扩展现实技术在教育教学中的应用研究
- 格式:doc
- 大小:33.50 KB
- 文档页数:11
拓展现实技术在教育中的应用近年来,随着科技的不断发展,拓展现实技术在教育领域中的应用越来越受到人们的关注和重视。
拓展现实技术,简称AR技术,是一种将虚拟世界与真实世界相结合的技术,通过虚拟的数字信息与真实的物理世界进行交互,为用户创造出一种增强现实感的体验。
在教育领域中,拓展现实技术的应用具有巨大的潜力和优势。
首先,AR技术可以提供丰富多样的学习体验。
传统教学方法往往是通过纸质教材或幻灯片来进行知识传授,而AR技术可以将抽象的概念呈现为真实的场景,使学生能够亲身体验并理解知识。
例如,在生物学课程中,学生可以通过AR技术观察和互动不同种类的动植物,从而更好地理解它们的生态特征和生命过程。
其次,AR技术可以提供个性化的学习辅助。
每个学生的学习方式和节奏都不尽相同,传统教学难以满足每个学生的需求。
而AR技术可以根据学生的个性和水平提供定制化的学习内容。
例如,在数学教育中,AR技术可以根据学生的能力水平,提供适合的数学题目,并通过AR场景模拟让学生进行实践操作,从而提高学生的学习效果和兴趣。
此外,AR技术还可以促进学生的合作学习和创造力。
传统教室中,学生们往往是被动接受知识的,缺乏互动和合作的机会。
而AR技术可以创建全新的学习环境,让学生们在虚拟世界中进行合作探索与创作。
例如,在历史课堂上,学生们可以通过AR技术进入虚拟的古代城市,参与角色扮演,了解和模拟历史事件,从而提高学生的合作能力和创造力。
此外,AR技术还具有跨学科应用的潜力。
拓展现实技术不仅可以应用于文化教育领域,还可以应用于科学、艺术、工程等学科中。
例如,在物理学实验中,AR技术可以模拟物理过程,让学生们通过虚拟实验室进行操作,提高学生对物理学概念的理解。
在艺术教育中,AR技术可以将平面艺术作品转化为立体的数字作品,使学生能够更好地欣赏和理解艺术作品。
然而,需要注意的是,AR技术在教育中的应用也面临一些挑战和难点。
首先,教师对AR技术的了解和熟练程度不足,导致无法充分发挥AR技术的优势。
增强现实技术在教育领域中的应用随着科技的飞速发展,增强现实(Augmented Reality, AR)技术正在逐渐走进我们的生活。
增强现实通过将虚拟世界与现实世界融合,为我们提供了全新的沉浸式体验。
这一技术不仅在娱乐和商业领域得到广泛应用,而且在教育领域也展现出了巨大的潜力。
本文将探讨增强现实技术在教育中的应用,并深入剖析其对学生学习体验和教学效果的积极影响。
一、增强现实技术的教育应用领域增强现实技术在教育领域中有着广泛的应用。
它可以被运用于多个学科领域,包括数学、科学、语言学和艺术等。
下面将详细介绍几个主要的应用领域:1. 实践模拟:增强现实技术可以为学生提供逼真的实践模拟环境。
例如,在医学教育中,学生可以通过增强现实技术模拟手术过程,提高技能和自信心。
在建筑和工程领域,学生可以使用增强现实技术模拟建筑设计和施工过程,提前发现问题并提高经验。
2. 互动学习:增强现实技术可以创造出与传统教室不同的互动学习环境。
学生可以通过增强现实应用程序与虚拟物体进行互动,观察物体的结构、特征和功能。
通过触摸、旋转和操作虚拟物体,学生能够更好地理解概念和过程,提高学习效果。
3. 虚拟实地考察:增强现实技术可以为学生提供虚拟实地考察的机会。
例如,在地理学课程中,学生可以使用增强现实应用程序访问各个国家和地区,了解其文化、地形和人口等信息。
这样的虚拟考察可以为学生提供全新的学习体验,激发他们的兴趣和好奇心。
二、增强现实技术的优势和挑战增强现实技术在教育中具有一些明显的优势,但也面临一些挑战。
首先,增强现实技术可以为学生提供更加真实和沉浸的学习体验,激发他们的学习兴趣和动力。
其次,学生通过增强现实技术可以进行实践模拟,提高实际操作能力和解决问题的能力。
