擴增實境在教育上的相關應用

擴增實境技術在二十世紀後期開始發展萌芽，為人類帶來新的感官經驗，其 相關應用及研究也日益備受重視，為了說明擴增實境在本研究中的重要性，茲將 透過擴增實境的定義、特性及教育相關研究做探討，以凸顯擴增實境應用於特殊 教育的價值及必要性。

壹、擴增實境的定義

擴增實境(Augmented Reality,AR)指的是將一種將虛擬物件擴增到現實環 境中的技術，它並不會取代現實空間，而是在現實空間中添加一個虛擬物件，藉 由攝影鏡頭辨識分析再與電腦程式的結合，當事先設定好的圖片出現在鏡頭前 面，就會出現相對應的虛擬物件（如文字、聲音、影像或影片等）。

Milgram 和 Kishino(1994)則將現實環境與虛擬環境視為一封閉的集合，如 圖 2-1。圖的最左邊表示真實環境，而圖的最右邊表示虛擬環境，而在兩極端中 間表示混合真實(MR：Mixed Reality)。由此圖可以了解擴增實境是屬於真實與 虛擬之間的混合真實。擴增實境不僅擁有現實環境的嚴謹，也同時附有虛擬環境 中創造的特性，將兩種特性疊加便能改善現實中難以呈現的問題與虛擬中無法融 入實際狀況的因素。擴增實境可將虛擬的物件融於真實的環境中，使得虛擬與真 實世界知識可相互遞轉。因此擴增實境技術在資訊呈現上，更加容易使人將情境 與知識作較連貫的結合，減少產生資訊不連貫的現象。

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圖 2-1 混合現實

資料來源：Milgram et al.,(1994),Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays.

從顯示裝置來看，可將擴增實境的影像呈現方式，分為下列三種方式（李哲 明，2010）：

一、頭戴式顯示裝置：利用頭上小型攝影機所拍攝的影像先與虛擬物件做結 合以後，再將整合好的影像呈現在頭戴式顯示器的螢幕當中。早期的頭戴式顯示 裝置體積較大，現在已經較為輕巧簡便。

二、空間式顯示裝置

美國麻省理工學院 Parnav Mistry(2009) 發明了空間式顯示裝置－「第六感裝 置」，將顯示的資訊和使用者的感官相結合，不必另外使用獨立的顯示器。

三、手持式顯示裝置

主要以攝影機將拍攝的畫面進行影像處理，將虛擬物件疊添加在真實影像上，在 顯示於螢幕中。日漸普遍的行動載具就是使用擴增實境的良好媒介，像是 iPhone 手機、Windows Phone 手機、Google Android 手機及平板電腦所具備的攝影機 結合一些 APP 程式，就能輕易地擷取標記，達到簡易操控擴增實境技術於各領域 中。

在操作方式，擴增實境的實作方式可分為下列三種（羅康瑀，2012；林禹璁，

2013）：

一、標記式（Marker-based）擴增實境

屬於傳統的擴增實境技術，透過攝影機擷取一個可特定的標記，再藉由此特定標 記、圖像供系統辨識及定位虛擬物件的位置。標記式擴增實境的好處是不需做太

混合真實 Mixed Reality(MR)

真實環境 Real Environment

虛擬環境 Virtual Environment 擴增實境

Augmented Reality(AR)

擴增虛擬 Augmented Virtual (VA)

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多前置作業，建置較為簡易，但限制是需要特定標記、圖像才能被讀取使用。

二、無標記式（Markerless）擴增實境

多以光流偵測（Optical flow）或是影像辨識為主的擴增實境系統，不需透過特 定標記、圖像，好處是使用者可自行設計圖樣或擷取真實物件來進行辨識及定 位，缺點是系統建置較為繁複。

三、混合式擴增實境： 混合圖卡及手勢辨識的混合式擴增實境，先利用圖 卡產生座標來定位手掌於真實環境中的位置，再藉由手勢辨識辨別指令。

不論擴增實境的顯示方式與標記（marker）為何，只要其基礎設備成本低，

且可以滿足使用需求，將富有不可取代的地位優勢（Maqableh & Sidhu, 2010）。 貳、擴增實境的特性

擴增實境利用影響處理圖片的流程為：「輸入影像」→「閾值擷取影像」→

「偵測標誌」→「位置運算」→「虛擬影像輸出疊覆」的操作步驟，就能達到擴 增實境的互動效果（Billinghurst, Kato, & Poupyrev, 2008）。

擴增實境應用於教育具有以下幾項特性：一、可以讓學習者在虛擬與真實環 境下，跟虛擬物件進行互動。二、可釋出新的學習策略和教學方式，此學習模式 對即使沒有使用電腦經驗的學生而言也可以很快上手。三、能使學習者專注於學 習內容中，讓學習不僅是侷限於書面的文字或圖片(Billinghurst,2003)。

卓永欽、王健華(2008)指出擴增實境在教育上的特性有：一、學習新鮮感：

擴增實境技術在教育現場特別新穎，透過行動載具將真實與虛擬物件互相疊加，

呈現出多樣化的互動，透過多媒體刺激引發學生學習動機及興趣。二、互動性：

學生可直接透過行動載具與所學課程互動，也透過這樣的方式增加學生的參與度 及增加成功經驗，提升學習信心。對於較難理解的抽象念可透過操作性的反覆練 習增加精熟度。

擴增實境瀏覽器和擴增實境智能應用領域於 2011 年推出「Aurasma」免費應 用程式， 屬於無標記式擴增實境系統，不會侷限於特定標記、圖像，可透過行

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動載具，包括智慧型手機與平板電腦辨識掃描圖像觸發相關的教學動畫、影片、

圖像、錄音或 3D 模型等。此應用程式下載免費、安裝迅速，且變通性高，廣為 教師所使用，故本研究採用「Aurasma」應用程式，透過行動載具為教學媒介，

希望能發揮擴增實境技術最大效果於國小聽覺障礙學生識字學習成效上。

參、擴增實境在教育上的應用

隨著時代的變遷，科技日新月異，擴增實境的發展日趨成熟，使用的領域亦 趨廣泛，從早期的醫療、軍事運用，擴及到今日的軍事、交通、工商業、藝術、

旅遊業、娛樂及教育領域。近年來由於智慧型手機為人類生活型態帶來新的改 變，加上其無限擴充功能，結合許多擴增實境應用程式，例如：當今紅極一時的 精靈寶可夢 Go (Pokémon go)手機遊戲，即是利用智慧型手機結合擴增實境的技 術創造商業行銷的巔峰，也因此讓社會大眾再次注意擴增實境技術的應用，各相 關軟體相繼而生，連帶讓擴增實境技術迅速普及。然而多位國內外學者研究也證 實了擴增實境的教育意義，本研究者將就國內外擴增實境在教育領域上的相關研 究加以整理、討論如下表 2-1：

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17 concept mapping

1.利用擴增實境系

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