






收稿日期:2023-02-15
基金項目:佛山市教育科學“十四五”規劃教育信息技術研究課題(fset2021029)
DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.21.039
摘" 要:隨著信息技術和教育教學的深度融合,微課在教育教學中發揮著越來越重要的作用,傳統微課信息量少、互動性差、個性化和差異化不足等一系列問題也逐漸突顯出來,制約著微課的應用和發展。VR微課作為新媒體技術在微課中的應用,可以提升微課的效能,解決困擾微課的問題,提供可交互的個性化、差異化學習的新方式,是微課發展的新階段,文章將探討VR微課的類型,與傳統微課的異同,并以獲獎微課“太陽系之旅”為例,詳細介紹VR微課的制作方法、注意事項以及制作技巧。
關鍵詞:傳統微課;VR(虛擬現實);VR微課;微課設計;微課應用
中圖分類號:TP39;G434" " 文獻標識碼:A 文章編號:2096-4706(2023)21-0172-07
Discussion on the Production of VR Micro-Class Based on 3D Synthesis
—Take“Journey to the Solar System”as an Example
ZHANG Zhiyong1, LIAO Kezhang2
(1.Nanshanhu Experimental High School, Foshan City, Guangdong Province, Foshan" 528225, China;
2.Xiaotang Junior High School in Shishan Town, Nanhai District, Foshan City, Foshan" 528222, China)
Abstract: With the deep integration among information technology, education and teaching, the micro-class plays an increasingly important role in education and teaching. A series of problems of traditional micro-class, such as the lack of information, poor interactivity, lack of personalization and differentiation, have gradually emerged, restricting the application and development of micro-class. As the application of new media technology in micro-class, VR micro-class can improve the efficiency of micro courses, solve the problems that plague micro-class, and provide interactive personalized and differentiated learning methods. This is a new stage in the development of micro courses. This paper will discuss the types of VR micro-class, the similarities and differences with traditional micro-class, and take the award-winning micro-class “Journey to the Solar System” as an example to introduce the production methods, precautions and production techniques of VR micro-class in detail.
