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【AR擴增實境及VR虛擬實境】

AR 擴增實境
Augmented Reality

​能夠讓學習過程更加靈活與趣味

VR 虛擬實境
Virtual Reality

​既可以為學生帶來親臨其境的多感官體驗,

又為傳統課堂帶來趣味性。

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​什麼是AR? (擴增實境)

AR的英文全名為Augmented Reality,簡稱AR。Augmented是擴增、擴充、增強、強化的意思。AR常用於輔助現實生活所需。AR是指在現實環境中,加入虛擬的資訊,用來增加或強化需求的服務。

真實例子 : 「現實的馬路」和「虛擬的寶可夢」透過「手機鏡頭」同時出現在一個畫面中。在玩Pokemon GO,在手機鏡頭拍攝到現實馬路上面出現的「寶可夢」,就是電腦產生的虛擬物件。

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​什麼是VR?(虛擬實境)

VR的英文全名為Virtual Reality,簡稱VR。Virtual是虛擬、虛構的意思。VR是透過科技裝置或技術所打造出來的環境,用以滿足我們的各種需要。VR是模擬出一個真實感很高的虛擬空間,讓用家產生像處身於現實般身歷其境的感覺。進行VR 體驗時,會搭配頭戴顯示器(HMD)完全罩住眼睛可視範圍,使用者看不到真實環境,完全沉浸在頭戴顯示器呈現的虛擬世界中,並且大多會以操作控制器來與虛擬世界中的內容進行互動。

真實例子 : 飛行員VR訓練系統,飛行員頭上戴著頭戴顯示器,完全看不到真實周圍的環境,只看的到電腦中產生的虛擬世界,並且使用搖桿來模擬操控練習飛行。

AR 的由來

AR這個詞語最早​被前波音公司研究員Tom Caudell所使用

目前對於AR有兩種通用的定義。

一是北卡大學教授羅納德.阿祖瑪在1997年提出的,AR應包括三個方面的內容包括將虛擬物與現實結合,即時亙動和三維標記。

另一個定義是由保羅.米爾格拉姆和岸野文郎提出的現實-虛擬連續統(Milgram's Reality-Virtuality Continuum),他們將真實和虛擬環境分別作為連續系統的兩端,位於它們中間的被稱「混合實境」。其中靠近真實環境的是擴增實境(Augmented Reality)。

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VR的由來

VR 的概念是由1970年代來自Stanley G. Weinbaum的科幻小說《皮格馬利翁的眼鏡(Pygmalion's Spectacles)》被認為探討虛擬實境的第一部科幻作品,簡短的故事中詳細地描述了包括嗅覺、觸覺和全像護目鏡為基礎的虛擬實境系統。

虛擬實境系統具有下面三個基本特徵:即三個「I」immersion (沉浸) interaction (互動) imagination (構想),它強調了在虛擬系統中的人的主導作用。

 

現在的「虛擬實境」是由Jaron Lanier和他的公司VPL Research創造並推廣的。VPL Research持有許多80年代中期的VR技術專利,開發了第一個被廣泛使用的頭戴式可視裝置(Head Mount Display,HMD) Eyephone和觸覺輸出裝置資料手套虛擬實境的概念是由電影比如《割草者》才逐漸向大眾普及的。

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AR 和 VR 有什麼分別?

AR所顯示的環境是將電腦資訊疊合到現實世界。AR所使用的顯示裝置包括手機、平板或特殊頭戴裝置。AR的影像來源是電腦生成圖像及真實世界影像的組合。AR 也不需要使用其他控制器去控制。AR所置身感覺依然在真實世界當中,但有電腦生成影像疊加進來。AR的真實例子有Pokemon Go。

相反,VR所顯示的環境是取代現實世界,完全進入模擬現實環境或虛擬環境。VR則需要特殊頭戴裝置或眼鏡。VR的影像來源則是電腦圖像或電腦錄製的真實世界影像。VR也通常需要操作控制器。VR會完全置身電腦產生的虛擬環境當中。VR也有不同的例子,包括飛行員VR訓練系統。