此外,增强现实技术可以使教学内容更加生动有趣,激发学生的创造力和想象力。
然而,增强现实技术在教育中也存在一些挑战。
一方面,教师和学生需要接受新技术的培训,并熟练掌握其使用方法。
增强现实技术在教育领域中的应用研究增强现实技术,作为一种融合虚拟和现实世界的创新技术,已经在各个领域展现出了巨大的潜力。
特别是在教育领域中,增强现实技术的应用正在逐渐引起人们的关注和重视。
本文将从教育领域的角度出发,探讨增强现实技术在教育教学中的应用研究。
首先,增强现实技术为教育带来了全新的教学方式和方法。
传统的教学模式往往是以课堂授课为主,学生通过听讲和笔记来获取知识。
然而,这种单一的教学方式容易导致学生的兴趣下降,学习效果不佳。
而增强现实技术的应用,则可以通过虚拟场景的呈现,激发学生的兴趣和好奇心,让他们更加主动地参与到学习过程中。
比如,在化学实验课上,利用增强现实技术可以模拟各种化学反应的过程,让学生在虚拟的实验室中进行实验,降低实际实验的风险,同时提高学生的学习积极性。
其次,增强现实技术还可以为教育提供更加生动直观的学习资源。
在传统的教学过程中,学生通常需要通过图书或图片来理解抽象的概念,这种方式容易让学生感到枯燥乏味。
而增强现实技术可以通过虚拟现实的方式,将抽象的概念呈现为具体的图像或视频,让学生能够更加直观地理解和掌握知识。
例如,在地理课上,通过增强现实技术可以将地球的各个地理特征呈现在学生的眼前,让他们在虚拟的地球表面上进行探索和学习,使知识更加生动而直观。
而增强现实技术也在音乐教育中发挥了独特的作用。
传统的音乐教学通常是依靠乐谱来教授音乐知识和技巧,但对于一些初学者来说,阅读乐谱并不容易。
通过增强现实技术的应用,可以将乐谱转化为虚拟的键盘或弦,让学生可以直接在屏幕上进行演奏和练习,提高学生的学习效率和兴趣。
此外,增强现实技术还可以为学生提供更加个性化的学习体验。
每个学生的学习方式和节奏都有所不同,传统的教学方法往往无法满足每个学生的需求。
而通过增强现实技术,可以根据学生的学习情况和兴趣定制相应的学习内容,提供个性化的学习体验。
比如,在语言学习中,通过增强现实技术可以为学生提供不同难度和主题的虚拟对话场景,让学生能够根据自己的实际情况进行学习,提高学习效果。
增强现实技术在教育行业的应用随着科技的不断发展,增强现实技术(Augmented Reality,简称AR)逐渐被应用于教育行业中。
增强现实技术通过在现实环境中叠加虚拟信息的方式,为学生们提供了丰富多样的学习体验,改变了传统的教学模式。
本文将探讨增强现实技术在教育行业中的应用,并讨论其带来的影响和挑战。
一、课堂教学中的增强现实技术应用1.1 实物展示与虚拟叠加增强现实技术可以结合物体识别和跟踪技术,使实物与虚拟信息相结合。
例如,在生物课上,学生可以通过AR应用程序扫描动植物实物,系统会自动识别并叠加相应的虚拟信息,例如名称、解剖结构等。
这种方式不仅使学生更好地理解知识,还激发了他们的学习兴趣。
1.2 实验模拟与互动体验传统的实验教学常常受限于时间、成本和安全等问题。
而增强现实技术可以提供虚拟实验平台,学生可以通过AR设备进行实验模拟与互动体验,无需实际操作实验器材。
这种方式不仅减少了安全隐患,还扩大了学生的实验范围。
1.3 地理与历史场景再现通过增强现实技术,学生可以身临其境地感受地理和历史的场景。
例如,在地理课上,学生可以通过AR应用程序“亲身”体验各种地貌特点,比如山脉、河流等;而在历史课上,学生可以通过AR应用程序参观名胜古迹,了解历史事件的发展过程。
这种沉浸式学习帮助学生更加深入地理解和记忆所学内容。
二、个性化学习环境的构建增强现实技术为个性化学习提供了新的可能性。
通过AR应用程序,学生可以根据自己的兴趣和能力选择的学习内容、学习方式和学习进度。
例如,在语言学习中,学生可以通过AR应用程序选择不同场景的语言学习,提高语言运用能力。
