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新型虚拟现实工具让你能够透过小型灵长类动物的眼睛观察世界

想象一下,你生活在东南亚的雨林中,是一只体型娇小的灵长类动物,长着一双巨大的眼睛,看起来有点像电影《小魔怪》(Gremlins)里的吉兹莫(Gizmo)。你是一只眼镜猴——一种夜行性动物,其巨大的眼睛为你提供了卓越的视觉敏感度,从而赋予了你捕食优势。一款名为“眼镜猴护目镜”(Tarsier Goggles)的新型虚拟现实(VR)软件模拟了眼镜猴的视觉,并展示了这种动物硕大眼睛的适应性优势。

“眼镜猴护目镜”由达特茅斯学院学生Samuel Gochman(18届)和达特茅斯学院人类学Charles Hansen教授Nathaniel J. Dominy共同开发,Dominy教授致力于灵长类感官系统进化的研究。该项目与达特茅斯应用学习与创新(DALI)实验室合作完成,该实验室的学生负责设计和构建技术。

Gochman带着一个问题找到了DALI实验室:如何通过体验眼镜猴独特的眼部适应性特征来改变人类对我们世界的感知。通过迭代过程,DALI团队探索了不同的设计方案,最终Gochman和团队确定虚拟现实体验是最佳选择,因为它不仅具有沉浸感,还可以在课堂环境中作为教学工具使用。

这款名为“眼镜猴护目镜”的开放获取软件具有三个虚拟学习环境——“矩阵”、“迷宫”和“婆罗洲雨林”,模拟了眼镜猴在视力、色觉和亮度方面与人类视觉的差异。婆罗洲眼镜猴患有红色盲,这是一种红绿色盲的形式。在虚拟的婆罗洲雨林中,用户可以在森林中穿行,跳跃并攀附在树上,正如作者所描述的那样,这是一个“在人类视觉条件下几乎不透明、漆黑且迷宫般的空间,但作为眼镜猴却可以通行,展示了眼镜猴视觉敏感度的优势”。

“美国大多数九年级和十年级的学生都学习光学和自然选择,但这通常被分开讲授,”作为论文共同作者之一的Dominy说道。“眼镜猴是统一这两个概念的有效手段。你必须理解光学原理,才能理解为什么自然选择会青睐这种微小捕食者拥有的如此巨大的眼睛。”

在达特茅斯学院,Gochman主修生物人类学和以人为本的设计,这个项目是他应用这些研究兴趣的方式之一。“我意识到大多数学生对自然选择的学习仅限于图表、幻灯片和模型,”担任该研究第一作者的Gochman说。“虚拟现实提供了一种沉浸式体验,有助于理解眼镜猴视觉的某些特性,这些特性是其适应进化的结果。‘眼镜猴护目镜’是一个科学教育工具,让学生通过实践接触物理学、感知科学和生物学中的科学概念,”他补充道。

作为研究的一部分,Gochman在达特茅斯学院的两次校内活动、一次人类学学会会议以及访问佛蒙特州奎奇佛蒙特自然科学院的一个六年级班级中演示了“眼镜猴护目镜”。他还在新罕布什尔州梅里登的金博尔联合学院向高中生演示了这项技术,那里科学和人类学班级的学生观看了一段关于眼镜猴觅食行为的简短视频,随后每人有五分钟的时间试用这项虚拟现实技术。然后,学生们完成了一份包含开放式问题的简短后测调查,这是Gochman对该虚拟现实工具进行正式评估的一部分。

金博尔联合学院的人类学和世界历史教师、同时也是该论文共同作者之一的Marilyn Morano Lord(95届本科,97届文科硕士)解释道:“‘眼镜猴护目镜’项目让我的学生亲身体验了一种学习经历,这是通过任何其他媒介都无法实现的。”

“眼镜猴护目镜”使用Unity3D构建,通过SteamVR支持HTC Vive Pro,并使用C#编写代码。虚拟现实工具包被用于创建瞬移等功能。对于许多视觉效果,利用了Unity内置的后处理堆栈,素材则在Maya中构建。所有的视觉素材和体验均由DALI团队基于实验室协作的、以人为本的设计方法从零开始编写代码。

“眼镜猴护目镜”展示了虚拟现实如何通过为学生提供一种有趣、互动的方式来探索复杂概念,从而应用于科学教育的可能性。