|
隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，許多當(dāng)年受限于各種技術(shù)問題而無法普及的科技產(chǎn)品也涅槃重生并逐漸流行起來,。其中就包括最近以游戲Pokemon Go紅遍全球的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）以及將2016年定義為元年的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）,。 歷史發(fā)展 其實(shí)上述兩種技術(shù)早在上世紀(jì)就嶄露頭角了。以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品為例,，已知的世界上的第一臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品誕生于1956年,，是攝影師Morton Heilig發(fā)明的設(shè)備Sensorama（如圖1）,，這是一款集成體感裝置的3D互動(dòng)終端，它集3D顯示器,、立體聲音箱、氣味發(fā)生器以及振動(dòng)座椅于一身,，用戶坐在上面能夠體驗(yàn)到6部炫酷的短片,，內(nèi)容包括《薩賓娜的日期》《我是一個(gè)可樂瓶》等，這一領(lǐng)先當(dāng)代科技的設(shè)備帶來了新潮的體驗(yàn),。當(dāng)然,，它看上去巨大而且笨重，更像是一臺(tái)醫(yī)療設(shè)備,，同時(shí)也不是所有人都有勇氣享受這種刺激的,，因此很快它就銷聲匿跡，淡出了人們的視線,。 后期的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備又經(jīng)過了多次改進(jìn),，1984年，Jaron Lanier公司推出了世界上第一款商業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備——RB2（如圖2）,。這款30多年前的設(shè)備不僅與現(xiàn)在主流的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的外觀相近,，甚至還配有體感追蹤手套，可以實(shí)現(xiàn)一定的交互操作,。 2009年,，得到眾籌資金的Oculus Rift項(xiàng)目重啟了當(dāng)今虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的研發(fā)，尤其是在2014年該項(xiàng)目被Facebook以20億美金收購后其軟硬件開發(fā)的速度也越來越快,，終于在2016年初將產(chǎn)品正式投入市場,。同年，HTC Vive,、PS VR等重磅設(shè)備紛紛發(fā)售,，由此衍生的各種應(yīng)用鋪天蓋地而來，關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的新聞一時(shí)間充斥著各大媒體,，讓人真切地感受到VR真的來到了我們身邊,！ 由只能看視頻的冰箱大小的設(shè)備到能夠戴在頭上進(jìn)行各種互動(dòng)的頭盔，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展不是一朝一夕完成的,，而是幾代人共同智慧的結(jié)晶,。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)同樣也是科技逐步發(fā)展的結(jié)果，這一技術(shù)于1990年被提出,，1998年第一次應(yīng)用于實(shí)時(shí)直播（Sportvision開發(fā)的1st&Ten系統(tǒng)）,。而1999年ARToolKit開源增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具的出現(xiàn)（奈良先端科學(xué)技術(shù)學(xué)院的加藤弘開發(fā)）使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用。其最初的應(yīng)用還是局限于廣播電視行業(yè),，如各大電視臺(tái)引進(jìn)的虛擬演播室系統(tǒng),，各電視臺(tái)的氣象播報(bào)節(jié)目等,，往往是將虛擬的環(huán)境與真實(shí)主持人進(jìn)行場景融合。2013年央視春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)的舞臺(tái)則將這種應(yīng)用方式發(fā)揮到了極致,。 技術(shù)關(guān)聯(lián) 從原理上講,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，用虛假的信息欺騙使用者的視覺,、聽覺,、運(yùn)動(dòng)甚至觸覺、嗅覺等感知,，使人產(chǎn)生身臨其境感覺的技術(shù),。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是在可確定的真實(shí)環(huán)境中疊加計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息，從而混淆觀眾感知的技術(shù),。 