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创客空间2.0:VR主题的创客空间建设

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发表于 2020-8-6 15:32:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
卷 首
VR主题创客空间的“创客味”

VR很火,还是火过了呢?这件事情在业界充满唏嘘和感慨,因为国内和国际上的差异比较大。虚拟现实技术是人到了虚拟的环境中,还是将把虚拟的场景融合到人的生活当中呢?在中国人的思想世界中,有两个“梦境”很有名,第一个是“庄生晓梦”,庄子用蝴蝶的视角观察这个世界,他可能会觉得一朵花比自己的身体还大,在空中偏偏腾跃的感觉是如此的美妙,以至于后来都分不清自己是人还是蝴蝶;第二个梦境是《梦游天姥吟留别》,李白感觉自己进入到了传说中的仙山上,“脚著谢公屐,身登青云梯。半壁见海日,空中闻天鸡。”这里是虚拟的世界融入到了人的生活情境中,这种虚拟登山的感觉跟现在在欧美疫情期间宅在家里面购买VR运动游戏的科技爱好者们的体验很类似。VR技术正在跟AR(增强现实)、MR(混合现实)和触觉技术结合起来,因此也有人会用XR来表述这一领域当中的应用。当我们面对世界的不确定性的时候,也会常常用X来表达我们的观点,就像2020年的新型冠状病毒疫情也被认为是世界卫生组织定义的可能会造成重大公共危机的“X疾病”一样,对于VR的确存在着诸多的不确定性,其在创客空间当中的应用,也存在着很多不同的玩法。

VR的发展显然“利用”了创客社区的流量,从谷歌开源的瓦楞纸VR眼镜的图纸,引发了很多人自制VR头盔的热情,到VR初创公司Oculus从创客社区中众筹的那最初的几百万美金的项目,最后被facebook以20亿美金收购的的半励志故事(说是一半的励志故事,主要原因是创始团队的大部分人都离开了他们的公司),都可以是典型的创客故事。在国内的VR教室建设的早期,学生只能观看VR课件,而不能制造VR课件,这根创客空间所倡导的DIY文化差距比较大。但是伴随着技术的进步和创客空间师生水平的提高,使用XRmaker一类的软件学生已经可以自己开发VR作品、老师也可以制作VR课件;使用树莓派、虚谷号一类的高性能开源硬件,学生也可以自制VR头显;使用arduino配合激光切割机可以自制VR体感交互传感器,这样虚拟现实主题的创客空间才有了“创客味”,本期对话我们邀请到创客校长同时也是中国仿真学会3D教育与装备专业委员会的管雪沨老师,一起来谈一谈VR主题的创客空间的建设。应该说在创客空间2.0的装备升级当中,VR设备是大头,所以如何让VR主题的创客空间更有实效,缓解产业界对VR技术再次落后于人的行业焦虑,都有着重大而切实的意义。


北京景山学校 吴俊杰

对 话创客空间2.0
05  融合

创客教育具有典型的装备驱动的特征,但是又不是装备竞赛,更不是有装备就万事大吉了,从创客空间1.0到创客空间2.0发展的过程中,相比于开源机器人、人工智能而言,VR(虚拟现实)设备可能是需要新投入的一大块预算。之前我们努力的推动各级各类创客嘉年华和竞赛活动,推动创客教育普惠课程的开源课程建设,实际上都是为了让硬件能够充分的用起来,能够有更好的教育产出,本期我们关于创客教育2.0核心技术的“三板斧”已经到了尾声,“编筐编篓,重在收口”我们看一看VR主题的创客空间建设又有那些切实的问题需要解决,下一期我们将从学术的角度收束一下创客空间2.0时代的教与学的变化及其对社会的发展可能造成的积极影响。

创客空间2.0
  
VR主题的创客空间建设

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吴俊杰

北京景山学校信息技术、物理教师,STEM教育研究者,研究方向为创客教育的普及课程和教师专业发展,创客教育普惠课程创始人。全国中小学STEAM教育大会联合发起人,“猫友汇”社群联合创始人,家庭创客空间计划、Laserblock开源结构件项目发起人。发表论文百余篇,专著三本。在创新创业领域,致力于从教育的角度推动可持续发展理念下的模块可重用的设计,推进电子、家电、家具、建筑行业的可重用设计的理念和消费行为。

