数字化校园中虚拟现实与交互技术的应用

马建森+陈洁

【摘 要】以第三代移动通信技术为网络应用平台，结合互联网技术，着力探索信息技术在数字化校园中虚拟现实与交互技术的应用，包括在数字化校园环境中的应用、在数字化校园资源建设中的应用、在数字化校园学习行为中的应用。

【关键词】第五媒体 虚拟现实与交互技术 数字化校园 应用

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2016）03C-0186-03

信息技术的发展体现为既快速又宽泛，如何为信息技术进行归类，以便探讨数字化校园建设对信息技术的应用呢？本文在梳理现有新技术的基础上，从虚拟现实与交互技术角度探讨其在数字化校园中的应用。

信息接收终端建设问题是数字化校园建设要着力解决的问题之一，因此探索创新型数字化校园中虚拟现实与交互技术的应用，就要考察现有的信息接收终端并深入研究最新的信息接收终端。随着移动通信网络的快速发展，特别是以3G移动通信技术为代表的新移动通信网络的发展，“第五媒体”作为最具代表性与最具创新性的信息接收终端受到世人瞩目。“第五媒体”主要是以移动网络为运行平台，以手机媒体为典型代表，有别于传统媒体形式的新的信息接收终端。本文主要以“第五媒体”为信息接收终端，以虚拟现实与交互技术为手段，以创新为标准，探索虚拟现实技术与交互技术在数字化校园建设中的应用。

一、虚拟现实与交互技术在数字化校园环境中的应用

数字化校园环境主要是指校园虚拟环境，因此本文探讨的是虚拟现实与交互技术在校园虚拟环境中的应用。

（一）在虚拟学习环境中的应用

以3G移动通信技术为网络应用平台，结合Internet互联网，搭建校园网络平台，以校园网络平台为基础形成校园虚拟社区，以虚拟社区为单位，创设虚拟学习环境。

AR（Augmented Reality）增强现实技术是计算机生成的一种逼真的视、听、力、触和动等感觉的虚拟环境，通过各种传感设备使用户融入到该环境中，实现用户与环境的自然交互。通过增强现实技术，以手机为信息接收终端，可以在校园实体环境周围形成一个个社区，从而形成虚拟学习环境。例如，在校园公告牌旁（可作为一个社区）设置增强现实技术接入点，学习者可以通过虚拟投影、即时互动、校园信息无线接收、专属账户管理等方式获得互动性学习信息。当学习者需要查阅相关领域的书籍文献时，可以不必进入现实的图书馆查阅，而是通过API（Application Programming Interface）应用程序编程接口的文件传输功能进入到虚拟图书馆查阅资料。在资料的呈现方式方面，借助于AR增强现实技术，将查阅到的资料以虚拟投影的方式呈现，可以是图片形式，也可以是视频形式。甚至可以通过AR增强现实技术在现场模拟图书馆的空间结构，结合LBS（Location Based Service）基于位置服务的技术，将对现实图书馆书籍摆设位置的定位模拟呈现在现场的虚拟图书馆空间结构中，从而形成可感知的，集视觉、听觉、触觉、动感于一体的虚拟图书馆资料查阅过程。在虚拟校园社区中，基于AR增强现实技术、API应用程序编程接口技术、LBS基于位置服务的技术创设虚拟的学习环境，将学习的过程由现实环境拓展到虚拟环境中，学习过程将充满乐趣。

（二）在虚拟地理环境中的应用

现今大学校园的建设规模越来越大，校园的地理空间越来越宽阔，随之而来的是与地理位置定位相关的校园寻呼、校园定位、校园位置服务等需求的出现。在这样的情况下，就可以应用LBS技术。LBS（Location Based Service）是指基于位置服务的技术，主要包含两层含义：首先是确定用户所在的地理位置，其次是提供与位置相关的各类信息服务。

在校园寻呼方面，以举办校园大型活动为例，在活动的准备阶段，需要进行人员的组织与召集。通过LBS技术，可以确定各人员的位置，一是可以确定校园内参与人员的具体地理位置，以便提高活动组织的效率，明确参与人员的分布情况。二是可以在活动现场确定各参与人员的具体现场位置，从而进行合理布局，掌握活动现场实况，便于现场组织与指挥。

在校园定位应用方面，校园管理者可以通过LBS技术，对校园的空间资源进行科学直观的分配。将原有的对照校园地图进行分配的传统方式转化为对照实景建筑进行分配的数字方式，比如学校内的校舍分配工作，通过LBS技术对校内建筑进行精准定位，通过互联网络传输到校园管理者的移动通信终端，再通过AR技术进行呈现，从而帮助学校管理者完成对校舍的分配。

在校园位置服务方面，校园文化建设与之关系密切。以学校主页为例，作为学校对外宣传的主要途径，现在的校园风光介绍大多以图片展示的形式出现，即使是少数以视频方式呈现，也是校园风光的片段式展示，校园网的浏览者无法获得对整个校园的全景式、立体化的感知。LBS技术就很好地解决了这一问题。通过LBS技术的校园位置服务，结合AR技术的3D定位、即时互动，浏览者可以根据自己的需要，实时浏览校园的任一位置，而且是立体化的真实场景呈现。

二、虚拟现实与交互技术在数字化校园资源建设中的应用

（一）在数字化校园资源应用平台建设中的应用

随着3G技术与互联网技术的深入融合，以智能手机为信息接收终端的第三方智能手机应用程序越来越受到关注。例如，诺基亚手机中的ovi store、黑莓手机中的BlackBerry App World、安卓的Google Play Store、Apple的App Store等，这些都是以“应用”为目的通过第三方智能手机应用程序与互联网进行连接而进行的商业赢利模式。这里提到的“第三方智能手机应用程序”统称为“APP”，也就是英文Application的简称。综合该平台建设的经济成本、普及程度、现有的技术水平以及应用的便利性等因素，数字化校园资源应用平台建设的较优方案应该是以智能手机为信息接收终端，以3G移动通信技术与互联网为网络平台，包含众多APP技术的资源应用平台。APP技术的特点，决定了数字化校园资源应用平台充满着虚拟现实与交互技术的应用。

