摘要:隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多媒體課件在教育中的作用越來(lái)越重要，使用具有交互功能的3D課件，學(xué)生可以在實(shí)際的動(dòng)手操作中得到更深的體會(huì)，從而提高多媒體課件的功能，更加有效地提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);多媒體課件;計(jì)算機(jī)輔助教育

中圖分類號(hào):TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2009)15-4026-02

Virtual Reality Technology，Multimedia Courseware Developed a New Direction

YANG Fu-bao

(Anhui Vocational and Technical School of Industrial Economy，Hefei 230051，China)

Abstract: With the development of virtual reality technology， virtual reality-based multimedia courseware in education an increasingly important role of the use of interactive 3D courseware， students can do in the actual operation to be a deeper understanding multimedia courseware to enhance the function more effectively to improve teaching effectiveness.

Key words: virtual reality; multimedia courseware; computer-aided education

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)3D空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)地、沒(méi)有限制地觀察3D空間內(nèi)的事物。常用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有VRML、Virtools、Cult3D、Vega等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新型的教學(xué)媒體改變了以往的人機(jī)交互方式，能讓瀏覽者全身心地投入到虛擬環(huán)境中，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)親自的“經(jīng)歷”與“感受”在與虛擬場(chǎng)景交互的過(guò)程中獲得知識(shí)作為一種全新的教學(xué)媒體形式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中充分激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣與積極性，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，更有利于學(xué)習(xí)者的知識(shí)獲取。并且，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育方面的應(yīng)用使教育模式不斷發(fā)展最顯著的特點(diǎn)在于突破時(shí)空的限制教師和學(xué)生可以借助各種現(xiàn)代教育技術(shù)的支持 在虛擬時(shí)空中完成教育活動(dòng)增強(qiáng)了各個(gè)學(xué)科的課堂教學(xué)效果擴(kuò)大學(xué)科間的橫向聯(lián)系推動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助教育的不斷前進(jìn)。

2 主流虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)軟件的分類與比較

1)程序文件小，播放軟件小并且跟系統(tǒng)、網(wǎng)頁(yè)播放軟件通用。

該類VR軟件包括Cult3D、VRML、Java3D、Viewpoint、Shockwave3D等等，使用領(lǐng)域最多的是簡(jiǎn)單的模型展示、介紹。當(dāng)中最主要的功能在于網(wǎng)頁(yè)或者小型的展示。這類展示對(duì)展示的圖像效果需求都不高，一般用于機(jī)械模型、物理或化學(xué)模型展示等等。他們最大的特點(diǎn)就是適用范圍廣，即多種場(chǎng)合均可以通用。

然而這類VR軟件在仿真上功能較少，局限于漫游、組裝、模型實(shí)體化、碰撞檢測(cè)、事件觸發(fā)、說(shuō)明、透明、反射、變色、編寫人物動(dòng)作等功能。功能節(jié)點(diǎn)多了也同時(shí)會(huì)增加程序文件的大小，因此這類軟件在增加功能的同時(shí)就需要考慮到最終課件運(yùn)行的硬件環(huán)境和速度。

為了滿足更多的環(huán)境，就要求圖像質(zhì)量不能高。所以說(shuō)這類VR軟件所用的貼圖文件格式都是有限制的，不能用那些能夠高保真的文件格式，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量粗糙。因此，即使在介紹這些VR軟件的時(shí)候，對(duì)比起使用高質(zhì)量高保真的圖像文件格式的VR軟件制作出來(lái)的程序文件來(lái)說(shuō)，色澤和精細(xì)、分辨率上都有待進(jìn)一步提高。

2)功能一般，但圖像質(zhì)量好，跟許多硬件和軟件都能兼容。

這類VR軟件以國(guó)產(chǎn)的VR-Platform為典型例子。主要面對(duì)低端、而對(duì)圖像要求高的開(kāi)發(fā)者。

VRP跟3DSMAX無(wú)縫接合，支持直接從MAX里面把模型倒出來(lái)，在MAX里面的渲染也能完好的延續(xù)到VRP里面，因此在工作上相比起第一類軟件來(lái)得容易輕松。再著，它支持的貼圖格式多，有jpg， bmp， psd， png， tga， dds。圖像方面是沒(méi)得說(shuō)的，已經(jīng)是很精美的了。它在圖像精美(光影效果、細(xì)膩程度、色澤鮮亮等)和流暢方面都很好，同時(shí)配合低端硬件需求，用不需要太高的硬件就能流暢的觀賞VRP制作出來(lái)的程序。

在VR功能上，VRP跟上一類VR軟件幾乎是一樣的。沒(méi)有物理特性，沒(méi)有人物動(dòng)作庫(kù)，即使在普通的運(yùn)動(dòng)和圖像設(shè)計(jì)上還不夠完善。

在與其他軟件的聯(lián)系上，VRP可將制作成的vrp文件嵌入Director，IE，VC，VB軟件中，這使得開(kāi)發(fā)課件的擴(kuò)展性得到進(jìn)一步的延伸。

3)代表目前最前沿的VR技術(shù):EON、Virtools。其中EON是美國(guó)EON公司開(kāi)發(fā)的，Virtools是法國(guó)VIRTOOLS公司開(kāi)發(fā)的。

這類軟件最大的優(yōu)點(diǎn)就是功能強(qiáng)大，具體表現(xiàn)為:

①能夠?qū)崿F(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)功能多。包括有漫游、組裝、替換、運(yùn)動(dòng)、碰撞、重力、剛體、事件觸發(fā)、說(shuō)明、貼圖、貼動(dòng)畫(huà)、反射、變色、透明、雨滴/雪、CG渲染、動(dòng)作編寫等等，并且每個(gè)功能都是一個(gè)包含有3~15個(gè)相關(guān)功能的功能組。

②支持的硬件、軟件眾多。像各種VR外設(shè)(H.M.D.、Visor3D、數(shù)據(jù)手套、立體眼鏡、方位跟蹤器、立體顯示器——這些都是上面兩類軟件做不到的;像各種多媒體軟件(如常用的Macromedia Director和Shockwave)、Office系列軟件、Adobe系列軟件、IE、VC、VB軟件中等等，跟這類軟件相容的時(shí)候，并不需要額外再編寫程序，EON、Virtools都已經(jīng)準(zhǔn)備好了外掛的接口程序。它又能跟數(shù)據(jù)庫(kù)相連接。

支持3D建模軟件多，基本上市面上有的都支持。不僅在EON、Virtools程序里能直接讀取3D模文件，同時(shí)，流行的3D建模軟件也主動(dòng)支持模型直接輸出成EON、Virtools能讀取的文件格式。

③支持貼圖格式多，能夠用CG渲染。jpg， jpeg， jif， jpc， bmp， psd， png， ppm， tga， dds等等。在畫(huà)面質(zhì)量方面，CG渲染相對(duì)比貼圖來(lái)說(shuō)，起跑點(diǎn)就領(lǐng)先了許多。EON、Virtools這兩款軟件畫(huà)面質(zhì)量能夠做到跟真實(shí)的一模一樣，而不僅僅是色彩鮮亮這么簡(jiǎn)單。

④操作界面簡(jiǎn)單。

⑤開(kāi)放提供給SDK修改的地方多，準(zhǔn)備好的能直接調(diào)用的程序庫(kù)多。這就使得使用者能夠隨自己的意愿修改程序窗口界面，跟其他軟、硬件結(jié)合等等，而且編寫簡(jiǎn)單，很多情況下只需要調(diào)用程序庫(kù)就能完成。

但是，由于這類軟件在開(kāi)放的時(shí)候針對(duì)的對(duì)象是高端用戶，因此，制作出來(lái)的程序文件雖然說(shuō)能夠縮減到很小，但是也始終比不過(guò)第一類的網(wǎng)絡(luò)3D軟件——因?yàn)楸仨毐ＷC功能的實(shí)現(xiàn)和保證圖像質(zhì)量。但是，這兩款軟件在IE方面的功能也是非常強(qiáng)大的，雖然文件大了，但是圖像質(zhì)量高，同時(shí)，在跟數(shù)據(jù)庫(kù)同步連接方面的功能也比其他軟件完善。

以上三款VR軟件分別滿足市場(chǎng)上低、中、高端用戶的需求，雖然說(shuō)是有點(diǎn)沖突，但是影響并不大。因此各有專長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)課件的內(nèi)容和環(huán)境選擇自己所需的開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行課件開(kāi)發(fā)的局限性分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域仍然處于初級(jí)階段，在很多方面，它仍然是一種剛開(kāi)始研究如何實(shí)際使用的技術(shù)，還存在著很多尚未解決的理論問(wèn)題和尚未克服的技術(shù)障礙。從硬件上講，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的速度、容量還十分不足，而顯示設(shè)備的昂貴造價(jià)和它顯示的清晰度等問(wèn)題也沒(méi)能很好地解決，為VR制造的大部分專用設(shè)備不但造價(jià)高、使用起來(lái)很不方便、效果有限，而且局限性很大，還不能達(dá)到人們的要求，更不能達(dá)到VR所定義的那種環(huán)境。

從軟件上講，由于硬件的諸多局限性，使得軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用十分驚人，而且軟件所能實(shí)現(xiàn)的效果受到時(shí)間和空間的很大影響，算法和許多相關(guān)理論也很不完善。

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展方向是很明確的:更快、更高質(zhì)量的圖形;更便宜、設(shè)計(jì)得更完善的頭盔式顯示器和其他輸入、輸出設(shè)備;更快的計(jì)算機(jī)處理能力。這些方面的改進(jìn)將會(huì)影響到虛擬現(xiàn)實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的各個(gè)方面，包括虛擬境界內(nèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量，而且還會(huì)影響到虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)新領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用。

4 總結(jié)

對(duì)教育業(yè)現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純的依靠書(shū)本、教師授課的形式。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化的知識(shí)，如原子、分子的結(jié)構(gòu)、分子的結(jié)合過(guò)程、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)時(shí)，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過(guò)程形象話，學(xué)生更容易接受和掌握。許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，做比聽(tīng)和說(shuō)更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件，學(xué)生可以在實(shí)際的動(dòng)手操作中得到更深的體會(huì)。

結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)強(qiáng)大的媒體控制能力，能夠?qū)ψ匀唤绲木拔镞M(jìn)行逼真的模仿和再現(xiàn)，可以創(chuàng)作出逼真虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。在多媒體課件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課件不能創(chuàng)建三維仿真環(huán)境的缺陷，使得多媒體課件具有了一定的三維仿真和漫游能力，進(jìn)一步拓展了多媒體課件的功能。

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