管雪沨.jpg
管雪沨

常州市北郊小学校长、党支部副书记。江苏省教育信息化专家组成员、省教育科研先进工作者,江苏省网络名师、常州市名教师工作室领衔人、高级教师。从事教育信息化工作二十余年,组织大批教师参与信息化建设与应用,多次承担“国培计划”讲师、全国教育信息化活动专家工作。曾担任全国中小学生电脑制作活动创客项目裁判长、受邀出席首届世界教育信息化大会作“创客教育”主题发言。担任中国仿真学会3D教育与装备专业委员会副主任委员。


吴俊杰:管老师,我们其实已经很熟悉了,相信更多的人之前更多的了解您是一位创客教育和教育信息化的名师,但是可能以后慢慢的更多的人会对您的另外两个身份更加熟悉,其一是常州市天宁区北郊小学的校长,负责学校的全面工作,其次是负责中国系统仿真学会3D教育与装备专业委员会副主任委员,具体对接中小学创客教育和虚拟现实、3D建模一类的仿真技术的教育应用。所以此次创客空间2.0的相关讨论当中,如何建设虚拟现实主题的创客空间,促进VR技术的落地和3D建模技术的升级,我们也一起调研了很多学校和企业,从不同的角度给出一个系统化的呈现。

首先我们需要给读者回顾一下VR技术的发展历史,跟人工智能技术可能有一个类似的背景,我们不是很清楚在VR和虚拟现实或者更大范围内的这个虚实结合这个领域在人类的技术发展史上是不是也有一些起起伏伏,或者有一些标志性的事件在影响着我们的这个对技术的认知,虚拟现实技术这一轮的发展,它的主要的促进的动力来自于哪里?


管雪沨:虚拟现实技术从历史的发展角度来说,可能有60多年的发展史了,其实它发展的背景,也很简单,最原初的研究动力就是我们如何用计算机在二维的平面上面去显示一个三维的物体。我们今天能看到的三维游戏、 3D视频和大量三维建模软件都在这条技术的发展路线上,这其实也是创客空间2.0的代表性技术VR和创客空间1.0时代的代表性技术3D打印的一个衔接。

这一轮虚拟现实技术的发展,实际上一开始它背后的推动力,主要是在硬件上有了一个巨大的提升,就是大家尝尝能够在商场看到有人展示和体验的VR头显设备。这种基于双目显示的沉浸式虚拟现实硬件,在科研院所的实验室里一直都是有的,但是价格常常在上百万美金以上。因此这种设备只能应用于科学实验和技术探索,不能走进普通家庭和基础教育。跟开源硬件降低了物联网和机器人的开发及应用价格一样,现在液晶技术、图形芯片技术、传感器技术的发展,我们才能够把虚拟现实的硬件设备小型化、轻便化、民用化,把它的价格降家用电脑和手机的水平。

开源硬件是在2007年兴起的,创客运动是在2011年左右兴起的,VR技术的快速发展也是在这个时期,而且它的故事很创客,最开始也是源自于众筹,这体现了创客平台除了普及创客技能之外的“孵化优秀企业”的这一特征。但虚拟现实其实是一个大的领域,教育只是其中的一个应用场景,可能从国内的角度来看,虚拟现实技术没有17年18年那样去红火,但是实际上整个行业的发展角度来看,实际上虚拟现实技术是处在一个稳步发展的状态。在技术创新领域有一句话叫“我们常常高估一个技术在五年内的发展,却低估它在十年后的发展”。目前虚拟现实设备的分辨率、移动性和便捷性都在不断的提升,其交互的简易程度也在提高。实际上在今年全球电子产品都在受到新冠肺炎疫情影响而下滑的情况下,游戏用途的VR头盔,上半年已经卖到了300万套这样的一个量级。可以设想,就像电视、投影仪对教育的影响一样,在未来的五年VR显示设备,对教育的综合影响也将会凸显出来,而校园创客空间可能是一个最好的测试各种教学模式的场所。


