工研院資通所 李嘉和
隨著近幾年AR／VR技術的蓬勃發展，手機Cardboard上的應用及VR 頭戴式顯示裝置的普及，帶動了AR／VR技術與其應用的發展。而在教育應用上，運用AR／VR技術的虛擬教育應用服務，無論是一般課堂的上課教學或者特殊的技能教育訓練應用，都有顯著的萌芽發展與漸漸茁壯的趨勢。而本文也將深入探討目前線上教育的現況問題與需求如何改善，以及AR／VR技術在虛擬教育產業上的機會，與教育領域上利用AR／VR技術的應用場景與服務案例。
線上教育現況問題與改善
線上教育應用，主要分成兩大塊應用領域：第一部分是教育，包含學校或職場上的上課，由上課來傳授與獲取教學上的知識。第二部分是訓練：包含技能或職場上的訓練，在職場或特殊技職能場域上的教學訓練。
現行傳統的教育教學上，主要仍集中於老師對學生單面向的教學為主，而大部分線上學習系統，如OpenEdx、MOOCs……等，目前大都也只利用課程影片，搭配電子教科書、講義及圖卡的方式來教學與訓練。這樣的學習方式，讓學生的感受是，課程為單方向且較靜態式的學習，學生無法獲得有效地參與，學習缺少了師生間或與課程教材內容上的互動，學習專注力與黏著度也會下降，學習成效也有限。而老師對於現行線上學習的感受是，在於教學內容製作與呈現上，以目前現有的技術，不容易將靜態的課程內容，設計製作成更具互動性的內容，讓學生有直接參與，並在課程互動之間學習，深入課程內容的學習感受，無法讓學習成效大加分。
另外在訓練課程方面，可能因為訓練性質、訓練種類、訓練設備或訓練環境的大小與人數上的限制關係，會縮限並影響到訓練的進行，引發訓練不便，造成訓練成效上的問題。
然而現行的線上教育或訓練上，老師與學生在面對學習時，比較常有一些學習上感受與問題，而這些問題與狀況大致如下：
| 領域應用 |
感受與問題 |
| 教育方面 |
1.傳統課程學習較不具互動性，學生缺乏參與感，無法深入其中
2.教材內容的製作上，偏靜態呈現，缺乏可互動技術及應用
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| 訓練方面 |
1.部分真實訓練場域，有其安全性的考量，訓練課程有其危險性（如：火場訓練）
2.訓練設備因造價昂貴，可能無法實際操作或多次操作（如：晶圓設備）
3.部分訓練場域，有人數或操作上之限制（如：手術室場域與大體解剖）
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而這些現行的問題，後續在AR／VR技術成熟下，將可利用AR／VR的技術，運用在未來虛擬教育的應用上，將這些狀況加以改善與解決，特別是AR／VR技術擁有了一些重要的特點，這些特點在教育的應用上，可解決老師與學生的需求，改善以往學習不好的感受，並為學習帶來不同的獨特體驗。以下是AR／VR技術的重要特點：
- VR能提供的沉浸式場景能讓教學與學習更加貼近深入與豐富生動。
- VR能以百分百3D模型方式建立擬真的實體教學教具物件。
- VR提供虛擬情境，可比實境下更安全地操作，訓練及互動學習，並有如親臨現場的感覺。
- 虛擬空間的場景與物件，無空間上使用或操作人數的限制。
- AR提供擴增實境，在原本的現實世界疊加擴增虛擬物件與資訊，現實世界充斥虛實交替的感官體驗。
而利用AR／VR技術在虛擬教育應用上，讓學生在學習過程中能有參與性，並透過虛擬實境的場景，讓學生沉浸式地親身體驗，並主動思考與深入學習，而有別於傳統的填鴨被動式教學，利用AR／VR技術擬真模擬展示與提供教學互動應用，來增加教學的實踐感與真實性，讓學習確有深入其境而參與其中的效果。
虛擬教育產業與機會
