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打开一本小学《自然》教科书，里面有一章介绍的是世界上早已灭绝的史前动物恐龙，只见一只恐龙从书中跳了出来，在你的桌面上游走，用手指轻轻触碰，它马上回过头来，凶狠地猛“咬”你一口，栩栩如生、活灵活现。不仅如此，从中国古代四大发明到长城、黄河，从人体器官、化学分子结构、DNA分子结构式到太阳系、火山爆发、光合作用等等，这些以前只能以文字或图片形式展现给孩子们的教学内容，全部会以三维的形式真实地呈现在孩子们的课本中。
这就是新加坡国立大学电子与计算机工程系助理教授、博士生导师、互动多媒体实验室主任周志颖（中国籍）博士带领他的团队目前正在研发的混合现实技术。该项技术所提供的三维交互教学软件和全新的教学课本，将彻底改变两千年来的传统学习模式。
一、什么是混合现实技术
混合现实（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）又称扩展现实或增强现实，顾名思义，就是通过计算机把真情实景与虚拟现实无缝融合在一起，形成物理物体与虚拟物体同时出现并形成互动的如真似幻的情景。我们所熟知的好莱坞电影画面中星球大战的火爆场面、虚拟的外星生物、太空情景等，都是虚拟现实的杰作。在此之前，虚拟现实与现实世界是完全分割的，虚拟现实的进一步发展就形成了混合现实。可以说混合现实技术是一种将真实的环境和虚拟的物体叠加到了同一个画面或空间，使虚实同时存在并直接相互交互的一种技术。
因此，可以这样界定混合现实技术：这是一种在虚拟现实技术的基础上发展起来的新兴研究领域，综合了计算机图形、光电成像、融合显示、多传感器、图像处理、计算机视觉等多门学科，是一种利用计算机产生的附加信息对真实世界的景象增强或扩张的技术。系统的使用者可以在看到周围真实环境的同时看到计算机产生的增强信息，这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体，也可以是关于存在的真实物体的非几何信息，比如，直接在建筑物实体上叠加的关于建筑物内部结构的附加信息。
二、混合现实技术的特点
混合现实技术的研究始于美国军方20世纪七八十年代，早期应用始于1990年，至2004年后日渐成熟，由于其具有许多无可比拟的优点，因此，国外在军事、航空航海、医学研究、装配与维修、教育、商业娱乐、建筑等许多领域广泛应用。
其主要特点如下。
1．真实性
混合现实技术通过对人的视觉系统进行景象增强与扩张，将虚拟世界中的事物与使用者的所见所闻所感结合起来，实现了虚拟信息与真实世界的无缝连接，因此，人们透过视觉所看到的场景是极其逼真的，信息汲取上是全方位、更完备的。
2．互动性
混合现实的最大意义在于虚拟世界与真实世界实时同步。人们可以与虚拟物体在真实的环境中实时同步，可以亲身感受来自虚拟空间的所能想象的一切幻象事物，并与之互动。这样，使用者可以更容易进入角色，趣味性和实用性大大增强，使这项技术应用到更加广泛的领域中去。
3．廉价
使用者只需在电脑上加装一个普通的摄像头（几十元人民币）用于视频捕捉即可。通过近10年的技术优化，周志颖博士的研究已经可以做到，使用一般的廉价设备而使之灵敏度达到高级设备的水准。
三、混合现实技术在教育中的应用前景
1．立体书籍——提高学生的学习兴趣
看书学习对于中小学生来说有时是很单调枯燥的，即使现在五颜六色、图文并茂的课本也还是平面呆板的，如果孩子们在看书的同时能够看到、听到相关知识的动态画面及声音，将会大大提高他们的兴趣和注意力。周志颖教授研制的新型教科书就实现了这一愿望，这种书看上去和普通书籍没有不同，同样有图片和文字。当学生在电脑上安装了一个普通的摄像头后，使用时屏幕上即可看到书桌、学生手中所拿的课本以及一个小小的黑白标识纸板，将课本翻到所需要的页面，视频就会将所捕捉到的图像送到电脑处理器，分析识别已得知的标记和课本所在的位置，最终在屏幕上就会看到立体活动的物体。学生们可以移动课本和手中的标识，从各个角度观察书中的主人公，如一辆小汽车，也可以用手指触摸它一下，它居然能改变颜色，打开前后车盖，甚至还会冒出烟来。孩子们将会沉浸在书中所描绘的三维虚拟世界中，并从中主动地汲取相关的知识。
