王碩

摘 要：21世紀(jì)是教育方式進(jìn)步的新時(shí)代。在教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的以平面教學(xué)為主的教學(xué)方式，不利于學(xué)生對(duì)一些立體結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。而在課堂中引入3D模型，可以有效激起學(xué)生對(duì)課程的興趣，取得更好的教學(xué)效果。文章將簡(jiǎn)略介紹網(wǎng)頁(yè)3D在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：三維模型;教育;計(jì)算機(jī);Web3D;改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2019-03-26 文章編號(hào)：1674-120X（2019）20-0118-02

一、引言

Web3D 技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的 3D 圖形渲染技術(shù)。目前，教學(xué)中的內(nèi)容展示多以多媒體的二維展示為主，在三維展示方面具有很大的局限性，甚至大多數(shù)情況下是一片空白。

二、研究目的

（一）應(yīng)用3D模型的教學(xué)優(yōu)點(diǎn)

事實(shí)證明，多媒體輔助教學(xué)手段可以為學(xué)生提供形象逼真的教學(xué)情境，使學(xué)生全方位地學(xué)習(xí)知識(shí)，從而促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

研究表明，多媒體教學(xué)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.減輕教師備課壓力

以往教師備課往往要花費(fèi)很多時(shí)間，例如，在立體圖形教學(xué)時(shí)，手寫(xiě)很難，且畫(huà)出來(lái)效果也不是很好，還造成學(xué)生理解很困難。而用Web3D模型展示的方法就不一樣了，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)制作幾何圖形，簡(jiǎn)潔明了。

2.讓教師講課更生動(dòng)，學(xué)生更愛(ài)聽(tīng)

以往的教師教學(xué)基本都是靠講解+板書(shū)來(lái)完成，課堂枯燥無(wú)味，學(xué)生都不愛(ài)聽(tīng)，昏昏欲睡。但是通過(guò)3D模型的展示，可以給學(xué)生以新鮮感、代入感，可以有效提高學(xué)生的聽(tīng)課效率。

3.共享度高

若對(duì)各個(gè)學(xué)科建立相應(yīng)的資源庫(kù)，并存放在云端，則分散的資源將得到最大的共享。

（二）技術(shù)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的 3D 建模工作是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，需要耗費(fèi)極大的精力，這個(gè)工作無(wú)論是對(duì)學(xué)校，還是對(duì)教師來(lái)說(shuō)都是無(wú)法承擔(dān)的。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，他們不具備 3D 建模的能力，如果請(qǐng)其他人建模無(wú)疑會(huì)極大地增加其時(shí)間成本，得不償失。并且教學(xué)所需的模型相當(dāng)多，如果教師全部承擔(dān)的話不切實(shí)際。而照片建模技術(shù)的發(fā)展，減少了手動(dòng)建模的時(shí)間，提高了模型的精準(zhǔn)度，也簡(jiǎn)化了工作流程，但是這些軟件生成的 3D 模型是無(wú)法直接上傳到網(wǎng)上的，還需要用其他 3D 軟件進(jìn)行渲染，設(shè)置交互性能，轉(zhuǎn)化成可以上傳到網(wǎng)站上的格式。這個(gè)過(guò)程中仍然面臨著很多問(wèn)題。

綜上所述，基于 Web3D 的 3D 模型展示在教學(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，但是仍然面臨著許多問(wèn)題，而解決這些問(wèn)題將會(huì)對(duì)學(xué)生、學(xué)校，乃至整個(gè)教育有重要意義。

因此，該項(xiàng)目旨在通過(guò)對(duì)已有 Web3D 相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化，并用腳本語(yǔ)言進(jìn)行鏈接，從而設(shè)計(jì)一個(gè)帶有教具三維模型展示功能的產(chǎn)品信息發(fā)布系統(tǒng)。 該產(chǎn)品信息發(fā)布系統(tǒng)能夠輸入教具的相關(guān)照片（或視頻），直接輸出成可以在屏幕上展示的格式，使學(xué)生能夠與產(chǎn)品進(jìn)行互動(dòng)，對(duì)教學(xué)模型的內(nèi)在、外在的屬性有一個(gè)更加全面、直觀的認(rèn)識(shí)和了解，從而提高教學(xué)效果，便于教師開(kāi)展教學(xué)工作。

三、研究?jī)?nèi)容

（一）軟件分析

3D軟件建?！?D軟件渲染—3D軟件導(dǎo)出是傳統(tǒng)的3D建模流程。然而，傳統(tǒng)的流程需要至少3個(gè)軟件，且應(yīng)用這些軟件耗時(shí)久、效率低，同時(shí)對(duì)用戶的計(jì)算機(jī)提出了較高的要求。于是我們首先選擇最佳的 3D 軟件銜接方案，并優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，利用腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) 3D 軟件的銜接。

