無(wú)論是在各行各業(yè)的應(yīng)用，還是資本的追捧，虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality VR)都是現(xiàn)在熱門(mén)話題。那么，VR的本質(zhì)到底是什么?VR將發(fā)展如何?又有哪些關(guān)鍵概念?這些都成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
信息技術(shù)新階段產(chǎn)物
VR是認(rèn)識(shí)世界的一種科學(xué)方法，通過(guò)虛擬技術(shù)，我們可以完成對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象、模擬、仿真，是人類探索世界、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要方法。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以不同的方式在我們生活中早已出現(xiàn)。比如，我們聽(tīng)老人們講故事，這些故事就是他們從現(xiàn)實(shí)中虛擬出來(lái)的，我們可以把其看作一維信息的虛擬現(xiàn)實(shí);我們看繪畫(huà)，用色彩繪制生成一個(gè)光與影的世界，這是二維信息的虛擬現(xiàn)實(shí);電影是film+movie，“移動(dòng)的畫(huà)片”生成一個(gè)更加近似現(xiàn)實(shí)的世界。電影技術(shù)為我們構(gòu)成了三維信息的虛擬現(xiàn)實(shí)。
近年來(lái)，3D電影在國(guó)內(nèi)大范圍上映。VR和3D電影有何區(qū)別?3D電影提供了觀眾沉浸的環(huán)境，但是它不能交互，體驗(yàn)者是被動(dòng)接受導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)制訂好的情節(jié)。而虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)的是以使用者為中心，和系統(tǒng)的交互和發(fā)揮想象力。
從古到今，雖然我們經(jīng)歷的虛擬技術(shù)不同，虛擬效果不同，但是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)，體驗(yàn)另外非同現(xiàn)實(shí)人生的目標(biāo)一致。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的仿真、對(duì)未知的虛擬、對(duì)過(guò)去的回顧、對(duì)未來(lái)的想象。
因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是信息技術(shù)發(fā)展到新階段的產(chǎn)物，是信息技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。也就是說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)不是空穴來(lái)風(fēng)，而是一種應(yīng)運(yùn)而生、水到渠成的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)和過(guò)去不一樣的只是新技術(shù)。
隨著VR的興起，一起發(fā)展流行的有AR、MR、AI等概念。關(guān)于“VR元年”的說(shuō)法，我覺(jué)得這只說(shuō)對(duì)了一半。不是虛擬現(xiàn)實(shí)誕生，而是為了闡述虛擬現(xiàn)實(shí)這一事物受到關(guān)注掀起了高潮�！癡R元年”以后如何發(fā)展?我想任何科技的發(fā)展，都有一個(gè)規(guī)律──多年的積累，厚積薄發(fā)，才能爆出高潮。最終，進(jìn)入常態(tài)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活中得到廣泛應(yīng)用，就有持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力。
接地氣并應(yīng)用廣泛的技術(shù)
作為一種新的信息技術(shù)，VR到底可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢?
