李 帆，王 宇

(陜西廣播電視大學，陜西 西安 710119)

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)日趨發(fā)展與成熟，其應用領(lǐng)域變得越來越廣泛。虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建了與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，解決了學習媒體情景化及自然交互性問題，是繼多媒體、計算機網(wǎng)絡之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具應用前景的“明星”技術(shù)[1]。將虛擬技術(shù)應用于人文類電視課程教學中，能更加生動地展現(xiàn)教學內(nèi)容，充分調(diào)動學生學習的積極性，有效突破當前人文課程純理論知識的單調(diào)教學模式，為電視課程提供了更豐富有效的學習資源?；诖?，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入到人文類電視課程的開發(fā)和應用中，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)學習資源的共享，對人文課程教學具有重要保障作用。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)發(fā)展概述

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念模型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是指利用計算機生成的一種虛擬的、交互的三維動態(tài)場景，能讓用戶仿佛置身其中，具有身臨其境的體驗，因此有時候也稱之為臨境技術(shù)。該技術(shù)涵蓋了圖像生成技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子信息技術(shù)、智能傳感技術(shù)以及動態(tài)的交互技術(shù)等，實現(xiàn)對真實環(huán)境仿真的一種新型技術(shù)，目前在醫(yī)療衛(wèi)生、軍事訓練、工程建筑以及科學教育等諸多領(lǐng)域[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念模型如圖1所示。在該模型圖中，虛物實化和實物虛化技術(shù)是該系統(tǒng)最為核心的部分，一般情況下還包括了諸如檢測模塊、傳感器模塊、反饋模塊以及控制模塊和建模模塊等幾個主要的部分。

圖1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)概念模型

1.2 屬性特征

沉浸性、想象性以及交互性是虛擬現(xiàn)實技術(shù)最基本的三個特征。

(1)沉浸性，有時也被稱為是臨場感，其主要指的是在虛擬情境中用戶角色的轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)的被動觀察者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c者，并且在這個過程中自身融入虛擬情境中，通過聽覺、視覺以及觸覺等自身的感官產(chǎn)生一種身臨其境的體驗。沉浸性的產(chǎn)生主要是源自用戶對于虛擬情境產(chǎn)生的感知和體驗。

(2)想象性，該特性主要是指用戶將真實的情境想象勾勒到虛擬情境中，在多維的信息空間中用戶根據(jù)自己的認知、感知能力，發(fā)揮自身的主觀能動性獲取知識以及鍛煉技能。虛擬情境大部分是根據(jù)人的想象力虛擬而來，這跟設(shè)計者的思想有很大的關(guān)系，因此也可以用來實現(xiàn)一定的目標。比如根據(jù)自身的某些經(jīng)歷或者是在現(xiàn)實生活中的尚未發(fā)生、已經(jīng)發(fā)生的某些事情虛擬成一定的情境，人們在這情境里進行一定的探索、研究和創(chuàng)新[3]。

(3)交互性，交互性主要是指用戶可以跟虛擬情境中的對象進行一個實時的交互互動，在這個過程中虛擬情境中的對象也可以根據(jù)用戶的行為作出相應的反應動作。其主要有以下三個特點：人機交互的有效性、實時性以及人的參與和反饋。

2 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人文類電視課程開發(fā)的意義

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于人文類電視課程開發(fā)，將技術(shù)和藝術(shù)進行有效的結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“感知性、臨場性、交叉性”，有助于增強課程的實踐性，極大程度滿足學習主體的參與感、臨場感，從而提升學生學習的積極性和主動性。

目前，對于人文類的電視課程相關(guān)的學習資源比較匱乏，在學習的過程中僅靠文字教程描述顯然無法滿足當今時代發(fā)展需求，而且在相關(guān)的教材中對于一些圖像或者圖形的解釋都比較欠缺，這對于學生們的學習造成了非常大的困擾[4]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學習者提供和創(chuàng)設(shè)生動、逼真的交互式學習環(huán)境。人文素養(yǎng)教育離不開審美，而審美感知往往又比較抽象。虛擬現(xiàn)實通過場景還原，讓學生在虛擬學習環(huán)境中完成角色扮演，身臨其境地感受人文和歷史文化。虛擬場景中創(chuàng)造了“自主學習”情境，這對于傳統(tǒng)的教學模式起到了極大的沖擊作用，真正地讓學生實現(xiàn)了從被動到主動。并且，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以給原本枯燥的電視課程教學帶來更加豐富多彩的信息，諸如可以用形象的三維信息來取代比較抽象冗長的文本，可以用形象生動的動畫來描述曾經(jīng)難以理解的知識點，極大地豐富了傳統(tǒng)教學的方法和內(nèi)容[5]。