3D 建模軟件 memento 需要輸入大量的照片（30～40）才能生成精度較高的3D 模型，并且照片數(shù)量越多，質(zhì)量越高，生成的 3D 模型效果越好，這就意味著需要花費(fèi)較多的時(shí)間成本來(lái)對(duì)商品進(jìn)行多角度拍攝。我們先通過(guò)拍攝一段視頻，再通過(guò)視頻截圖軟件每隔一段時(shí)間進(jìn)行截圖，這樣大大節(jié)約了時(shí)間成本，同時(shí)也避免了由于賣(mài)家拍攝技術(shù)不高引起的 3D 模型精確度不高的問(wèn)題。 3D 軟件的銜接方案的選取，最基本的是保證其格式接口的連貫性，并且能夠完成預(yù)期的目標(biāo)，生成可以發(fā)布在網(wǎng)頁(yè)上的.co 文件，最終確定的軟件銜接方案如下：

在流程圖中，通過(guò)Java語(yǔ)言與JavaScript語(yǔ)言編寫(xiě)程序，利用腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)軟件的鏈接。

（二）商業(yè)模式

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)，制作最合理的檔位式拍照支架（擬水杯），使生成的 3D 模型達(dá)到最佳效果。

（2）發(fā)掘銜接軟件的市場(chǎng)潛力，確定其市場(chǎng)模式。 （學(xué)校選擇普通定制則向網(wǎng)站支付小額費(fèi)用，如選擇特殊定制則向網(wǎng)站支付定制費(fèi)。）

（3）團(tuán)隊(duì)和學(xué)校對(duì)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)進(jìn)行反復(fù)溝通，并對(duì)其進(jìn)行修改，最終使學(xué)校滿意，達(dá)成合作共贏。

（三）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

1997 年，Web3D 聯(lián)盟成立于美國(guó)加利福尼亞州，從事非營(yíng)利的研究工作。Web3D 聯(lián)盟促進(jìn) X3D 標(biāo)準(zhǔn)部署在多個(gè)應(yīng)用程序、3D 場(chǎng)景的通信使用。聯(lián)盟成員合作開(kāi)發(fā) X3D 標(biāo)準(zhǔn)和工具，使它們?cè)诓煌氖袌?chǎng)上獲得廣泛采用，服務(wù)于學(xué)術(shù)界、政府、行業(yè)和個(gè)人。Web3D 聯(lián)盟提供了強(qiáng)大的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的 3D 功能和長(zhǎng)期的企業(yè)解決方案。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2006 年 7 月北京電大設(shè)備與實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)了北京市教委的“基于 web 的路由器配置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境研究與實(shí)現(xiàn)”科研項(xiàng)目。該項(xiàng)目擬利用 Web3D技術(shù)開(kāi)發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（四）創(chuàng)新點(diǎn)

（1） 將 Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與日常教學(xué)結(jié)合起來(lái)。

（2）通過(guò) Java 語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn) obj 格式的文件向 html 格式的文件轉(zhuǎn)換，解決.obj格式不能直接上傳的問(wèn)題。

（3）在產(chǎn)品生成后，將會(huì)不斷加入模塊化設(shè)計(jì)：如普通的靜態(tài)教具，除了有基本的旋轉(zhuǎn)縮放，還將會(huì)加入自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)畫(huà)效果。對(duì)展開(kāi)式教具，如地理地圖、生物模型，將自動(dòng)加入 PRESS 效果，后期加入教具嵌套。

（4）項(xiàng)目成熟后與 AR 技術(shù)等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更快、更便捷的模型生成，使教具的使用范圍更加廣泛。

四、結(jié)語(yǔ)

目前 Web3D 技術(shù)在游戲、電子商務(wù)、房地產(chǎn)、公共事業(yè)等行業(yè)發(fā)展較為迅速，三維網(wǎng)絡(luò)游戲、基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實(shí)訓(xùn)室、網(wǎng)上看房系統(tǒng)、虛擬消防演習(xí)等虛擬產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)，獲得了豐碩的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。該技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較早，美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)注重綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)，日本注重在游戲產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，德國(guó)注重工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外的成功案例與開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)印證了 Web3D 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為該技術(shù)的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。而Web 3D技術(shù)在我們的教育領(lǐng)域還是一片空白，有很大的發(fā)展?jié)摿?，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

Web3D 技術(shù)，目前已經(jīng)形成了一定的市場(chǎng)，近年來(lái)也出現(xiàn)了部分從事三維網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)人員，可從整體來(lái)看，Web 3D技術(shù)還處于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的初始階段。雖然它暫時(shí)還難以和多媒體教學(xué)相提并論，但是我們有理由相信，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)品的進(jìn)一步完善，它必定能夠吸引市場(chǎng)的注意力，成為新的寵兒。因?yàn)樵诒憩F(xiàn)形式上它是以更貼近現(xiàn)實(shí)的三維環(huán)境來(lái)描述對(duì)象的，在內(nèi)容展示、多媒體配套等方面，都要大大優(yōu)于平面技術(shù)。 因此我認(rèn)為，Web 3D技術(shù)在教育領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。

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