虚拟数字人在教育中的应用探索

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近年来随着虚拟现实、人工智能等技术的不断成熟，元宇宙也逐渐被人所熟知，并在一些领域开始初见端倪。虚拟数字人作为元宇宙中的重要元素之一，是虚拟世界与现实世界交互的重要载体，其语音、表情、动作效果已可以媲美真人，并在服务、传媒等行业发挥着越来越重要的作用，为社会的数字化转型发展提供了新的路径。同时，虚拟数字人作为一项创新技术，也逐步以虚拟教师、虚拟学生等身份走进教育领域，在教学视频讲解、虚拟学伴互动、学校活动展示等方面发挥着其特有的作用。

一、技术简介

虚拟数字人是指运用数字技术创造出来的、与人类形象接近的数字化人物，一般由人物形象、语音生成、动画生成、音视频合成显示、交互等模块构成，因此拥有人的外观、行为、语言、感知和互动等能力。根据不同行业的需求，虚拟数字人还会被赋予不同的特征和功能。

2020年6月，虚谷未来科技推出我国首位教育领域虚拟数字人小艾，其人设为喜欢阅读、善于分享的12岁少女，能够通过领读陪伴来激发少儿阅读的兴趣，并能在直播间里介绍少儿阅读、儿童美育等内容。2022年高考期间，百度的度晓晓成为首个虚拟数字人高考助理，可以与考生进行对话，回答考生与高考有关的问题。同时度晓晓还能陪聊解压，通过情感陪伴的方式帮助考生缓解考试压力与情绪波动。

此外，目前百度、腾讯、科大讯飞等科技公司均已推出了开放的虚拟数字人制作平台。用户可以根据自身需求在这些平台上选择形象、声音等特征设计虚拟数字人，并通过提供文字、选取背景、调整姿势等方式，生成虚拟数字人的播报视频。比如，中科深智的创梦易自动画，就是一个生成式AI虚拟人平台，用户可以借助其中的模板和素材，轻松在线创作虚拟人短视频，如图1所示。

二、教育应用情景与实践

1.线上视频课中的虚拟学伴

网络视频是数字原住民熟悉的信息媒介，特别是在线上教学期间，线上视频课成为学生主要的学习途径。2020年初，上海市初中信息技术学科空中课堂视频课中首次出现了虚拟学伴：小智和小能。小智设定为喜欢探索新科技但比较粗心的男生，小能设定为善于观察、比较细心的女生。为了突出初中学生的特点，虚拟学伴设计中还添加了书包、课本和红领巾等相关物品，如图2所示。同时，视频课制作团队根据以往的教学经验，将学生可能遇到的问题和解决的思路整理成文，使用科大讯飞的语音合成软件生成虚拟学伴的台词，从而模拟初中学生现实学习中的操作行为和思维习惯。虚拟学伴的应用为居家学习的学生提供了较为真实的课堂生生互动场景，增强了线上教学互动性和真实性。

由于当时虚拟数字人的技术还不成熟，人物仅采用了平面动画形象，缺少自然生动的动作、手势；在语音合成中，制作团队还需要使用者采用手动方式将生成的台词声音文件与学生形象的出现进行匹配，增加了工作量。

随着虚拟数字人制作平台的日趋成熟，在人物形象方面，使用者已经能够在平台中直接选择已有的2D或3D人物形象，甚至可以通过人脸识别和建模技术，制作出与真人学生相似的虚拟人物。在语音方面，各个平台已经将语音生成功能嵌入到虚拟数字人制作平台中，使用者只需要将文字粘贴到对应人物的语音轨道中，就能在渲染生成视频的过程中将语音直接嵌入其中，如图3所示。在动作表情方面，使用者可以在平台中通过选择时间节点，设定指点黑板、举手发言等动作，从而使视频课中虚拟数字人的活动更生动，更接近真实教学情境。

2.微视频与直播教学中的虚拟教师

微视频和线上直播是教师们常用的教学手段，通过使用虚拟教师的方法，让教师的形象虚拟化，既可以创造出符合学生审美的教师形象，拉近师生之间的距离，也可以有效保护教师的人脸隐私信息，避免学生对教师人脸截图后制作表情包等滥用人脸信息的情况出现。

在微视频制作过程中，教师可以参考制作虚拟学伴的方式将个人的虚拟数字人形象以图片的形式添加到微视频中。除此之外，还可以使用智能手机中自带的照相机萌拍拟我表情功能，或者通过崽崽等捏脸App，拍摄出具有个人风格的虚拟数字人卡通视频，如图4所示，最后嵌入到微视频中。