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AR/VR 的發展潛力

AR和VR的不同應用層面

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目前全球花費在教育產業的相關科技支出裡,AR/VR技術的支出遠遠高於其他新興科技技術,在2018年,全球花費在AR/VR的相關科技支出只有1.8億,到了2025年,全球花費在AR/VR的相關科技支出估計將急增至12.6億,在7年內增加了10.8億。而其他科技例如是AI,在2018年全球花費在AI的相關科技支出只有0.8億,到了2025年,全球花費在AI的相關科技支出估計將增至6.1億,在7年內只是增加了5.3億。可見AR/VR市場在未來的發展潛力無限。

 

除了AR/VR可以應用在教學層面上,尤其是STEM課堂教學和科研教學,AR/VR也可以應用多個層面上,例如是影視影業,網路直播、文物保護,自動駕駛和產品設計等方面。

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AR/VR如何應用在教育層面上?

1. 課堂教學

通過自然的互動方式,將抽象的學習內容視覺化、形象化,為學生提供傳統教材無法實現的沉浸式學習體驗,提升學生取得知識主動性,實現更高的知識保留度。

2. 科研教學

VR可以幫助醫學生在虛擬手術台上反覆練習,雖然仍無法完全取代真實練習,但已經可以作為預習和強化記憶的手段。

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為何使用 AR 和 VR 來教學 ?

​使用 AR 和 VR 教學的好處

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​簡化艱深的概念

AR的3D虛擬模型更容易理解複雜或專業的知識,並且深入的參與至整個學習過程中。

​真實例子 : 地理課以 AR/VR 顯示 3D 立體地球儀,學生可以由各個角度來觀看,點選某個國家可以來帶出該國家的詳細資訊。

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提升注意力激發學習效果

有研究發現:人們記得有AR體驗的訊息比一般沒有AR的內容高出72%,AR體驗也都比沒有AR的體驗還來的高。藉由AR體驗能加入視覺效果、音效或3D互動等,因此更能維持學生的注意力,能讓學生剌激學習和提高學生吸收的效率。

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學習遊戲化

AR透過遊戲方式來評分紀錄,了解學生對知識的理解程度及進步幅度。

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什麼人群適合學習AR和VR ?

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​小朋友/年輕人

利用AR 和VR 來學習可以有多角度的接觸,激發小朋友的小宇宙和探索世界不同國家,從而擴闊他們的眼界。

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​成人

AR 和VR也漸漸開始應用於不同的行業,成人也可以預早學習有關資訊,以備不時所需。

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長者

既可以輕鬆學到新知識,獲得成功感,又可結識朋友,令生活更多姿多采。

AR及VR相關軟件

CoSpaces Edu

一種能快速製作VR/AR的線上軟體,適合程式初學者,只要幾個簡單步驟孩子就能夠輕鬆的構建自己的3D世界,提升學生的學習興趣。透過程式設計動畫和互動,最後以VR/AR進行體驗。

​Tinkercad

為一款極為便利與容易上手的3D繪圖軟體,而其還有線上版的特點,因此我們先以這套軟體作為我們開始3D繪圖的入門軟體。 具備AR功能

Unity

Unity 是一套跨平台的遊戲製作引擎,操作介面簡單易懂,軟體價格平實,對遊戲設計入門者來說,Unity 是一款非常親民的遊戲設計軟體,更可設計AR及VR 效果的遊戲。

​AR 及VR教育應用

​AR及VR應用於教育層面已經很常見,歐美國家早已領先發展AR及VR技術,被運用在不同職業、界別、應用科技上。在技術上都日趨成熟,而就近香港的鄰近國家都有AR及VR技術應用於教育的推廣,雖然相比歐美國家的普及率相比較低,但是香港、韓國、台灣、日本等,這些亞洲地區都正在加強AR及VR教育於大眾認識,政府部門也積極配合AR及VR技術的發展。