虛擬實境

虛擬實境顧名思義就是虛擬出一個環境，這個環境好像真的一樣讓人無法分別（林 政宏，1997）。虛擬實境可讓使用者看見一個擬真影像，真實程度彷彿自己身處在場景 之中，本節分四部份，壹、真實呈像；貳、虛擬實境的定義與要素；參、虛擬實境的類 型；肆、情境學習理論；伍、虛擬實境之相關研究；陸、小結，分述如下：

壹、真實呈像

為了提升課程與學生的互動性，讓學生可以在教室中體驗到現實生活中的空間環境，

突破傳統教學無法呈現現場環境的缺點，常見的方式是將教材融合實境科技，運用3D 模型建置一個虛擬的模擬環境，使學習者能與虛擬環境中的物件進行互動（沈揚庭，

2016）。Milgram, Takemura, Utsumi, Kishino(1995)提出真實與虛擬之間的簡化連續性定義，

如圖 2-2-1 定義擴增實境與混合實境的範圍，以及前面兩者與真實環境和虛擬環境的相 關性，由左往右延伸為虛擬環境，而由右往左為真實環境，混合實境則是上述兩種環境 的混合，擴增實境處在中間偏左方，主要是以真實環境為主，虛擬環境為輔，把虛擬內 容套用在真實環境中。

Mixed Reality(MR)

Real Environment

Augmented Reality(AR)

Augmented

Virtuality(AV) Virtual Environment

Reality-Virtuality(RV) Continuum 圖 2-2-1 真實環境與虛擬實境的簡化連續性定義

資料來源：Milgram P, Takemura H, Utsumi A, Kishino F. (1995). Augmented Reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum. Telemanipulator and Telepresence

Technologies, 2351, 282-292. doi: 10.1117/12.197321

貳、虛擬實境的定義與要素

從1960 年代到 1980 年代，對虛擬實境的稱呼有很多，如人工實境(Artificial Reality)、

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合成實境(Synthetic Reality)、合成世界(Synthetic Reality)、想像世界(Imaginary Worlds)、

概念實境(Conceptual Reality)、電腦實境(Cyber Reality)、或是電腦超空間(Cyberspace)等 等（林政宏，1997）。而第一次稱 Virtual Reality 的是麻省理工學院媒體實驗室

(Massachusetts Institute of Technology, MIT/Media Lab)提出；後來在 1985 年左右，Virtual Reality 為 Jaron Lanier（VPL 公司創始者）所提出，意思就是一個無中生有的虛擬環境，

但是卻可以讓人覺得跟真實環境一模一樣（李忠錦，2008）。

虛擬實境(Virtual Reality﹐VR)是藉由電腦模擬而產生出一個三維空間的虛擬世界，

給予使用者猶如真實世界中有關聽覺、觸覺的模擬，虛擬實境是一介於虛擬世界

(cyberspace)、真實世界與使用者三者的媒體，當中的交互作用都是由此系統來進行控制，

例如當使用者在真實的世界中變換了某些狀態，再透過媒體傳送至虛擬世界中，接著經 過電腦計算後，將其結果顯示在設備中（周宣光，2000）。

林政宏（1997）於《深入虛擬實境 VR》指出虛擬實境三大要素為高度的想像力、

即時的互動性以及強力的沉浸性，如圖 2-2-2 所示。而虛擬實境具有沈浸性(Immerse)、

互動性(Interactive)、想像性(Imagination)等三種特性。其中沈浸性是為了讓使用者可融 入虛擬的環境，短暫脫離原本身處的真實環境，具備有臨場感；互動性則是當使用者進 行觸碰虛擬環境中物件的時候，它的反應會猶如在真實環境中；想像性是一個模擬真實 環境的想像世界，富含很多的想像空間（周文忠，2005）。

圖 2-2-2 虛擬實境的三大要素

資料來源：林政宏（1997）。深入虛擬實境 VR。臺北市：碁峯資訊。

互動性

想像力 虛擬實境 沉浸性

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研究者認為虛擬實境為透過電腦模擬一個虛擬世界，在這個三維的空間內，可與事 物進行互動，搭配頭戴式顯示器、手把以及感應器等設備，除了觀看之外，使用者亦可 自由在空間中走動以及跟世界裡的物品、人物等進行互動，看得到、觸摸得到、也觸摸 得到，系統提供虛擬世界音樂、3D 視覺、特效、動畫等，增加更多的互動及感觸，讓 使用者更有身歷其境之感。

虛擬實境產業在2006 年有了爆炸性的成長，因此 2006 年更是被稱為「VR 元年」，

於此年，許多廠商推出相關產品，例如宏達電與電玩商Valve 推出個人電腦 VR 眼鏡產 品HTC VIVE、Google 推出經濟實惠又方便的 Google Cardboard，而虛擬實境亦被應用 到許多領域，如教育、娛樂、商業地產，互聯網數據中心(Internet Data Center﹐IDC) Digi-Capital 於 2015 年預測 2020 年虛擬實境應用領域，如圖 2-2-3 所示，及於 2018 年 預測虛擬實境應用各領域的成長狀況，如圖 2-2-4 所示，其中，教育領域（圖示為紅色）