而在数学学习中,学生可以通过AR应用程序选择不同难度的题目,根据自己的掌握程度进行练习。
这种个性化学习环境有利于提高学生的学习效果和兴趣。
三、增强现实技术的影响与挑战尽管增强现实技术在教育行业中带来了许多好处,但同时也面临着一些挑战和问题。
3.1 设备成本和可用性AR设备的成本较高,限制了其在教育机构中的普及程度。
增强现实技术在教育领域的应用研究随着科技的飞速发展,增强现实技术(Augmented Reality,AR)在各行各业都得到了广泛的应用,其中教育领域是一个尤为重要的应用领域。
增强现实技术能够将虚拟信息叠加到现实世界中,为学生提供了全新的学习方式和体验。
本文将探讨增强现实技术在教育领域的应用,并探讨其优势、挑战以及未来的发展方向。
首先,增强现实技术为教育带来了更加沉浸式的学习体验。
传统的教学模式依赖于纸质教材和黑板,学生的学习主要是通过听课和阅读来获取知识。
而增强现实技术可以将虚拟的三维模型、动画、视频等信息融入到学生的现实世界中,让学生通过实际操作和观察来理解和掌握知识。
例如,在学习生物学的过程中,学生可以通过增强现实技术在手机或平板电脑上查看人体器官的三维模型,观察其结构和功能,从而更加直观地理解人体的构造和功能。
其次,增强现实技术可以提供个性化的学习内容。
每个学生的学习效果和学习速度都不尽相同,传统的教学模式无法满足每个学生的学习需求。
而通过增强现实技术,教师可以根据学生的实际情况和进度提供相应的学习内容。
例如,在学习语言的过程中,增强现实技术可以根据学生的水平和学习进度,提供不同难度的练习和语言学习游戏,从而更好地满足学生的学习需求,提高学习效果。
此外,增强现实技术还可以培养学生的合作与团队精神。
在传统的学习中,学生主要是独立完成作业和学习任务。
而增强现实技术可以创造出虚拟的学习环境,在这个虚拟环境中,学生可以与其他同学合作完成任务,共同解决问题。
例如,通过增强现实技术,学生可以参与一个虚拟的历史角色扮演活动,与其他同学一起合作解决历史问题,从而培养学生的合作与团队精神,提高他们的学习能力。
然而,增强现实技术在教育领域的应用也面临一些挑战。
首先,硬件设备的成本和使用问题是一个挑战。
目前,增强现实技术的硬件设备如智能手机、平板电脑、AR眼镜等价格仍然较高,部分学校可能无法负担起这些设备的费用。
拓展现实技术在教育评估中的应用引言:随着科技的不断发展,拓展现实技术(Augmented Reality, AR)开始在教育领域得到广泛的应用。
拓展现实技术以其突破传统教学模式、提供全新学习体验的特点,为教育评估带来了许多创新的可能性。
本文将探讨拓展现实技术在教育评估中的应用,并着重讨论其在课堂评估和个体评估方面的潜力。
一、拓展现实技术在课堂评估中的应用1. 互动学习与评估:拓展现实技术可以创建虚拟的学习环境,让学生能够更好地参与互动学习。
与传统的纸笔测试不同,学生可以通过AR技术与虚拟的学习对象进行互动,增加参与度和学习动力。
教师可以根据学生在虚拟环境中的表现,即时评估学生的学习进展,并根据需要进行必要的指导和调整。
2. 个性化评估:每个学生在学习过程中具有不同的学习风格和能力水平。
拓展现实技术可以根据学生的个体需求,提供个性化的评估方式。
例如,针对学生的不同程度进行难度分层,为每个学生提供适合其水平的评估任务和反馈。
这样的个性化评估方法能够更好地满足学生的学习需求,提高学习效果。
3. 跨学科评估:拓展现实技术可以融入各个学科的教学和评估中,帮助学生跨学科地应用知识和技能。
通过AR技术,在不同学科的学习中,学生可以进行模拟实验、探索实际场景等。
这样的跨学科评估能够更好地培养学生的综合能力和跨学科思维。
二、拓展现实技术在个体评估中的应用1. 实时动态评估:传统的评估方式主要依靠静态的测验和作业,难以及时获得学生的学习情况。
而拓展现实技术可以实时获取学生在学习过程中的数据,如学习速度、理解程度等,帮助教师进行即时评估和反馈。
