婁方園，齊夢娜，王竹新，王 娟

0 引言

隨著人類進(jìn)入元宇宙時(shí)代，人工智能、數(shù)字孿生、腦機(jī)接口等智能技術(shù)的應(yīng)用助力百行千業(yè)找到新發(fā)展空間并實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，尤其是教育領(lǐng)域。數(shù)字人是打開元宇宙大門的第一把鑰匙[1]，是教育元宇宙的敲門磚。數(shù)字人產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，預(yù)計(jì)2030年中國數(shù)字人的整體市場規(guī)模將達(dá)2，700億元，逐步成為元宇宙重要一環(huán)[2]。

1989年美國國立醫(yī)學(xué)圖書館發(fā)起“數(shù)字人”項(xiàng)目(VHP)，1994年創(chuàng)造世界上第一例數(shù)字人[3]。2001年韓國大學(xué)和韓國科技信息研究所建立“韓國數(shù)字人”(VKH)項(xiàng)目[4]。同年“中國數(shù)字人”項(xiàng)目(CVH)建立，創(chuàng)造了中國首個(gè)數(shù)字人數(shù)據(jù)集[5]。數(shù)字人進(jìn)化階段可以分為三代：可見人、物理人和生理人[6]，第一代實(shí)現(xiàn)了三維(3D)結(jié)構(gòu)的可視化，如真人拍攝、換臉、二次元和卡通動(dòng)漫；第二代實(shí)現(xiàn)了對(duì)人的物理特征的分析，如AI生成的超寫實(shí)、AI實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)3D超寫實(shí)；第三代實(shí)現(xiàn)了對(duì)人的生理特性的模擬，如AI賦能、性格培養(yǎng)。在技術(shù)與市場驅(qū)動(dòng)下，數(shù)字人得到快速發(fā)展，為元宇宙提供蓬勃的發(fā)展動(dòng)力。

通過對(duì)與數(shù)字人相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)及案例的梳理與分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)字人的發(fā)展給教育帶來了機(jī)會(huì)，如虛擬教師構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬學(xué)生實(shí)現(xiàn)像人一樣學(xué)習(xí)和思考、虛擬學(xué)伴陪伴并指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)、虛擬教育主播可以面向社會(huì)群體傳播知識(shí)、虛擬導(dǎo)游可以提高社會(huì)教育的趣味性和靈活性，激活了教育元宇宙的生態(tài)。國內(nèi)學(xué)者對(duì)教育數(shù)字人的研究尚少，在知網(wǎng)上以“教育數(shù)字人”為關(guān)鍵詞檢索出的相關(guān)文獻(xiàn)為0篇，以“教育數(shù)字人”為主題檢索出的相關(guān)文獻(xiàn)僅18篇，且缺乏對(duì)其應(yīng)用的分析與總結(jié)?；诖?，筆者在對(duì)教育數(shù)字人的概念、特征與技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，從學(xué)校教育型數(shù)字人和社會(huì)教育型數(shù)字人兩方面剖析其應(yīng)用及國內(nèi)外相關(guān)案例，對(duì)教育數(shù)字人所面臨的挑戰(zhàn)及實(shí)施建議進(jìn)行了分析總結(jié)，以期為數(shù)字人促進(jìn)教育發(fā)展提供思路，推動(dòng)數(shù)字人與教育的初步融合發(fā)展邁向新階段。

1 元宇宙場域下的教育數(shù)字人概念與特征

1.1 教育數(shù)字人的概念

教育元宇宙為教育相關(guān)主體創(chuàng)建數(shù)字身份，實(shí)現(xiàn)真實(shí)人和數(shù)字人的教育交互[7]。從狹義講，教育元宇宙是基于VR等智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)讓人沉浸式教與學(xué)的虛擬世界；從廣義講，教育元宇宙涵蓋數(shù)字教育世界的所有概念，包括當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)+教育和未來虛實(shí)融合的數(shù)字化教育世界，其中最重要的主體是真實(shí)人和數(shù)字人。

