关于AR技术的简介与在教育领域的应用及特性

为了连接虚拟世界和现实世界，创造了增强现实（Augmented Reality，AR），是近年来的热门话题，其可以应用于医疗、制造和维修、可视化、娱乐和教育等许多领域。与虚拟现实（Virtual Reality，VR）相比，AR在教育（尤其是儿童教育）方面具有更多优势。因为孩子们只需要一个智能眼镜就可以通过AR进行学习，而且用户的娱乐性、参与性和可用性也会更高。此外，虚拟物体和现实环境的共存可以可視化复杂的空间关系和抽象概念，体验现实世界中不可能发生的现象，还可以与混合现实中的二维或三维合成对象、产生交互。这些教育优势使AR在未来5年成为教育领域的关键新兴技术之一。

01AR技术简介

AR是一种新兴的体验形式，通过与特定位置或活动相关的计算机生成的内容来增强现实世界。简而言之，增强现实界面提供了真实世界与虚拟世界之间的无缝连接。使用增强现实系统，学习者可以自然地与3D信息、对象和事件进行交互。除了2D和3D对象之外，教学资产，例如音频和视频文件、文本信息、嗅觉或触觉信息等也可以并入用户对现实世界的感知中。总体来说，这些增强功能可以帮助和增强个人对周围情况的理解。

用户可以通过多种方式查看增强现实内容。一种是用户可以通过应用程序中的网络摄像头扫描快速响应（Quick Response，QR码）。当使用摄像头扫描QR码时，用户可以查看叠加在其实际环境上的数字信息。通常，当用户移动或旋转扫描QR码时，数字信息也将随之移动和旋转。另一种是使用头戴式显示器（Head Mount Display，HMD）。当用户佩戴HMD时，用户可以在HMD屏幕上以及其真实环境中通过屏幕看到数字信息（或通过连接的相机的屏幕显示）。

根据增强现实的类型以及可供使用的AR设备，现在有许多工具可供开发使用。某些工具（例如Daqri，MixAR和ZooBrust）比较简单，不需要编程知识或技能。其他工具包括SDK工具包，例如ARToolKit，Unifeye Mobile SDK和Wikitude，是为专业的AR开发人员开发的。这些套件功能强大，可让开发人员针对各种设备设计各种AR应用程序。更高级的工具则需要计算机编程的知识和经验。

02AR技术在教育领域的应用

2.1 AR书籍

将AR技术用于书籍中能够为用户带来丰富的感官体验，将单调的信息转化为立体、逼真的图像，带来全方位的视觉、听觉和触觉冲击。用户还可以通过与AR书籍的交互去探索和发现新的场景和情节，获得个性化的阅读体验。例如泰国教育科技研究所开发了3D增强现实地质学教科书，该书教学生有关地球各层的关系、差异和功能。还有针对学龄前儿童使用的AR字母书，儿童能通过查看每个字母的3D模型、动画和对应的拼图游戏进行更有趣的学习。

2.2 AR游戏

教育工作者经常利用游戏来帮助学生轻松掌握课堂上难以理解的概念。使用AR技术的游戏通常包括一块平板或地图，当用移动设备的摄像头查看时，它会变成3D形式。这种游戏可以很容易地应用于一系列学科，包括考古学、历史学、人类学、地理学等。增强现实游戏的另一种玩法允许玩家创建虚拟人物和物体，然后将这些绑定到现实世界中的特定位置。然后，玩家可以与这些数字对象互动。

AR游戏是一种非常有效的学习工具，可以在教授学生各种技能的同时吸引他们的兴趣和注意力。0glasses在基础的特征点采集、识别，虚拟影像与真实场景叠加等技术实现的同时，纳入手势识别技术，在真实环境中呈现3D立体MR互动游戏，区别传统游戏单一平面显示，伸手可感知真实存在的视觉效果，让体验者完全进入游戏场景带来身临其境的互动游戏体验，还可以围绕游戏主题转动、走动查看体验。

2.3 物体建模

增强现实也可以用于建模，使学习者可以设想给定物体在不同设置中的外观。模型可以快速生成、操纵和旋转，学生可以立即收到相关的视觉反馈。

0glasses-AR内容可视化编辑系统，是一套基于Web的AR内容创建工具，内容创建灵活，支持添加识别图，AR内容；支持对虚拟AR内容进行移动、缩放、旋转调整；支持同时添加多个AR内容；支持AR作品增删改管理。满足不同学科、不同需求教师轻松创建AR内容的需求。

