鳌峰园的景观设计教学系统的设计

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摘 要：鳌峰园教学系统的设计需要提出具体的设计思路，以及具体设计目标与原则，包括以实体公园为蓝本，多软件结合的设计思想等。

关键词：教学系统；设计；人机交互

随着计算机图形图像技术、人工智能技术、人机交互技术、传感技术的快速发展；移动智能设备逐渐普及，硬件性能不断提升，针对移动智能平台开发的应用软件越来越丰富；以数字互动内容开发为主的数字化手段逐渐从PC平台向移动智能终端互动服务发展。

1 系统设计概述

景观设计作为一门艺术类课程，有很高的审美需求。因此，本教学系统需要营造有艺术美感的场景。虽然是虚拟，如果基于真实景观会更有美感。因而本系统以鳌峰园为现实依据。鳌峰位于县城东南隅，第城内陵阳三峰之一，鳌峰园具有完美的自然生态景观，景色曲折有致，在景观的美感方面有独特的韵味。因此，本研究以鳌峰公园为蓝本，并在真实的基础上进行扩展及艺术加工。

软件方面，多软件结合发挥各自的优势。景观虚拟的实质就是利用计算机技术有效地建立一个近似客观存在的环境。为用户提供逼真的三维视感。一个虚拟环境的模拟前期涉及大量三维资源的制作，几乎不可能只用一两款软件就能全部开发完成。针对系统中不同资源的类别，利用相应的软件进行大量资源的创建，当所有涉及的资源制作完成之后。就能够利用一个开放的平台将资源导入进行虚拟环境的搭建。这是本次基于10S平台的三维虚拟景观系统开发的一般设计思路，这样的多软件结合的资源制作、能够最大限度地发挥不同软件的优势，快速进行资源的创建，提高了系统开发的效率。总体而言，采用多款软件联合开发具有以下的优势：一是利用不同软件强大的功能使个人开发虚拟现实项目成为可能。二是可以灵活的选择软件的搭配，根据具体的项目需求，搭配出最佳的开发软件套装。三是开放一个新的平台使得资源修改变得简单。

2 人机交互环境的虚拟现实部分和平面结构部分的合成

三维虚拟学习环境应该是平面结构与虚拟部分的有机结合。如何实现虚拟部分与平面结构部分的有机结合将会直接影响到学习效果。根据其合成方式的不同。可将三维虚拟学习环境分为两类：以平面结构为基本框架的环境和以三维虚拟环境为基本框架的环境。

2.1 以平面结构为基本框架的环境。

以平面结构为基本框架的虚拟环境是指整个环境的基本构成是平面结构的三维虚拟部分作为精华部分结合到了平面结构之中。不论是VRML场景还是Cult3D场景都可以通过平面部分的超链接或作为页面中的一部分出现在网页中。这两种结合方式各有利弊，要根据不同的情况进行选择。

（1）嵌入式：嵌入式是把整个虚拟场景作为页面中的一个组成部分，将虚拟场景直接嵌在页面之中。这种结合方式的优点是：其一，学习者在浏览时，可以将虚拟场景与页面中的文字解释或图形信息等消息有效地结合起来，边操作边理解，边体会边记忆，抽象记忆和形象记忆相结合，从而可以大大提高学习效果，在一定程度上实现理论与实践的结合。其二，这种结合方式具有较强的导航力。由于虚拟场景是嵌入到页面中的，所以虚拟场景自身的导航不会影响到整个网页页面的导航系统。因此，习惯于浏览平面结构信息的学习者往往容易控制航向。设计者也不需要设计专门的信息为学习者导航。但这种结合方式也有缺点：虚拟场景显示区域太小，提供给学习者的视觉效果可能不是太理想，这必将影响学习者浏览时的沉浸感，会不易于充分调动学习者的积极性和主动性，基于上述的这些特点，这种结合方式一般用于演示教学中涉及场景规模较小的难点或重点问题。这种场景能与浏览者产生的交互行为一般较简单，在应用这种结合方式时最好在虚拟场景旁配以简单的文字解释或清晰的示意图，效果会更好。