教育數(shù)字人是計(jì)算機(jī)通過復(fù)制或模擬真實(shí)世界中教育主體的體格而生成的實(shí)體，可以擺脫與人類身體互動(dòng)相關(guān)的物理、空間和時(shí)間限制，與其他真實(shí)或虛擬對(duì)象、人或系統(tǒng)進(jìn)行交互。簡言之，教育數(shù)字人意指具有數(shù)字化外形的與教育息息相關(guān)的虛擬人物，不僅擁有人的外觀、行為和思想，還具有識(shí)別外界環(huán)境、與人交流互動(dòng)的能力。教育數(shù)字人有兩種主要類型——教育數(shù)字人化身(由人控制)和教育虛擬代理(由計(jì)算機(jī)控制)。教育數(shù)字人化身是由實(shí)時(shí)用戶控制的教育數(shù)字人，集成了人體生理、心理、生物力學(xué)等特征，能夠?qū)⒄鎸?shí)教育世界的動(dòng)作、意圖和想法遷移到虛擬世界中。教育虛擬代理是由計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)建并控制的教育數(shù)字人，用于支持真實(shí)教育主體與虛擬環(huán)境的交互[8]。

1.2 教育數(shù)字人的特征

(1)教育數(shù)字人具有教育性。在高度仿真的虛擬教學(xué)場景中，師生能打破時(shí)空限制，通過控制虛擬化身以具身認(rèn)知體驗(yàn)和沉浸式體驗(yàn)的方式進(jìn)行情境性、探究性的學(xué)習(xí)活動(dòng)和交互，形成虛擬人、教師和學(xué)生數(shù)字孿生體三位一體的局面，相比傳統(tǒng)教學(xué)方式效率更高、互動(dòng)性更強(qiáng)，空間成本、時(shí)間成本被顛覆性降低，教育效率被顛覆性提升。如虛擬教師除了可以模擬真人教師的姿態(tài)、形象、行為和表情之外，還可以完成既定的教學(xué)任務(wù)，展現(xiàn)高度擬人化的虛擬教師形象。虛擬學(xué)生也可以理解人的想法，實(shí)現(xiàn)像人一樣學(xué)習(xí)和思考，主動(dòng)生成符合用戶需求的互動(dòng)，直觀、全面地捕捉人的需求。

(2)教育數(shù)字人具有交互性。教育數(shù)字人可以在教育元宇宙中和真實(shí)人類傳遞信息。根據(jù)信息傳輸?shù)姆较?，教育?shù)字人與人類的交互可以分為3類。一是信息可以從人傳遞到教育數(shù)字人來指導(dǎo)真實(shí)的人在虛擬教育環(huán)境中的動(dòng)作(人→教育數(shù)字人)，如清華大學(xué)虛擬學(xué)生華智冰唱歌。二是信息的傳遞可以從人到教育數(shù)字人再到人(人→教育數(shù)字人→人)，如虛擬教育主播播報(bào)新冠疫情防控通知等。三是信息可以通過教育數(shù)字人從一個(gè)人傳遞給另外一個(gè)人(人A→教育數(shù)字人A→教育數(shù)字人B→人B)，如A同學(xué)和B同學(xué)使用ASOUL平臺(tái)通過數(shù)字人進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和互動(dòng)。教育數(shù)字人的交互性極大地促進(jìn)了教育的情感感知與強(qiáng)交互，替代真實(shí)的教育相關(guān)者完成許多真人完成不了的教育任務(wù)[6]。

(3)教育數(shù)字人具有虛擬性。教育數(shù)字人打破了物理空間和虛擬空間的界限，教育主體通過虛擬化身，在教育元宇宙中獲得全息化臨場感，如瞬間傳送或物體重力下落。教育數(shù)字人的沉浸性有3種方式：空間、時(shí)間和情感沉浸。一是教育數(shù)字人的生成伴隨著對(duì)用戶的感知系統(tǒng)的數(shù)字化復(fù)刻，這意味著真實(shí)的人通過教育數(shù)字人可以在虛擬空間中獲得身臨其境的體驗(yàn)；二是教育數(shù)字人不會(huì)衰老，擺脫了時(shí)間限制，這種自主性能提高對(duì)教育用戶的吸引力；三是用戶通過教育數(shù)字人進(jìn)行交互，產(chǎn)生情感共鳴，進(jìn)而收獲情感沉浸[9]。

(4)教育數(shù)字人具有高度擬人化的特點(diǎn)，擁有人的外觀及性格特征。教育數(shù)字人無論是微表情、發(fā)質(zhì)，還是膚質(zhì)，做到對(duì)真實(shí)人的還原，且教育數(shù)字人可以根據(jù)不同的光影條件做出對(duì)應(yīng)的渲染和模擬，擁有貼近真正的教育相關(guān)者的虛擬形象。教育數(shù)字人被賦予了獨(dú)特的人物個(gè)性和飽滿的情感，在形象、言談舉止等方面無限接近于真實(shí)的教育相關(guān)者。

2 元宇宙場域下教育數(shù)字人的支撐技術(shù)