立体书籍这一新型课本可以将使用者的注意力吸引到书中，既提高学习效率，又增强理解和记忆力，使看书学习不再单调，不再抽象。
2．职业技术教育——理想的操作技能培训方式
混合现实技术虽然不可以完全替代现存的教学方式，但可以做到增强和补充，是给学生直接接触和体验的最佳方式。这项技术还可以应用到职业技术教育中的学科实验教学与练习中，协助建立一种支架式教学模式，帮助学生在指导下逐渐掌握、构建知识技能。不久前，江苏省常州市看中了这一新型技术，与周志颖博士签署了关于在常州科教城（内有１０所高职学院）建立一个“职业教育混合现实交互多媒体研究院”的协议，力争尽快将这项技术应用到职业教育教学中去。一方面大大削减实体培训的成本，另一方面允许学生反复地学习、复习、模拟操作，以迅速提高职业技能。
3．新型的教学游戏软件——寓教于乐
教学游戏是一种非常受欢迎的学习方式，学生可以在游戏过程中边玩边学。这种学习方式为学生创造了一个宽松和谐的学习氛围，在启发孩子们的思维和培养能力方面发挥着重要的作用。例如周志颖教授和他的团队运用混合现实技术，研发了一种三维互动讲故事的娱教产品——魔法方块，这是一款经过精心设计的教学游戏，在游戏过程中儿童可以通过学习认识物体、颜色、词汇、故事背景、审美等，培养正确的人生观和道德观，还可以进行提问和回答的互动。它能够增强儿童阅读时的注意力，加快学习进程，有助于儿童的心理发展，培养其运动技能、反应能力、语言能力、创新思维和互动能力，改变了传统的阅读方式。只有寓教于乐，才能真正把孩子们大量花在商业游戏上的时间赢回来。
四、展望
混合现实技术作为一种最新的电脑技术，已经在各个领域得到应用。从1970年被应用于美国模拟飞行系统，到1997年开源混合现实开发包发布，迄今已经13年过去了，尽管目前有许多可演示的研究系统，但达到实用标准的还比较少，世界上只有屈指可数的几家公司真正将此项技术研发稳定到民用的水准，周志颖博士和他的研究室就是其中之一。有了周博士和他的团队的设计，再加上配音和翻译工作，中小学教科书就可以以一种全新的面孔出现在孩子们的面前。
在终身教育成为时代发展的必然趋势且竞争日益激烈的信息时代，有中国大量优秀人才和中国动漫产业相对低廉的劳动力成本，假以时日，相信混合现实技术在不久的未来必将在教育领域大显身手，必将在全球教科书市场抢占先机。
作者单位 中国驻新加坡使馆教育处
（栏目责编 王永丽）
这就是新加坡国立大学电子与计算机工程系助理教授、博士生导师、互动多媒体实验室主任周志颖（中国籍）博士带领他的团队目前正在研发的混合现实技术。该项技术所提供的三维交互教学软件和全新的教学课本，将彻底改变两千年来的传统学习模式。
一、什么是混合现实技术
混合现实（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）又称扩展现实或增强现实，顾名思义，就是通过计算机把真情实景与虚拟现实无缝融合在一起，形成物理物体与虚拟物体同时出现并形成互动的如真似幻的情景。我们所熟知的好莱坞电影画面中星球大战的火爆场面、虚拟的外星生物、太空情景等，都是虚拟现实的杰作。在此之前，虚拟现实与现实世界是完全分割的，虚拟现实的进一步发展就形成了混合现实。可以说混合现实技术是一种将真实的环境和虚拟的物体叠加到了同一个画面或空间，使虚实同时存在并直接相互交互的一种技术。
因此，可以这样界定混合现实技术：这是一种在虚拟现实技术的基础上发展起来的新兴研究领域，综合了计算机图形、光电成像、融合显示、多传感器、图像处理、计算机视觉等多门学科，是一种利用计算机产生的附加信息对真实世界的景象增强或扩张的技术。系统的使用者可以在看到周围真实环境的同时看到计算机产生的增强信息，这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体，也可以是关于存在的真实物体的非几何信息，比如，直接在建筑物实体上叠加的关于建筑物内部结构的附加信息。
二、混合现实技术的特点
混合现实技术的研究始于美国军方20世纪七八十年代，早期应用始于1990年，至2004年后日渐成熟，由于其具有许多无可比拟的优点，因此，国外在军事、航空航海、医学研究、装配与维修、教育、商业娱乐、建筑等许多领域广泛应用。