这样的实时动态评估能够帮助教师更好地了解学生的学习状态,及时调整教学策略。
2. 自我评估与反馈:拓展现实技术可以帮助学生进行自我评估和反馈,激发学生的主动学习意识。
学生可以通过AR技术与虚拟的学习场景进行互动,观察自己的行为和表现,自主评估学习过程中的不足与改进方向。
这样的自我评估和反馈能够提高学生的学习自觉性和自主性。
增强现实技术在教育中的创新应用随着科技的飞速发展,增强现实(Augmented Reality,简称AR)技术逐渐应用于各个领域,其中教育领域无疑是其中一个受益颇多的领域。
增强现实技术可以通过将虚拟信息应用到真实世界中,为学生提供更加丰富、生动的学习体验。
在这篇文章中,我们将探讨增强现实技术在教育中的创新应用。
一、增强传统教学方式传统的教学方式往往是单向的,学生只是被动地接受知识。
然而,借助增强现实技术,教师可以将虚拟信息与实际场景相结合,使学生能够更加深入地了解所学知识。
例如,在地理学课程中,学生可以通过AR应用程序在现实地图上看到更多地理信息,仿佛置身于现实中,这将大大增强学生对地理知识的理解和记忆。
二、创造互动学习环境借助增强现实技术,学生可以参与到更加互动的学习中来。
在语言学习中,学生可以通过AR应用程序与虚拟人物进行对话练习、实时纠正发音等,这样的学习方式帮助学生提高语言表达能力,培养自信心。
此外,在物理实验中,学生可以利用AR应用程序模拟各种实验环境,更好地理解物理原理,从而提高实验能力。
三、激发学生的创造力和想象力增强现实技术为学生提供了一个创造和想象的空间。
通过AR 应用程序,学生可以构建自己的虚拟世界并与之互动。
例如,在艺术课程中,学生可以使用AR应用程序创作三维艺术作品,展示自己的想象力和创造力。
这种创新的学习方式将激发学生的学习兴趣,培养他们的创新思维和解决问题的能力。
四、个性化教学传统的教学往往是基于课堂的统一讲解,难以满足学生个体化发展的需求。
而增强现实技术可以根据学生的能力和需求提供个性化的学习资源。
通过AR应用程序,学生可以根据自己的学习进度和兴趣选择适合自己的学习路径,提高学习效率。
这种个性化的教学方式将更加注重学生的个体差异,培养学生的自主学习能力。
五、应用于实践教学增强现实技术不仅可以用于理论学习,还可以应用于实践教学中。
例如,在医学实训中,学生可以利用AR应用程序进行虚拟手术实践,模拟真实的手术环境,提前熟悉操作流程,减少实际手术风险。
增强教学效果拓展学习空间——增强现实技术在教育中的应用研究随着科技的迅猛发展,增强现实(Augmented Reality,简称AR)技术在教育领域的应用也逐渐引起了人们的关注。
AR技术将虚拟信息与真实世界相融合,可以拓展学习空间,提升教学效果。
本文将对AR技术在教育中的应用进行研究,并探讨其如何增强教学效果。
首先,AR技术为学生提供了更加直观、可视化的学习体验。
传统的教学模式往往以文字、图片等平面形式呈现,难以激发学生的学习兴趣和想象力。
而AR技术可以把虚拟的三维模型与真实环境相结合,为学生呈现出逼真的视觉效果,例如通过AR技术在教室里投影3D模型,让学生能够更好地理解人体结构、地理地貌或者物理实验等,这样的学习方式更加生动形象、易于理解。
其次,AR技术可以创造出虚拟的学习环境,拓展学生的学习空间。
无论是虚拟实验室、虚拟考古场景还是虚拟世界地理探索,AR技术可以让学生身临其境地进行学习,提升他们的实践能力和综合素质。
例如,学生可以通过AR技术参观世界各地的名胜古迹,亲身体验历史场景,提高对历史文化的了解和兴趣。
再者,AR技术还可以提供个性化的学习体验。
由于每个学生的学习习惯和能力差异较大,传统的课堂教学难以针对不同学生的需求进行个性化教学。
而AR技术可以根据学生的学习进度和能力,提供相应的教学内容和难度,让每个学生都能够在自己的适应性区域内进行学习。