隨著教育元宇宙發(fā)展，教育數(shù)字人作為連接虛擬與現(xiàn)實(shí)的交互載體，已成為不可分割的一部分。在元宇宙場域下，每個(gè)教育主體都有虛擬化身，其不僅要有自己的外觀與行為，還要有自己的思想與意識(shí)，這就需要相關(guān)技術(shù)的支撐促進(jìn)其實(shí)現(xiàn)。姚蕾等將教育數(shù)字人分為靜態(tài)教育數(shù)字人和動(dòng)態(tài)教育數(shù)字人[10]，靜態(tài)教育數(shù)字人主要運(yùn)用建模技術(shù)和渲染技術(shù)；動(dòng)態(tài)教育數(shù)字人要在建模和渲染的基礎(chǔ)上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)分為真人驅(qū)動(dòng)和算法驅(qū)動(dòng)，真人驅(qū)動(dòng)主要利用動(dòng)作捕捉技術(shù)，算法驅(qū)動(dòng)主要運(yùn)用人工智能技術(shù)[11]。具體見圖1。

圖1 元宇宙場域下數(shù)字人的支撐技術(shù)

2.1 建模技術(shù)

對(duì)角色進(jìn)行形象設(shè)計(jì)以及建立模型是實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字人的前提，要想實(shí)現(xiàn)3D教育數(shù)字人逼真的形象，就需要使用3D建模技術(shù)。建模是指采用三維建模軟件建立三維立體模型，主要包括手工建模、圖像采集模型和儀器采集模型等建模形式。儀器采集模型是建模技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向，主要分為靜態(tài)掃描建模和動(dòng)態(tài)光場重建。靜態(tài)掃描建模技術(shù)是人物建模的主流方式，目前可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)高速拍照掃描，滿足教育數(shù)字人掃描重建需求，使其在元宇宙的場域下更趨向逼真的效果。與傳統(tǒng)的靜態(tài)重構(gòu)技術(shù)相比，動(dòng)態(tài)光場重建技術(shù)不但能一次性采集到模型的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，還能呈現(xiàn)多角度下的高真實(shí)教育數(shù)字人物，近年商湯科技、谷歌、微軟等已將該技術(shù)應(yīng)用于3D建模并取得進(jìn)展，雖然該技術(shù)因制作成本高、組裝難度大等因素，尚未在國內(nèi)普及，但因其巨大的市場潛力已成為建模的重點(diǎn)發(fā)展方向。

2.2 渲染技術(shù)

對(duì)捕捉到的動(dòng)作進(jìn)行記錄后，還應(yīng)使用渲染技術(shù)使主體更加逼真。渲染主要是指對(duì)電腦軟件制作的教育數(shù)字人物模型進(jìn)行寫實(shí)處理的過程，主要包括離線渲染和實(shí)時(shí)渲染。離線渲染是在時(shí)間充足情況下，事先預(yù)定好紋理、燈光、材質(zhì)、顏色等參數(shù)，然后再進(jìn)行模型渲染，以達(dá)到極高的渲染質(zhì)量與效果，缺點(diǎn)是渲染時(shí)間長且無法得到及時(shí)的反饋。實(shí)時(shí)渲染與離線渲染相比，計(jì)算速度有了質(zhì)的提升，但為了實(shí)現(xiàn)即時(shí)計(jì)算，渲染質(zhì)量的精度有所降低。近年隨著人工智能技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟硬件進(jìn)步，實(shí)時(shí)渲染技術(shù)快速提升，特別是PBR(Physically Based Rendering，基于物理的渲染技術(shù))和重光照技術(shù)的引入，使實(shí)時(shí)渲染技術(shù)突破傳統(tǒng)渲染的塑料感，達(dá)到近乎真實(shí)的效果?？拼笥嶏w與河南開放大學(xué)推出的河南首位虛擬教師河開開充分利用實(shí)時(shí)渲染技術(shù)[12]，她以干凈利落的外表和清爽淡雅的妝容，迅速獲得教育界的廣泛關(guān)注。

2.3 動(dòng)作捕捉技術(shù)

