虚拟现实技术――多媒体a课件开发的新方向

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摘要:随着虚拟现实技术的发展,基于虚拟现实技术的多媒体课件在教育中的作用越来越重要,使用具有交互功能的3D课件,学生可以在实际的动手操作中得到更深的体会,从而提高多媒体课件的功能,更加有效地提高教学效果。

关键词:虚拟现实;多媒体课件;计算机辅助教育

中图分类号:TP37 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)15-4026-02

Virtual Reality Technology,Multimedia Courseware Developed a New Direction

YANG Fu-bao

(Anhui Vocational and Technical School of Industrial Economy,Hefei 230051,China)

Abstract: With the development of virtual reality technology, virtual reality-based multimedia courseware in education an increasingly important role of the use of interactive 3D courseware, students can do in the actual operation to be a deeper understanding multimedia courseware to enhance the function more effectively to improve teaching effectiveness.

Key words: virtual reality; multimedia courseware; computer-aided education

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实(VirtualReality,简称VR)是近年来出现的高新技术,也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个3D空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时地、没有限制地观察3D空间内的事物。常用的虚拟现实技术有VRML、Virtools、Cult3D、Vega等。

虚拟现实技术作为一种新型的教学媒体改变了以往的人机交互方式,能让浏览者全身心地投入到虚拟环境中,让学习者通过亲自的“经历”与“感受”在与虚拟场景交互的过程中获得知识作为一种全新的教学媒体形式虚拟现实技术在教育中充分激发学习者的兴趣与积极性,提高学习者的学习效率,更有利于学习者的知识获取。并且,虚拟现实技术在教育方面的应用使教育模式不断发展最显著的特点在于突破时空的限制教师和学生可以借助各种现代教育技术的支持 在虚拟时空中完成教育活动增强了各个学科的课堂教学效果扩大学科间的横向联系推动计算机辅助教育的不断前进。

2 主流虚拟现实开发软件的分类与比较

1)程序文件小,播放软件小并且跟系统、网页播放软件通用。

该类VR软件包括Cult3D、VRML、Java3D、Viewpoint、Shockwave3D等等,使用领域最多的是简单的模型展示、介绍。当中最主要的功能在于网页或者小型的展示。这类展示对展示的图像效果需求都不高,一般用于机械模型、物理或化学模型展示等等。他们最大的特点就是适用范围广,即多种场合均可以通用。

然而这类VR软件在仿真上功能较少,局限于漫游、组装、模型实体化、碰撞检测、事件触发、说明、透明、反射、变色、编写人物动作等功能。功能节点多了也同时会增加程序文件的大小,因此这类软件在增加功能的同时就需要考虑到最终课件运行的硬件环境和速度。

为了满足更多的环境,就要求图像质量不能高。所以说这类VR软件所用的贴图文件格式都是有限制的,不能用那些能够高保真的文件格式,从而导致图像质量粗糙。因此,即使在介绍这些VR软件的时候,对比起使用高质量高保真的图像文件格式的VR软件制作出来的程序文件来说,色泽和精细、分辨率上都有待进一步提高。

2)功能一般,但图像质量好,跟许多硬件和软件都能兼容。

这类VR软件以国产的VR-Platform为典型例子。主要面对低端、而对图像要求高的开发者。

VRP跟3DSMAX无缝接合,支持直接从MAX里面把模型倒出来,在MAX里面的渲染也能完好的延续到VRP里面,因此在工作上相比起第一类软件来得容易轻松。再着,它支持的贴图格式多,有jpg, bmp, psd, png, tga, dds。图像方面是没得说的,已经是很精美的了。它在图像精美(光影效果、细腻程度、色泽鲜亮等)和流畅方面都很好,同时配合低端硬件需求,用不需要太高的硬件就能流畅的观赏VRP制作出来的程序。

在VR功能上,VRP跟上一类VR软件几乎是一样的。没有物理特性,没有人物动作库,即使在普通的运动和图像设计上还不够完善。

在与其他软件的联系上,VRP可将制作成的vrp文件嵌入Director,IE,VC,VB软件中,这使得开发课件的扩展性得到进一步的延伸。

3)代表目前最前沿的VR技术:EON、Virtools。其中EON是美国EON公司开发的,Virtools是法国VIRTOOLS公司开发的。

这类软件最大的优点就是功能强大,具体表现为:

①能够实现的虚拟现实互动功能多。包括有漫游、组装、替换、运动、碰撞、重力、刚体、事件触发、说明、贴图、贴动画、反射、变色、透明、雨滴/雪、CG渲染、动作编写等等,并且每个功能都是一个包含有3~15个相关功能的功能组。