此外,AR 技术还可以为学生提供实时反馈,让他们在学习过程中能够及时发现和改正错误,提高学习效果。
此外,AR技术还可以激发学生的创造力和想象力。
AR技术可以将学习内容与游戏元素相结合,创造出游戏化学习的体验。
在游戏化学习中,学生通过完成任务或解决问题来获得奖励,激发学习的动力和兴趣。
例如,通过AR技术设计的益智游戏可以让学生在游戏中学习数学、物理等学科知识,提高他们的学习积极性和主动性。
总之,AR技术在教育中的应用可以增强教学效果,拓展学习空间。
通过提供可视化、直观的学习体验,创造虚拟学习环境,以及提供个性化和游戏化的学习方式,AR技术可以有效地激发学生的学习兴趣和动力,提高他们的学习效果和成绩。
提高教育教学效果的拓展现实技术应用案例随着科技的不断发展和应用,拓展现实技术(Augmented Reality,简称AR)作为一种新兴的教育工具,正逐渐在教育教学中发挥重要作用。
拓展现实技术结合虚拟现实与现实环境,使得学习过程更加生动、实际、互动,使学生能够更好地理解和应用知识。
本文将介绍几个成功的教育教学案例,展示了拓展现实技术在提高教育效果方面的应用。
首先,拓展现实技术可以为学生提供身临其境的学习体验。
例如,在学习地理学的过程中,拓展现实技术可以通过虚拟地图的展示,将学生带到真实的地理环境中,让他们亲身体验并探索不同地区的地理特点。
学生可以通过AR设备观察山脉、河流、湖泊等自然地理景观,了解到地貌特征和气候环境对当地生活及经济发展的影响。
这样的身临其境体验,可以激发学生的好奇心和学习的兴趣,提高地理学习的效果。
其次,拓展现实技术可以增强学习者的互动和参与度。
在学习科学的过程中,拓展现实技术可以模拟实验场景,并且通过虚拟实验设备,使学生能够进行真实的实验操作。
学生们可以利用AR设备观察化学反应、物理实验等,不仅能看到实验的结果,还可以亲自操作设备并观察实验结果的变化。
这样的互动体验激发了学生的好奇心和求知欲,使学生更加主动地参与到学习中,提高学习效果。
此外,拓展现实技术还可以加强学习内容的可视化展示。
在学习艺术的过程中,拓展现实技术可以使学生能够观察名画和雕塑作品,了解艺术家的创作意图和艺术风格。
通过AR设备,学生可以在真实环境中看到艺术作品的3D模型,并可以从不同角度观察、旋转、缩放作品,感受艺术家所要表达的情感和意义。
这种可视化展示有效地激发了学生对艺术的理解和欣赏,使学习过程更加有趣和深入。
另外,拓展现实技术还可以定制个性化的学习体验。
在学习外语的过程中,拓展现实技术可以提供虚拟的语言环境,使学生能够在虚拟的国家环境中进行实时对话和交流。
通过AR设备,学生可以与虚拟的外籍人士互动,学习与他们进行真实的对话,并且还可以获得即时的语音翻译和语法纠正。
如何有效运用拓展现实技术进行教学拓展现实(Augmented Reality,简称AR)技术是一种将虚拟信息实时叠加到真实世界的技术,已经在教育领域得到了广泛的应用。
通过将AR技术应用于教学中,可以为学生提供更加互动、丰富、直观的学习体验。
本文将探讨如何有效运用拓展现实技术进行教学,以促进学生的学习兴趣和深度理解。
首先,拓展现实技术可以为学生创造沉浸式学习环境。
传统的教学方式往往以纸质教材为主,学生在课堂上接受抽象的概念和知识点。
然而,通过AR技术,学生可以通过视觉和听觉的感知,将学习内容与真实世界相结合。
例如,学生可以通过AR应用程序查看三维模型、动画和图像,并实时与之互动,使抽象的概念变得更加具体和直观。
这样的沉浸式学习环境能够激发学生的好奇心和学习兴趣,提高学习效果。
其次,拓展现实技术可以提供个性化的学习经验。
每个学生的学习风格和能力不同,传统教学方式往往无法满足所有学生的需求。
而AR技术可以根据学生的个体需求进行个性化的教学设计。
例如,通过AR应用程序,学生可以选择自己感兴趣的学习材料和内容,并以自己的节奏进行学习。