動(dòng)作捕捉技術(shù)是指在特定空間中，對(duì)被測主體的動(dòng)作進(jìn)行記錄，并將捕獲采集的行為轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)教育數(shù)字人的動(dòng)作，供進(jìn)一步測量、追蹤、分析、修改和應(yīng)用。目前在教育領(lǐng)域，通過對(duì)被測主體身體動(dòng)作、面部表情、眼神追蹤和手部動(dòng)作的精準(zhǔn)捕捉，促使教育數(shù)字人形象更加生動(dòng)逼真。動(dòng)作捕捉系統(tǒng)按其實(shí)現(xiàn)原理可分為光學(xué)動(dòng)作捕捉、慣性動(dòng)作捕捉和計(jì)算機(jī)視覺動(dòng)作捕捉。光學(xué)動(dòng)作捕捉以其高精度、高專業(yè)度、高保真度等特點(diǎn)占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，慣性動(dòng)作捕捉是把慣性測量單元(IMU)與目標(biāo)主體的骨骼相連，并利用算法實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作的捕捉，目前因其明顯的價(jià)格優(yōu)勢已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字人動(dòng)作的主要生成方式[13]。隨著計(jì)算機(jī)視覺、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)迅猛發(fā)展，新興計(jì)算機(jī)視覺動(dòng)作捕捉技術(shù)逐漸成為該領(lǐng)域熱點(diǎn)，這種捕捉技術(shù)雖算法開發(fā)難度大，但因操作簡單、對(duì)硬件設(shè)備與外部環(huán)境要求較低等優(yōu)勢被一些公司青睞。

2.4 人工智能技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)在驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)用，算法驅(qū)動(dòng)型教育數(shù)字人成為交互的主要方式。算法驅(qū)動(dòng)型教育數(shù)字人主要利用人工智能技術(shù)對(duì)外部輸入的內(nèi)容進(jìn)行分析與識(shí)別，并根據(jù)分析的結(jié)果判斷出下一步的輸出，該類型教育數(shù)字人具備自我學(xué)習(xí)能力，可通過不斷地人工智能技術(shù)訓(xùn)練，達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)。在驅(qū)動(dòng)教育數(shù)字人過程中用到的人工智能技術(shù)主要包括智能感知技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)、智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)、自然語言處理技術(shù)、語音合成技術(shù)、語音驅(qū)動(dòng)面部動(dòng)畫技術(shù)等。比如，在動(dòng)作綁定過程中利用分類算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)作與數(shù)字人的匹配，在訓(xùn)練各類驅(qū)動(dòng)模型時(shí)利用深度學(xué)習(xí)得到逼真的面部表情驅(qū)動(dòng)模型，在內(nèi)容制作時(shí)利用語音識(shí)別技術(shù)、語音合成技術(shù)和語音驅(qū)動(dòng)面部動(dòng)畫技術(shù)等使虛擬人物動(dòng)作與語音完美貼合，在人物表達(dá)時(shí)進(jìn)行智能分析決策和識(shí)別感知，并利用終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)合成顯示。在未來教育中，學(xué)校將會(huì)運(yùn)用人工智能技術(shù)改革教育教學(xué)，為學(xué)生提供輔導(dǎo)答疑、教育教學(xué)等服務(wù)，保障雙師協(xié)同教學(xué)順利進(jìn)行。

3 元宇宙場域下教育數(shù)字人的應(yīng)用與困境

3.1 元宇宙場域下教育數(shù)字人的應(yīng)用

教育數(shù)字人是教育元宇宙中的重要組成部分，根據(jù)教育屬性，其應(yīng)用可分為學(xué)校教育型數(shù)字人和社會(huì)教育型數(shù)字人，如圖2所示。

圖2 元宇宙場域下教育數(shù)字人的應(yīng)用

3.1.1 學(xué)校教育型數(shù)字人

學(xué)校教育型數(shù)字人擁有獨(dú)立身份，被賦予具有個(gè)性的人格特征，目前主要的學(xué)校教育應(yīng)用有虛擬教師、虛擬學(xué)生、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和多模態(tài)智慧課堂。

(1)虛擬教師：展現(xiàn)擬人化虛擬教師的形象。教育數(shù)字人的沉浸性、交互性等特征使得虛擬教師作為數(shù)字人在教育領(lǐng)域的產(chǎn)物之一，除可以模擬真人教師的姿態(tài)、形象、行為和表情外，還可以完成既定的教學(xué)任務(wù)，展現(xiàn)高度擬人化的虛擬教師形象。在元宇宙中，除虛擬教師提供智能化的服務(wù)，真實(shí)的教師也能創(chuàng)造屬于自己的數(shù)字人來開展教學(xué)活動(dòng)[14]。比如，世界上首位虛擬數(shù)字教師Will可以像一個(gè)真正的人類一樣和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)、交流[15]；河南開放大學(xué)虛擬教師“河開開”著粉色西裝為全校師生播報(bào)教學(xué)服務(wù)內(nèi)容，著黑色西裝領(lǐng)學(xué)國家開放大學(xué)和河南開放大學(xué)聯(lián)合開展的教育數(shù)字化聯(lián)合主題黨日；廣州市電化教育館的虛擬教師小智代替真人教師進(jìn)行《人工智能走進(jìn)校園提升學(xué)生智能素養(yǎng)》的授課；Tumbuh小學(xué)通過定量研究證明虛擬教師在教學(xué)能力、人格能力、專業(yè)能力和社會(huì)能力等方面對(duì)特殊需要兒童有很大的影響力[16]。

