元宇宙背景下的虚拟课堂交互体验分析

●龚泽慧

一、绪论

（一）元宇宙的概念

元宇宙（Metaverse），其中Meta是希腊语中超越的意思，而Verse则是宇宙（Universe）的简写。元宇宙的没有确切的定义，扎克伯格认为元宇宙就是一个融合了虚拟现实技术，用专属的硬件技术设备打造的具有超现实感的社交平台，而腾讯的元宇宙概念是一个独立于现实世界的虚拟数字世界，用户进入这个世界之后可以用新的身份体验新的生活。百度百科对于“元宇宙”的解释是借助VR和AR技术及设备，吸引用户在这个3D的虚拟世界中，建立一种类似于现实生活一样可以进行人机互动，能满足工作、交流和娱乐的空间。

2021年10月，世界上最大的社交媒体网络公司Facebook改名为Meta，公司的标志从大拇指或者是字母F变成了类似于无穷大的符号，宣布5年内将Facebook从一个社交媒体转型成为打造虚拟世界的公司，这个虚拟的世界就是“元宇宙”。包括腾讯、阿里巴巴、微软等也陆续宣布进军元宇宙。元宇宙是未来从事线上活动的基础，也是未来的虚拟现实技术发展的趋势[1]。

（二）新冠肺炎疫情下的线上教学意义

随着2020年全球新冠肺炎疫情的影响，线上活动变得尤为重要，线上课堂可以保证学生的学习进度，不耽误正常的社会生活，同时也能减少聚集及接触，从一定程度上减少被感染的风险。而伴随着虚拟现实技术的进步以及元宇宙概念的普及，可以有效推动线上课堂服务，多元化授课模式，探究更新颖有效且符合情景的教学方式。根据艾媒新闻显示，2020年4月15日，190多个国家的15亿多学生因为疫情影响造成学校停课的影响，这占世界学生总数的90%，是教育史上前所未有的局面。对高等教育来说，疫情同样是极为重要的一个历史节点。随着线上教学的普遍推行，高校师生们传统的教学模式被彻底打破，因为疫情引起的普遍焦虑对学生心理健康造成影响。同时，高校的功能也变得更为多样化，除了人才培养、科学研究和服务社会外，更要成为抗击疫情、维持社会运转的重要社会组织。

根据艾媒网络数据，受本次疫情影响，2020年新冠肺炎疫情期间在线复课将覆盖包括学生教职工在内近3亿人的规模。在线教育迎来首次全国大规模推广应用落地，其或将成为在线教育发展的重要节点。2020年中国在线教育用户规模将达到3.51亿人。

有一半以上的受访者认为线上课程是防止校园中疫情进一步扩散的有效途径，1/3的受访者认为这是停课不停学最好的方法，还有20%的受访者认为线上课程便于开展教学活动。此次疫情可以说是促进线上课程最关键的因素。

根据艾媒数据中心的数据显示，线上课堂最大的缺点是学习氛围的营造，近一半的受访者表示线上课程由于体验不佳，学生的注意力容易分散，第二个严重问题是不能随时向老师提问、同学之间无法讨论，还有将近40%的受访者表示线上课程缺乏监督，导致学习效率较低。

二、现有虚拟技术的应用

（一）国内外高校对于虚拟大学的探索

近年来，全国各地的高等院校在游戏中也建立起虚拟世界中的校园，如哈佛、斯坦福、麻省理工学院等。游戏《第二人生》中已经有很多高等职业院校的虚拟课堂，在《第二人生》中很多高校已经开展了一系列跨国界、跨种族的教育活动[2]。

亚利桑那大学率先应用《第二人生》进行教学实践，以学科为突破口，打造特色虚拟大学，亚利桑那大学结合其天文学科的优势资源在大学本科自然科学的天文学课程中率先应用第二人生进行教学实践。学科教师和相关教育人员经过前期总体的设计与规划，通过让学生建设一项“富于创造性的工程”来开发一个完整的天文学虚拟场景[3]。

在国内也开始涉足虚拟课堂，烟台大学和美国佐治亚州立大学的教师合作开展了一项有关将《第二人生》应用于 EFL学习（English as a Foreign Language，英语作为外语）的研究[4]。

国内外高校《第二人生》应用的成功经验表明，使用虚拟世界在网络上系统地进行一整套教学活动是可行的，效果也是显著的。所以新冠肺炎疫情影响下，虚拟课堂的使用不仅仅可以阻断病毒的传播，在线上教育方面也是一个重要举措，将虚拟课堂实施于实际教学，提高学生学习质量，节约学习时间，实现了资源共享。