②支持的硬件、软件众多。像各种VR外设(H.M.D.、Visor3D、数据手套、立体眼镜、方位跟踪器、立体显示器――这些都是上面两类软件做不到的;像各种多媒体软件(如常用的Macromedia Director和Shockwave)、Office系列软件、Adobe系列软件、IE、VC、VB软件中等等,跟这类软件相容的时候,并不需要额外再编写程序,EON、Virtools都已经准备好了外挂的接口程序。它又能跟数据库相连接。

支持3D建模软件多,基本上市面上有的都支持。不仅在EON、Virtools程序里能直接读取3D模文件,同时,流行的3D建模软件也主动支持模型直接输出成EON、Virtools能读取的文件格式。

③支持贴图格式多,能够用CG渲染。jpg, jpeg, jif, jpc, bmp, psd, png, ppm, tga, dds等等。在画面质量方面,CG渲染相对比贴图来说,起跑点就领先了许多。EON、Virtools这两款软件画面质量能够做到跟真实的一模一样,而不仅仅是色彩鲜亮这么简单。

④操作界面简单。

⑤开放提供给SDK修改的地方多,准备好的能直接调用的程序库多。这就使得使用者能够随自己的意愿修改程序窗口界面,跟其他软、硬件结合等等,而且编写简单,很多情况下只需要调用程序库就能完成。

但是,由于这类软件在开放的时候针对的对象是高端用户,因此,制作出来的程序文件虽然说能够缩减到很小,但是也始终比不过第一类的网络3D软件――因为必须保证功能的实现和保证图像质量。但是,这两款软件在IE方面的功能也是非常强大的,虽然文件大了,但是图像质量高,同时,在跟数据库同步连接方面的功能也比其他软件完善。

以上三款VR软件分别满足市场上低、中、高端用户的需求,虽然说是有点冲突,但是影响并不大。因此各有专长,开发者可以通过课件的内容和环境选择自己所需的开发工具进行开发。

3 利用虚拟现实技术进行课件开发的局限性分析

虚拟现实技术在实际应用领域仍然处于初级阶段,在很多方面,它仍然是一种刚开始研究如何实际使用的技术,还存在着很多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。从硬件上讲,数据存储设备的速度、容量还十分不足,而显示设备的昂贵造价和它显示的清晰度等问题也没能很好地解决,为VR制造的大部分专用设备不但造价高、使用起来很不方便、效果有限,而且局限性很大,还不能达到人们的要求,更不能达到VR所定义的那种环境。

从软件上讲,由于硬件的诸多局限性,使得软件的开发费用十分惊人,而且软件所能实现的效果受到时间和空间的很大影响,算法和许多相关理论也很不完善。

虚拟现实的发展方向是很明确的:更快、更高质量的图形;更便宜、设计得更完善的头盔式显示器和其他输入、输出设备;更快的计算机处理能力。这些方面的改进将会影响到虚拟现实在实际应用中的各个方面,包括虚拟境界内的视觉、听觉质量,而且还会影响到虚拟现实在各个新领域内的广泛应用。

4 总结

对教育业现今的教学方式,不再是单纯的依靠书本、教师授课的形式。计算机辅助教学(CAI)的引入,弥补了传统教学所不能达到的许多方面。在表现一些空间立体化的知识,如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时,三维的展现形式必然使学习过程形象话,学生更容易接受和掌握。许多实际经验告诉我们,做比听和说更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D课件,学生可以在实际的动手操作中得到更深的体会。

结虚拟现实技术强大的媒体控制能力,能够对自然界的景物进行逼真的模仿和再现,可以创作出逼真虚拟现实环境。在多媒体课件开发中的应用弥补了传统课件不能创建三维仿真环境的缺陷,使得多媒体课件具有了一定的三维仿真和漫游能力,进一步拓展了多媒体课件的功能。

参考文献:

[1] 徐朝辉, 张德贤.VRML教学方法的新探索[J].河南教育:高校版,2007.09.

[2] 朱斌,曹漫祥.VR技术及其在现代教学中的应用[J].中国教育信息化,2007.09.

[3] 梁琨,黄小丽. 虚拟现实技术在教育中的应用探讨[J].软件导刊:教育技术,2008,7(3).

[4] 叶华乔,习海旭,黄纯国.虚拟现实技术在职业教育教学中的应用[J].武汉船舶职业技术学院学报,2007,6(3).