2.4 技能培训

增强现实具有强大的潜力，可以提供强大的学习体验，同时促进在现实世界中发现信息的关联性。AR护目镜已被用来训练个人，特别是在波音等公司的特定任务中，例如军事上的硬件机械师或飞机维修等特定任务。AR智能眼镜能够显示维修的每个步骤、确定所需的工具，并包括文字说明。

例如，0glasses将AR工业解决方案应用于汽车的发动机装配过程，为发动机装配过程开发一套发动机装配AR工作辅助系统，通过图像识别、人工智能算法等技术实现发动机装配过程中的零件投料、下线核验，实现投料的智能防错、下线的自动核验，实现发动机装配零件投料、下线核验的实时、可视化管理，对装配工作实时纠错，提高装配效率，降低出错率，降低生产成本。

2.5 特殊人群康复与教育

AR技术在特殊人群的教育和康复方面也有突出的表现。相对于正常人来说，特殊人群可能会具有某部分的身体缺陷或是认知能力较弱等特征，使用AR进行学习能够提高其学习效率和学习主动性，也能帮助其更好地进行一些康复训练。AR技术还可以运用到手语学习和教学中，帮助聋哑人以及与他们接触的亲人、社工、言语康复师等学习手语。

03AR技术应用在教育领域的特性

3.1 增强学习动力

当学生使用AR进行学习时，往往能有更高的满意度，体会到更多的乐趣以及会很愿意进行重复学习。学生能够与AR物体产生交互，达到沉浸式的体验或是通过游戏的方式进行学习，使他们主动地去探索知识，增强学生的学习动力。有时AR产品的易用性可能会低于非AR产品，但是AR产品的用户动机却明显高于非AR替代品。如使用AR与PC端计算机輔助设计（Computer Aided Design，CAD）程序学习3D结构的学生认为即使AR程序的可用性被评为低于PC程序，但是用户对AR程序的满意度更高。与非AR版本的游戏相比，儿童头戴式AR游戏的使用难度明显要高得多，但是儿童认为AR版本的游戏更加有趣，并且他们愿意再次玩。

3.2 体验现实生活中无法做到的事件

AR学习应用实质上是交互式数字仿真，它能可视化抽象科学概念或使学生体验到无法实现的现象。例如，AR可以允许学生改变空间比例以观察正在运行的太阳系，或加快观察植物生长的时间，或允许学生选择化学元素，组成3D分子模型并旋转模型。增强现实创建了新的可视化效果，能够有效增强学生对抽象概念或现象的理解。

3.3 加强团队协作

AR可以加强团队之间的合作，而且使用AR可以使互动和协作更加自然。AR系统通常比较容易使用，因为学生可以使用自然交互的方式来操纵内容，而不必花费很多时间去学习使用系统。例如当学生使用AR地图进行导航的时候，创建了一个共享的空间，团队成员可以协作并共享信息，能更有效地进行导航。此外，当学生通过联网的移动设备以及面对面的互动进行协作时，社交互动可以得到增强。

同时，可远程呼叫技术专家进行音视频远程指导，通过AR可视化技术，让技术专家手把手指导工作，实现解放双手，提升效率与质量。远程指导，这也是0glasses-PSS工作辅助系统四大模块之一。

3.4 内容以新颖的方式呈现

AR可以使内容以多种形式呈现：静态图像变为动态图像、二维变为三维、文本变为声音、非交互式内容变为交互式。随着信息变得更易于处理和多样化的学习方式，表现形式上的变化可以提高教育的效率。在一个教学案例中，教师使用了包括白板、投影仪、摄像头、AR磁贴和虚拟3D建模包在内的多种技术组合，以观察和旋转虚拟3D地球，以了解地球和太阳以及白天和夜晚之间的关系，证明AR可以使学生更有效地进行学习。

除了以上提到的特点外，将AR技术运用在教育中还具有培养学生的创造力和想象力、帮助学生按照自身步调和道路来控制自己的学习、更好地记忆学习内容等特点。

04结 语

尽管AR并不是新生事物，但其仍处于起步阶段，尤其是在教育应用方面。为了优化现有的AR应用程序和技术以用于教育，仍然有许多问题需要克服和探索。当前，尽管AR具有诸多优点，但是对于许多老师和学生来说，为AR创建3D模型的任务较为困难，因为其需要大量的技术知识。但是，0glasses不断研发易于使用的AR开发套件，帮助教育工作者解决教学困境，并密切关注AR对社会的影响，有意识地评估AR对教育的影响，并不断探索，寻求如何最好地应用AR以优化教学环境的方式。
编辑:lyn