楊曉花，鄭雪婷，王鈺婷，王曉昭，郭云霜

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建福州，350002）

基于全景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科普系統(tǒng)

楊曉花，鄭雪婷，王鈺婷，王曉昭，郭云霜

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建福州，350002）

本文設(shè)計了基于全景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科普系統(tǒng)架構(gòu)及功能框架。主要針對現(xiàn)實中的科普植物對象進3D建模，并進行三維全景展示，實現(xiàn)一個基于Web3D的科普系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實；Web3D；科普系統(tǒng)

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進步，科技水平的發(fā)展，人們對教育事業(yè)的發(fā)展也是越來越重視，兒童的科普教育作為孩子教育中的必不可少的一部分，引起了人們的廣泛關(guān)注。早期兒童的科普教育主要采用紙質(zhì)閱讀或者是電視播放的方式，其枯燥地被動地接受教育方式勢必影響孩子的學(xué)習(xí)積極性。本系統(tǒng)將3D模型應(yīng)用于科普系統(tǒng)中，把原本在現(xiàn)實世界的一定時間、空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息通過科學(xué)技術(shù)進行3D建模，并進行全景展示。兒童可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺可以使用鼠標(biāo)對科普對象進行360度全景旋轉(zhuǎn)并觀察植物的特征。該系統(tǒng)通過語音和文本的提問方式一步一步引導(dǎo)兒童進行啟發(fā)式學(xué)習(xí)。該學(xué)習(xí)方式打破傳統(tǒng)的兒童教育的單一形式，不僅能激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)孩子的主動學(xué)習(xí)意識，提高兒童學(xué)習(xí)的積極性，為持久性學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)，從而達到良好的科普教育效果。

1 科普系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，科普系統(tǒng)采B/S結(jié)構(gòu)，Web服務(wù)器采用Apache，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用MySQL。系統(tǒng)使用了Bootstrap、ThinkPHP等框架技術(shù)。當(dāng)客戶端向服務(wù)器發(fā)送查看3D模型的請求時，表示層接收到請求并向web服務(wù)器傳遞相應(yīng)的請求信息，服務(wù)器接收到請求后，進行后臺數(shù)據(jù)處理，并返回相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)信息給表示層，表示層接收到模型數(shù)據(jù)信息，將相應(yīng)的科普模型嵌入到HTML5

頁面并進行渲染，最終在客戶端展現(xiàn)出來。表示層用到的技術(shù)有HTML5、JQuery、Bootstrap框架以及Canvas等?？破諏ο竽Ｐ徒?jīng)過3DMAX建模并導(dǎo)出為.obj文件，通過Canvas渲染嵌進HTML頁面。

圖1 科普系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)主要功能模塊

基于全景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科普系統(tǒng)主要包含如下主要功能模塊：科普對象3D模型展示模塊、科普題庫模塊、語音模塊、用戶管理以及科普信息管理模塊。

科普題庫模塊主要針對知識問題進行管理，該知識問題是針對兒童這一特殊的群體所設(shè)定的，在用戶進行全景觀看某一個模型的時候，將提供給用戶與該模型相關(guān)的知識問題。針對幼兒識字量有限這一問題，本系統(tǒng)采用語音同步播放，即將科普知識通過語音講解的形式讓幼兒也能從中有效地獲取知識?？破招畔⒐芾砟K則是對科普知識，以文本的形式進行管理。

3 關(guān)鍵模塊模型全景展示模塊的實現(xiàn)

在3D全景展示模塊中，用戶可以通過鼠標(biāo)拖動，對模型進行360度任意旋轉(zhuǎn)，對感興趣的植物特征細節(jié)可以進行放大查看。通過闖關(guān)試題可以進一步加深兒童對科普知識的理解，同時提高兒童學(xué)習(xí)的興趣及積極性。實現(xiàn)的模型全景展示模塊頁面效果如圖2，圖3所示。

圖2 全景展示效果圖（一）

圖3 全景展示效果圖（二）

4 結(jié)束語

本文介紹了基于全景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科普系統(tǒng)架構(gòu)及功能實現(xiàn)，實現(xiàn)一個Web3D的科普教育系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對現(xiàn)實科普對象（例如植物）進行三維建模，并在系統(tǒng)中進行全景展示。引導(dǎo)兒童進行趣味性學(xué)習(xí)。此系統(tǒng)打破傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，提供給兒童更加貼近現(xiàn)實的體驗性學(xué)習(xí)，從而提高兒童的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。

[1]楊洋.基于3DMAX的虛擬現(xiàn)實的建立過程的探討[J].信息技術(shù),2015.3

[2]王桐,王亮,馬楠.基于全景圖的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字博物館中的研究與應(yīng)用[J].山西電子技術(shù),2011.1

[3]倪樂波,戚鵬. U nity3D產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010.9

[4]秦國防,基于虛擬現(xiàn)實的數(shù)字三維全景技術(shù)的研究與實現(xiàn)[M],電子科技大學(xué),2011.2

Science Popularization System Based on Panoramic Virtual Reality Technology

Yang Xiaohua, Zheng Xueting,Wang Yuting, Wang Xiaozhao,Guo Yunshuan
（Zhicheng College Fuzhou University,Fuzhou Fujian,350002）

Design the architecture of science popularization system based on panoramic virtual reality technology. Build 3D model and show panorama about plants for popular science, and implement a science popularization system based on Web3D.

Virtual Reality; Web3D; Science Popularization System

楊曉花，女(1979－),漢族，碩士,高級工程師，主要研究方向虛擬現(xiàn)實、嵌入式、數(shù)據(jù)庫。

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（ZJ1606）。