对于已经录制完成的出镜视频，教师还可以使用剪映等App中的人物特效功能，选择人物形象，对真人出镜的头像视频进行处理，将已有的真人视频转为虚拟数字人视频。如图5使用剪映App对真人头像进行虚拟化。

对线上教学直播而言，腾讯会议、钉钉等主流平台中也已经自带了虚拟头像生成功能。教师在平台中通过虚拟头像生成功能，就能直接使用虚拟数字人进行直播。信息技术应用能力强的教师，甚至可以下载安装虚拟主播插件，通过崽崽捏脸App设计个人虚拟形象，在直播中通过动捕技术，使虚拟数字人与真人的动作、表情实现实时同步。

3.学校展示活动中的虚拟互动讲解员

虚拟数字人目前已经被应用在各大线上数字博物馆的导览、介绍中，它同样也能被应用在学校中，承担学校情况介绍、工作汇报等，甚至可以作为线上校园开放导览的互动讲解员。

学校可以使用虚拟数字人制作平台，先生成有代表性的教师、学生或吉祥物等形象，再将需要介绍的图片、背景、文字按照时间线添加到相应轨道中，生成虚拟数字人讲解的视频。如果需要完成学校中多个场景的介绍，则可以分别生成多段场景介绍的视频，并通过H5网页的方式将其串联起来，形成虚拟数字人对学校整体的介绍。如图6使用虚拟人作为讲解员制作视频的案例。

三、应用中的问题与不足

1.虚拟数字人的形象应符合教育属性

虚拟数字人的制作平台上提供了很多人物形象和声音的模板，但不少都是基于商业客服和虚拟偶像开发的，存在染发、衣着暴露、声音低幼化、吐字不清晰等问题，并不适合在教育教学中直接使用。教师应当根据教育领域的特点选择人物形象，使用端庄稳重、穿着得体的造型，采用吐字清晰、温柔舒缓的声音，选用与教学相匹配的教室等场景，从而塑造正面、良好的虚拟数字人形象。

2.虚拟数字人的应用成本较高

虚拟数字人及相关视频的生成涉及多种技术，需要较强的算力支撑，目前主要有本地和在线生成两种方式。本地生成需要教师有较强的信息技术应用能力和较高配置的计算机，比如，在本地计算机上实时生成虚拟数字人直播的Snap Camera软件就要求计算机配置不低于酷睿8代；如果采用剪映等App先拍摄真人视频再后期生成虚拟人视频，则需要花费较多时间进行转化。采用在线生成的方式虽然相对简单，但一般都需要付费，通常有包月、包年或者按照单个视频长度与质量等多种方案，对教师个体来说，投入的人力物力成本较高。

3.赋予虚拟数字人教育价值与情感

虚拟数字人是一种技术，当它被应用在教育领域时，应当将现实世界中教育的价值和人文情怀注入其中。比如，在阅读中，虚拟数字人不能仅仅是将文字朗读出来，而是要能够培养学生的阅读习惯；在讲解问题时，不能仅仅是给出答案和解题过程，更要通过虚拟数字人的人工智能算法，将学生在知识点方面存在的深层次问题寻找出来，才能将教育的真实世界和虚拟世界互联互通，为学生提供虚拟世界中的正确教育引导。

四、趋势与期望

随着虚拟数字人相关技术的不断成熟，其应用领域不断拓宽，可能会成为和真人相伴的人。虚拟数字人在教育领域的应用仍处于起步阶段，目前主要用于替代真实的教师、学生进行展示，提高教育教学视频的制作效率和趣味性，与真人的即时互动功能仍有不足。

未来，随着虚拟数字人与人工智能、大数据、元宇宙等技术的融合，它将会在教育中承担更多的功能。语文、历史等学科中，涉及大量的名人或者历史人物，以往学生只能通过文字、视频等媒介了解他们，如果将这些人物制作成虚拟数字人，并通过虚拟现实技术将学生带入到他们生活、工作的虚拟场景中，就可以让学生身临其境，将历史名人的关键事迹、言行及生平模拟复现，便于学生深刻理解和记忆。线上教学中，身处不同地点的教师、学生也可以通过虚拟数字人形成数字孪生，出现在同一个虚拟课堂中开展学习与交流，从而打破物理空间的限制。虚拟数字人还可以根据学校、教师的要求，协助开展管理工作，参与数据分析、学习指导，成为真人教师的助教，在减轻教师工作负担的同时，提高教师教学质量和效率。

随着教育数字化转型的推进，大数据、人工智能等新技术不断被教育界认可，虚拟数字人作为一个新生事物，是教育元宇宙应用跨出的第一步，让我们拭目以待。

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