中国电子报报道周明全副院长文章——虚拟现实高潮迭起 VR教育前景可观

发布时间:2016-07-09 09:30作者:小编来源:智慧学习研究院

无论是在各行各业的应用,还是资本的追捧,虚拟现实(Virtual Reality VR)都是现在热门话题。那么,VR 的本质到底是什么?VR 将发展如何?又有哪些关键概念?这些都成为业界关注的焦点。

信息技术新阶段产物

虚拟现实是信息枝术发展到新争段的产物,是信息枝术未来发展的重要方向。

VR 是认识世界的一种科学方法,通过虚拟技术,我们可以完成对现实世界的抽象、模拟、仿真,是人类探索世界、科学实验的重要方法。虚拟现实技术以不同的方式在我们生活中早已出现。比如,我们听老人们讲故事,这些故事就是他们从现实中虚拟出来的,我们可以把其看作一维信息的虚拟现实;我们看绘画,用色彩绘制生成一个光与影的世界,这是二维信息的虚拟现实;电影是 film+movie,“移动的画片”生成一个更加近似现实的世界。电影技术为我们构成了三维信息的虚拟现实。

近年来,3D 电影在国内大范围上映。VR和3D 电影有何区别?3D 电影提供了观众沉浸的环境,但是它不能交互,体验者是被动接受导演团队制订好的情节。而虚拟现实强调的是以使用者为中心,和系统的交互和发挥想象力。

从古到今,虽然我们经历的虚拟技术不同,虚拟效果不同,但是通过虚拟现实,体验另外非同现实人生的目标一致。通过虚拟现实技术,我们可以实现对现实的仿真、对未知的虚拟、对过去的回顾、对未来的想象。

因此,虚拟现实是信息技术发展到新阶段的产物,是信息技术未来发展的重要方向。也就是说,虚拟现实不是空穴来风,而是一种应运而生、水到渠成的技术和产业。现在的虚拟现实和过去不一样的只是新技术。

随着VR 的兴起,一起发展流行的有AR 、MR 、AI 等概念。关于“VR 元年”的说法,我觉得这只说对了一半。不是虚拟现实诞生,而是为了阐述虚拟现实这一事物受到关注掀起了高潮。“VR 元年”以后如何发展?我想任何科技的发展,都有一个规律──多年的积累,厚积薄发,才能爆出高潮。最终,进入常态,在国民经济、人民生活中得到广泛应用,就有持续发展的基础和动力。

接地气并应用广泛的技术

虚拟现实可以应用于医疗、教育、商业等领域,是一个接地气、应用广泛的技术。

作为一种新的信息技术,VR 到底可以应用在哪些领域呢?

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。随着虚拟现实技术的发展,我们可以模拟出任何的实体模型,也可以构造柔体模型,用他们构成近乎逼真的现实。虚拟现实是一种体验,需要体验的人们就是虚拟现实的用户。所以虚拟现实是一个接地气、应用广泛的技术。

虚拟现实在医疗方面的应用也是很重要的。虚拟手术,精准医疗都需要虚拟现实技术的支持。例如,把病人的大脑用虚拟现实技术建模,用 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,这可以定制个性化的手术方案,对提高手术成功率大有帮助。

虚拟现实也可以应用在商业领域,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,并可以体验。此外,在国防、虚拟社交、娱乐方面,VR也有重要应用。

虚拟现实在教育上的应用在国内外都是成功的典范。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 ,以及利用现代通信终端设备进行移动学习的M-Learning 阶段。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,一个教授可给数千万名学生上课。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

可视化技术和虚拟现实技术为教学教育提供了新的方法。

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。近年发展起来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,VR应用在体验上做得都比较好。V-Learning是基于虚拟现实及可视化技术的新型教育教学模式,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,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,以及教学过程的改革、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

专业教师、政府、公司三方面结合起来,才能让V-Learning 取得比较满意的成果。

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,而不仅仅是炒概念。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。

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。简言之,专业教师、政府、公司三方面结合起来,才能让V-Learning 取得比较满意的成果。

来源:中国电子报

作者:周明全