3 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人文類電視課程設(shè)計與開發(fā)

3.1 開發(fā)平臺的選擇

人文類電視課程一般數(shù)據(jù)的處理比較大，而且需要頻繁的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互處理，因此開發(fā)平臺選擇Virtools Dev，其主要的優(yōu)勢有以下幾個方面：(1)Virtools具有全三維的開發(fā)環(huán)境，其三維引擎也已經(jīng)是被微軟認可的操作系統(tǒng)，可以通過交互方式將可視化的文件格式進行有效的整合，比如三維模型構(gòu)建、二維圖形或者音效的處理等等。并且該平臺具有強大的編輯功能以及非常靈活的開發(fā)模式，可以廣泛地運用在數(shù)字影視藝術(shù)、三維游戲以及虛擬博物館、交互多媒體等諸多應用領(lǐng)域[6]。(2)在3D互動展示等方面該平臺技術(shù)非常強大，其主要的組成部分包括動作引擎、Web播放器、應用程序、軟件開發(fā)工具包以及渲染引擎等。(3)該開發(fā)平臺除了自身的3D虛擬開發(fā)工具以外，還包括了物理屬性、網(wǎng)絡服務器、游戲開發(fā)、人工智能以及沉浸式的開發(fā)平臺等部分，這為虛擬技術(shù)電視課堂的功能實現(xiàn)及技術(shù)開發(fā)提供了有效的基礎(chǔ)保障。(4)該開發(fā)平臺具有直觀式的圖像圖形開發(fā)接口，內(nèi)部大約包括了600多個行為模塊，為復雜程序的開發(fā)實現(xiàn)提供了較大的技術(shù)保障，對于相關(guān)設(shè)計開發(fā)人員來說能根據(jù)自身的實際需求設(shè)計滿足特定功能的交互模塊。另外，該開發(fā)平臺還可以讓設(shè)計人員通過拖拉的簡單方式將需要的互動行為模塊賦給適當?shù)膶ο笊?，用流程圖的模式處理行為模塊，最終形成一個完整的交互式虛擬世界[7]。并且在背景方面也可以滿足相關(guān)的設(shè)計需要，這樣就可以實現(xiàn)程序設(shè)計人員和3D美術(shù)設(shè)計的良好分工、合作，能夠極大的縮短整體的開發(fā)流程，有效的避免程序代碼的編寫以及繁復冗長的動態(tài)交互設(shè)計。(5)該開發(fā)平臺最大的特色就是不但可以編譯單個的可執(zhí)行文件，而且還能將作品輸出成網(wǎng)絡瀏覽的格式，這樣能夠方便進一步的進行編輯或者將作品輸出成網(wǎng)絡瀏覽的模式來進行互動式的虛擬現(xiàn)實。

3.2 設(shè)計開發(fā)過程

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人文類電視課程在設(shè)計開發(fā)的時候離不開模型的構(gòu)建環(huán)節(jié)，對于虛擬現(xiàn)實情境的交互以及造型等方面的構(gòu)建都是通過以靜態(tài)的虛擬現(xiàn)實情境或者造型為設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)一般都可以分為以下三個部分：VRML場景開發(fā)、動畫控制開發(fā)以及交互操作。

(1)對于VRML場景的開發(fā)過程，要想實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)最根本的就是開發(fā)VRML場景，對于人文類電視課程中虛擬情境要想有較高的逼真度,離不開場景以及造型的設(shè)計開發(fā)，而幾何節(jié)點、組節(jié)點、造型節(jié)點、光源節(jié)點以及坐標轉(zhuǎn)換節(jié)點等都是比較重要的部分[8]。首先要設(shè)置合適的坐標系，并構(gòu)建相應的背景顏色。在虛擬情境中，由于不同的造型都具有自己單獨的坐標系，因此為了能夠體現(xiàn)對象的真實背景必須構(gòu)建統(tǒng)一的坐標系，這樣才能進行虛擬對象的造型構(gòu)建?？梢酝ㄟ^改變角度來實現(xiàn)顏色的變化，因此對于虛擬造型的顏色變化可以通過改變坐標弧度來實現(xiàn)。坐標弧度轉(zhuǎn)換表如表1所示。

表11 坐標弧度轉(zhuǎn)換表

角度030456090弧度00.530.791.051.57角度120135150180—弧度2.102.362.623.14—

(2)其次是要構(gòu)建幾何和物理模型，一般情況下，在構(gòu)建模型時先應該構(gòu)建其幾何模型，這樣就能夠確定其幾何元素以及空間位置，在構(gòu)建幾何模型時要根據(jù)虛擬情境的各個部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，這有利于確定其樹狀層次結(jié)構(gòu)圖并提高最終幾何模型的構(gòu)建效果。