(2)虛擬學(xué)生：實(shí)現(xiàn)像人一樣學(xué)習(xí)和思考。在教育數(shù)字人技術(shù)支持下，虛擬學(xué)生也可以理解人的想法，實(shí)現(xiàn)像人一樣的學(xué)習(xí)和思考，主動(dòng)生成符合用戶需求的互動(dòng)，直觀、全面地捕捉人的需求。中國首位虛擬學(xué)生華智冰具有足夠豐富的面部特征，能夠?qū)崿F(xiàn)精度更高的視覺化交互內(nèi)容，不僅具有豐富的知識(shí)、擁有與人類良好交互的能力，還會(huì)創(chuàng)作音樂、寫詩詞和繪畫，同時(shí)擁有持續(xù)的學(xué)習(xí)能力，能不斷“學(xué)習(xí)”數(shù)據(jù)中隱含的模式，就同人類能不斷從身邊經(jīng)歷的事中來學(xué)習(xí)的行為模式一樣。虛擬學(xué)生可以適應(yīng)不同且不斷變化的教學(xué)場景所要求的各種角色。Methical Jane(虛擬學(xué)生)通過監(jiān)控學(xué)生的工作量以及在學(xué)習(xí)中的問題，及時(shí)提供解決方案，促進(jìn)了在線教育發(fā)展，鼓勵(lì)了學(xué)生學(xué)習(xí)參與[17]。

(3)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室：構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象及環(huán)境。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室依托于虛擬技術(shù)、人機(jī)交互等信息技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓師生可以及時(shí)、形象、直觀地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，打破時(shí)空限制，豐富實(shí)驗(yàn)素材。在高度仿真的虛擬教學(xué)場景中，師生能夠打破時(shí)空限制，通過控制虛擬化身以具身認(rèn)知體驗(yàn)和沉浸式體驗(yàn)的方式進(jìn)行情境性、探究性的學(xué)習(xí)活動(dòng)和交互，形成虛擬人、教師和學(xué)生數(shù)字孿生體三位一體的局面，這也為未來教育發(fā)展提供了新思路。美國莫爾豪斯學(xué)院(Morehouse College)建立沉浸式虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)[18]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室也有助于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生和年輕專業(yè)人士的個(gè)人職業(yè)技能。比如，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中的數(shù)字人病人，能幫助醫(yī)學(xué)生或?qū)嵙?xí)生體驗(yàn)如何做一名合格的醫(yī)生，如何對(duì)患者進(jìn)行各種治理、診斷和檢查。虛擬病人會(huì)對(duì)醫(yī)生或者實(shí)習(xí)生的操作進(jìn)行判斷和及時(shí)反饋，滿足學(xué)生作為醫(yī)生或者實(shí)習(xí)生的體驗(yàn)，鍛煉其臨床思維能力，使實(shí)習(xí)生在進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)前對(duì)相關(guān)病患有了一定的了解和認(rèn)識(shí)，也避免因?qū)嵙?xí)生失誤而造成的對(duì)病患的傷害，以及醫(yī)患糾紛。

(4)多模態(tài)智慧課堂：提供沉浸式智慧學(xué)習(xí)體驗(yàn)。多模態(tài)智慧課堂是指通過多種途徑、多個(gè)感官參與到師、生、技術(shù)和環(huán)境之中全向互動(dòng)而形成的教學(xué)活動(dòng)綜合體[19]。數(shù)字人支持的多模態(tài)智慧課堂可以實(shí)現(xiàn)軟件和硬件之間的無縫互聯(lián)，人與數(shù)字人進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，為學(xué)生提供沉浸式的智慧學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生可以獲得大量的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。OPPO推出的首個(gè)虛擬助手?jǐn)?shù)字人“小布”是國內(nèi)首個(gè)基于虛擬人多模態(tài)交互的手機(jī)智能助手，為學(xué)習(xí)者提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和體驗(yàn)。科大訊飛的“超腦”數(shù)字人能理解知識(shí)、擅長學(xué)習(xí)，有望在課堂上使用“數(shù)字人+智慧課堂”開展“三個(gè)課堂”。Jie Yuan等通過虛實(shí)融合方式進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)多模態(tài)智慧課堂，提高了人與數(shù)字人的交互效率，降低了用戶的認(rèn)知負(fù)荷，增強(qiáng)了用戶的現(xiàn)實(shí)感和操作感，激發(fā)用戶的學(xué)習(xí)興趣[20]。