（二）从虚拟会议室看虚拟课堂的未来

目前在虚拟课堂上的探索还处于萌芽阶段，Meta最近对外发布了远程办公软件Horizon Workrooms，它可以使用户在虚拟的环境中进行会议，通过Meta的Oculus Quest头盔和手柄，在虚拟会议中可以对用户的视觉和手部进行追踪，可以使用户更加真实体验整个会议环境。从现有的应用程序来看，虚拟会议室包括一个功能齐全的虚拟桌面，利用安装在pc端或者是mac上的配套应用程序，将计算机桌面串联在用户面前的虚拟屏幕上，用户利用所佩戴的头显也能够轻松地访问电脑，甚至可以与房间内的其他用户进行屏幕共享，在佩戴头显时，用户可以通过视频聊天的方式邀请朋友加入进来，在进行会议时，桌子的大小会根据用户的多少进行伸缩，非常人性化，vr虚拟会议室的每个会议室都会有自己的白板，写在上面的东西都是可以永久保存的，除非用户自己将白板上的内容擦除。

在疫情开始后，远程会议室的规模已经从大规模的普及发展到提升用户体验感的阶段。元宇宙的大环境下，虚拟现实技术与远程会议有了一个非常契合的点。比如通过虚拟现实技术用户使用自己的一个“虚拟形象”进行参会发言，开会时还可以搭配虚拟形象的面部表情和身体语言来传达信息。甚至，人们可通过虚拟现实的设备，比如VR或AR眼镜，虚拟设备使用户在参会时更具有沉浸感，与同事的互动更加真实，也能够更加真切感受真实的物理环境。

虚拟会议室和虚拟课堂在使用上可以说是一样的，只是用户的不同，虚拟会议室的用户可能是同事、老板等，虚拟课堂是将用户角色替换成老师与学生，所以在操作、实施以及配置设计上两者都可以互通。而在基本的讲课、讨论、提交文件等行为在使用上是与虚拟会议相一致的。

三、网络课堂与虚拟课堂的对比

现在的网络课堂和本文所说的虚拟课堂有什么区别呢？网络课堂与虚拟课堂相比就像是网络技术的1.0版本和2.0版本。现在网络课程使用最多的就是腾讯会议、room等平台，随着VR技术的普及化，虚拟课堂在师生的距离感、文件上传和平台使用的便捷性以及用户与用户间交互的真实性等方面相比于网络课堂有了很大的提升。

（一）真实性的转变

在网络课堂的使用过程中，学生都在看着屏幕，通过摄像头拍摄到每个学生，但是学生与教师之间缺少眼神的交流，因为学生的视线都在电脑的屏幕上，不会和摄像头产生交互，所以平台两端的用户不会有眼神的交流，但是在教学的过程中，师生的眼神交流是必须的。通过眼神的互动才能使教师更好地掌握学生对于知识的理解程度，进而开展下一步的教学活动，这样才能使学生更好地掌握所学内容。虚拟课堂就很好地解决了网络平台无法眼神交流的弊端，虚拟课堂可以使用VR设备，头显上有4个摄像头，并且VR眼镜支持眼动追踪，所以VR眼镜可以追踪学生和老师的视线，面部表情也会较好地在虚拟形象上同步，平台两端的用户可以有眼神的交流。

当然不仅仅是眼神的交流，还有手势上的交互，头显设备能够实时追踪用户的双手，填补了线上沟通交流过程中肢体语言的缺失，并支持简单的手势捏合点选交互，让用户在绝大多数场景下可以不须使用控制器依然做到肢体的互动交流。用户在使用时带上类似于手套的动捕设备或者是一些外拓的设备，可以实现用户与用户间的触感的体验，根据力学的反馈使用户具有超现实的感觉。在当前的追踪方案下，虚拟角色只显示上半身，用户对自己下半身的存在感知较弱，在用户起身或轻微移动时晃动虚拟座椅，可以有效增强课堂真实感。虚拟现实技术的进步可以解决学生线上学习注意力容易分散的缺点，可以在虚拟空间中，模拟现实的交互性质，增加互动效果，提升师生教学与学习质量。

（二）便捷性的转变

现在所使用的网络课程平台需要教师提前将课件进行上传或者是屏幕共享，在操作上更加复杂，但是虚拟课堂上根据教师的操作可以直接在虚拟课堂上制作课件，学生用某个手势甚至某个眼神就可以轻松地打开，不懂的知识能够更快速进行搜索，以便于更好地配合教师的课程教授。现在的网络课程平台只能发送一个文件，例如Room，他的文件上传在聊天页面的右下角，而Horizon Workrooms平台他的工作区域不受范围的限制，这样教师在上传文件时可以多份文件同时进行上传。