Keywords: traditional micro-class; VR (virtual reality); VR micro-class; micro-class design; micro-class application
0" 引" 言
隨著教育技術和網絡技術的不斷進步,微課已經成為師生們常用的教學資源,備受青睞,在課堂教學、在線課程、翻轉課堂、慕課等教育場景中得到了廣泛應用。微課(Microlecture),是指運用信息技術按照認知規律,呈現碎片化學習內容、過程及擴展素材的結構化數字資源[1]。
然而,以普通視頻為呈現方式的微課(以下稱傳統微課,與VR微課相對比),受媒體的制約,存在眾多的局限性,如:僅限平面載體,受限的可視范圍,線性的內容和播放順序,交互層次低,探索性欠缺等[2]。
隨著新媒體技術的不斷發展,虛擬現實(VR)已經進入了應用階段。有相關論文已經論證了VR技術對提高教學效率具有較好的作用[3]。利用虛擬現實技術制作的微課(以下簡稱VR微課),能夠較好地解決傳統微課所面臨的問題。我在上一篇論文《微課的困境與VR微課的發展》中詳細論述了微課的困境和VR微課與傳統微課的對比及相互關系等內容。
微課是一種有針對性的教學資源,通常是教師根據不同的學情酌情打造的,教師自行制作的微課會更貼合教學情況,應用效果也更好。VR微課的制作并不復雜。下面就讓我們去一探究竟吧。
1" VR微課
在《微課的困境與VR微課的發展》中我曾提出VR微課的定義為:VR微課是指運用VR技術按照認知規律制作的碎片化沉浸式互動微課資源[4]。這個定義過于籠統。經過不斷地研究,可以更清晰地表述為:VR微課是運用虛擬現實(VR)技術,按照認知規律,有全景空間支持、交互式、沉浸式體驗的結構化數字學習資源。
VR微課可以在VR軟件及設備中展示,讓學習者在虛擬的環境中感受和體驗知識內容,激發學習者的主動性,和探索性,提高學習的趣味性和學習效果[5]。
VR微課是微課的進一步發展。可以稱為微課3.0。(微課2.0為碎片化的技術,其代表為知識視圖(zsgen.net)的微課節點式應用)。VR微課的特點是基于360°(或稱720°:360°+360°)的三維全景空間,提供即時的360°可視面的信息呈現,支持自由探索的互動操作和全場景沉浸式體驗,支持各種VR設備,支持差異化和個性化的學習和探索。
VR微課是結構化的數字資源,除了微課主體,還應該包括支持微課學習應用的相關資源。VR具有想象性(Imagination)、交互性(Interaction)和沉浸性(Immersion)(BurdeaG amp; Coiffet P 1992)的特征,這三大特征極大地克服了傳統教學環境的限制,有利于激發學習者的學習動機,增強學習體驗,實現情景學習和知識遷移[6]。VR微課也承襲了這些特性,提供高信息量、高自由度、高沉浸感、強互動性的微課功能,能有效地解決制約著微課發展的問題。
VR微課是一種新型的教育資源,它利用虛擬現實技術,為學習者提供了一個立體的、沉浸式的、交互式的學習環境。與傳統微課相比,VR微課的一大不同是它能夠突破普通視頻二維平面的限制,讓學習者在三維(球面)空間中,自由地選擇觀看的角度和內容,從而獲得更豐富、更真實、更生動的信息。VR微課不僅能夠增強學習者的視覺感受,還能夠激發學習者的主動性和創造性,促進學習者的深度思考和理解。大信息量為個性化和差異化學習提供了基礎。如圖1所示。
傳統微課呈現信息是二維的、平面的普通視頻(和制作技術無關,三維制作的內容也只能以二維方式呈現,這由普通視頻媒體本身的特性決定)。VR微課呈現的是一個球面(三維)中的一個面,實際使用者可以通過操作,即時呈現球面的其他部分的內容。因此我們可以認為它是球面(三維)的。
VR微課與傳統微課在視覺感受上也有明顯的差異。這種差異源于載體(VR和傳統視頻)的不同特