(3)最后就是關(guān)于行為的建模，這主要是為了增強虛擬環(huán)境的逼真性和真實感。行為建模主要是指描述運動物體的行為，通過幾何變換來描述這種運動，比如線性插值或者非線性插值等等。

3.3 動畫控制開發(fā)

一般情況下，可以通過TimeSensor時間傳感器控制動畫的時間來創(chuàng)建VRML動畫，可以將前期設(shè)定好的動畫關(guān)鍵值和時間關(guān)鍵點傳給位置插補器，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)場景造型位移的效果。為了產(chǎn)生場景造型旋轉(zhuǎn)的效果，可以將前期設(shè)定好的兩個關(guān)鍵值傳輸給朝向插補器。

3.4 交互操作

交互操作主要是指提前編輯好交互節(jié)點，并對虛擬場景中的物體進行移動變換。在實際開發(fā)過程中，一般是利用觸摸傳感器和平面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點來移動控制虛擬對象。虛擬對象一般是通過定義節(jié)點的方法來實現(xiàn)任意角度的自由旋轉(zhuǎn)，在這個過程中，隨著角度的變化就會引起不同的視覺效果，因此為了提高視覺逼真的效果，可以通過設(shè)置數(shù)量多的不同的視點[9]。通常情況下，可以設(shè)定3～4個不同的節(jié)點來實現(xiàn)視點之間的交互切換。當前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)平臺比較多，比如常見的Flash、Cult3D以及VRML等，在人文類電視課程開發(fā)的過程中根據(jù)其獨特的特點，要選擇合適的開發(fā)工具，這對于能否完成既定目標是非常重要的一個環(huán)節(jié)。從電視課程教育這個層面來說，相關(guān)的開發(fā)軟件必須具有高效、快捷的交互性；其次是具有較好的易用性和可擴展性；從學習環(huán)境來說要具有一定的先進性。

3.5 案例分析

(1)畫面的表現(xiàn)形態(tài)，在人文類電視課程中的畫面再現(xiàn)經(jīng)常會用到以下幾個表達形式：場景再現(xiàn)、局部暗示、模擬歷史人物的主觀視野等。在人文類電視課程中場景再現(xiàn)是經(jīng)常用到的一種描述歷史人物生活環(huán)境的方法，主要是指在符合歷史原貌的前提下，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)恢復當時真實的歷史環(huán)境，讓觀眾切身實際的感受當時的歷史氛圍。這種模式主要是為了渲染節(jié)目的歷史背景，能夠順利的把觀眾帶到所需的歷史時空中。比如在《復活的軍團》中，出現(xiàn)上萬名的秦國士兵，用當時秦國人的先進攻城武器進行打斗的歷史場景，這種情形下，歷史場景的重現(xiàn)可以將現(xiàn)實和局部的細節(jié)進行結(jié)合，能夠完整的呈現(xiàn)當時的歷史場景，給觀眾非常真實的體驗。

(2)聲音的表現(xiàn)，在人文類電視課程中聲音和畫面的有效結(jié)合是非常關(guān)鍵的，因此必須處理好聲音的再現(xiàn)部分，包括音樂、音響的真實再現(xiàn)以及語音的真實再現(xiàn)兩個主要部分。比如中央電視臺的人文紀錄片《清宮戲文錄》，其內(nèi)容主要是講述了梅蘭芳會議自己最后一次“進宮”演出的情景，演唱的是《牡丹亭·游園驚夢》，在片尾時伴隨著裊裊如絲的唱腔，電視鏡頭逐漸的從深宮的庭院中淡出，然后宮門關(guān)閉，配合古典的絲竹慶典音樂，讓觀眾感受到當時的歷史文化。

(3)關(guān)于歷史的再現(xiàn)，在歷史系列的人文類電視課程中，很多時候都會如實的反映事物的全貌，因此在設(shè)計的過程中必須遵守歷史真實敘事事實。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人類對于接受信息量的80%以上都是通過視覺，對于一部人文類的記錄電視課程如果沒有相關(guān)的圖像材料作為表述支撐，那么觀眾很難獲得鮮活的信息，因此可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將歷史真實地再現(xiàn)在觀眾眼前，讓觀眾產(chǎn)生身臨其境的切身感受，這是普通文字材料遠遠達不到的傳播效果。

綜上所述，隨著時代的發(fā)展，人們對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，特別是將電視課程技術(shù)與之結(jié)合對于改善傳統(tǒng)教學模式起到了極大的推動作用。本文主要研究了通過構(gòu)建相應的模型，開發(fā)場景、動畫以及相關(guān)的交互操作，實現(xiàn)虛擬電視課程的開發(fā)應用，為未來的開發(fā)和實踐提供了一定的參考價值。