吴俊杰:其实一直以来,创客空间就承担着一个功能,就是技术民主化,或者说让极客阶段的技术能够比较容易地进入到这个普通公众的生活当中的这样的一个角色,这也是国内的创客教育承担的一个很重要的功能。据我了解,在已经建设好的创客空间当中,有一些预算比较高的学校,其实已经配置了一些VR设备,还有很多学校也建设了专门的VR教室。估计在这一轮创作空间2.0的迭代更新当中会有更多的学校,也会把采购VR设备放在预算范围内,那么这些设备怎样才能在学校场景中有一个更好的应用,这些应用的方式如何才能够更好的让学生真正的去驾驭虚拟现实技术,可能是创客教师、学科教师和校长都需要共同面对的一个问题。


管雪沨:虚拟现实里面实际上在几大类的应用场景,那么一大类的应用场景是是知识的传授。VR最早的应用是从这里开始的,但是这也是目前体验最差的一个场景。因为在知识传授的场景下,我们有很多性价比更高的方式,比如说的PPT、视频、传统的互联网和现在的直播一系列技术。这就是为什么我们调研下来,发现很多试图用VR课程资源来辅助讲解物理课、化学课的“VR播放展厅”式的VR教室,实际的师生体验并不很好的一个原因。应该在,在当下是基本上处于相对低谷的状态。产生这样的结果的原因很多,但最主要的还是教师只是用别人设计好的“VR版PPT”不能自主开发自己的教学资源有关。

另一个场景是技能教育或者说劳动体验。在技能型的场景下,我们其实已经能看到很多的VR技术的落地应用,比如说一些我们说应急演练、消防演练、技能实操等等,这些实际上在这些行业里面,VR技术已经开始逐渐的生根、发芽和渗透。这里面需要处理好一个教学目标的问题,用来培训飞行员的VR教学系统和用来让小学生感受垃圾分类的VR教学系统,其实效性要求和仿真程度一定是不一样的,但是VR技术的沉浸性和切实的教学效果,已经被要求更高的技术领域所认可,但是这需要专门领域的很大的投入,在基础教育领域其合理性存疑。

接下来就是创客空间下的VR应用是什么样的,我们认为创客空间是一个非常特殊的空间,那么他其实我觉得它承担的一个作用对于技术而言,就是一个去魅的过程,探索技术的本源是什么?所以我们会看到在创客空间里面,实际上它融合了大量的技术,但是这些技术都是以技术本源的形态出现的,比如说开源硬件更多出现的是裸露的单片机,而不是现成的乐高一类的产品。传感器更多的是以元器件的形态出现的。机械结构的教学是以原始建模加激光切割的形式去建构的,这也是为什么说在创客空间2.0当中,开源机器人比产品化的机器人更锻炼学生的能力。对于VR技术也是这样,让学生有一个创作的心态而非一个使用者的心态去看待它,是创客空间当中的VR技术应用最核心的部分,这一点和创客文化是一个一以贯之的关系。这对于部分学生对未来更具诱惑的VR游戏而言也是一个脱敏的过程,帮助他们更好地处理虚实关系也有好处。

所以我认为就是虚拟现实技术在教育里的应用,我们可以分不同的空间属性去应用,在创客教育空间里的应用,我认为更应该把虚拟现实技术一些最本源的东西,最核心本质性的东西呈现给孩子,那么让孩子们能够去了解这个技术并基于这样的初级的工具进行一些最基本的创作和最基本的作品展示,我认为这样的虚拟现实技术教学场景在创客教育2.0建设中是一个更务实的选择,也是落地实操性更强的一个选择。


