无远弗届：基于卫星视频会议系统的跨域虚拟空间

李哲　奥林泰一郎　前迫孝宪　张海

远程教育中早期广泛采用电视会议系统进行实时视频通信，开展远程教学，日本诸多大学都开展过这样的教学实践，如日本放送大学、早稻田大学等至今仍然保留着这类通信课程。由于现在日本网速的大幅度提升，原有的模拟信号早已替换为高清的数字信号，单一的语音和图像实时传输系统已无法满足复杂多点视频通信的需求，因此日本以松下、索尼、LifeSize、Polycom、CISCO等公司为主，开发了一系列软硬件配套的电视会议系统。但是教育行业中的实际应用比公司的商务会谈复杂得多，不可能要求所有听课学生安装如此昂贵的终端设备，而且多点视频时产生的延迟和空间错位感容易使教学效果大打折扣，因此为了研究在教育中电视会议系统的应用模式，大阪大学教育技术研究室长期开展远程视频会议系统的实践，本文从硬件会议系统和WEB会议系统分别予以详细介绍。

● “超镜”的电视会议系统

“超镜”（HyperMirror）电视会议系统由日本独立行政法人产业技术综合研究所开发，取名源自镜子，普通的电视会议系统主要采用摄像头采集图像然后传送给对方，结果是参与会议的各方都只能在自己的图像小方框内，很难产生在一起的临场感，“超镜”系统则像自己照镜子一样，将对方的图像翻转然后与本地图像实时合成，构成虚拟现实的电视会议系统，使得会议双方能够在同一画面上既能看到自己也能看到对方，等身比例显示状态下可实现参与双方在一地的临场感，利用该套系统已经成功连接日本、中国、蒙古、新加坡、泰国、美国等多个国家，在远程教学方面做了大量卓有成效的教学实践。近年来系统升级为超清晰度视频格式（High Definition），主要由SONY电视会议系统、ATEM数码切换台、HD反转器、高清数码摄像机、声音合成设备和各类高清数码转换器构成，在外语教学、国际交流、协同学习等方面展开各类教育实践研究。

2009年和2010年采用日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的超高速通信卫星“绊”（WINDS）进行了多次实验远程教育实践，作为e-learning课程的一环，连接九州的大分县宇佐市立高家小学与大阪府八尾市立久宝寺小学，开展学校地区之间的学习交流，课程内容主要有两校的学生相互介绍自己的学校和地区的特色，然后在JAXA职员的帮助下一起学习有关宇宙空间站、宇宙火箭等天文知识，利用大尺寸蓝屏滤色技术开展有地区特色的神乐太鼓表演交流。通过高速通信卫星进行远程视频传输，设置简易移动型卫星接收站，能够实现宽频带通信，随时随地多点接入电视会议系统，有利于克服天气和地形障碍，降低国际网络访问的延迟和丢包率。在教育实践上，高清视频能够清晰展示星空地图的每个细节，而且在大尺寸屏幕下能够随意在全局展示和局部展示之间互相切换，学生能在虚拟空间中身临其境地理解宇宙空间的宏伟程度，也能在实时合成场景中和对方积极互动，得以顺利开展协同学习，深入交换各自的意见，学习效果得到了明显的提高。

除连接两点的试验外，2010年进行了多点连接远程教学实践，将在筑波的高能加速器研究所和奈良、熊本的初中连接起来，由高能加速器研究所的研究员给初中生上了一堂生动的基本粒子物理学课，由于采用高清数字信号进行远程视频，不仅能合成多点之间的实时图像，也能将背景自由切换为图片或者动画，在虚拟空间生动地将粒子的基本结构、类别、原理予以展示出来。通过分析实验数据可知高清视频传输可以在同一空间中看到对方的表情和所指的地点，提高了临场感，尤其是在教材内容展示时非常明确，易于理解。

作为最近一次国际远程视频教学实践，2013年5月采用该套系统成功连接位于中国湖北省武汉市的中南财经政法大学和位于日本大阪府吹田市的大阪大学，利用中南财经政法大学语音实验中心和大阪大学人间科学研究科的多媒体中心开展日语会话交流和角色扮演等协同学习实践。实验首先让中日两国的大学生采用知识地图软件绘制有关敬语的知识地图相互提问交流，交换意见，学习有关日本文化和日语敬语的知识，然后利用知识地图中的知识点模拟公司客户访问的场景，灵活使用所学过的知识进行角色扮演，最后协同作业总结所学过的内容。在实践过程中，通过虚拟的背景空间切换，能够随时展示知识地图中的知识点，有效地将知识点可视化，中国学生在交流中更容易系统深入地掌握有关敬语的词汇、句型的使用方法，而日本学生通过对方绘制的知识地图了解到自身对于敬语的理解的不足，通过图片、声音、视频等多媒体素材积极向对方解释日本文化和敬语的特点，得到了重新审视自己语言能力的机会。