高盛在《VR與AR報告：了解下一個計算平台的競賽》中預測，到2025年AR／VR整體市場規模將達到800億美元。而VR／AR教育名列於高盛認為的最有可能成功的九大AR／VR行業之一，並預測2020年該市場規模將達到3億美元，而2025年將達到7億美元，並且認為AR／VR技術有潛力成為教育市場的標準工具，將給教學方式帶來新的革命[1]。
來源：Goldman Sachs Global Investment Research.數據分析顯示，未來教育的趨勢，勢必會大大地利用AR／VR技術與其獨特的技術特點，來創造新的學習方式與教育應用，而有別於傳統的學習，虛擬教育在虛實間有不同感官及擁有獨特的學習新體驗，未來也將會為教育帶來新變革。
虛擬教育應用服務
而在教育與訓練上的應用這兩大塊應用領域之中，又有哪些教育應用的場景或服務，是運用AR／VR技術發展的，接續將一一探討這些重要且熱門虛擬教育應用服務：
一.學校教育
現今上課教學上，選擇利用AR／VR技術來輔助教學是越來越被倚重的應用方式，學生只需要使用AR眼鏡或VR頭戴式顯示裝置便可擴展或沉浸於課程VR虛擬教學場景之中，並且使用VR控制器就能與虛擬教學物件作互動性操控，來學習並獲取教學上的知識。
以下是學校教育相關的可應用場景與服務案例:
1.教材教具AR擴增實境應用：使用AR眼鏡利用攝影鏡頭對課程教材、圖卡、教科書上靜態Marker或Markerless的標的圖示作判別與辨識，並在AR眼鏡實境上擴增虛擬物件，並且能與虛擬物件作互動操作。例如: Google Expedition AR的擴增實境，透過手機，小朋友們可以看到3D模型出現在教室裡[2]; 另外，台灣師範大學互動式擴增實境學習輔具APP使用AR技術結合虛實的教學工具，將科學概念轉化成3D模型的立體教材，提供互動學習，突破原有感官學習方式[3]。
來源：截取自Ｇoogle探險先鋒計畫網站2.VR360影片的應用：在特殊情境課程上，如自然、地理課程或特殊場域環境，利用360゜攝影機拍攝該場景的VR360影片，授課者使用VR頭戴式顯示裝置設備，便能沉浸於VR360影片之中，並有深入其境之感受。例如: Discovery VR提供360゜環境影片，讓使用者感受深入其境的學習與觀察新體驗[4]。
3.虛擬實驗室／教室應用：虛擬實驗室應用場景，學生藉由VR頭戴式顯示裝置設備，進入虛擬實驗室場景中，進行虛擬實驗設備實驗與操作。例如: Labster公司創造提供了許多種科學實驗模擬的虛擬實驗室模擬器，以便在科學教育上，以VR虛擬的方式來了解科學的應用[5]。
二.醫療教育與訓練
AR／VR技術為醫療教育與醫生學習新選擇的趨勢，在一般傳統的手術或醫療教學上，因為手術室場地與設備使用上限制，往往會限縮到真正可參與在現場實習或觀摩教學的人數，利用手術或醫療教學VR直播，讓學習的醫生不用進到手術室內，也能像處於手術的現場一樣觀看手術教學的進行與學習。而以VR技術用於虛擬模擬現實的手術操作或人體器官教學應用上，醫生只要戴上VR頭戴式顯示裝置設備及使用操控VR控制器，就可以沉浸式學習並體驗虛擬手術操刀的感覺，亦能反覆試作操刀練習，在第一視角的角度上操作學習，並熟悉了解手術的各個環節，提高現實中手術的準確性。
以下是醫療教育與訓練相關的可應用場景與服務案例：
1.VR手術教學直播應用: VR直播手術教學的過程，讓學習的醫生只需戴上VR頭戴式顯示裝置設備就能沉浸於手術教學現場，觀摩與學習。例如：2016年4月14日13：00，全球第一場VR手術串流直播，並使用360度影片來呈現整個手術檯與手術操刀過程[6]。
2.虛擬手術室：Marion Surgical虛擬手術模擬器，將人體3D建模並利用VR技術模擬，並使用VR頭戴式顯示裝置設備與手術刀控制器或VR控制器便能操控手術刀模擬開刀的動作[7][8]。另外，VirtaMed手術模擬器則是使用實物3D器官模型，並以真實的手術器械來擬真模擬手術進行，手術進行中的影像則是以VR虛擬物件模型方式顯示於顯示幕上[9]。
