摘 要 遠程教學是在開放式教育網(wǎng)絡基礎上構建的學習系統(tǒng)。本文對現(xiàn)階段遠程視頻會議技術及其在遠程教學系統(tǒng)中的應用進行分析，并對虛擬現(xiàn)實技術進行討論，從而得出遠程教學的新模式。視頻會議技術可將音視頻數(shù)據(jù)在多個終端設備間進行實時傳輸，達到即時通信的效果；虛擬現(xiàn)實技術可構建物體及其運動的三維信息，同時嵌入文本、圖像等二維信息，使用戶置身于三維環(huán)境中，給人以真實感受。本文認為將視頻會議技術與虛擬現(xiàn)實技術結合，將產(chǎn)生新模式，能滿足師生對遠程教學的高需求，提高教學質量，實現(xiàn)更理想的遠程教學系統(tǒng)。

【關鍵詞】遠程教學 視頻會議 虛擬現(xiàn)實 新模式

1 前言

隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展和我國大力推進慕課教學模式，直播和錄播系統(tǒng)在我國教育行業(yè)得到迅猛發(fā)展，現(xiàn)代遠程教育也隨之迅速發(fā)展成長。現(xiàn)代遠程教學，是指利用現(xiàn)代多媒體技術，將教師教學內容的文字、音頻和視頻信息通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡以實時（直播）或非實時（錄像）的方式傳遞給學生，從而達到教學目的的一種教育模式。

現(xiàn)代遠程教學系統(tǒng)，多數(shù)采用Web平臺方式。教師將錄制的音、視頻文件發(fā)布于平臺上，利用資源數(shù)據(jù)庫或云為支撐，提供學生選擇觀看；或通過該平臺，實時地直播教學場景。多數(shù)平臺提供在線答疑功能。該類教學系統(tǒng)需要學生進行自我主動式學習，并且只能提供較少的師生互動方式，無法有效調動學生的學習積極性，不利于提高學習熱情。隨著視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了另一種現(xiàn)代遠程視頻互動教學系統(tǒng)，利用視頻會議的互動性，實現(xiàn)遠程教學。

本文主要分析視頻會議系統(tǒng)，結合最新的虛擬現(xiàn)實技術，討論遠程教學系統(tǒng)發(fā)展的新模式。

2 遠程教學系統(tǒng)中的視頻會議技術分析及應用

2.1 視頻會議系統(tǒng)構成及原理

視頻會議系統(tǒng)主要由多個視頻會議終端、一個多點控制平臺（含多點控制單元和管理系統(tǒng)）及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡構成。視頻會議系統(tǒng)的實現(xiàn)及效果依賴各組成部分的配合：

視頻會議終端，是直接面對用戶的設備，將音頻、視頻等數(shù)據(jù)進行數(shù)字碼流處理后，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡與其他用戶終端進行交互。包括數(shù)據(jù)傳輸端口、音頻輸入/輸出設備、視頻輸入/輸出設備、視頻編碼/解碼設備、音頻編碼/解碼設備、信息處理設備等；

多點控制單元，是指在系統(tǒng)中通過將視頻、音頻等數(shù)據(jù)根據(jù)預定算法分配給對應的信道，完成個終端數(shù)據(jù)的交互，滿足視頻會議所要求的多點通信控制功能的硬件單元；

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，是指在各個設備終端連接并能夠將音頻、視頻通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字信道，包括光纜、電纜、微波以及衛(wèi)星等。

遠程視頻互動教學系統(tǒng)，是以視頻會議系統(tǒng)為主體開發(fā)建設的一套系統(tǒng)。根據(jù)會議時終端使用量不同，視頻會議分為點對點會議和多點會議，用于遠程教學系統(tǒng)時大多采用多點會議方式進行。授課教師使用一個會議終端當主講人，通過網(wǎng)絡對一個或多個會議終端前的學生進行實時教學演講，統(tǒng)一播放電子教學資料，使師生實時交互，達到教學目的。

2.2 遠程視頻互動教學系統(tǒng)的分析

通過多次對現(xiàn)代遠程視頻互動教學系統(tǒng)的實際設計、建設和使用，根據(jù)遠程視頻會議系統(tǒng)終端設備的不同，本文認為該類系統(tǒng)主要分為三類：軟件視頻互動教學系統(tǒng)、硬件視頻互動教學系統(tǒng)、軟硬結合視頻互動教學系統(tǒng)。