實(shí)際上，能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境，就能應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，我們可以模擬出任何的實(shí)體模型，也可以構(gòu)造柔體模型，用他們構(gòu)成近乎逼真的現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種體驗(yàn)，需要體驗(yàn)的人們就是虛擬現(xiàn)實(shí)的用戶。所以虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)接地氣、應(yīng)用廣泛的技術(shù)。
虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)療方面的應(yīng)用也是很重要的。虛擬手術(shù)，精準(zhǔn)醫(yī)療都需要虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持。例如，把病人的大腦用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建模，用3D技術(shù)打印出來(lái)，醫(yī)生在虛擬環(huán)境下先行操練，然后再給病人做手術(shù)，這可以定制個(gè)性化的手術(shù)方案，對(duì)提高手術(shù)成功率大有幫助。
虛擬現(xiàn)實(shí)也可以應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域，遠(yuǎn)程電子購(gòu)物時(shí)，如果把虛擬現(xiàn)實(shí)用進(jìn)去，看到的是一個(gè)近乎真實(shí)的東西，并可以體驗(yàn)。此外，在國(guó)防、虛擬社交、娛樂(lè)方面，VR也有重要應(yīng)用。
虛擬現(xiàn)實(shí)在教育上的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外都是成功的典范。教育本身就是一種“知與行”共同前進(jìn)的事情，認(rèn)識(shí)來(lái)自實(shí)踐，學(xué)習(xí)需要體驗(yàn)。
在現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展上，我們經(jīng)歷了基于廣播電視的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)D-Learning、基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的電子學(xué)習(xí)E-Learning，以及利用現(xiàn)代通信終端設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)的M-Learning階段。這些教育技術(shù)的發(fā)展，分別實(shí)現(xiàn)了教師與學(xué)生的時(shí)空分離、遠(yuǎn)程的面授教學(xué)、隨時(shí)隨地進(jìn)行自由的學(xué)習(xí)等教育改革，是信息時(shí)代新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)教育一次又一次的沖擊。然而，這些沖擊并未撼動(dòng)目前的傳統(tǒng)教育。
現(xiàn)在人們?cè)谕芃OOCs，MOOCs是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教導(dǎo)學(xué)生的課程，一個(gè)教授可給數(shù)千萬(wàn)名學(xué)生上課。MOOCs將最好的課程送到了“渴望學(xué)習(xí)”的人們面前，解決了資源共享，商業(yè)化運(yùn)作成功。但是，和傳統(tǒng)教學(xué)比較，MOOCs授課不能解決教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)的可視化，它的教學(xué)過(guò)程缺乏情境，沒(méi)有沉浸感;教學(xué)過(guò)程缺乏交互(教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與環(huán)境);教學(xué)模式及評(píng)價(jià)方法有待提高。而虛擬現(xiàn)實(shí)在這些方面能實(shí)現(xiàn)交互、沉浸感，所以虛擬現(xiàn)實(shí)是教育領(lǐng)域取得新變革的重要技術(shù)。
V-Learning帶來(lái)教育界新革命
從人類知識(shí)的獲取來(lái)看，來(lái)自視覺(jué)的認(rèn)知信息占83%，其余感官的獲取量占17%，而且視覺(jué)信息持久性更長(zhǎng)。近年發(fā)展起來(lái)的可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教學(xué)教育提供了新的方法。
沿襲教育技術(shù)的發(fā)展，我們把基于虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化技術(shù)的教育叫做V-Learning。這種虛擬學(xué)習(xí)是用可視化的方法表述學(xué)習(xí)內(nèi)容，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中交互學(xué)習(xí)。V-Learning的推進(jìn)，將有效地改善教學(xué)的可視化、興趣化、互動(dòng)教育，進(jìn)而提升學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)，能力培養(yǎng)，帶動(dòng)中國(guó)教育理念、教育方法、教學(xué)方式的革命。