吴俊杰:我自己在认识虚拟现实技术的时候也经历了一个发展的过程,比如说最早的时候由于学校创客空间的预算比较高,所以说就配置了VR设备。但是电教部门的老师在问我说是配一套还是配二十套的时候,企业给我的方案基本上是玩一个VR环境的过山车游戏或者看一段恐龙历险的影片。我就询问他们对游戏进行修改,自己来制作VR场景他们说不能够修改,这样我觉得可能只需要让学生感受一下就可以,没有必要配置更多的这种设备。直到最近开始发现,有这样的平台能够把3D建模、编程以及VR场景的搭建和应用结合在一起,并且可以从电脑到手机VR到头显VR不同配置的文件,这时“玩VR而不是被VR玩”的教学热情才被激发出来。我可以制作一个简单的三维游戏,亦或是建立一个学校的3D校史馆,也可以制作一些简单的三维课件,我才发现有必要开始在创客空间当中来系统的进行VR应用的教学。


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图 使用简单的编程制作VR交互效果

吴俊杰:教学的过程首先是三维建模的教学,比如说我们要建立一个学校的虚拟的校史馆,需要建立一个3d模型,这些模型有房屋的入口,还有展示墙的设计这需要把图片以贴图的方式放在展示墙上,接下来,我们将进入到软件当中,把立体模型导入,接下来是通过编程设计交互效果。交互效果可以是鼠标的操作或者是用开源硬件makey makey或者arduino leonardo模拟的鼠标键盘操作,还可以是手机VR中的三轴加速度传感器以及注视悬停一类的交互操作,还可以是头显VR手柄当中更加复杂的交互体验。甚至使用虚谷号一类的高性能可投屏的开源硬件可以自制VR头显,这样的一个过程就有了不同层次的创客空间中的VR学习体验,让学生像专业的VR工程师一样工作。

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图 更多的导出格式让教学是一个渐进的享受过程

吴俊杰:当然作为一个综合项目而言的话,学生需要考虑交互效果,三维模型的设计以及编程。这体现了创客空间2.0阶段的教学综合化的特点。一段很短的VR场景的搭建,可能需要比之前的一些简单的3D模型设计,需要消耗多出几十倍倍的时间,但是这个过程也正是VR本身的价值所在,考虑到教学时间的限制,我们仍需要优选出一个合适的教学顺序,甄选相应的教学案例。


管雪沨:其实就VR产业而言,大家可以从一个更传统的一个产业来看,它本质上是媒体产业,跟印刷术、广播、电视机、互联网、移动互联网在媒体领域的不断进步和迭代是一样的。当我们定义清楚了VR产业它的媒体属性之后,我就知道VR的产业的发展一定是由于一种VR的硬件载体的广泛应用和发展带来了VR内容也就是媒体内容的应用和发展,再带动他周边的各种各样各式各样应用的一个确定的发展路径。

在国外,我们已经看到了这样的一种明确的趋势,超过百万量级的VR硬件设备销售与VR视频、VR游戏相互配合,形成了正向的反馈的过程。有的游戏平台上已经获得了千万美金以上的营收,这样的产业循环雏形已经建立。那么我们可以看到,当这样的一个雏形的建立给我们国内VR产业带来了很大的压力,虽然作为世界工厂,我们仍然承担着VR硬件的代工工作,但是在VR产业价值链的上游,政策性的失言则是更为危险的问题,因为这直接影响着国际产业的竞争力特别是新一轮文化软实力的竞争。

如果说当我们把眼光放得更长远一点,未来十年、十五年新兴媒体空间下的话语权争夺上,那么我们今天实际上应该为这件事情做出非常多的准备。VR内容能够产生极其强大的共情能力深刻影响使用者的行为,如果我们不能理解VR技术会对社会带来的变革,那我们可能就不能为10年或者15年之后,技术可能给社会带来的冲击,做一个良好的反馈和应对。


