【芥末翻·VIEW】AR、VR、MR，新興科技在教學中的應用

【芥末翻·VIEW】AR、VR、MR，新興科技在教學中的應用

作者：爾瑞發佈時間： 2018-03-14 15:16

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本文編寫：爾瑞；zSpace案例翻譯：Diana Qi；審校：Zoe.

近日，微軟與教育部(文章內的教育部，指的是對岸的教育部)合作，正式啟動高校及中高職院校VR實驗室建設專案，早前微軟也宣佈會和 Pearson 等教育公司合作開發更多使用 MR 輔助教學的課程。而略顯遺憾的是AR/VR在現實生活中的運用因為技術壁壘和場景需求並未得到很好落地，只是形成一種概念。VR+遊戲的模式也在探索中。然而VR/AR在教育的運用中嶄露頭角，微軟在教育行業的佈局將AR/VR在實際教育情境中的落地再次放進人們視野中。

首先讓我們來簡單回顧一下什麼是VR、AR以及MR。

VR英文全稱Virtual Reality,意指虛擬實境。從字面意思來講，眼睛通過VR眼鏡等頭顯設備看見的情景是完全虛擬的，視覺與現實環境相隔離。比如帶上眼鏡即可立即體驗坐過山車的視覺感受，並隨著逼真的場景發出啊啊的尖叫聲。

圖片來源：百度圖片

AR英文全稱Augmented Reality，意指增強現實。它在真實物理世界的基礎上通過設備增加虛擬數位畫面，但這個虛擬的畫面在真實世界並不存在，因此你無法通過走近或離遠來感知這個虛擬畫面變大或變小。虛擬數位畫面不僅可以是二維資訊，也可以是3D立體的（如微軟HoloLens全息眼鏡設備）。之前火爆的Pokemon Go遊戲讓成群結隊的年輕人在大街上競相追逐皮卡丘，就是AR的應用之一。

圖片來源：百度圖片

▲ 小編用Microsoft Surface自帶的“混合現實檢視器”（這裡感覺就是AR）試了只3D鴨子，遠觀時發現鴨子相較於旁邊的南方黑芝麻糊竟然變大了。說明AR的虛擬數位資訊並不隨著距離遠近被感知大小。

稍顯陌生的概念應屬MR。MR的全稱有兩種，一種是Mixed Reality（混合現實），一種是Mediated Reality(介導現實)。“混合現實”可當作是和AR/VR同一層級的概念，“包括增強現實和增強虛擬，指的是合併現實和虛擬世界而產生新的視覺化環境。在新的視覺化環境裡物理和數位物件共存，並即時互動”。它將AR和VR的優點結合，避免AR的視覺受限（透過設備螢幕看見畫面的範圍小），以及彌補VR不能與真實世界互動的遺憾。如之前炫酷的體育館觀鯨，採用3D全息投影技術，不用戴頭顯設備，借助投影設備即可裸眼看到巨像。虛擬卻存在於物理世界，可裸眼判斷遠近。

圖片來源：互動百科

不過製作此視頻的Magic Leap公司在獲谷歌和高通投資後並未公開展示自己的技術，坊間傳聞此條視頻可能有電影特效參與，這也說明真正實現Mixed Reality還有段路要走，不過AR/VR的發展會不斷趨向對Mixed Reality的探索。

Mediated Reality（介導現實）是相對於AR/VR、Mixed Reality（混合現實）更上位抽象的概念，它是一個連接物理現實和虛擬實境的介導連續體，在這個連續體上，物理現實和虛擬實境所占比例各不相同。根據虛擬實境的輕重程度，連續體的中間部分可分為羽量級AR（通過某軟體拍照，畫面上顯現時間地點）、中量級AR（類似微軟HoloLens智能眼鏡）和重量級AR.