性。VR能夠讓觀看者以第一人稱的方式體驗視覺空間,沒有邊界限制,也沒有固定的畫面框架,而是以場景為單位呈現。觀看者可以在任何時刻,都有一個概覽整體場景的機會,而非一個有限的角度,觀看者通過選擇自己感興趣的“場景切片”,形成自己的視角[7]。視角僅為360°畫面之一,因此所提供的信息量大。相比之下,傳統視頻類微課只能提供固定和有限的視角和信息,觀看者和視頻之間總有一層隔閡—景框,觀看者是旁觀者,只能看到當前鏡頭,無法看到場景的全貌。這會影響到需要沉浸式體驗的展示方式,只能通過各種電影語言和設計來盡量彌補。所能提供的信息量也少了很多。如圖2所示。
VR微課與傳統微課在交互性上也有不同。傳統微課基于普通視頻,播放是線性的。只能進行前、后,暫停等的基本控制。知識視圖等封裝后的微課自由度有所提高,能按節點有選擇性地學習。但是,對視頻中的內容仍沒有控制權,只能有什么看什么。VR微課基于VR視頻,本身就具有360°全景的視覺效果,學習者可以自由地選擇觀看角度。這為學習者提供了寬廣的視野空間,也對制作者提出了新的挑戰。
還有其他不同之處在于:視頻形式的不同、場景維度的不同、交互方式的不同、設計技術和理念的不同、知識量的不同,呈現的方式不同,等等。
VR微課對比傳統微課更優的是:提升興趣、沉浸式體驗、超大的信息量、強互動性、個性化學習、低試錯成本、提高效率、屏蔽性。
2" VR微課的分類
根據呈現的形式及互動層級的不同。VR微課可以分成三種層次:
第一層次是全景圖式。這最基本的VR微課,是呈現一個360°的球形場景,場景是靜止的。觀看者可以基于當前視點對各個方向有一定的互動。這類微課可以使用全景圖來呈現,使用PHOTOSHOP等繪圖軟件可以處理。這種微課制作簡單,可以是呈現固定的地點場景,比如建筑室內,某一地域風景或某一歷史地點等靜態的內容。使用者可以360°自由地觀看。
第二層次是全景視頻式。這種全景視頻,觀看角度可以自由控制,其交互功能也得到進一步的提高。可以有限地探究場景。一般是按攝像機的運動軌跡呈現周邊的全景內容,由于攝像機軌跡是事前設置好的,觀看者只能在攝像機的運動軌跡中進行探究。這種VR微課制作難度相對簡單。微課“太陽系之旅”就是這一類型的微課。
第三層次為強交互式。這種形式類似三維游戲,使用者可以自主地在場景中行動和探索。不僅可以有360°的球形觀察面,還可以針對里面的事物進行一些交互控制,比如移動、操作或破壞等,能主動地探究場景及相關內容。
與此同時增加各類感覺也能增加多種體驗。比如觸覺(力反饋及觸感反饋)、聽覺(3D音效)、味覺、體感、運動感(全向步進),等等。增加感覺體驗需要有特定設備支持,能大大地增加體驗感,也可以部分與第二第三層次相融合。常見的手柄震動就是在模擬力反饋。
3" VR微課的制作
VR微課的制作通常分三類:實拍、合成、混合式。
第一類實拍式,是拍攝真實的360°全景圖像或視頻。這種方式通常使用具有全景拍攝能力的攝像設備(比如全景相機)等拍攝360°的實景(部分需求也可使用一般的照相攝像設備)。使用全景設備拍攝,拍攝完后經過簡單處理就可以直接使用;使用普通照相機拍攝,則需拍攝有部分重疊的多張照片,后期經電腦軟件加工處理,才能呈現出全景構圖。實拍式能較真實地呈現現場場景,同時也受到實景場景的限制,比如燈光,機位,雜物和閑雜人員等。現場實驗,運動會,表演節目等內容的微課可使用實拍式進行。
第二類合成式,是使用計算機三維軟件進行虛擬創建和合成。這種制作方式可以不受實景的限制,充分發揮計算機設計的功能,可天馬行空,發揮想象。但對計算機的操作能力和性能有一定的要求。模擬類的微課,如太空,生物結構等類型的微課可使用此類形式。如圖3所示。
第三類混合式,是使用虛擬的計算機設計加上實拍的素材,進行混合創作。最常見的是在實景中放置虛擬物體,或把實拍人物、事物放在虛擬場景之中,等等。這種方式能虛實結合,較好地發揮前兩種的優勢。通常需要綠幕扣像等技術或設備的支持。講述類和特效類微課可使用此類形式。
下面我們以合成式VR微課“太陽系之旅”為例具體說一說VR微課的制作。