吴俊杰:那我就觉得这个技术人才的储备就显得非常的关键了,我们常说这个普及编程是让学生去重新学会写字的一个过程,那么我们普及VR技术,可能就是让学生重新学会画画。从理性到情感,从左脑到右脑,优秀人才的成长需要一些平台,比如我们中国仿真学会举办的全国青少年网络创客马拉松就在10月份的主题就是3D模型与VR设计,今年教育部审批的全国科创类赛事也有VR领域的一些赛事。让教育滋养创客,让创客丰富教育,仍然是创客空间2.0阶段需要执行的一贯的原则。国际上更多的做法是用消费带动市场的做法,但作为一个涉及到精神文明和价值观的领域,VR相关的技术推广路径对我国而言不能不完全复制,恐怕会像三十年前推广电脑一样将校园应用视作一个重要的渠道,而创客教育这些年在国内的发展正是提供了这样的一个舞台。有助于在虚拟现实的关键技术领域实现一个动态、灵活、充满生机、风险可控的大市场。VR领域充满想象力,它代表着精神生活的极大丰富和感官的无限的可能,但是虚实关系的基本矛盾处理不好的话,也存在着成为精神鸦片的风险。在未来,脑机接口,像嗅觉、触觉一类的更为复杂的人类感官的模拟,仍然很有希望成为创客空间的热门选题。所以从VR切入的创客空间2.0建设,仍然具有很大的想象空间。

在世界知名科幻片《未来学大会》当中,电影人描绘了一个人被虚拟化的过程,一位过气的大明星为了救治自己的孩子,出卖了自己的3D影像,让其替自己完成后续的电影作品。影片营造了一个虚实融合的世界,幻象中的光怪陆离,离开眼前的迷障后现实世界却是一片污水横流的贫民窟。所以虚拟现实技术可能成为一个创富机会,但人类却应永远在其面前保持“物质决定意识”的唯物主义定力。

与此同时我们也应当看到虚拟现实技术在远程协作、交互式设计领域的重要价值,我们也可以设想不同的创客空间通过类似VRchat的虚拟场景中,使用虚拟人物面对面交谈的场景。这个过程,可能比我们料想的,在知识传授中全面使用VR技术还要快。


管雪沨:从2000年到2010年,我们用十年的时间让基本每位教师都可以熟练的操作电脑,制作演示文稿。我相信有了教师可以自己制作VR课件的工具,VR课件也会从创客空间中走出来,走向教育信息化这个更大的领域。教学是情感与情感的交流,我们需要VR课件当中流淌出来的是学生自己的老师的声音的时候,显然更容易产生共情和沉浸的学习体验。从学校校长和一位教育信息化老兵的角度出发,发动全校的教师学习制作VR课件也是一个很好的提高创客空间设备使用实效的办法。在这个过程当中需要大量的学科3D教育资源也需要做相应的教育装备研究,中国仿真学会3D教育与装备专业委员会是中国仿真学会的二级委员会,由教育部教育装备研究与发展中心原副主任刘诗海同志担任主任委员。我们希望能够为普及、推进、加强仿真技术特别是3D和VR技术在中小学的应用做出应用的贡献。如果从2020年到2030年我们再用十年、甚至不到十年的时间,让每一位教师都可以制作VR课件的话,这对于我们畅想2035年的中国教育、2049年的中国教育都有重要的启发意义。所以,我很看好VR主题的创客空间建设在创客空间2.0总体建设当中的独特价值。

(感谢山东临沂的武玉柱老师和VRSchool团队的杨威老师对文中数据调研工作的贡献)


后记:“太神奇了,真好玩”。这是大部分人第一次接触VR的一个共同的体验。每当我们觉得创客教育已经打好了一个相对稳定的知识框架,打好了一个科技创新领域的基本知识基本技能的基础的时候,时代总会让它稍微出点圈儿,吸引着我们向更高更远的地方飞去,没错!是飞不是走,因为只有飞,才能够体现VR主题的创客空间的实质——去突破物质世界的局限,实现一个极大丰富的精神家园。事物和事物之间的联系形成了我们对一件事情的认知体系,在用了几期对话的篇幅讲述了开源机器人、人工智能、虚拟现实技术在创客空间2.0当中是什么和怎么做的问题之后,我们将会稍微“高屋建瓴”一下,谈谈他们之间的联系和起对未来社会的影响,让我们期待下一期的“对话”。

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