軟件視頻互動教學系統(tǒng)，利用軟件視頻會議系統(tǒng)平臺，以Web及相關插件為主，同時提供軟件客戶端。該類教學系統(tǒng)支持視頻畫面和各類文檔格式同步播放，提供多種互動功能支持在線教學，如電子白板、在線答疑、網(wǎng)頁同步瀏覽、投票系統(tǒng)等。操作簡單，使用方便，只需移動終端和網(wǎng)絡，架設迅速，帶寬需求相對低。但是，該類系統(tǒng)視頻分辨率普遍低，隨著移動終端和IE系統(tǒng)的升級，軟件兼容性會成為制約。

硬件視頻互動教學系統(tǒng)，利用硬件視頻會議終端解碼器，如思科、寶利通，結合教室或會議室進行互動教學。該類教學系統(tǒng)依托于硬件終端，只提供師生雙方的視頻畫面和教師電腦畫面，實現(xiàn)簡單互動功能，并且設備價格高，帶寬需求高。但該類硬件系統(tǒng)支持全高清分辨率，提供最好的視頻觀看效果，網(wǎng)真技術的使用達到了沉浸式教學目的。

軟硬結合視頻互動教學系統(tǒng)，在擁有前兩種系統(tǒng)基礎上，產(chǎn)生的新系統(tǒng)。聯(lián)動硬件系統(tǒng)終端和軟件系統(tǒng)平臺，教師和少數(shù)學生使用軟件系統(tǒng)終端，多數(shù)學生集中在遠程視頻教室使用硬件系統(tǒng)終端和軟件系統(tǒng)終端。該系統(tǒng)提供軟件系統(tǒng)的功能便利和硬件系統(tǒng)的觀看效果。

這三類遠程教學系統(tǒng)都可實現(xiàn)音、視頻同步傳輸，讓師生進行實時互動和交流，但是都擁有各自的優(yōu)缺點，清晰度、兼容性、互動性、舒適度等方面分別限制了各自的發(fā)展。不僅如此，現(xiàn)有系統(tǒng)無法提供更高要求的沉浸式教學體驗，實現(xiàn)完全模擬本地教學場景。

3 虛擬現(xiàn)實技術原理及技術支持

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術，首先通過將現(xiàn)實環(huán)境中的環(huán)境進行三維數(shù)據(jù)的采集錄入，并根據(jù)使用者在終端的需求，將所采集的三維數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫調取、整合、傳輸?shù)冗^程，在一定的技術設備支持的基礎上模仿出真實的環(huán)境，通過模擬使用者真實環(huán)境下的感知能力來傳輸信息。該技術現(xiàn)階段主要通過下列技術的整合來影響人的感官：

3D視覺技術，是指利用人類左右眼的視覺差距來構建三維圖片的原理，將二維圖片實現(xiàn)立體顯示，是虛擬現(xiàn)實技術的重要構成部分，現(xiàn)階段主要采用偏振光眼鏡法、串行顯示法、裸眼實現(xiàn)技術等；

三維聲音重構技術，是指使用者利用虛擬現(xiàn)實技術終端設備，通過自身感知能力在虛擬環(huán)境中判斷聲源的具體位置。主要有三維聲音定位技術、語音識別技術和語音合成技術；

實時繪制技術，是指當使用者在虛擬現(xiàn)實技術終端進行三維運動時，將模擬環(huán)境中的物體通過實時繪制技術進行更新覆蓋，以滿足在虛擬環(huán)境中的真實感。

近幾年，世界各大IT公司投入大量資源發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術，并推出大量VR配套設備，包括：頭戴式顯示設備、手持式操控器、移動終端平臺、360度全景攝像機等，并發(fā)展出更復雜的增強現(xiàn)實技術。這對虛擬現(xiàn)實技術的應用提供了有利的設備保障。

4 視頻會議與虛擬現(xiàn)實結合的新模式

本文在對虛擬現(xiàn)實技術及原理進行分析研究后，認為將視頻會議技術與虛擬現(xiàn)實技術進行結合，可彌補現(xiàn)有遠程視頻互動教學系統(tǒng)的不足，提供更好的沉浸式體檢，達到更好的音、視頻等效果，實現(xiàn)更理想的遠程視頻互動教學系統(tǒng)。

在新的系統(tǒng)模式下，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡構架主要依靠視頻會議數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡及多點控制單元，達到新系統(tǒng)的各個使用者都能夠實現(xiàn)一對多的數(shù)據(jù)交互；虛擬現(xiàn)實技術主要用于升級改造各終端的設備及技術。根據(jù)技術成熟度及推廣成本來考慮，本文認為遠程教學系統(tǒng)的新模式可采用下列幾種終端系統(tǒng)：

桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是指通過利用現(xiàn)有的顯示設備及簡單的附加設備來達到觀察及控制虛擬環(huán)境中的物體，輔助設備如立體觀察器、液晶顯示光閘眼鏡等造價相對低廉，投資比較低而且能達到比較理想的模擬現(xiàn)實的效果，適宜本文新模式采用并將其推廣應用；

沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是指利用各種數(shù)據(jù)交互設備如頭戴式顯示設備和數(shù)據(jù)手套等，將使用者的感知能力完全投入到交互系統(tǒng)生成的虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感覺。該系統(tǒng)具有實時效能強、體驗感真實等特點，但前期投入成本較高，可在條件允許的情況下應用；

多圖層式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是指使用者通過穿戴設備及三維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將生成的三維圖層加載到現(xiàn)實事物上的技術，更加真實的通過數(shù)據(jù)處理來感受實際事物的變化，增強使用者的感知能力。由于相關技術設備的精確性及成本問題，該系統(tǒng)技術在實際推廣普及中還需要一定時間，但未來該系統(tǒng)必然會使新模式達到新高度，有巨大的發(fā)展空間和潛力。

新模式下的遠程教學系統(tǒng)中，教師、學生通過各自數(shù)據(jù)終端的虛擬現(xiàn)實設備進行數(shù)據(jù)采集、轉碼，并通過多點控制單元實現(xiàn)一對多的數(shù)據(jù)傳輸，在其他使用者的接收終端將數(shù)據(jù)解碼。同時，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供一個虛擬化的教學場景環(huán)境給所有教學活動參與者，該虛擬場景可由教師預先設置或采集現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)使用。

5 新模式的優(yōu)點

本文設計的新模式，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一對多交互，也改變了傳統(tǒng)遠程教學場景再現(xiàn)差的現(xiàn)狀，對提高使用者的感官認知有著大幅提高，具體體現(xiàn)為下列幾個方面：

場景還原性高：新模式在數(shù)據(jù)接收終端采用虛擬現(xiàn)實設備，可以在主觀感知中對虛擬環(huán)境中的物品進行相互作用，高度還原現(xiàn)實效果，與真實場景無差異；

感知更豐富：新模式增加接收終端的虛擬現(xiàn)實設備，從視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多方面對使用者的感知能力進行信息傳遞，增強使用者主觀接收能力；

互動性更強：使用者將自身在虛擬環(huán)境中的身體移動、甚至面目變化等通過設備進行三維數(shù)據(jù)的采集轉碼，并通過網(wǎng)絡和接收端設備實現(xiàn)實時動態(tài)信息傳遞，在滿足音視頻實時交互的同時附帶肢體語言交流，并配合系統(tǒng)提供的虛擬場景和相關工具，互動性、舒適性比原有遠程教學系統(tǒng)更強。

6 新模式應用前景

采用視頻會議技術與虛擬現(xiàn)實技術結合新模式的遠程教學，可以為學生提供更為生動的學習環(huán)境及氛圍，使其具有極大的興趣與學習積極性，虛擬環(huán)境的變化對學生有著獨特的吸引力，并且教師講解知識難點時也可提供相應的虛擬化系統(tǒng)支持，教學場景真實化。該新模式的遠程教學系統(tǒng)，不僅僅可以完美實現(xiàn)遠程教學的目的，讓身處不同地方的師生進行教學活動，還可根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術，應用于知識學習、提高學生探索能力、技能學習等方面。隨著新模式的推廣和使用，新系統(tǒng)的使用范圍也會提高，應用前景廣闊。

7 總結

本文在對視頻會議技術與虛擬現(xiàn)實技術進行分析研究后，將視頻會議技術與虛擬現(xiàn)實技術進行結合，產(chǎn)生遠程教學系統(tǒng)的新模式，可以突破現(xiàn)有系統(tǒng)的限制，在沉浸性、感知性、交互性等方面更有優(yōu)勢，并且應用前景廣闊，更好的實現(xiàn)遠程教學的目的。虛擬現(xiàn)實行業(yè)仍處于高速發(fā)展的初級階段，因此新的遠程教學模式在當前依然有許多不完善之處需要改進，包括目前硬件設備的完善、便攜性、性價比等，但未來新模式值得期待。隨著科學技術的不斷發(fā)展，和我國互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷提高，遠程教學必將推廣普及，為教育模式帶來新的變化，而將視頻會議與虛擬現(xiàn)實技術相結合的新模式的種種優(yōu)點也會將現(xiàn)代遠程教學提升到一個新的高度。

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作者簡介

韓冰（1984-），男。碩士學歷?，F(xiàn)為華東政法大學信息化辦公室工程師。主要研究方向為現(xiàn)代教育技術。

作者單位

華東政法大學信息化辦公室 上海市 201620