3.1.2 社會(huì)教育型數(shù)字人

社會(huì)教育型數(shù)字人可以投入生產(chǎn)和服務(wù)，以虛擬化身的形象執(zhí)行偏標(biāo)準(zhǔn)化的社會(huì)教育工作。目前主要的教育應(yīng)用有虛擬學(xué)伴、數(shù)字人教育軟件、虛擬教育主播、虛擬導(dǎo)游和虛擬客服5種。

(1)虛擬學(xué)伴：陪伴并指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)。虛擬學(xué)伴是指具有數(shù)字化外形的虛擬人物，具備智能性、社會(huì)交互性、適應(yīng)性和自主性等特點(diǎn)，具備表達(dá)情感和溝通交流的能力，主要功能是陪伴并指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)。虛擬學(xué)伴不僅有人的外觀、行為和思想，還能讓用戶感受到親切感、關(guān)懷感和沉浸感。虛擬學(xué)伴的設(shè)計(jì)旨在解決用戶在社會(huì)教育過程缺乏監(jiān)督、指導(dǎo)和陪伴等問題。三星STARLabs在CES國際消費(fèi)電子展上展出的數(shù)字人項(xiàng)目NEON擁有近似真人的形象及逼真的表情動(dòng)作，可成為人類的學(xué)習(xí)伙伴。Roberto Reyes等開發(fā)了一個(gè)使用戶能夠訪問適用于人工智能入門課程的交互式內(nèi)容的虛擬學(xué)伴，能夠以分層結(jié)構(gòu)的方式顯示常見問題的答案，通過語音、文本或觸覺輸入等方式引導(dǎo)用戶更好地解決問題[21]。但在實(shí)際社會(huì)環(huán)境中應(yīng)用，許多教育數(shù)字人技術(shù)和倫理等問題亟須克服。

(2)數(shù)字人教育軟件：實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。數(shù)字人教育軟件依托于計(jì)算機(jī)圖像、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、動(dòng)作捕捉等技術(shù)，主要具備兩大功能：良好的人機(jī)交互功能和虛擬教育場景的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字人在教育領(lǐng)域的“低成本、短周期、批量化”生產(chǎn)與“超寫實(shí)、沉浸式”實(shí)時(shí)互動(dòng)。AR Avatar數(shù)字人軟件能與真人實(shí)時(shí)互動(dòng)，能將各種Avatar化身放在詩經(jīng)之中，亦可在講解知識(shí)點(diǎn)時(shí)，動(dòng)作與語音協(xié)調(diào)配合，輔以相應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖片、視頻、模型、場景。VoRtex能支持虛擬環(huán)境中的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)，為教育者提供輔助工具，實(shí)現(xiàn)真實(shí)人與數(shù)字人的良好互動(dòng)[22]。

(3)虛擬教育主播：面向社會(huì)群體傳播知識(shí)。虛擬教育主播主要是在電視、廣播、圖書館或者網(wǎng)絡(luò)中以虛擬形象出現(xiàn)，面向社會(huì)群體傳播知識(shí)的數(shù)字人。虛擬教育主播具備獨(dú)特的人格化特征，在傳播知識(shí)時(shí)能夠做出合適的表情動(dòng)作和肢體動(dòng)作[23]。新華網(wǎng)推出的虛擬教育主播新小萌參與兩會(huì)報(bào)道；光明網(wǎng)推出的虛擬教育主播小明能夠模仿真人主播的神態(tài)和聲音朗讀文本內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)新聞播報(bào)的全流程服務(wù)；人民日?qǐng)?bào)虛擬教育主播果果可以清晰流利地用普通話、廣東話、英語和多種其他語言進(jìn)行播報(bào)示范。未來虛擬教育主播的使用場景可以更多元化，如地鐵、高鐵、機(jī)場、圖書館等公共設(shè)施上的視頻信息播報(bào)中，可能會(huì)有越來越多虛擬教育主播的身影。

