108年教案競賽國中新興科技組佳作獎-體驗虛擬的真實
設計者 , 教案對象 國中
設計單位 , 教案分級 初階
教案類別 系統平台,資訊科技應用,
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發布日期 2022-02-17 發布單位 科技教育教材與成果普及計畫 瀏覽次數 2305
教材簡介

1.虛擬實境(英語:virtual reality,縮寫VR),簡稱虛擬技術,也稱虛擬環境,是利用電腦類比產生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關於視覺等感官的類比,讓使用者感覺彷彿身歷其境,可以即時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。使用者進行位置移動時,電腦可以立即進行複雜的運算,將精確的三維世界影像傳回產生臨場感。該技術整合了電腦圖形、電腦仿真、人工智慧、感應、顯示及網路並列處理等技術的最新發展成果,是一種由電腦技術輔助生成的高技術類比系統。

2.從技術的角度來說,虛擬實境系統具有下面三個基本特徵:即三個「I」immersion-interaction-imagination(沉浸—互動—構想),它強調了在虛擬系統中的人的主導作用。從過去人只能從電腦系統的外部去觀測處理的結果,到人能夠沉浸到電腦系統所建立的環境中,從過去人只能通過鍵盤、滑鼠與計算環境中的單維數字資訊發生作用,到人能夠用多種傳感器與多維資訊的環境發生互動作用;從過去的人只能以定量計算為主的結果中啟發從而加深對事物的認識,到人有可能從定性和定量綜合整合的環境中得到感知和理性的認識從而深化概念和萌發新意。總之,在未來的虛擬系統中,人們的目的是使這個由電腦及其它傳感器所組成的資訊處理系統去儘量「滿足」人的需要,而不是強迫人去「湊合」那些不是很親切的電腦系統。現在的大部分虛擬實境技術都是視覺體驗,一般是通過電腦屏幕、特殊顯示裝置或立體顯示裝置獲得的,不過一些仿真中還包含了其他的感覺處理,比如從音響和耳機中獲得聲音效果。在一些進階的觸覺系統中還包含了觸覺資訊,也叫作力回饋,在醫學和遊戲領域有這樣的應用。人們與虛擬環境相互要麼通過使用標準裝置例如一套鍵盤與滑鼠,要麼通過仿真裝置例如一隻有線手套,要麼通過情景手臂和/或全方位踏車。虛擬環境是可以是和現實世界類似的,例如,飛行仿真和作戰訓練,也可以和現實世界有明顯差異,如虛擬實境遊戲等。就目前的實際情況來說,它還很難形成一個高逼真的虛擬實境環境,這主要是技術上的限制造成的,這些限制來自電腦處理能力,圖像解析度和通訊頻寬。然而,隨著時間的推移,處理器、圖象和資料通訊技術變得更加強大,並具有成本效益,這些限制將最終被克服。

3.擴增實境 AR,並不是模擬現實環境,而是將虛擬元素藉由投影或是攝影機的結合,將它投射在現實中。其中一個很大的特色,是藉由虛擬與現實元素的混和,增加我們對世界的認知。我們熟知的世界透過擴增實境的添加,會跟以往有很大的不同。擴增實境目前已經被廣泛應在生活中,像是導航、娛樂、模擬練習等,由Niantic、Pokémon 與任天堂三方打造的遊戲 Pokémon Go,就是主打擴增實境技術,玩家可以利用手機的鏡頭來查看周遭的神奇寶貝再點擊手機或裝置捕捉。台北車站也有相關的室內導航 APP 都算是擴增實境的應用。擴增實境的應用非常多元化,因為可以輕易滲入到生活中,所以普及率相對比虛擬實境高出許多。

4. MR 混合實境可以看是介於 VR 跟 AR 之間的一種綜合型態,MR 是產生虛擬物件但出現在現實生活中。與 AR 不同的是,MR 可將虛擬的場景與現實世界進行更多的結合、串聯並且產生互動,也就是說當現實生活改變會間接影響到虛擬空間。Microsoft 推出的 HoloLens 就是混合實境的應用,HoloLens 可以讓使用者看見修改過後的設計圖草稿、觀看虛擬電視等,在 MR 中,使用者可以透過現實生活中的動作改變虛擬世界,但 AR 卻做不到,這就是 MR 與 AR 不同之處。

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教育部國民及學前教育署
國立高雄師範大學
國立臺灣師範大學
國立彰化師範大學
國立科學工藝博物館