在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用方面，VR應(yīng)用在體驗(yàn)上做得都比較好。V-Learning是基于虛擬現(xiàn)實(shí)及可視化技術(shù)的新型教育教學(xué)模式，從D-Learning發(fā)展到V-learning，是觀念和技術(shù)的進(jìn)步。與前三個(gè)階段相比，V-Learning最主要的特點(diǎn)是體驗(yàn)，由于設(shè)備不同，體驗(yàn)式的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)的實(shí)驗(yàn)手段、教學(xué)管理都不一樣，對(duì)學(xué)生的測(cè)評(píng)也應(yīng)該進(jìn)入另一個(gè)階段。
V-Learning主要的問(wèn)題是教學(xué)內(nèi)容的改革，以及教學(xué)過(guò)程的改革、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)。教學(xué)內(nèi)容是知識(shí)可視化方法，完成數(shù)字教學(xué)資源的建模方法�；谌S實(shí)體掃描、醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)、參數(shù)方程、序列圖像的生產(chǎn)，也可以模型共享下載，3D打印技術(shù)完成實(shí)物教學(xué)資源的生成方法，組織開(kāi)展知識(shí)的可視化方法和可視化技術(shù)的研究，形成一套行之有效的教學(xué)虛擬模型資源庫(kù)和運(yùn)行平臺(tái)系統(tǒng)。
推廣虛擬教育須多方合作
結(jié)合中小學(xué)的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，我們研制了一個(gè)維樂(lè)(WiLe)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，即VirtualReality Visualisation和起來(lái)兩個(gè)V，構(gòu)成了Wi，學(xué)習(xí)環(huán)境是LE，即LearningEnvironment。它可以為基礎(chǔ)教育提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)和可視化的教學(xué)技術(shù)學(xué)習(xí)方法。這也是研究面向現(xiàn)代教育的虛擬現(xiàn)實(shí)的理論和方法，解決現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，函數(shù)和幾何模型的關(guān)聯(lián)需要充分的想象力，但是在維樂(lè)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)公式和它的模型是系統(tǒng)計(jì)算顯示來(lái)的，改變有關(guān)參數(shù)，展示出模型就發(fā)生了變化。數(shù)學(xué)問(wèn)題可視化，虛擬交互改變了原來(lái)的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)僅憑想象。通過(guò)軟件學(xué)習(xí)立體幾何學(xué)，并演示各個(gè)形狀及其公式。學(xué)習(xí)物理的電磁學(xué)，學(xué)生可在攝像頭前擺出手勢(shì)，程序可識(shí)別手勢(shì)并在3D嘲內(nèi)生成手部模型，學(xué)生可用手與磁場(chǎng)進(jìn)行虛擬交互，旋轉(zhuǎn)虛擬磁鐵模型，觀察電磁變化。
通過(guò)虛擬系統(tǒng)，可以精細(xì)地觀察人體結(jié)構(gòu)，演繹生命現(xiàn)象。我們通過(guò)體感設(shè)備捕捉人臉正面深度信息，提取特征點(diǎn)驅(qū)動(dòng)模板人臉面皮三維變形，得到用戶的三維頭部信息，另外提供候選發(fā)型模板多套，可進(jìn)行交互添加，生成用戶本身的三維頭像;可觀察人體頭部器官不同尺度下的三維模型，包括面皮、肌肉、血管、大腦皮層以及顱骨等，并在旁以浮動(dòng)文字、圖片、視頻等資料展現(xiàn)頭部相關(guān)知識(shí)點(diǎn);依據(jù)科學(xué)成果，對(duì)大腦功能分區(qū)進(jìn)行不同顏色的劃分，通過(guò)體感設(shè)備對(duì)人體動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，顯示對(duì)應(yīng)大腦功能分區(qū)。
類似這樣的應(yīng)用還有很多。從構(gòu)建V-learning學(xué)習(xí)環(huán)境與推廣的難點(diǎn)來(lái)看，包括內(nèi)容上的問(wèn)題，硬件上的問(wèn)題，軟件上的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)課程所用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和歷史課程用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)并不一樣，因此做這些事心要沉得下去，而不僅僅是炒概念。而且還有一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，開(kāi)始容易，慢慢再深入就需要攻堅(jiān)破難了。
虛擬教育很好，但需要得到政府引導(dǎo)，破舊立新，需要有敢為天下先勇氣。虛擬教育是一場(chǎng)教育革命，教師應(yīng)該是教育革命的主力軍。虛擬教育是一場(chǎng)技術(shù)革命，教育信息化的發(fā)展新階段，公司要投入，既要有技術(shù)上的創(chuàng)新，也要進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)作。這是利國(guó)利民利己的好事，大家會(huì)有極大的熱情。簡(jiǎn)言之，專業(yè)教師、政府、公司三方面結(jié)合起來(lái)，才能讓V-Learning取得比較滿意的成果。
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