(4)虛擬導(dǎo)游：提高社會(huì)教育的趣味性、靈活性和教育性。虛擬導(dǎo)游能夠在虛擬場景中指導(dǎo)用戶游覽，在圖書館、博物館等公共服務(wù)場所加入虛擬導(dǎo)游，可以提高其社會(huì)教育的趣味性、靈活性和教育性。疫情常態(tài)化影響了圖書館、博物館的線下客流量，開發(fā)線上圖書館、博物館及虛擬導(dǎo)游，能從一定程度上對(duì)抗這種影響。商湯為上?？萍脊?jié)特別定制的虛擬導(dǎo)游“小糖”對(duì)文物進(jìn)行講解。Li Wang等利用Unity3D交互開發(fā)引擎和3DMax建模技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)具有自主性、沉浸感、交互性等特點(diǎn)的虛擬導(dǎo)游系統(tǒng)，為用戶提供了一個(gè)高仿真場景和良好的互動(dòng)環(huán)境，可以提高社會(huì)教育的趣味性和靈活性[24]。

(5)虛擬客服：基于真人形象提供顧問、事務(wù)處理等服務(wù)。虛擬客服可以通過預(yù)置知識(shí)庫、知識(shí)圖譜、用戶自主配置觸發(fā)條件等替代真人服務(wù)，可以對(duì)用戶的基本訴求進(jìn)行語音和行為識(shí)別，并以固定話術(shù)進(jìn)行回應(yīng)，擁有極高的擬人程度和交互能力。虛擬客服可以在圖書館、電教館等特定場景中，基于真人形象提供顧問、事務(wù)處理、陪伴和關(guān)懷等服務(wù)。如浦發(fā)銀行與百度、原力動(dòng)畫聯(lián)合推出的虛擬客服“小浦”、萬科集團(tuán)推出虛擬客服“崔筱盼”，均以遠(yuǎn)高于真人千倍的效率進(jìn)行工作。

3.2 元宇宙場域下教育數(shù)字人發(fā)展難題

(1)技術(shù)工具的迭代。教育數(shù)字人雖然有無論是發(fā)質(zhì)、膚質(zhì)，還是微表情等對(duì)真人的還原，擁有近似真人的虛擬形象，但其發(fā)展尚處于早期，相關(guān)技術(shù)還未完全成熟，如腦機(jī)接口、數(shù)字人類這些技術(shù)尚處于萌芽期。教育數(shù)字人的發(fā)展亟待技術(shù)能力和工具的迭代，包括AI能力、虛擬人引擎、動(dòng)作面部捕捉、教育教學(xué)等。

(2)與真實(shí)人類的平衡。隨著教育數(shù)字人的持續(xù)發(fā)展，其應(yīng)用日益明顯。教育數(shù)字人將打破現(xiàn)實(shí)世界的物理規(guī)則，在虛擬世界重新定義絕大部分的生產(chǎn)生活方式，以全新方式提高全社會(huì)生產(chǎn)效率，但教育數(shù)字人產(chǎn)生的新型視覺場景和互動(dòng)性體驗(yàn)，會(huì)讓更多人沉浸在虛擬世界中不能自拔。如何平衡真實(shí)人和教育數(shù)字人之間的關(guān)系，發(fā)揮教育數(shù)字人的正面影響，抑制消極作用，這將是未來要解決的問題。

(3)情感交互的缺失。目前教育數(shù)字人的應(yīng)用研究集中在知識(shí)內(nèi)容的交互，在情感交互方面的研究略有不足。數(shù)字人與教育的融合為學(xué)習(xí)者提供了虛擬化、智能化的學(xué)習(xí)場景及豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但學(xué)習(xí)者長時(shí)間和教育數(shù)字人缺少情感交互，容易產(chǎn)生注意力不集中、學(xué)習(xí)效率低等問題，甚至?xí)?duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理[25]。教育數(shù)字人的應(yīng)用最終需要落腳到人的學(xué)習(xí)，即“人是如何學(xué)習(xí)的，怎樣才能促進(jìn)有效的學(xué)習(xí)？”

4 元宇宙場域下教育數(shù)字人發(fā)展建議

元宇宙時(shí)代下的教育數(shù)字人的應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模不斷拓展，促進(jìn)了虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的融合共生。雖然未來教育數(shù)字人智能化程度不可估量，但也需要針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況作出預(yù)設(shè)和完善。自從教育數(shù)字人的概念被提出以來，人類一直致力于通過智能技術(shù)延伸、增強(qiáng)自身改造自然和治理社會(huì)的能力。隨著科技的發(fā)展，教育數(shù)字人在信息記錄、數(shù)值計(jì)算等領(lǐng)域有望超越人類。所以，人類要保持對(duì)教育數(shù)字人的控制能力，謹(jǐn)防虛擬人神話，加強(qiáng)情感依賴，滿足用戶個(gè)性化需求。