我們可以發(fā)現(xiàn),，這兩種科技有一定的關(guān)聯(lián)性：有人認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的極致，因?yàn)樗鼘⑺械恼鎸?shí)環(huán)境全部疊加,、替換成了虛擬信息（如圖3）,；還有些人認(rèn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分支，因其在虛擬環(huán)境中混入了部分真實(shí)信息（如圖4）,。 無論認(rèn)同哪種觀點(diǎn),，不可否認(rèn)的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)二者之間具有較多共通性,，我們可以通過它們的技術(shù)特征（如表1）來繼續(xù)確認(rèn)這點(diǎn),。 如果將虛擬定義為“假”，將現(xiàn)實(shí)定義為“真”,，我們可將虛擬現(xiàn)實(shí)理解為“以假亂真”,，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)理解為“真假難辨”。 應(yīng)用前景 “讀萬卷書,，行萬里路”是古人對(duì)知識(shí)獲取和應(yīng)用的概括,，意思就是以閱讀增長才識(shí)，以體會(huì)增長見識(shí),，學(xué)以致用,。在當(dāng)今的課堂教學(xué)中，教師通過使用多媒體技術(shù),，將視頻,、圖像、交互性課件等資源展示給學(xué)生,，使學(xué)生對(duì)知識(shí)產(chǎn)生更深刻的理解,，在課堂上就能夠增長見識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，能更深入課堂教學(xué),，帶給學(xué)生更加“真實(shí)”的體驗(yàn),。課堂教學(xué)中有了這兩種技術(shù)的支持，不僅能夠“行萬里路”,，甚至可以跨越時(shí)間與空間,，體驗(yàn)過去與未來，置身于微觀世界,、宇宙洪荒,。 讓我們想象一下：在一堂關(guān)于問路的英語口語練習(xí)課上，當(dāng)學(xué)生戴上設(shè)備,，進(jìn)入真正的紐約街頭，并在熙熙攘攘的異國環(huán)境中真正地體驗(yàn)一次問路過程的時(shí)候,，這一切對(duì)學(xué)生尤其是對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生來說,，將會(huì)是一次多么難忘的經(jīng)歷（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）。又如,，語文課上,，當(dāng)老師帶領(lǐng)學(xué)生朗讀《鳥的天堂》時(shí)，教室中間生長出一棵榕樹,，并在短短的時(shí)間獨(dú)木成林,，學(xué)生們坐在樹林中親眼看到地板變成水面，屋頂化為天空,，還有遮天蔽日的千萬只鳥在身邊飛舞……置身于鳥的天堂,，又有哪位學(xué)生體會(huì)不到巴金先生當(dāng)年的感受呢（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）？ 硬件配備 就在課堂上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)而言,，我們首先需要考慮的是硬件設(shè)備的使用,。當(dāng)前這兩種技術(shù)都處于起步階段，各種硬件設(shè)備的規(guī)格也參差不齊,，表2是筆者整理的可用于課堂教學(xué)的部分硬件設(shè)備列表,。 表格中的入門級(jí)代表實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)硬件標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是最容易在課堂普及的設(shè)備,。標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別是增強(qiáng)了體驗(yàn)的常見設(shè)備,，具有一般的性能和臨場體驗(yàn)感。高端設(shè)備都是基于谷歌公司新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備,，具有更多的功能和互動(dòng)性,。其中Tango技術(shù)原先被稱為Project Tango，是包含了能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)（SLAM）的軟硬件技術(shù),。Daydream則是為集成了虛擬現(xiàn)實(shí)的Android N系統(tǒng)打造的軟硬件標(biāo)準(zhǔn),。