同时,AR技术还可以提供实时反馈和指导,帮助学生纠正错误和提高学习效果。
个性化的学习经验能够更好地激发学生的学习动力和自主学习能力。
拓展现实技术还可以促进合作学习和团队合作的能力。
在传统教学中,学生往往是孤立的接受者,缺乏与他人互动和合作的机会。
而AR技术可以创建虚拟的协作环境,学生可以同时参与其中,在虚拟空间中进行实时的交流和合作。
例如,学生可以通过AR应用程序共同解决问题、完成任务和创造性地合作。
这样的合作学习模式能够培养学生的团队合作能力、沟通能力和创造性思维。
此外,拓展现实技术还可以为学生提供丰富的实践机会。
在传统教学中,学生往往只能通过观察或模拟来获取实践经验。
而AR技术可以模拟真实的场景和情境,为学生提供更加真实和实践的学习体验。
例如,学生可以通过AR应用程序参观历史名胜、进行科学实验、进行新产品设计等。
扩展现实技术在教育教学中的应用研究摘要:本文介绍了目前应用较为广泛的扩展现实技术的背景、概况、与虚拟现实区别和应用现状,重点讨论了扩展现实技术在教育教学领域中的一些尝试和阶段性成果,这其中包括工业学习、医学学习、军事学习、辅助学习、情境学习、教育游戏和电子书方面的成就。
最后,阐述了基于扩展现实技术产品开发需要的硬件系统和软件系统平台。
随着网络技术和手持移动设备的高速发展,在教育教学技术领域,将智能手机作为扩展现实技术的开发应用平台,无疑是其发展的新道路。
基于扩展现实技术的教育教学产品必将走进千家万户。
关键词:扩展现实技术移动终端电子书教育技术20世纪90年代早期,Tom Cnadell 等人在波音公司提出了扩展现实技术(Augmented reality简称AR)这个概念,扩展现实技术是虚拟现实研究领域中一个新兴的受欢迎的研究方向。
人们生活的环境中包含大量的数字化信息,如果想用计算机建模并绘制出来,十分困难。
完全的虚拟环境就需要巨量的数据和信息,并且耗费大量的能源。
比如一个简单的娱乐性的飞行模拟游戏,要想产生与真实场景相似,要消耗上亿美元的支出。
但是,扩展现实技术可以充分利用身边的真实世界的实物和电脑中产生的虚拟场景相互配合,产生一种综合的立体的视觉感受和良好效果。
用户如果在现实世界中移动物体,电脑中的虚拟物体也跟随着移动,二者合二为一。
理想状态下,计算机中的虚拟物体完全有能力同操作人员和真实物体进行交互交流。
扩展现实要最终实现的目标是让用户处于一种融合的、友好的环境中,能够区分真实物体和虚拟物体,其所感知的是一个真实物体和虚拟物体环境相互融合的、友好的单一世界。
我们生活的现实世界中的一切事物一直以来都是多姿多彩,将虚拟设备和软件装备现实世界并进行虚拟和扩展,那么,大量信息将陆续地进入我们的视野,所有事物会变得越来越祥和美丽,人类社会文明将步入更高的境地。
1 扩展现实技术概要扩展现实技术是指把原本在现实世界的一定时间、空间范围内很难体验到的视觉、声音、味道、触觉等实体信息通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。
简单的说,在现实可见的场景中,通过硬件设备和软件系统,虚拟的物体或说明的信息叠加在一起,丰富用户感知内容,超越用户对现实世界事物的感知内容,即扩展现实。
如本文引言所述,扩展现实是虚拟现实(Virtual reality,简称VR)的一个非常重要分支,并且这几年收到越来越多的科研人员的欢迎,不但包含了虚拟现实的特点,还具有自身的特点。
扩展现实融合了计算机科学、光电子技术科学、传感器技术、数字图像处理、视觉跟踪技术、显示技术等学科。
2 扩展现实与虚拟现实之间的区别虚拟现实技术的特征如下。
(1)沉浸感(Immersion),是指用户在使用扩展现实产品时候产生的身临其境的感觉。
这是通过计算机软件绘制的3D图像,使得人置身于一种虚拟环境中,感觉人就像在真实的客观存在的世界中一模一样。