4.1 全方面培養(yǎng)技術(shù)人才，升級(jí)核心工具

教育數(shù)字人發(fā)展處于萌芽期，要拓展教育數(shù)字人的應(yīng)用和規(guī)模，急需大量優(yōu)質(zhì)的專業(yè)人才和新型工具。首先，學(xué)校教育要注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決問題的能力，探究在核心素養(yǎng)指導(dǎo)下的跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)，將人工智能理論與實(shí)踐相結(jié)合，根據(jù)不同地區(qū)不同學(xué)校特色開展人工智能等校本課程，尊重學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，為教育虛擬人領(lǐng)域培養(yǎng)優(yōu)秀人才。其次，不斷完善和提高相關(guān)技術(shù)，以AI能力、虛擬人引擎、動(dòng)作面部捕捉、教育教學(xué)等為技術(shù)創(chuàng)新的核心，增強(qiáng)教育虛擬人微表情和肢體的精準(zhǔn)度，使其趨近于真實(shí)人類，增強(qiáng)與人類交互的智能化和趣味化。最后，教育數(shù)字人在使用過程中應(yīng)不斷開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，在不同領(lǐng)域中也能充分發(fā)揮出優(yōu)勢，解決人類較難解決的問題，為真實(shí)生活服務(wù)。

4.2 重視數(shù)字人教育研究，謹(jǐn)防虛擬人神話

元宇宙時(shí)代的到來，教育數(shù)字人發(fā)展有了新契機(jī)，應(yīng)該把目光聚焦于教育數(shù)字人應(yīng)該如何發(fā)揮其巨大潛能。但隨著人與未來深度數(shù)字化的世界的到來，教育數(shù)字人是否能替代真實(shí)人在教育行業(yè)地位的言論觀點(diǎn)也層出不窮。在教育元宇宙世界中，教育數(shù)字人的潛在功能是巨大的，但回顧歷史，教育教學(xué)工具從當(dāng)初的竹簡、紙張，漸漸發(fā)展到多媒體、智能技術(shù)，人的作用非但沒有被削弱，反而社會(huì)對(duì)人的要求越來越高。教育數(shù)字人技術(shù)即使已經(jīng)發(fā)展到外形與真人別無二致，但真實(shí)的情感表達(dá)和陪伴是任何技術(shù)都無法取代的，應(yīng)該謹(jǐn)防虛擬人神話，教育數(shù)字人和真實(shí)人類不應(yīng)該是非此即彼，應(yīng)該是融合共生的。對(duì)于教育數(shù)字人和真實(shí)人如何融合與共創(chuàng)也是教育數(shù)字人在實(shí)施中的重點(diǎn)研究方向。

4.3 加強(qiáng)情感依賴，滿足用戶個(gè)性化需求

隨著教育數(shù)字人廣泛應(yīng)用，引起了教育領(lǐng)域的變革，加快了社會(huì)生產(chǎn)力和人們受教育水平的提高。但教育數(shù)字人目前很難落腳到情感教育目標(biāo)上，教育活動(dòng)伴隨著師生互動(dòng)和情感傳遞，元宇宙場域下的教育數(shù)字人想要更好融于實(shí)際教育，不僅需要在外形、表情和動(dòng)作上更加逼真，還應(yīng)該在真實(shí)用戶交流的過程中通過人工智能技術(shù)，包括多模態(tài)的感知和理解、情感智能、擬人化合成等做到多模態(tài)交互。比如，當(dāng)虛擬教師識(shí)別到學(xué)生的情感需要時(shí)，在心理學(xué)、教育學(xué)等相關(guān)理論知識(shí)基礎(chǔ)上，通過文字、語音、動(dòng)作等和學(xué)習(xí)者進(jìn)行虛實(shí)交互，逐步建立情感依賴，存儲(chǔ)互動(dòng)數(shù)據(jù)完善用戶畫像，滿足用戶個(gè)性化的需要。教育數(shù)字人和真實(shí)人類之間的關(guān)系會(huì)不會(huì)成為一個(gè)程序員群體的個(gè)人意志的體現(xiàn)？教育數(shù)字人的去中心化對(duì)中心化的真實(shí)人的沖擊有多大？元宇宙中教育數(shù)字人和真實(shí)人的情感歸屬將會(huì)走向何方？都將是未來持續(xù)關(guān)注的命題。