（二）在校园公开课资源建设中的应用

通过建成的数字化校园资源应用平台，在校园公开课资源建设方面可以改变传统的授课方式。现今，有很多大学或网络开设公开课，主要的方式就是将课程进行视频录像，然后通过互联网播放，学习者可以通过网络播放器学习课程内容，但无法互动。随着校园内部数字化校园资源应用平台的建立，学习的主要途径是以智能手机为学习终端，学习的内容不是冗长的系统讲述，而是由知识点构成的短暂的趣味学习，将学习的过程融入到简短的游戏过程中。而学习趣味性的广度，则是由平台所包含的APP技术的种类决定的。APP技术在公开课资源的建设中，通过趣味性学习中的虚拟游戏的设计，可以提高学生学习的兴趣。而且，有别于现有的公开课的授课方式，APP技术可以提供学者与授者的充分互动，加强学习的效果。

（三）在数字化课件资源建设中的应用

交互是对数字化课件资源建设的一个基本要求，那么虚拟现实在数字化课件资源建设中是如何应用的呢？其实，虚拟现实技术的应用过程也是数字化课件资源的信息再包装过程。从人接收信息的各个器官来看，有资料显示，人类接收信息的80%通过眼睛获得，因此视觉信息的接收无疑是最重要的。当前所处的读图时代的特点，学习者越来越注重视觉学习资源的接收，今后视觉课件资源的制作也将是未来的一大趋势，这就为课件资源中大量虚拟现实技术的应用提供了可能。例如，通过虚拟现实技术演示机械运动，从而学习机械方面的课程；再比如通过演示某个文学故事中的场景，学习相关的文学知识，或许以后的文学课程会集合成“地图文学之旅”等。

LAYAR（用手机浏览器连接现实世界）技术是由荷兰的软件公司Sprx mobil研发设计的一款增强现实的手机浏览器，通过该技术可以将现实世界与虚拟数字内容结合在一起，从而深入了解现实世界中的信息。若将该技术应用在数字化课件资源建设中，就可以方便地实现理论应用于实践的教学目的。例如，通过这一技术可以将所有课件资源储存于校园资源应用平台，当学习者在生活中遇见学习时提到的现实事物时，可以通过LAYAR技术获得关于该事物的详细学术信息。因此，这里的数字化课件资源就不仅仅是指理论知识，还包括实践应用，而且通过LAYAR技术将理论与实践紧密地结合在一起。

三、虚拟现实与交互技术在数字化校园学习行为中的应用

（一）在数字化校园签到服务中的应用

签到的本意是指报到，用某种记录方式确认自己出席或参加某个活动。这里的校园签到服务首先包括签到的本来含义，具体则是指学校的考勤、资料的递交确认、校园活动的参与状况等方面。现今互联网络上应用较多的网络签到程序，其基本模式是以网页为展示形式，通过参与者的适时网络点击，获得签到确认。

以校园特有的3G移动通信技术与互联网相结合的网络平台，基于虚拟现实与交互技术双重应用的考虑，校园签到服务有自己特殊的形式。例如，在学校教师的上班考勤与学生的上课考勤两个方面，为了更加直观地展示考勤的视觉效果，可以应用虚拟现实技术创设考勤的虚拟环境，通过交互技术的应用，在考勤单位与被考勤者之间形成信息的交流。与现今的网络签到相比，校园签到服务可以不拘泥于互联网上的签到行为，可以延伸至“第五媒体”上的签到行为，例如通过手机进行校园签到。同样，校园内资料的递交确认、校园活动的参与状况确认等都可以如此应用。例如，校园管理层方面的文件传递和校园教育方面的学生作业递交等，都可以通过在手机签到的形式获得资料递交的确认。

（二）在学习方式方面的应用

通过虚拟现实与交互技术的应用，在学习方面可以实现远程学习、搜索学习、分享学习、进阶学习、虚拟实训等。通过虚拟现实技术与交互技术，在信息接收终端创设学习情景，脱离教室场地的限制，实现远程学习的目的，虚拟实训同样可以如此。通过互动技术的充分应用，学习者可以根据自身学习情况，主动搜索数字化校园资源应用平台中的学习资源，达到搜索学习的目的。前文提到，LAYER技术将现实世界与虚拟数字内容结合在一起，浏览者可以根据自身知识现状分层了解不同信息。因此，在进阶学习方面，通过以3G移动网络为网络平台，利用LAYER技术将每一科目的知识点形成层级，学习者可以在不同层级进行学习，形成分阶段、层层深入的学习过程。同时，可以利用LAYER技术的浏览器应用，在“第五媒体”间相互分享学习知识。例如，以班级为单位，在班级成员手机移动网络内分享电子笔记，也可以超越班级的范围，在校园内形成虚拟学习团队，团队内分享共同感兴趣的电子笔记等。

综上所述，本文探讨了信息技术中的虚拟现实与交互技术在数字化校园中的应用，而且将主要的研究重点置于以“第五媒体”为信息接收终端，以3G移动通信技术与互联网技术为网络平台的研究上。信息技术的发展既快速又宽泛，数字化校园的建设任重道远，本文的研究难免会存在一定的局限性，无法触及数字化校园建设中信息技术应用的全貌，但这样的探索研究是必要的，本文的不足也必将成为后续研究的重点所在。

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（责编 王 一）