其主要特点如下。
1．真实性
混合现实技术通过对人的视觉系统进行景象增强与扩张，将虚拟世界中的事物与使用者的所见所闻所感结合起来，实现了虚拟信息与真实世界的无缝连接，因此，人们透过视觉所看到的场景是极其逼真的，信息汲取上是全方位、更完备的。
2．互动性
混合现实的最大意义在于虚拟世界与真实世界实时同步。人们可以与虚拟物体在真实的环境中实时同步，可以亲身感受来自虚拟空间的所能想象的一切幻象事物，并与之互动。这样，使用者可以更容易进入角色，趣味性和实用性大大增强，使这项技术应用到更加广泛的领域中去。
3．廉价
使用者只需在电脑上加装一个普通的摄像头（几十元人民币）用于视频捕捉即可。通过近10年的技术优化，周志颖博士的研究已经可以做到，使用一般的廉价设备而使之灵敏度达到高级设备的水准。
三、混合现实技术在教育中的应用前景
1．立体书籍——提高学生的学习兴趣
看书学习对于中小学生来说有时是很单调枯燥的，即使现在五颜六色、图文并茂的课本也还是平面呆板的，如果孩子们在看书的同时能够看到、听到相关知识的动态画面及声音，将会大大提高他们的兴趣和注意力。周志颖教授研制的新型教科书就实现了这一愿望，这种书看上去和普通书籍没有不同，同样有图片和文字。当学生在电脑上安装了一个普通的摄像头后，使用时屏幕上即可看到书桌、学生手中所拿的课本以及一个小小的黑白标识纸板，将课本翻到所需要的页面，视频就会将所捕捉到的图像送到电脑处理器，分析识别已得知的标记和课本所在的位置，最终在屏幕上就会看到立体活动的物体。学生们可以移动课本和手中的标识，从各个角度观察书中的主人公，如一辆小汽车，也可以用手指触摸它一下，它居然能改变颜色，打开前后车盖，甚至还会冒出烟来。孩子们将会沉浸在书中所描绘的三维虚拟世界中，并从中主动地汲取相关的知识。
立体书籍这一新型课本可以将使用者的注意力吸引到书中，既提高学习效率，又增强理解和记忆力，使看书学习不再单调，不再抽象。
2．职业技术教育——理想的操作技能培训方式
混合现实技术虽然不可以完全替代现存的教学方式，但可以做到增强和补充，是给学生直接接触和体验的最佳方式。这项技术还可以应用到职业技术教育中的学科实验教学与练习中，协助建立一种支架式教学模式，帮助学生在指导下逐渐掌握、构建知识技能。不久前，江苏省常州市看中了这一新型技术，与周志颖博士签署了关于在常州科教城（内有１０所高职学院）建立一个“职业教育混合现实交互多媒体研究院”的协议，力争尽快将这项技术应用到职业教育教学中去。一方面大大削减实体培训的成本，另一方面允许学生反复地学习、复习、模拟操作，以迅速提高职业技能。
3．新型的教学游戏软件——寓教于乐
教学游戏是一种非常受欢迎的学习方式，学生可以在游戏过程中边玩边学。这种学习方式为学生创造了一个宽松和谐的学习氛围，在启发孩子们的思维和培养能力方面发挥着重要的作用。例如周志颖教授和他的团队运用混合现实技术，研发了一种三维互动讲故事的娱教产品——魔法方块，这是一款经过精心设计的教学游戏，在游戏过程中儿童可以通过学习认识物体、颜色、词汇、故事背景、审美等，培养正确的人生观和道德观，还可以进行提问和回答的互动。它能够增强儿童阅读时的注意力，加快学习进程，有助于儿童的心理发展，培养其运动技能、反应能力、语言能力、创新思维和互动能力，改变了传统的阅读方式。只有寓教于乐，才能真正把孩子们大量花在商业游戏上的时间赢回来。
四、展望
混合现实技术作为一种最新的电脑技术，已经在各个领域得到应用。从1970年被应用于美国模拟飞行系统，到1997年开源混合现实开发包发布，迄今已经13年过去了，尽管目前有许多可演示的研究系统，但达到实用标准的还比较少，世界上只有屈指可数的几家公司真正将此项技术研发稳定到民用的水准，周志颖博士和他的研究室就是其中之一。有了周博士和他的团队的设计，再加上配音和翻译工作，中小学教科书就可以以一种全新的面孔出现在孩子们的面前。
在终身教育成为时代发展的必然趋势且竞争日益激烈的信息时代，有中国大量优秀人才和中国动漫产业相对低廉的劳动力成本，假以时日，相信混合现实技术在不久的未来必将在教育领域大显身手，必将在全球教科书市场抢占先机。
作者单位 中国驻新加坡使馆教育处
（栏目责编 王永丽）