虚拟现实在科普教育中的应用

河北省医学情报研究所 祁海霞

借助三维传感设备实现科普内容的真实感，以全新的视角来进行理解，这是具有现实意义的，并且作为革新性的传播手段刷新着科普教育方式。从受众群体的接收信息行为以及辅助科普教育方面来看，虚拟现实的应用还具有以下三个方面的优势：（1）选择的主动性。虚拟现实技术为自主学习提供了丰富且多样化的有利条件，用户可选择不同设备，将需要的教学资源储存在网络运营平台、桌面式设备、移动设备和纸质图书馆里，学生可以在不同的地方采用不同的设备随时随地地根据自身情况进行学习，为学生提供多样化的学习环境，践行“因材施教”的教育理念。（2）创意的有效激发。虚拟现实技术具有听觉、视觉、触觉等多感知性，让学生具有真实情景体验、跨越时空限制、动感交互穿越的感受，帮助学生对知识的理解与记忆。将真实的情景投射在虚拟构建的场景中，并且如“梦境”般的切身处境，又有极为真实的多感体验，并提供直观、有效的交互过程，这样在充分地获得知识理解的同时，更促进学生想象力的激发。（3）应用中的黏性增强。虚拟现实可融合游戏化的特征，过程中具有真实感、体验感、沉浸感，增强学生的兴趣，提高学习内在动机，将一改传统课堂的枯燥乏味，促进提升在学习行为中学生主动学习的比例，贯彻“寓学于乐”的教育理念，对学生的学习具有巨大的辅助和促进作用。

虚拟现实技术在不断突破创新，虚拟设备迭代更新、层出不穷，由体积庞大的VR设备发展到目前阶段的便携式设备，再到概念性的裸眼3D的尝试实现，虚拟现实技术在不断飞快刷新着。这为科普教育发展的多学科融合奠定了技术基础，也为教育领域提供着创新技术的支撑。将虚拟现实技术结合科普教育运用，为受众群体提供着更高级、更高效、更加符合时代发展特征的用户体验。

2016年10月，中央电视台运用虚拟现实全息技术直播了“天宫二号”和“神舟十一号”交会对接及共同建立组合体的过程。采用虚拟追踪技术，通过机位的景别变换，使观众直观了解到“天宫二号”和“神舟十一号”的设计细节以及内部构造和控制面板。主持人带领观众走进实验室内，如同身临其境地一步步探究。与传统新闻信息传递相比，虚拟现实技术在电视新闻科学宣传普及中的应用使得知识信息更加生动、直观地体现，视觉冲击力更强，观感强烈。2017年11月6日，首届全球虚拟开发者大会在深圳召开。虚拟现实领域极具创造性的行业翘楚展示了众多创新项目，其中“眼控硬件装置”获得大奖。另有一款叫“Amazon Advssey”的教育类VR产品，使用VIVE头盔，可游览亚马逊丛林，了解风土人情。

增强现实是以虚拟现实为基准发展起来的新型增强技术，即将虚拟与现实相结合，同时提供实时的交互行为空间及三维环境相匹配。增强现实的市场应用非常广泛，可挖掘应用的领域存在巨大拓展空间，如在教育领域中，可以实现学生学习内容的全息成像、虚拟实验、虚拟环境展示、仿真教学等等。增强现实在教育应用面前的出现，使用户体验上有了质的飞跃，无论从能效还是审美，都得到了提升和优化。

利用增强现实的交互技术，采取以现实背景为依托，利用三维建模提取制作而成的“虚拟教师”，实现了教育形式在便携性、交互性、创新性以及能效性上的实质提升。

《泥河湾虚拟现实项目》取材于泥河湾盆地更新世早期150万年前，石沟遗址出土的动物化石与人工遗物，旨在应用考古发掘方法、三维建模手段、VRAR技术和美术动漫手法等模拟复原展示古人类和动物在泥河湾古湖边生活的真实场景。从科学角度客观阐释直立人阶段古人类的适应环境的能力水平，模拟展现泥河湾150万年前的原始时期的真实形态。

利用增强现实技术的真人交互，并采取模拟的教师形象解说为主，三维建模手段、VRAR技术和美术动漫手法等模拟动画为辅的手段，在最大程度上还原真实的场景，带来逼真的教学和参观体验，避免传统意义上的“解说”加“参观”的刻板模式，在“增强现实”的交互体验中，用户可以最大程度发挥自己的想象力和参与度，能够有效激发用户的能效体验。

项目制作对泥河湾生态及动植物进行数字三维模型的重建。主要应用高分辨率数码相机拍摄与Agisoft Potoscan建模软件的结合，形成了高精度、真色彩的数字化模型并可直接进行3D模型的打印。

“虚拟现实”在科普教育中的最大优势就是可以跨学科、跨地域的交叉交互，同时避免了资源的浪费，有效地提升了交互作用下的用户体验。