構建基于ＶＲＭＬ的沉浸式虛擬學習環境

摘要：介紹了VRML定義和特性，通過一個課堂實例來描述用VRML構建沉浸式虛擬環境的步驟。給出建立模型的方法，指出在構建過程中的關鍵技術，并列出課件優化的措施，通過比較教學效果前后的差異，得出結論。

關鍵詞：建構主義 沉浸式環境 VRML 虛擬現實

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1002－2422(2008)03－0051－02

1 沉浸式虛擬學習環境

沉浸式虛擬學習環境應實現的功能：(1)給學習者提供具有情境感的學習環境；(2)學習環境是學習資源的承載者；(3)學習者能感受到自身在環境中的存在；(4)學習者對環境的刺激和環境對學習者的反應實時自然。

2 用VRML實現沉浸式虛擬學習環境

VRML應用于學習情境的創建，憑借VRML強大的三維展示能力，幫助克服時空局限性及現實條件的約束性。對那些空間性的、抽象的難于理解的教學內容給予形象化地、逼真地展示，大大提高了學習者的想象力，增加了學習內容的直觀性與趣味性，激發了學習者的學習興趣，促進學習者對學習內容的理解和構建。

2.1 VRML課件構思

在課程的引入設計一個以密碼設計為主題的VRML動畫，動畫內容是：一個女孩站在某銀行柜員機前準備取款。

柜員機與女孩均為三維，人物可由客戶旋轉，觀察欣賞。鏡頭進入柜員機內部后，畫面為女孩拿著卡進到里面看到一扇金庫門，有一個液晶顯示屏，要求女孩輸入密碼。女孩輸入密碼后，液晶屏顯示密碼查找過程(數據表內進行字段名的數據查找，界面是一個號碼在一張數據表中從上往下查找的動畫)，找到帳號以后，界面顯示客戶的帳戶清單，此界面可參考建設銀行網上銀行客戶清單。一邊播放動畫，一邊展示相應的程序代碼(判斷在TEXTI，VALUE=數據表，帳戶情況下，判斷密碼是否正確，是到達提款框，否則顯示密碼錯誤)。密碼正確后，提示輸入金額，審核后，液晶屏顯示金庫狀況，看到很多一百元的人民幣，然后錢自動飛到女孩手中，取款結束。

2.2 VRML課件實現

2.2.1人物和場景的建模

使用3DMAX軟件創建教學模型，進行材質、紋理等方面的處理后，利用VRML插件轉化為VRML(.wrl)文件導出，然后利用場景圖重建，從而達到所需要求的場景。

(1)幾何建模：按照樹狀層次結構圖將整個模型分為幾部分分別制作，再在3DS MAX中組合在一起。將任務化整為零，提高細節制作效果。

(2)物理建模：通過幾何建模，只能構建出物體抽象的集合模型。物體的表面顏色、材質、紋理、光滑度、燈光、陰影效果及物理約束、碰撞等效應也是表現物體的重要因素。

(3)虛擬環境的建立：通過VRML自身的功能，綜合運用Transform、Scale、Inline等場景節點實現造型，最后利用VRML可視化編輯器Cosmo Worlds來進行場景合成。

2.2.2利用VRML設計虛擬場景的關鍵技術

(1)Timesensor時間傳感器節點：Timesensor時間傳感器節點的作用是創建一虛擬時鐘，并對其他切點發送時間值，控制VRML立體空間動態對象的開始、變化和結果過程的時間，實現空間物體造型的移動、變色、變形等自動變化。

(2)觸摸傳感器節點：通過使用這些檢測器節點，使瀏覽器感知用戶和各種操作，比如提款動作完成后，貨幣的彈出、任務的移動等。這樣可以和VRML虛擬世界中的三維對象直接進行交互。TouchSensor觸摸傳感器節點是瀏覽者與虛擬對象之間相接觸型傳感器節點。該節點可以為任何成組節點，并感知用戶對該組節點的動作。

2.2.3 VRML課件的優化

為了減小文件規模，提高傳輸速度和執行性能，可以使用一些優化工具對模型進行優化。利用3DMAX提供的模型優化器，采用一種“合并相鄰平面”的算法將相鄰平面之間夾角小于某一指定值的面合并，從而減少總平面數，該夾角可由學習者決定，從而減少文件規模。

為進一步提高VRML文件的傳輸速率，常常對其進行壓縮。在最終的VRML場景編輯完成后，還可使用GZIP對其進行壓縮，VRML瀏覽器會自動識別和解壓GZIP格式的壓縮文件。使用文件壓縮可以明顯減少傳輸時間。

2.2.4 VRML課件的演示

將VRML文件嵌入網頁中，只需在網頁的HTML源文件中插入一行標簽，即在要放置VRML課件的地方寫入如下一行語句：

其中，“src”指明了是VRML課件的路徑及文件名，“width”和“height”屬性指明了VRML播放器窗口在網頁中的大小，即寬和高。

3 結束語

結合VRML制作多媒體課件，其形象逼真、準確生動的交互式三維世界能夠創建建構主義學習理論所提倡的學習情境，能夠提供實時交互性，有利于增強學生的想象力，促進學習者自主實現知識的意義建構，提高教學效果。