(2)交互性(Interaction),是指用户和现实物体可以与计算机中的虚拟物体相互之间作用。
利用虚拟环境,用户可以利用大量的传感器和输入输出设备与虚拟环境进行交互,比如:当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时,用户不但能够感受虚拟物体的重量,而且还有质感。
(3)想象(Imagination),是它能够启发用户的创新思想。
在虚拟环境中,人们不但能够沉寂在知识的海洋,获取大量的、新鲜的知识,而且能够提高用户的感性和理性认识,最终,激发用户思想的火花。
而基于扩展现实技术的产品是用户能够看到真实物体和虚拟物体的融合到一起的真实环境。
扩展现实是对真实世界的物理信息的一种补充、扩展和增强,扩展现实并不是要完全代替用户的真实的世界。
增强现实的目标是让用户处于一种交融的环境中,用户没有能力区分真实事物和虚拟事物,用户所感知到的唯一存在的世界是由真实和虚拟相融合而成。
目前,扩展现实基于三维空间注册技术,人机交互技术以及3D战线技术实现。
综上所述,用户的浸入程度是虚拟现实和增强现实最显著之差别。
虚拟现实属于完全的、彻底的浸入状态,这也是虚拟现实的目标所在,在某些系统中,视觉和听觉都要受系统所控制。
扩展现实是对真实环境扩展、增强,同时,用户保持真实场景的感知。
3 基于扩展现实技术产品在教育教学中的应用现状基于扩展现实技术的教育产品和教育资源使得学习具有高度可视化和互动性。
扩展现实技术很容易将各种海量数据覆盖到用户所在的现实世界,过程流畅无阻塞。
另外一个优势是扩展现实能够有效地使得虚拟物体与真实物体相互互动,增强学习兴趣,提高质量。
在该技术的支持下,学生可以在现实实物的基础之上建立虚拟物体,构建模型,学习新知识。
尝试将扩展现实技术与学生手中的教科书相结合,提高学生的学习兴趣也是种方式。
扩展现实技术在各个领域的学习中都有极其广泛的应用。
3.1 工业学习新加波国立大学开发了一套基于虚拟交互面板的扩展现实系统,指导用户装配电脑,避免经常翻阅纸质的装配图,容易产生问题的弊端,用户将经历集中在装备上,方便装配。
Sareika M和Schmalstieg D 是奥地利格拉茨工业大学的教授,二人组成的课题组研发了Urban Sketcher系统,这个系统能够辅助城市规划。
通过摄像机能够捕获真实的物体用虚拟三维模型构造,无缝结合,使得设计趋于理想化。
2002年,上海大学多媒体中心开发了基于增强现实的虚拟装修系统。
2007年,南京航空航天大学的胡教授等人进行了增强现实技术在维修诱导系统关键技术中的研究,并开发了一种维修辅助系统,其特点是人性化、智能化,对维修人员进行培训和指导,不但能够降低维修人员维修作业难度、而且能够减少维修人员作业差错。
3.2 医学学习2010年美国科学家设计了一套实时的增强现实原型系统。
该系统利用扩展现实技术和3D建模分别获得身体各个部位对应的三维数据和人体器官的3D模型,通过扩展现实技术将器官的三维模型数据处理,通过算法合成胡,将其叠加到患者相应的身体部位,通过特殊的设备,医生不但能够观察到虚实合成图像,而且能够多角度观察患者,同时,以前肉眼无法看到的器官的内部信息,现在一目了然。
不但提高了医生分析、诊断病情的能力,也减轻病人痛苦。
目前,世界上已经研制出的用于医学培训的虚拟现实系统有以下几个方面。
(1)基于增强现实的外科手术模拟训练。
美国亚利桑那州大学研制的该系统利用数据手套记录腕关节和手指的运动情况、手掌的拱起程度以及大拇指与小指之间的接触和分开距等数据。
克服了以往的外科手术模拟训练只能通过训练录像,分析手术过程中医生的活动和时间的缺点。
(2)“可见人”虚拟图像学习系统。
其是由5000多帧人体不同截面的光、磁和射线的图像组成的,学习者通过交互网络调用可以人体图,其信息量比《大不列颠百科全书》的储存空间高50倍左右。
(3)导管插入动脉的模拟器。