虚拟课堂不仅仅是文件资源的便捷，在空间时间上也带来便捷，用户可以随时随地戴上VR眼镜进行学习，不再局限于时间和空间的限制，更加有效地节约学习的时间成本，也大大节省了教室配置等成本[5]。

此外，虚拟现实技术还可以追踪现实中重要的输入设备——键盘，映射到虚拟空间中，大幅提高虚拟会议输入效率。在虚拟课堂上可以倒转控制器充当画笔，画笔是课堂过程中的另一个重要输入设备，虽然支持手势追踪，但用手充当画笔会产生一些问题，比如手指与画板接触时没有触感反馈，且手势追踪的精度相对较低，对动作幅度较小的抬笔等动作很难准确识别，所以控制器是更好的选择，通过倒转控制器充当画笔，实用又有趣。

（三）距离感的转变

网络课堂上，为了清晰地呈现音频只能有一个用户说话，其他用户说话将会干扰音频，从而无法清晰展现用户声音，而虚拟课堂中模拟真实物理世界中不同方位的声音效果，利用对头部运动实时响应的3D音频，加强虚拟环境中的空间感；每个学生都可以自行选择位置，声音大小也会随着用户与用户之间的距离而发生变化，在课堂上的体验也更加真实，使每个用户都能真实地体验，在同一个空间中进行学习就实现了虚拟课堂在空间上的突破，并不会像网络课堂，使人产生千里之外的感觉。并且，虚拟现实中的课堂可以根据用户划定的区域范围，将虚拟办公桌面和虚拟白板固定在现实空间中的指定位置，融合虚拟环境与现实环境，有效改善了线上课程的距离感的问题。

四、虚拟课堂交互体验的局限

（一）人物形象的真实性

虚拟课堂的人物在真实性上具有缺陷，整体人物形象呈现幼稚卡通的状态，并且人物形象只有上半身，在课堂上教师无法根据人物形象分辨学生，在一定程度上影响了教师的授课。

（二）人物移动形式

现有的Horizon Workrooms上移动方式有三种：第一种是现实空间中发生位移，虚拟空间中也发生位移，且二者同步。第二种是现实空间中不发生位移，虚拟空间中发生位移。第三种是现实空间中发生位移，虚拟空间中也发生位移，但二者不同步。

在现实中开会时，如果要从自己的座位走到白板前，我们不会在起身前先点击一个按钮说“我要走到白板那去了”，走到之后再点击一个按钮说“我到了”；但是在Horizon Workrooms中需要通过三种不同的方式去实现，而且其间的移动过程是模态（Modal）的、破坏沉浸感的。主要的原因是在Horizon Workrooms中，虚拟空间的桌面和白板是根据用户在现实空间划定的两块区域来定位的，而这两块区域之间的位置关系与虚拟空间桌面和白板之间的位置关系并不相同，导致用户在现实空间与虚拟空间中的移动距离和移动路线都不是一致的，所以只好通过标记起点和终点的方式实现在虚拟空间中的移动。也就是说，只要虚拟空间和现实空间之间存在位置上的映射关系，移动方式就会受限，完全自然的移动方式就几乎不可能实现。

在现有的虚拟会议上，人物的形象都是只具有上半身，Meta公司解释人物只具有上半身，是因为他们想将用户的关注点放在虚拟人物语言上，注重手势的变化，并且没有下肢的人物形象更有利于虚拟人物跳跃性的快速移动。而在虚拟课堂中，对人物的移动速度没有要求，人物形象可以更加完整，更不需要跳跃性的移动方式，所以在虚拟课堂上的VR设备在手柄上应该要设计出摄像头，对上半身和下半身，甚至于面部表情进行采集，这样整个人物形象更加真实、完整，更有利于教师对于学生的管理。

五、结语

元宇宙是科技适应社会发展必然出现的产物，虚拟现实技术为数字化社会的发展提供新的平台和技术[6]。从现在全球发展的趋势中可以看到，未来数字技术、数字城市都是数字化社会的基础。在全球新冠肺炎疫情的影响下，线上课堂必然是未来教学的重要发展趋势。所以，我们必须密切关注虚拟现实技术发展，探究虚拟现实技术在教学服务中的作用，以及虚拟现实技术的交互性体验。突破现有思维模式，积极拥抱并参与到元宇宙中的线上课堂构建中去，才能更好地发展线上课堂，发展虚拟现实技术[7]。