基于5G网络和VR_AR技术的高清录播教室建设研究.pdf
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1、科技与创新Science and Technology&Innovation1502023 年 第 20 期文章编号:2095-6835(2023)20-0150-02基于 5G 网络和 VR/AR 技术的高清录播教室建设研究桑学峰,魏 建,杜 坤(南京邮电大学,江苏 南京 210023)摘要:新冠疫情背景下,高等教育发生了巨大的变化,在线教育成为了新的教育形态。基于 5G 网络和 VR/AR 技术建设的高清录播教室,为在线教育打造出了沉浸式智慧学习空间,能够为学习者提供泛在的自主学习、趣味性学习、远程交互学习等学习体验。为此,首先介绍了 5G 网络,然后介绍了 VR/AR 技术,接着分析了
2、5G 网络和 VR/AR 技术的联系,最后设计出基于 5G 网络和 VR/AR 技术的高清录播教室建设框架。该框架为构建开放性、交互性、体验性三者共存的智慧学习空间提供了借鉴作用。关键词:5G 网络;VR/AR 技术;智慧学习;高清录播教室中图分类号:TP391.9;G434文献标志码:ADOI:10.15913/ki.kjycx.2023.20.046近 3 年,新冠疫情席卷祖国大地,在抗击疫情的战争中白衣天使上演了一幕幕可歌可泣、乐于奉献的动人故事,成为了中华民族宝贵的精神财富,激励着千千万万的学子。在教育部“停课不停教,停课不停学”的伟大号召下,教学转为了在线模式,爆炸式发展的线上教育让
3、教育信息化领域措手不及,随之带来一些硬件设备、视频流、网络不稳定等方面的问题,尤其低速率和较高延迟的网络使得线上教学经常卡顿,很难让学生教师得到较好的双向互动体验。5G 网络的高速率、低时延、大容量、低功耗、覆盖广、智能化、可靠性等性能可以很好地解决线上教学卡顿的问题1,另外 VR/AR 技术的运用能够给教师和学生带来沉浸式教与学的临场感体验2,实时双向交互增添了学习趣味性,打破了现有 4G 网络线上教学存在的众多局限。现有的高清录播教室是通过软件进行录播/直播,比较容易受到病毒和黑客的攻击,且不适合长时间运行。此外,缺少虚拟学习资源的创建和虚拟仿真实践平台,未能进行沉浸式的学习体验。5G 网
4、络和 VR/AR技术的出现能够让高清录播教室得到最大化的利用,加速了线下教育与线上远程教育深度无缝融合,能够增强沉浸式学习体验感。本文试图探索 5G 网络和VR/AR 技术相结合的高清录播教室建设方案,力争对线下与线上深度融合的智慧学习产生积极的影响。15G 网络5G 网络即是第五代移动通信网络,2019 年中国正式发放 5G 牌照,该年被称为 5G 商用元年3。5G 网络与云计算、物联网、大数据、人工智能等技术相融合,开辟了各个领域的新天地,共同朝着智慧化的方向迈进,万物互联、感知和智能将是未来世界的显著特征。智能技术的快速发展和 5G 网络的应用为高等教育带来了前所未有的改变,传统的教育格
5、局被打破,智慧教育生态已形成,呈现出个性化、科学化、自主化、精准化、情景化、数据驱动的新教育生态系统。5G 网络应用于智慧教育能够形成线上和线下教育深度无缝融合,突破了时空的限制,提升了学习体验和提高了学习效率。它具有高速率、低时延、大容量、移动性、广覆盖、低功耗、虚拟化、服务化、智能化等性能特征4,为创建良好的智慧学习环境提供了重要支撑。高速率是指 5G 能够达到 10 Gbs 的速度,比 4G快 100 倍,为数据的计算、存储、传递提供及时的响应;低时延是指多维数据在传输过程中能够做到实时同步;大容量是指能够提供更多的连接,惠及各种应用场景;移动性是指任何设备终端处在高速移动的情况下,网络
6、性能依然不受任何影响;广覆盖是指有大量的网络节点,能够实现与用户站点直接对应;低功耗是指降低功率损耗,有助于用户体验和增强移动性;虚拟化是指以数据为驱动以网络切片技术为基础,智能个性化地配备网络资源;服务化是指根据对象的需求能够智能配置网络资源,实现不同等级的网络定制服务;智能化是指通过数据来驱动个性化的服务配置网络资源。2VR/AR 技术VR(Virtual Reality,虚拟现实)是利用计算机技术和多媒体技术创建和体验虚拟世界的仿真模拟环境,通过交互功能使用户沉浸到该环境中,达到身临基金项目南京邮电大学 2020 年实验室工作研究课题重点课题(编号:2020XSG02)Science a
7、nd Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 20 期151其境的沉浸感。该沉浸感主要由三维视觉、真实感交互和立体音响 3 个方面共同作用来产生,具有沉浸性、构想性和交互性三大特征5,与人工智能相结合还具有智能化特征。AR(Augmented Reality,增强现实)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”融合的技术,是把原本在现实世界中很难体验到的多维信息(视、听、触等)通过计算机、多媒体、人工智能等科学技术,模拟仿真后再叠加到真实世界,从而达到超越现实的感官体验,是现实世界的增强体验也是补充,具有虚实无缝互补、自然交互体验、三维配准的特征6。VR/AR 与
8、教育相结合能够激发学生的学习兴趣,特别是给学生带来的沉浸式学习体验,增强了想象的空间,似乎就在多维空间里畅游,仿佛抽象的知识点就呈现在眼前,即可交互即可获得。用 VR/AR 展示知识点的视觉画面包括知识的起源、过程、发展和应用,具备强烈冲击感,打破了常规乏味的 PPT 观看,给学生带来全新的知识视觉盛宴。通过 VR/AR 对虚拟环境中的物体进行隔空取物般的随意操作,并且可以得到自然反馈形成沉浸交互,真正体验到学习的乐趣。35G 网络和 VR/AR 技术的联系5G 网络与 VR/AR 技术的融合为学习者带来了沉浸式的学习体验,得益于 5G 网络的诸多新技术,还有各种交互能力强大且亲民的 VR/A
9、R 终端设备,为构建新型的高清录播教室提供了有力支撑,以此能够保障顺利进行线上和线下混合远程交互的智慧学习。5G 网络具有代表性的低时延和高速率2项性能与VR/AR技术的应用密切相关,主要体现在:VR/AR 资源通常都是高分辨率、高帧率、信息量大,使用 5G 网络才能够避免头晕目眩的不良体验;5G 网络为 VR/AR 产业应用带来巨大的发展空间,构建的智慧校园能够为学习者带来可视化的智慧学习情境体验;5G 网络和VR/AR 技术相结合改变了传统的教学模式,通过VR/AR 技术将知识点变为虚拟的可视化教学资源,可以自由进行深度交互体验;5G 网络和 VR/AR 技术构建的远程教学空间不仅具有真实
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