頂尖級(jí)別是當(dāng)今最頂級(jí)的民用技術(shù)產(chǎn)品，擁有最多的功能、強(qiáng)大的互動(dòng)和最佳的體驗(yàn),，其中VR系列產(chǎn)品無一例外地采用了頭戴顯示器與高性能主機(jī)通過線纜連接的方式,，一方面解決了擁有強(qiáng)大運(yùn)算能力的主機(jī)與頭盔輕量化之間的平衡，但另一方面高效率低延遲的無線連接技術(shù)還不成熟導(dǎo)致了線纜的存在,，而延遲則是影響使用者體驗(yàn)的重大因素,，超過20毫秒的延遲不僅會(huì)導(dǎo)致體驗(yàn)變差，還會(huì)讓使用者產(chǎn)生頭暈等不適癥狀,。頂尖的AR設(shè)備則是微軟產(chǎn)品HoloLens一家獨(dú)大,，相比谷歌眼鏡項(xiàng)目的退出和Magic Leap那過于科幻的產(chǎn)品難產(chǎn)，HoloLens已經(jīng)推出了產(chǎn)品商用套裝并將所有的功能集成到了售價(jià)5000美金的頭盔中（其開發(fā)者版本售價(jià)為3000美金）,。至于理想級(jí)別的設(shè)備,，是筆者針對(duì)頂尖級(jí)別產(chǎn)品缺陷而臆想的完美配置，其中部分內(nèi)容受限于當(dāng)前科技水平還未實(shí)現(xiàn),，如無介質(zhì)全息投影技術(shù),。 無論如何，精簡指令集的出現(xiàn)和納米工藝的提升已經(jīng)將奔騰級(jí)別的運(yùn)算效能濃縮到了手機(jī)大小的設(shè)備上,。未來VR設(shè)備的發(fā)展趨勢應(yīng)當(dāng)是使用越來越輕的便攜設(shè)備去欣賞越來越真實(shí)的虛擬世界,；AR設(shè)備則會(huì)向無需攜帶設(shè)備就能看到全息畫面的立體投影方向發(fā)展。 軟件開發(fā) 21世紀(jì)是信息化的時(shí)代,，也是信息科技急速發(fā)展的時(shí)代,。作為走在時(shí)代前沿的信息技術(shù)教學(xué)，不僅要讓學(xué)生掌握教材中的知識(shí)和技能,，還要讓學(xué)生了解最新的信息技術(shù)動(dòng)態(tài),，擴(kuò)大知識(shí)層面，并在實(shí)踐探究中發(fā)展創(chuàng)造性思維,。 2015年初,，筆者在一堂城鄉(xiāng)交流課上首次應(yīng)用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)并取得了很好的課堂效果（所使用課件榮獲第十三屆NOC活動(dòng)數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評(píng)優(yōu)賽項(xiàng)的恩歐希教育信息化發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)）。當(dāng)時(shí)考慮到農(nóng)村地區(qū)的硬件設(shè)備不發(fā)達(dá),，從而采用了入門級(jí)別的設(shè)備解決方案,，其優(yōu)缺點(diǎn)都同樣明顯：采用臺(tái)式機(jī)加USB攝像頭的硬件組合使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可在低配置電腦上使用，避免了新技術(shù)受限于設(shè)備無法使用的尷尬局面,；但同時(shí)它帶來的開發(fā)技術(shù)壁壘也使得教師必須具有相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)才能完成課件的制作,。以筆者為例，那時(shí)無論是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)其開發(fā)都處于起步階段,，所有的技術(shù)文檔和資料都沒有中文版本,，再加上自己尚沒有Windows平臺(tái)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，也沒有C++編程基礎(chǔ),，所以前期大約有一個(gè)月的時(shí)間都是在自學(xué),、摸索，抱著詞典翻譯和消化研究，之后在制作動(dòng)畫,、三維模型,、軟件開發(fā)、程序排錯(cuò)等方面又耗費(fèi)了一個(gè)多月的時(shí)間才最終完成（如上頁圖5）,。 有了這次的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),，再加上自己不斷地研究和國際國內(nèi)開發(fā)環(huán)境的改善，2016年初,，筆者同時(shí)應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),，結(jié)合電子書包做了一次新的課堂嘗試（所使用課件榮獲第十四屆NOC活動(dòng)數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評(píng)優(yōu)賽項(xiàng)的恩歐希教育信息化發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)）。國際,、國內(nèi)的開發(fā)環(huán)境改善是指在這一年中,，國內(nèi)開始涌現(xiàn)出一批增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，如太虛,、視辰,、亮風(fēng)臺(tái)等，國外的Wikitude,、Vuforia等也在技術(shù)上有了長足的進(jìn)步，增添了更多功能,。