有逐年成長的趨勢。

圖 2-2-3 虛擬實境應用領域

資料來源：Digi-Capital (2015, April 6). Augmented/Virtual Reality to hit $150 billion disrupting mobile by 2020 [Internet Data Center,IDC]. Retrieved from

https://www.digi-capital.com/news/2015/04/augmentedvirtual-reality-to-hit-150-billion-disru pting-mobile-by-2020/#.WQx_pYiGOUk

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圖 2-2-4 虛擬實境應用領域之預測成長狀況

資料來源：Digi-Capital (2018, January 26). Ubiquitous $90 billion AR to dominate focused

$15 billion VR by 2022 [Internet Data Center,IDC]. Retrieved from

https://www.digi-capital.com/news/2018/01/ubiquitous-90-billion-ar-to-dominate-focused-15-billion-vr-by-2022/

註：

以下為右方VR 預測收入目錄

遊戲 社會 照片&影片 娛樂 醫學 教育 生活方式 旅行&運輸 音樂 商業 運動 健康&體適能 藝術/設計 食物&飲料 小孩 參考書目

財務 新聞 書籍 目錄

雜誌&報紙 導航 公共事業

參、虛擬實境的類型

李思漢（2017）依據不同的視覺化(Visualization)產生方式對應使用設備不同，區分 為以下類別：

一、桌上型虛擬實境(Desktop VR)

是價格相對最低的虛擬實境系統，通常利用滑鼠、軌跡球等設備當作輸入的設 備，並以普遍的個人電腦螢幕作為輸出；透過數位設計，可使操作者產生出心智投

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射的效果，間接能與VR 應用產生連結的效應。

二、模擬型虛擬實境(Simulator VR)

讓使用者在某些特定的操作環境中做使用，模擬操控真實機器的感覺。應用在 駕駛、飛行的訓練課程上，為最初發展出來的設備型環境重構導向的虛擬實境系 統。

三、投射型虛擬實境(Projection VR)

藉由大型投射螢幕搭配多個投影機與立體聲音作為輸出裝置，將整個場景在使 用者的周圍投影出來，呈現一個環場的場景。

四、沉浸型虛擬實境(Immersion VR)

是所有虛擬實境系統種類中價格最高、感覺最真實者。系統中需配有特定的輸 出、輸入設備如頭盔顯示器(Head Mounted Display，HMD)、三維滑鼠(Fly Mouse)、

追蹤器(Tracker)或資料手套(Data Glove)、聲音裝置、感官輸出裝置等，呈現多重知 覺感官，能讓使用者有完全融入其中的感覺。

肆、情境學習理論（situated learning）

Brown, Collins and Duguid (1989)認為知識存在學習的情境脈絡與學習活動中，學習 者須主動和情境進行互動，進而取得知識脈絡，並由此脈絡建構出自己的知識。蔡秉宸、

靳知勤（2004）指出情境學習理論旨在說明於一似「真實」環境中，由學習者主動參與，

並與環境中的人、事、物進行互動而獲得知識，強調知識的社會性與真實性。

隨著科技日新月異的發展，目前有許多教學者利用資訊科技輔助教學，情境學習理 論指出學習者須主動並與情境中事物產生互動，而虛擬實境能創造出一個虛擬世界，讓 學生可以沉浸在其中，並和形體進行互動，在互動的過程中，讓學生可以學習體積相關 知識，如可以拿取形體近距離觀察，使其更了解形體每一面，也可在虛擬世界中利用小 方塊進行堆疊，讓學生更清楚體積計算。

伍、虛擬實境之相關研究

虛擬實境創造出一個三維的虛擬世界，模擬視覺、聽覺以及觸覺感官，使用者彷彿 身處在其中，並能與虛擬環境中的物件進行互動，許多研究利用虛擬實境的特點，開發 相關教材，運用在不同領域中，本研究收集並整理近年來虛擬實境相關研究，如下表 2-2-1 所示：

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iSpace 體感互動學習系統有 助於提升學習成效。

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《Chinese I Spy》遊 戲為例

Cardboard 於遊戲式 自我組織的學習環

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最真實感，故選擇沉浸型虛擬實境，藉由頭戴式顯示器，彷彿自己身處在虛擬世界，再 搭配手把，使學習者能在虛擬世界中進行操作，最後加入聲音及視覺畫面，能增添學習 者沉浸感。

本研究期望能利用虛擬實境的特性，改善學習者在傳統教學中無法觀察形體的限制，

打造一個虛擬世界，將體積單元的知識融入其中，學習者可以拿取每個形體，觀察形體 的每個面，藉此可觀察正方體與長方體的不同，亦可在虛擬世界中藉由手把堆疊方塊，

在堆疊的過程中，了解形體是由多少個方塊堆疊而成，能更了解體積的計算，最後在學 校課程中，較難以呈現1 平方公尺與 1 平方公分的換算，學習者能在虛擬世界中看見單 位不同而體積大小相同的形體；在過程中，當學習者完成關卡或是觸碰物品等，出現特 定效果與聲音，增加學習者滿足感以及成就感。期望藉由虛擬實境的特點突破傳統教學 的限制，以及解決學生認為數學枯燥乏味、困難等情況，提升學生的學習成效、學習動 機與學習態度。

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