和相關(guān)部門的積極配合，切忌全面鋪開和一蹴而就的思路。就目前看，MR 技術(shù)的成熟度明顯低于VR 和AR，但將來必定是以MR 為主導。VR、AR 和MR 作為教學場景的不同形式具有各自的特點與使命，在建設(shè)過程中，不能僅建設(shè)單一化教學場景，要根據(jù)智慧校園的實際要求進行分類建設(shè)，甚至是多種形式的教學場景相融合。高職院校以此為基礎(chǔ)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)信息互通和資源共享，既能提升自身在技能實踐教育和研究方面的水平，又為社會培養(yǎng)實用性技術(shù)技能型人才。與此同時，基于現(xiàn)實交互的網(wǎng)絡(luò)信息安全也應(yīng)該引起足夠的重視和充分研究。

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