虛擬現(xiàn)實(shí)方面,，Unreal、Unity,、CRYENGINE等游戲引擎也紛紛宣布原生支持VR技術(shù)應(yīng)用的開發(fā),。筆者此次所用的開發(fā)平臺(tái)從Visual C++轉(zhuǎn)換為Unity+C#，應(yīng)用平臺(tái)也從Windows轉(zhuǎn)到了Android系統(tǒng),。并在AR應(yīng)用中增添了掃描課本播放視頻（如圖6）,、觸摸按鈕改變?nèi)S模型紋理等交互（如圖7），既簡化了學(xué)生的操作,，又提高了趣味性,。再加上漫游環(huán)節(jié)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用（如圖8），使課堂氣氛達(dá)到了高潮,。得益于三維引擎的強(qiáng)大功能,，它在增添了粒子、大氣等大量新特性的同時(shí)又大大降低了制作難度,，其硬件體驗(yàn)級(jí)別也由2015年的入門級(jí)上升到了標(biāo)準(zhǔn)級(jí),。 現(xiàn)階段比較尷尬的情況是，從高端級(jí)別的體驗(yàn)開始,，技術(shù)對(duì)硬件設(shè)備的要求越來越高,。到時(shí)2016年末為止，符合Daydream標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備只有谷歌Pixel以及華為Mate9、ZTE Axon7等幾款,，包含Tango技術(shù)的手機(jī)目前更是只有聯(lián)想Phab 2 Pro一款,。因其設(shè)備的特殊性（新的硬件或者技術(shù)規(guī)范），無意中增添了課件開發(fā)的成本,。好在谷歌免費(fèi)提供了Google VR SDK的GitHub下載,，為應(yīng)用開發(fā)提供了很多便利，并有簡單的實(shí)例代碼可供研究,。同時(shí),，谷歌應(yīng)用商店內(nèi)置了豐富的VR/AR應(yīng)用，老師們可以在課堂上依據(jù)授課內(nèi)容使用（如上頁圖9）,。 頂尖設(shè)備目前還比較小眾,，設(shè)備擁有量很少，同時(shí)設(shè)備中采用了大量特殊硬件,，如深度攝像頭,、紅外基站等，導(dǎo)致無法成為開發(fā)主流,。為改善這一情況,，制造商們紛紛推出了自家設(shè)備的應(yīng)用開發(fā)包并宣稱與主流三維引擎兼容，這些SDK我們都可在其官方網(wǎng)站上找到并下載,。甚至微軟在將HoloLens的開發(fā)功能整合到Visual Studio 2015 Update 1之余,，還額外提供了HoloLens虛擬機(jī)，讓沒有設(shè)備的開發(fā)人員一樣能夠制作出頂級(jí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,。HTC Vive還借助Steam 平臺(tái)打造了眾多VR資源,，微軟同樣致力于將HoloLens融入仍在不斷升級(jí)的Windows 10中。 結(jié)束語 在1945年7月出版的《大西洋月刊》上,，Vannevar Bush描繪了他的一個(gè)構(gòu)想：一部可連接在普通眼鏡上的頭戴式照相機(jī),，可記錄評(píng)論、照片以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),。他這樣寫道：“想象一下未來實(shí)驗(yàn)室里的研究者,，他的雙手是自由的，他是不被束縛的……他的照相機(jī)比核桃還要小,，附在普通眼鏡上……這遠(yuǎn)不是普通的構(gòu)想,。”參考論文 Vannevar Bush預(yù)測,，半個(gè)世紀(jì)之后,，可能真的“世界已經(jīng)到達(dá)一個(gè)設(shè)備具有超高可靠性并且便宜而又復(fù)雜的時(shí)代，這些東西一定會(huì)到來”,。 現(xiàn)在,，它真的來了,，而且不僅僅是拍照攝像，甚至已經(jīng)發(fā)展成了一套復(fù)雜的交互式設(shè)備,，并將很快進(jìn)入到我們的課堂教學(xué)中,。無論是HTC的VIVE、微軟的HOLOLENS還是其他設(shè)備,，都會(huì)在各方面改變我們的生活和學(xué)習(xí),。這是硬件的革命，也是軟件的創(chuàng)新,，更是科技的進(jìn)步,！ 參考文獻(xiàn)： [1]Jon Axworthy.The origins of virtual reality[EB/OL].http：//www.wareable.com/wearable-tech/origins-of-virtual-reality-2535. [2]楊曉光.《創(chuàng)新與未來》學(xué)習(xí)工具制作綜述[J].中國信息技術(shù)教育，2016（2）：66-70. [3]AVA KOFMAN.The Atlantic[EB/OL].https：//www.theatlantic.com/technology/archive/2015/06/dueling-realities/395126/. |
|
|