“太陽系之旅”是一個虛擬合成的VR微課。全部由三維動畫軟件Reallusion iClone(以下簡稱iClone)構建。講述的是一艘宇宙飛船飛越太陽系的故事,通過飛越各大行星和天體介紹太陽系的結構和特性以及各星體的具體情況。我們來看看整個微課的流程:
VR微課的主體制作流程分為策劃(選題,形式、腳本、素材)、制作(場景,內容,剪輯合成)、測試與改進三大部分七個要素。其中,在形式選擇上,需根據知識點和所掌握的技術及資源等確定表現方式、制作方式及交互方式。在制作內容上,也分角色、動畫、圖文音頻、交互設計、攝影機以及輸出。如圖4所示。
策劃,包括選題、形式、腳本、素材四部分:
1)選題。在選題方面,VR微課在探索性、情景性的內容上表現尤為出色,特別是針對宏觀、微觀和特定場景的內容。通過虛擬現實技術,VR微課能夠為學習者提供沉浸式的多元體驗,讓他們能夠更好地體驗,探索和理解相關內容。這是VR微課的強項。由于其基于球形三維空間的特性,VR微課在某些適當的主題上能發揮出傳統微課無法實現的效果。例如“太陽系之旅”這一高中地理課程,其重點是介紹太陽系各天體的特性及運行規律。由于學習者無法直接親臨觀察,傳統的圖文視頻無法提供沉浸式的體驗,因此利用VR的沉浸式效果可以更好地讓學習者身臨其境,深入了解太陽系的各個天體。這是VR微課的一大優勢。
2)形式選擇,太陽系的內容屬模擬類型,比較適合用合成式制作。選擇上要注意在虛擬體驗與學習內容之間取得平衡。以學習效果為主導,不宜過度強調炫酷和技術。
3)編寫腳本,選擇形式之后。根據選題和設計目標,編寫符合教學情況和需求的腳本。腳本和教學設計不同,包含更具體內容以及表現方式,比如場景、故事、對話旁白以及鏡頭或攝影機的運用等,可以列表或畫出草圖。“太陽系之旅”主要有四個場景。一是飛船艦橋二層,作用是故事的引入和介紹。二是飛船的艦橋前部,主要是展示飛船飛行情況和呈現太陽系各星體的立體形貌及詳情。三是太陽系運行的軌跡模擬。四是太陽系的特性概述。腳本需策劃好各場景的布置,人和物的運動,各類對話等。在策劃時同時計劃好攝像機的大概運行軌跡。后文著重說明。
4)素材收集。策劃和素材收集是互相影響的過程。收集或制作過程中,可能會產生更好的靈感,從而改變策劃計劃。也可能因無法獲得相關素材,需對計劃做調整或改變。合成式在策劃時需注意素材大都由三維模型構成,建議選擇免費或第三方資源,若大量自行建模,工作量較大。
制作,包括場景搭建、內容制作、剪輯合成三部分:
1)場景的搭建。場景是制作的第一個環節,和一般的視頻以鏡頭不同,VR視頻的呈現是場景化的,同時也取消了景框的組成。
VR微課通常由外層全景背景和內部活動場景二層構成。
在場景建設方面,為了獲得最佳的體驗,也避免穿幫,有個技巧供參考:設置一個完全封閉的空間。常見的密閉空間有天空大地、密室等。微課的主體(人、物、事件等)可置于盒狀(室內)或者球狀(室外)場景的密閉空間中。(實拍式后期也常常需要拼接或調整以產生密閉空間效果)。這類包圍出密閉空間的素材稱為全景背景,多由全景圖構成。若活動場景如無窗的密室或山洞等完全封閉,可無須全景背景。密閉空間有很多形式:天空地面、封閉房間、盒子等。天地可以模擬開放環境,盒子可以模擬密室等特殊空間。同時可在空間中構建動態內容,如漂浮的云等。在選擇空間形態時,需要根據微課的主題和內容來確定,以達到貼合的效果。全景背景不需要太多的細節。
“太陽系之旅”使用了一張球形的宇宙星空圖作為空間最外層全景背景。選擇背景圖清晰度不能太低,建議4K以上,同時保證接合處過渡自然,并確定好活動場景在球形空間中的大小和位置。
微課主要活動區域稱為活動場景,本微課主要活動場地是一艘飛船的艦橋。故事先從艦橋二樓走廊開始,然后是二樓前部(課程的主要部分),之后切換到太陽系的結構和運轉(場景單獨建設),最后回到艦橋前部,展示各行星的運行并作總結。在艦橋內的故事通過攝影機的運動進行連接。這幾部分就是活動場景。活動場景要求有較多的細節。
搭建場景時要注意場景的構造。僅需搭建可見部分,即飛船艦橋內部模型,飛船的外殼和其他沒有展示的部分無須搭建。搭建時需考慮艦橋舷窗等鏤空部分,會顯示出廣闊的全景背景,保證了密閉空間的效果。全景背景也可是動態的,如微課有接近太陽的場景,巨大的太陽置于飛船前方,填滿了整個舷窗,達到了密閉效果;穿梭蟲洞的畫面,使用視頻作背景,這都是動態的背景。VR微課基礎空間構成如圖5所示。