● “LifeSize”视频会议系统

2012年大阪大学申报日本文部科学省“博士课程教育领导项目”获批其子项目“未来共生革新者博士课程”。该项目主要用于培养能在多文化共生问题中开展实践和研究的领导型人才，其中要求培养应对灾害危机中在多文化、多语言、全球化条件下开展健康医疗、公共卫生的革新性实践研究，促进跨文化交际的能力，因此依托于大阪大学人间科学研究科志愿者人类学专业，于2013年3月在日本311东北大地震的重灾区岩手县野田村建立了卫星校区，积极开展灾后支援灾后重建、跨地区交流、野外实践等各类工作。为保证在灾区顺利开展实践工作，该校区采用“LifeSize”公司的电视会议系统、多点传输的Web会议辅助系统、IPstar通信卫星、太阳能备用发电系统等各类设备，保障电源和通信的畅通，不仅可以随时连接大阪大学、日本国立天文台、地区防灾指挥中心等各个部门，还可以采用iPad和wimax等设备展开一人一台的野外调查实践。作为远程教育实践，每月11日定期在该卫星校区举办研究研讨会，参与者除大阪大学教职员工、大学生、志愿者外，还有当地灾民、国立天文台研究员、政府机构人员、NPO组织等各类人员，以会议、研讨、汇报等多种形式积极开展交流互动，将大学的教学模式带入灾区，帮助当地经济重建、心理治疗、卫生医疗等。

作为卫星校区的研讨学习会，从2013年3月11日起至今已开展了10次，主要内容有介绍北海道海啸灾区奥尻岛灾区复兴的经验，当地观光协会和志愿者组织的实践，大学生与当地群众的互动学习和野外调查，与当地中小学互动交流，介绍志愿者的理念和宗旨，通过分析灾民问卷调查对当地社会经济情况进行科学考察和建议，国立天文台组织的天文课，开展短期旅游体验总结汇报协助当地旅游业的发展。在实践中验证了采用多点视频教学的有效性，通过Web视频会议系统录制服务器的流媒体录制，无需复杂的设备和手续就可登录指定的网址随时参与到教学过程中来，对于教学内容也进行了多样化模式的积极尝试，尤其是采用iPad开展一人一台野外实践调查，利用云服务器远程操作触摸终端，与LifeSize系统相结合达到多点视频互动的效果，今后还会陆续开展与超镜系统协同实验、国际远程视频教学等各类尝试。

● 后记

远程视频教学已经充分展现了在教学应用上的有效性，尤其是采用超镜的实时视频合成的虚拟现实，能够激发学生的学习积极性，在同一空间下有效支援协同学习和角色扮演。但是利用电视会议系统进行远程教学时，主要出现的问题就是带宽不足造成的延迟和数据丢失、语音方面的杂音和噪音、缺乏临场感、经济成本过高，另外采用硬件型的电视会议系统时需要静态IP地址，会场空间要求较高，在教学应用上教师缺乏足够的技术能力，教学法也不同于普通的面对面教学，所以在这方面今后仍然需要积极开展各类的实践研究。

参考文献：

[1]超高速インタ-ネット卫星「きずな」（WINDS）による超镜システム（ハイパ-ミラ-）を使用した远隔教育（eラ·ニング授业）实施实果について.日本宇宙航空研究开发机构.http：//www.jaxa.jp/press/2009/01/20090128_kizuna_j.html.

[2]『「きずな」で实现した高精细HD映像による3地点「超镜」-小学校での交流学习と中学校での素粒子物理学の学习』.日本宇宙航空研究开发机构.http：//winds-ets8.jaxa.jp/winds/report/06_201003.html.

[3]大阪大学未来共生イノベ-タ-博士课程プログラム岩手县野田村サテライト.大阪大学.http：//www.respect.osaka-u.ac.jp/satellite-nodamura/.

基金项目：本论文获得教育部人文社会科学研究项目青年基金项目“下一代信息技术支持的教育技术实践监控与评价”（课题号11YJC880159）、东北师范大学哲学社会科学校内青年基金团队项目“文化公平观与完善公共文化服务体系建设研究”（课题号12QN043）、国家社会科学基金项目青年项目、日本NHK电视台对重大突发事件舆论引导及对应机制研究（课题号12CXW020）、教育部留学回国人员启动基金“信息技术深层整合教学结构及教育信息化演变机制研究”以及吉林省基础教育教学研究重点课题“中小学信息技术课程边缘化现状、成因及对策研究”（课题号JLSJY2012Z033）资助。