◆何瑾 趙玉英 姜興華

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機對現(xiàn)實世界和現(xiàn)實環(huán)境進行高度模仿的仿真技術(shù)，其構(gòu)建的虛擬學(xué)習(xí)情境可以為學(xué)習(xí)者提供一種身臨其境的體會。本文以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支撐，以Virtools為開發(fā)工具，結(jié)合高中立體幾何課程，從三維角色設(shè)計入手，以交互方式進行教學(xué)設(shè)計和教學(xué)資源開發(fā)，使立體幾何課程中抽象的知識形象化、直觀化。學(xué)習(xí)者通過控制三維角色進行學(xué)習(xí)和自測練習(xí)，使學(xué)習(xí)更加具有主動性和趣味性，收到良好的教學(xué)效果。

2 Virtools簡介

Virtools是一款三維交互式軟件設(shè)計工具。利用Virtools能設(shè)計出應(yīng)用于不同方面的三維產(chǎn)品，如三維游戲、建筑設(shè)計、數(shù)字圖書館、教育培訓(xùn)等。對已有的三維模型，可以通過Virtools實現(xiàn)多種交互功能。

圖1 虛擬情境教學(xué)設(shè)計模式

3 基于Virtools的虛擬教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計模式 本文以空間立體幾何中的旋轉(zhuǎn)體為核心，綜合分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征，圍繞各種幾何體，進行虛擬情境下的教學(xué)設(shè)計。教學(xué)設(shè)計模式如圖1所示。

教學(xué)設(shè)計案例 以空間立體幾何的旋轉(zhuǎn)體中的球體為例，介紹虛擬資源開發(fā)的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)過程。

1）教學(xué)設(shè)計。教學(xué)設(shè)計如表1所示。

2）教學(xué)過程。以球體為例，根據(jù)教學(xué)設(shè)計和教學(xué)情境的設(shè)置，其教學(xué)過程如表2所示。

表1 球體的教學(xué)設(shè)計

4 基于Virtools的虛擬教學(xué)資源開發(fā)

表2 球體的教學(xué)過程

利用Virtools作為主要開發(fā)工具，配合3DMax進行三維角色設(shè)計，結(jié)合高中立體幾何課程中的旋轉(zhuǎn)體部分，設(shè)計開發(fā)這部分教學(xué)內(nèi)容的虛擬教學(xué)資源。開發(fā)流程圖如圖2所示。

前期工作 前期工作是虛擬教學(xué)資源開發(fā)中的重要準(zhǔn)備階段，主要包括兩個方面的工作。

圖2 虛擬教學(xué)資源開發(fā)流程圖

1）素材搜集和處理。通過網(wǎng)絡(luò)和各種參考資料，搜集與空間立體幾何相關(guān)的教學(xué)資源，素材類型可以是文本、圖形、圖像、動畫、視頻等。

2）場景策劃。為了使學(xué)習(xí)者能夠輕松利用虛擬教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)，設(shè)置主場景和室外場景。

創(chuàng)建3D模型 按照教學(xué)需求及教學(xué)場景的設(shè)置要求，在3DMax中創(chuàng)建三維角色模型。建模過程如圖3所示。

繪制教學(xué)場景 利用Merge菜單把創(chuàng)建好的三維對象模型組合到教學(xué)場景中，并安裝3DMax Exporter.exe文件，把導(dǎo)出的文件命名為“教學(xué)資源名.nmo”。

交互功能實現(xiàn) 此階段是整個虛擬資源開發(fā)中的重要階段。交互功能包括七部分。

1）導(dǎo)入三維場景。

①在Virtools中，執(zhí)行菜單“Resources/Create New Date Resource”命令，會生成相應(yīng)的文件夾和對應(yīng)的.rsc庫文件。

②把各種素材文件分類存放在不同文件夾中。

③執(zhí)行菜單“Resources/Open Date Resource”命令，選擇.rsc文件，在打開的窗口中選擇相應(yīng)的.nmo文件，并將其拖拽到三維編輯區(qū)。

2）真實場景模擬。

①添加場景背景圖片，添加紋理和材質(zhì)。把建好的模型拖到3D Layout區(qū)。選擇BB→World Environments→Backgroud→Set Background Image；再分別單擊和，設(shè)置紋理和材質(zhì)參數(shù)。

②角色控制。將角色模型拖拽到教學(xué)主場景中，學(xué)習(xí)者可以通過鍵盤控制角色。

③旋轉(zhuǎn)設(shè)置。利用Virtools自帶的旋轉(zhuǎn)功能，可以制作出模擬圓柱、圓臺、圓錐、球體等立體幾何圖形的旋轉(zhuǎn)過程。旋轉(zhuǎn)流程如圖4所示。

圖3 建模過程

圖4 旋轉(zhuǎn)流程圖

3）導(dǎo)航設(shè)計。本文的導(dǎo)航設(shè)計，是在場景中構(gòu)建路標(biāo)，通過攝像機的方式實現(xiàn)導(dǎo)航引導(dǎo)功能。

①攝像機導(dǎo)航。在場景中創(chuàng)建一個攝像機，跟隨角色的移動而移動；通過鍵盤控制角色的動作。

②場景按鈕導(dǎo)航。通過設(shè)置數(shù)字鍵按鈕，完成不同場景間的切換。

4）場景設(shè)計。本文把虛擬場景分為主場景和室外場景。主場景主要用于教學(xué)功能的實現(xiàn)，包括教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)、測試練習(xí)等。室外場景則提供了進入主場景的學(xué)習(xí)途徑。

5）交互設(shè)計。在主場景中，利用自我檢測功能，通過測試練習(xí)鞏固所學(xué)知識；并且根據(jù)自己的練習(xí)需要可顯示對應(yīng)答案和答案分析。實現(xiàn)流程圖如圖5所示。

6）輔助設(shè)計。

圖5 交互功能實現(xiàn)流程圖

①場景恢復(fù)。為防止學(xué)生在三維虛擬場景中迷失航向，首先要設(shè)置RestoreIC，儲存初始學(xué)習(xí)狀態(tài)，這樣可以使學(xué)生恢復(fù)到起始狀態(tài)，重新開始學(xué)習(xí)。

②課外資源鏈接。在Virtools中還可以通過對三維場景和二維頁面的鏈接設(shè)置，添加豐富的課外學(xué)習(xí)資源。

7）輸出虛擬場景。最后通過Create Web Page，將虛擬學(xué)習(xí)場景生成vmo和html文件，并且把vmo嵌入到html中，最終以網(wǎng)頁的形式發(fā)布?！?/p>

[1]趙玉英.基于虛擬情境的教學(xué)資源的開發(fā)與實踐[D].石家莊:河北師范大學(xué),2012.

[2]曾令菊.基于Virtools的三維虛擬實驗的研究與實現(xiàn)[D].武漢:華中師范大學(xué),2011.

[3]徐之路.基于Virtools的虛擬圖書館的設(shè)計與開發(fā)[D].上海:華東師范大學(xué),2011.

[4]趙守凱,張金剛,段紅娟.基于Virtools的虛擬校園漫游系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)[J].微型機與應(yīng)用,2014(23):89-91.