学生可以在这个有科学家设计的扩展现实系统中反复实践导管插入动脉时的操作,不用担心会给病人带来痛苦。
(4)眼睛手术模拟器。
根据人眼的结构,科学家创建出了人眼的3D图像,同时其具备实时的触觉反馈信息功能。
该虚拟现实系统能够模拟医生在移去晶状体时候的全过手术过程,通过一个立体目镜和大型计算机数据图像工作站生成数字化图象,眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织以及角膜的透明度等都可以显示在用户的面前。
(5)口腔手术扩展现实系统。
学习者可以通过利用扩展现实技术做好的三维牙齿和牙根图像,进行训练。
(6)虚拟腹部扩展现实。
学生者使用该扩展现实系统时,学习胃、胰、肝、胆管和胆囊知识,学生要配带特制的眼镜和数据手套。
3.3 军事学习澳大利亚大学高级计算研究中心的Piekars姑等,开发了一个军事训练和演习仿真系统,有真实训练场景、虚拟车辆、虚拟仿真岩体等,通过GPS、头戴显示器、电子罗盘等先进设备,将参与军事训练的士兵的信息发送到虚拟指挥中心,达到训练目的。
除此之外,美国海军研究院也研制了战场扩展现实系统,战士不仅可看到战斗场景,还可以将各种侦查信息传送到指挥中心。
3.4 辅助学习早在2008年7月,泰国的Larn Gear Technology公司采用MR Studio的技术,设计出了首套扩展现实电子书《Eanhstmcture》。
该技术利用特制的标记来代表对象。
一旦标记对象被摄像头发现,则成像数据就会被被输入计算机系统,在标记的位置出现相应的3D对象。
这样的设计便是扩展现实电子书的原型。
2008年9月份举行的第60届法兰克福图书博览会上,由德国Ars Edition公司利用图像处理技术,设计了扩展现实电子书《Aliens&UFOs》,成为会展上一个亮点。
3.5 情境学习扩展现实在博物馆和展览馆的应用价值巨大,非常适合历史学习和体验,淮安信息学院研制了基于AR技术的周恩来纪念馆体验,允许用户使用移动设备来访问纪念馆,从而了解伟人的丰功伟绩。
就国内而言,2002年,上海大学的研究人员开发了基于增强现实的虚拟装修系统,同时开发了基于扩展现实技术的上海大学校园漫游系统。
该校园的漫游系统还可以在科技馆、展览馆等地方应用。
另外,王涌天教授开发的基于扩展现实技术的数字圆明园,将圆明园清朝鼎盛时期的部分景观和盛世面貌重现给游客,使得游客对古代圆明园的历史有更加深刻的印象。
澳大利亚Powerhouse 博物馆开发了基于安卓系统的百年前悉尼面貌的扩展现实图像,用户可以利用手机下载和观看。
3.6 教育游戏扩展现实游戏是种比较特别的教育形式,使用标记技术,通常包括一个玩具和一个硬件设备或摄像头来作为三维坐标输入,可以很容地应用到各种学科,包括人类学、历史学或地理等。
wIzQubes就是一款给儿童将故事的寓教于乐产品,该产品有新加坡MXR公司利用扩展现实技术研制。
儿童将学会颜色、单词等知识。
3.7 电子书Billinghurst和Poupyrev分别是美国华盛顿大学和索尼计算机科学实验室的研究人员,他们研制了基于扩展现实技术的“神奇书本”。
读者在阅读时,显示器上能够显示真实环境的场景,读者能感知由书本内容生成的虚拟图像,同时,读者还可以与其他“读者”进行交流。
这可以应用到各种学科的学习中。
随着ActionScript3.0语言的FLARToolkit类库的发布,并且无偿的开放源代码,加入到了增强现实电子书的制作行列的Flash/Flex爱好者也越来越多。
出现了很多新奇的增强现实电子书,很多开发者还将增强现实电子书的注意力集中在儿童内容、游戏娱乐和学校教育。
2012年第61届法兰克福图书博览会上利奥纸品集团开发了ARIUXTM技术,利用显示屏展示空间立体影像,增强感知效果。
韩国光州科学技术学院研制了一种增强3D电子书,运用特制的眼镜型显示器来配合使用,电子书的每页都是3D人物。