AR、VR和介導現實的關係（圖片來源：知乎《VR、AR和MR的區別》）

小結：一句話說清AR、VR 與 MR 的區別： 

• AR 增強現實 (Augmented Reality) ：在使用者的現實世界疊加數位創建的內容。
• VR 虛擬實境 (Virtual Reality)：阻擋現實世界，為使用者創建一個全數位化、身臨其境的體驗。
• MR 混合現實 (Mixed Reality)：在使用者的現實世界疊加您可以與之互動的數位創建內容。 

中量級AR應用：Microsoft HoloLens (圖片來源：知乎《VR、AR和MR的區別》)

接下來讓我們來看看最新的用於教學的AR/VR技術。

AR、VR、MR 在教育訓練方面的應用可分成三大塊:

• 教育 (Education): 傳授知識，包含學校教育及職場教育。
• 訓練 (Training): 職能或技能訓練，包含學校及職場。
• 效能支援 (Performance Support): 在需要的時刻提供相關重要資訊，以協助完成工作，通常可以與前項搭配運用。

具體案例研究: AR/VR技術助力STEM教學

工具：zSpace（中量級AR應用）

前沿：AR/VR技術的發展與應用是近些年來的熱門話題。關於AR/VR技術如何應用於教育領域，不少的公司已經進行了相應的嘗試，本文將以美國zSpace公司為例介紹AR/VR技術在STEM教育中的應用。在實際的教學中，學校往往面臨實驗室空間不足，實驗材料和實驗成本過高的挑戰，AR/VR技術基礎上建立的STEM實驗室不失為一種可能的解決方式。學生們可以兩兩一組在使用AR技術的設備上進行實驗，成本低且無危險性。

美國zSpace是一家為學校和教育機構提供AR硬體和終端以及配備的軟體、課件的公司，目前已經在全球多個國家和地區的學校提供服務，其中包括中國的三所中小學。此外，zSpace還成立了專門的STEM實驗室，每實驗室標配12名學生一位老師，幫助學生更好地學習數學、物理和生物等課程。

紐約Plainview-Old Bethpage中央學區引入了zSpace公司的技術，該技術允許學生在廣闊並可交互的虛擬世界創造、測試和實驗。在2014-2015學年期間，學生們在zSpace的STEM實驗室學習了各種科學概念。實驗室由一系列AR / VR系統組成，每個系統都配備了一套單獨的電腦和VR顯示器，並配備有觸控筆，幫助學生操縱虛擬3D物體，加強學習體驗。軟體內容涵蓋生命科學、物理學和工程學。

目前，在使用技術第一學年的最後階段，老師和教學管理者認可zSpace帶給學生們前所未有的學習熱情，這促進了學生們更深入、更專注地學習STEM課程。

“我喜歡zSpace的部分在於它的合作學習方式，” 課程和指導助理總監Jill Gierasch說，“兩位學生，一位手持手寫筆，一位元戴上眼鏡設備，就可以一起上課來解決問題。使用這樣的設備來學習研究技能是前所未有的。”

而且，相比以往的一般課堂學習，虛擬實驗盡可能地帶來了更加先進的學習方式。

比如，六年級學生使用一種叫做“佛蘭克林實驗室”的zSpace軟體，進行電路板相關的實驗。然後，他們把實驗中獲得的技能轉換到現實中，在學校裡的科技商店設計了自己的電路板。 學生隨後返回zSpace，進一步提升他們的設計。若在現實生活中進行實驗，他們所使用的技術和材料成本極高，甚至充滿危險。

一位元美國大學預修物理課程老師Jordan Pekor，能夠與他的高中學生一起進行實驗。在過去，他沒有時間去做這件事。 “你可以在42分鐘內完成更多的課堂學習內容。在傳統時間框架內，很多實驗是不可能完成的 。然而，現在你可以在zSpace軟體上設置，學生們進來就可以直接開始實驗。”

學生們能進行深度參與和研究，而且時間和經費都大大縮減，這改變了Plainview學生的學習方式。正如一位學生所說：“能夠親眼看到哪些有效，哪些無效。每個人都在學習，並且能一起學習。”

文章參考：

1. 知乎《VR、AR和MR的區別？》
2. 知乎《最近瘋傳的那個穀歌裸眼3D鯨魚究竟是什麼？AR還是VR？》
3. 互動百科：MR[混合現實]
4. zSpace案例譯自：Accelerating Education by Providing More for STEM Classes with AR/VR Technology.