其他飛船內的事物按需布置即可。整個主體場景搭建之后,拷貝多份,以備各分場景使用。
2)內容制作。場景中需置入角色和道具,并制作各類動畫效果。例如“太陽系之旅”中生動活潑的角色講解,各星球素材及飛船移動效果等。需要一定的動畫設計技巧。使用iClone這款簡單易用且備有大量動作庫的軟件,能簡化制作流程。“太陽系之旅”還利用了其動作捕捉技術,使用kinect的動作捕捉以及iphone的面部表情捕捉,可實現快速制作極具逼真的效果。同時,還需按知識點系統地呈現圖文、音視等知識性內容,豐富的知識性內容是確保微課效果的關鍵要素。
由于各場景出現的角色和道具不盡相同,各場景分開制作。“太陽系之旅”主要有5個部分:第一部分:片頭和操作說明,主要介紹整個微課的內容、目的及操作說明,為后面的內容做鋪墊。第二部分:歡迎部分,吸引興趣,歡迎觀看者,介紹課程的主題和目標,讓觀看者對整個微課有個初步的了解。第三部分:課程主體部分是微課的核心內容,通過不同的場景和角色的故事來展示太陽系各大行星的特點和運轉等知識點。在這個部分中,需要制作各行星及角色的動畫,以及人物的動作和表情等。第四部分:太陽系運行部分,主要是介紹太陽系的運轉和行星的特點等知識點。在這個部分中,需要制作各種各天體的模型和動畫,以及太陽系內行星的運動和變化等。第五部分:總結部分。
本微課大部分內容在三維軟件中制作,在后期軟件中合成。可同時制作VR版本和普通版本。制作VR版本需要較多工作量,普通視頻(2D)版本,制作相對簡單,但功能和沉浸感較少。可以先輸出各場景的普通視頻觀看效果,再輸出確定版本的VR視頻,以供后期剪輯,如圖6所示。
此處需強調一個關鍵之處-設置攝像機。在傳統視頻中,觀眾的視角取決于攝像機的運動路徑,超出攝影范圍則無法觀看。VR作品則不同,視角僅為360°畫面之一,觀眾不局限于主視角(觀眾不干預下的攝影機路徑),可以自由地變換觀看角度。因此,攝像機設置在VR制作中具有重要意義。一般來說,攝像機的運動軌跡應盡量連貫,避免頻繁切換鏡頭和視角,以防觀眾產生眩暈感和失去方向感。同時,運動應盡量流暢、清晰且吸引人。時刻關注主視角之外的情況,防止出現穿幫和穿模等失誤。聚焦設計在之后會有講述。
在“太陽系之旅”中,攝像機的移動較少,從走廊慢慢推向二樓,然后在展示太陽系運行時略有移動,最后推向艦橋前部。這樣可以保持鏡頭穩定,也方便學習者從各個角度觀看,不會產生眩暈感。
VR視頻本身有一定的交互機制,如調整視覺,放大縮小,暫停等,也可以按需制作更多的交互功能。
3)剪輯合成。各場景的3D動畫制作完后,全部導出成素材進行后期加工。
由于iClone直接導出全景視頻清晰度有限,為了提高清晰度,“太陽系之旅”采用導出cubemap圖像序列的方式,之后在Adobe Premiere中進行后期編輯合成,并結合圖文,配音旁白等素材,最后輸出VR形式的MP4視頻。這種視頻與普通視頻無明顯區別,但需播放器支持,否則播放畫面扭曲。至此,VR微課主體就基本制作完成了,如圖7所示。
我們可以在VR播放器中觀看效果,并根據需要進行優化和改進。
測試和迭代。VR微課并不會在初代版本完成后結束,它有一個迭代的過程。測試與改進是其中非常關鍵的環節。要打造出高質量的VR微課,需要反復測試、改進與優化。更重要的是進行實際教學檢驗。我們需要檢視:技術方面,3D模型、動畫、交互性是否流暢,有無Bug。教學方面,測試學習者是否可以掌握操作要領,內容是否易于理解,不易產生誤導,有無錯誤。體驗方面,評估學習者使用舒適度,檢查設備的可佩戴性以及身體反應情況。每一輪的測試,都有助于質量的提高,使之與課程目標及學習者需求更好契合。這便是高質量VR微課產出的秘訣——持之以恒的迭代與優化。這都需要持續的努力和投入。
在策劃和制作中還要注重三類關鍵性的設計:
1)互動設計。VR視頻基本都支持使用者自由角度觀看,有些還能與對象互動。因此在進行互動設計的時候,一定要了解所使用的軟、硬件,并作針對性的設計。在微課的開始部分,建議提供明確的幫助信息,指導使用者操作,可以確保使用者能夠順利地完成學習,并獲得良好的學習效果。同時,添加導航和指示等也可以有效地提高微課的學習效率。“太陽系之旅”提供了完善的導航和幫助信息。
2)聚焦設計。在VR微課中,素材組織方式可以是非線性的,自由度高,觀看者自由操控視角,制作者無法直接控制。因此,內容視覺引導尤為重要。為保證觀看體驗,我們需要通過吸引注意的設計和攝像機的運動來引導觀眾的注意力,使他們隨著故事內容的展開達到心流體驗。因此,我們需要在設計過程中充分考慮故事主題和情節,以便讓觀眾更好地沉浸在故事中。
同時根據知識點內容呈現的需要,設計主攝像機軌跡,制作者還可以使用一些突出的焦點事件或場景設計,并加入心理指示效果或導航效果,以引導觀眾的視線。在非主視覺處,也可以充分利用起來,例如放置相關的輔助知識等,學習者需要時可以查閱,以實現差異化的設計。
“太陽系之旅”主要以場景和故事設計聚焦。比如歡迎部分,讓艦長歡迎后轉身前行,這樣學習者注意力自然就跟著艦長前行。另一種是以場景變化吸引學習者,如太空穿梭展示蟲洞畫面,太陽系介紹首先出現一個碩大的太陽等,使學習者始終把注意力保持在關鍵的地方。
3)沉浸設計。建構主義學習理論強調“情境”對意義建構的重要作用。VR微課有其特定的規律,為了更好地體現沉浸感,較常用的方式是佩戴頭顯使用。這種情況下,頭顯會把外界信息屏蔽。屏蔽既是優點,又給制作帶來一定的要求。屏蔽意味著使用者不能夠從外界獲取更多的信息,觀看者需要的信息必須要完整的提供。一般的傳統微課我們可以暫停來翻翻書或看其他資料,但佩戴頭顯之后就不便頻繁地拿下,因此在設計的時候就要首先考慮好這些問題,要提供給使用者需要的各種信息,實現按需觀看。所幸的是VR微課每幀呈現的可視面都是一個360°的球形空間,并且可以隨視覺移動,可以放置大量的信息。VR微課擁有超大的信息量也為差異化學習和個性化學習提供了支持。
在沉浸設計中需注意常見的問題-暈動癥,特別在運動的場景中,要做好規避。
“太陽系之旅”從三維場景到故事融合完全無縫銜接,如各行星信息等各類支持信息隨時提供,學習者可以始終沉浸在學習任務中。如果配帶頭顯,效果更好。
微課是資源的集合,“太陽系之旅”還提供了兩個版本(VR版和普通(2D)視頻)的微課,練習題,自主學習任務單,VR播放器等全套的學習資源,以便適合各種學習情況。
4" VR微課的使用
VR微課旨在輔助教學,還需要探索相應的教學法。只有當VR教學法、資源和設備與學習者體驗相結合時,VR微課才能有效促進學習效果。VR微課使用方式多樣,不同設備體驗不同。最簡單是桌面式,只需支持VR的播放器,就可以在電腦或手機等設備上觀看。目前主流播放器和各大視頻平臺,短視頻平臺大都支持,也有專門的如UtoVR、GoPro VR Player等。桌面式雖然方便,但是只能實現基礎功能,沉浸感不強。若要更好的沉浸感和互動效果,可選擇佩戴頭顯使用。頭顯可以讓用戶完全進入到VR微課場景中,感受更真實的情境。頭顯有不同的種類,有些需要連接電腦或手機,有些可獨立使用。頭顯搭配手柄等設備可以實現更多的互動效果,比如移動位置、交互物體等。更高級的方式是佩戴有多感觀(觸覺聽覺等)的增強功能設備,可以感受到更多的細節和情感,比如溫度、氣味、聲音等,可提供較好的體感體驗,讓用戶仿佛身臨其境。
綜上所述,VR微課是一種全新的教學資源,提供了全新的學習體驗,同時在其設計制作和應用中也產生了新的方式。使用VR微課可以較好地激發學生的興趣,提供更大的信息承載量,更自由的探索性操控,以學生為中心及時提供個性化學習,差異化學習指導。全新的學習方式能提供身臨其境的體驗,形成課內外良性學習循環體系,在課程中起到好的作用。隨著VR微課越來越多被人們認識和應用,必將成為教育教學的又一重要工具。
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作者簡介:張志勇(1969.02—),男,漢族,廣東佛山人,高級教師,本科,主要研究方向:數字化教學資源開發與應用。