（2）超链式：超链式是指虚拟场景通过页面结构上的文字或图片等链接源链接到知识点上，作为链接目标的虚拟场景一般以独立的子窗口出现。这种结合方式能提供给洲览者更广阔的视野，并且可以借助虚拟场景中的超链接功能实现不同场景之间的切换。学习者在浏览场景时将具有更大的自由度和更强烈的沉浸感，能轻松地与场景中的三维物体进行交互，使学习者能够进行积极的有意义的知识建构。这种方式的缺点是：能提供给学习者的指导性建议比较少，浏览者在浏览时容易迷失方向，在整个场景中毫无目的地漫游。因而难以保证学习者完全按照设计者的意图进行学习，达到预定的教学目标。在运用这种结合方式时，要注意克服其弊端，场景制作应尽量符合学习者的思维习惯，提供简单友好的交互方式。此外，可以为学习者提供简洁清晰的使用说明，对于场景中关键性的三维实体，当学习者鼠标放置在上面时可以显示简单的文字说明。

2.2 以虚拟场景为基本框架的环境。

以虚拟场景为基本框架的环境是指整个场景是一个较大型的虚拟场景，通常以场景中的三维实体为链接源，将环境的各个组成部分通过超链接连接到一起。这种方式较之超链式的结合方式，能提供给学习者更充分的沉浸感。当学习者进入页面时。呈现在眼前的是一个完全立体的空间，学习者可以通过点击场景中的三维造型而进入一个个的虚拟境界，自由探索。如果需要获得概念或理论知识或对知识进行总结，可以点击相关的造型，查看文字解释或图标演示。与超链式的结合方式相似，这种结合方式往往对学习者的导航力比较弱。以虚拟场景为基本框架的环境。是基于虚拟现实技术的一种较高级的形式，具有广泛的应用前景。

以上是对平面结构与虚拟部分结合方式的一个简单分析总结，在实际制作过程中应根据教学目标的要求。针对不同的教学内容选择不同的结合方式。当然也可以混合采用多种结合方式，而不必拘泥于其中的一种。本文设计的“鳌峰园景观设计系统”就使用了两种基本框架结合的导航环境，目的是能够取长补短，充分发挥两种不同框架的优势，使导航更加清楚，教学更加有效。

人机交互界面的具体设计如下：

第一，主菜单界面主要是菜单选项，包括开始运行功能，取消运行功能和系统设置模块。系统设置模块供玩家选择分辨率设置、窗口模式设置、画面质量设置和控制方式设置。

第二，在三维场景漫游过程中，使用人物以第一人称视角进行浏览，对人物进行如下设定：

首先，按屏幕上的“”按钮分别控制人物向前、向后移动，“”按钮分别控制人物向左、向右旋转。

其次，按“”键跳跃。其中，人物空格键跳跃控制是，将跳跃的动画层级设置为最高，层级最高的动画被触发时，就最先被执行，默认的层级都为零。在这里意味着只要跳跃动画被触发，它将优先与其他的动画被执行。除此之外，程序会根据人物当前的状态自动展示当前的动作动画。跑步速度=6m/s；步行速度=2m/s；移动时忽略高度=0.3m，当前面的障碍物低于这个值时，人物是可以直接通去的，否则才会产生碰撞。

第三，按“”键切换第一人称视角和第三人称视角。

第四，屏幕右侧的材质更换按钮可以用来更换场景中物体的材质。

第五，在不进行操作时，所有按钮都会自动隐藏。使用户能充分观察虚拟场景，增加沉浸感。

3 小结

本文依据系统的需求分析，提出了鳌峰园的景观设计教学系统的设计目标与原则，对本教学系统提出了具体的设计思路。包括以实体公园为蓝本、多软件结合的设计思想等，对系统进行了整体设计。最后通过导航策略设计研究，完成人机交互界面的具体设计。