虛擬現實技術——多媒體ａ課件開發的新方向

摘要:隨著虛擬現實技術的發展，基于虛擬現實技術的多媒體課件在教育中的作用越來越重要，使用具有交互功能的3D課件，學生可以在實際的動手操作中得到更深的體會，從而提高多媒體課件的功能，更加有效地提高教學效果。

關鍵詞:虛擬現實;多媒體課件;計算機輔助教育

中圖分類號:TP37 文獻標識碼:A 文章編號: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 虛擬現實技術概述

虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個3D空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時地、沒有限制地觀察3D空間內的事物。常用的虛擬現實技術有VRML、Virtools、Cult3D、Vega等。

虛擬現實技術作為一種新型的教學媒體改變了以往的人機交互方式，能讓瀏覽者全身心地投入到虛擬環境中，讓學習者通過親自的“經歷”與“感受”在與虛擬場景交互的過程中獲得知識作為一種全新的教學媒體形式虛擬現實技術在教育中充分激發學習者的興趣與積極性，提高學習者的學習效率，更有利于學習者的知識獲取。并且，虛擬現實技術在教育方面的應用使教育模式不斷發展最顯著的特點在于突破時空的限制教師和學生可以借助各種現代教育技術的支持 在虛擬時空中完成教育活動增強了各個學科的課堂教學效果擴大學科間的橫向聯系推動計算機輔助教育的不斷前進。

2 主流虛擬現實開發軟件的分類與比較

1)程序文件小，播放軟件小并且跟系統、網頁播放軟件通用。

該類VR軟件包括Cult3D、VRML、Java3D、Viewpoint、Shockwave3D等等，使用領域最多的是簡單的模型展示、介紹。當中最主要的功能在于網頁或者小型的展示。這類展示對展示的圖像效果需求都不高，一般用于機械模型、物理或化學模型展示等等。他們最大的特點就是適用范圍廣，即多種場合均可以通用。

然而這類VR軟件在仿真上功能較少，局限于漫游、組裝、模型實體化、碰撞檢測、事件觸發、說明、透明、反射、變色、編寫人物動作等功能。功能節點多了也同時會增加程序文件的大小，因此這類軟件在增加功能的同時就需要考慮到最終課件運行的硬件環境和速度。

為了滿足更多的環境，就要求圖像質量不能高。所以說這類VR軟件所用的貼圖文件格式都是有限制的，不能用那些能夠高保真的文件格式，從而導致圖像質量粗糙。因此，即使在介紹這些VR軟件的時候，對比起使用高質量高保真的圖像文件格式的VR軟件制作出來的程序文件來說，色澤和精細、分辨率上都有待進一步提高。

2)功能一般，但圖像質量好，跟許多硬件和軟件都能兼容。

這類VR軟件以國產的VR-Platform為典型例子。主要面對低端、而對圖像要求高的開發者。

VRP跟3DSMAX無縫接合，支持直接從MAX里面把模型倒出來，在MAX里面的渲染也能完好的延續到VRP里面，因此在工作上相比起第一類軟件來得容易輕松。再著，它支持的貼圖格式多，有jpg， bmp， psd， png， tga， dds。圖像方面是沒得說的，已經是很精美的了。它在圖像精美(光影效果、細膩程度、色澤鮮亮等)和流暢方面都很好，同時配合低端硬件需求，用不需要太高的硬件就能流暢的觀賞VRP制作出來的程序。

在VR功能上，VRP跟上一類VR軟件幾乎是一樣的。沒有物理特性，沒有人物動作庫，即使在普通的運動和圖像設計上還不夠完善。

在與其他軟件的聯系上，VRP可將制作成的vrp文件嵌入Director，IE，VC，VB軟件中，這使得開發課件的擴展性得到進一步的延伸。

3)代表目前最前沿的VR技術:EON、Virtools。其中EON是美國EON公司開發的，Virtools是法國VIRTOOLS公司開發的。

這類軟件最大的優點就是功能強大，具體表現為:

①能夠實現的虛擬現實互動功能多。包括有漫游、組裝、替換、運動、碰撞、重力、剛體、事件觸發、說明、貼圖、貼動畫、反射、變色、透明、雨滴/雪、CG渲染、動作編寫等等，并且每個功能都是一個包含有3~15個相關功能的功能組。

②支持的硬件、軟件眾多。像各種VR外設(H.M.D.、Visor3D、數據手套、立體眼鏡、方位跟蹤器、立體顯示器——這些都是上面兩類軟件做不到的;像各種多媒體軟件(如常用的Macromedia Director和Shockwave)、Office系列軟件、Adobe系列軟件、IE、VC、VB軟件中等等，跟這類軟件相容的時候，并不需要額外再編寫程序，EON、Virtools都已經準備好了外掛的接口程序。它又能跟數據庫相連接。

支持3D建模軟件多，基本上市面上有的都支持。不僅在EON、Virtools程序里能直接讀取3D模文件，同時，流行的3D建模軟件也主動支持模型直接輸出成EON、Virtools能讀取的文件格式。

③支持貼圖格式多，能夠用CG渲染。jpg， jpeg， jif， jpc， bmp， psd， png， ppm， tga， dds等等。在畫面質量方面，CG渲染相對比貼圖來說，起跑點就領先了許多。EON、Virtools這兩款軟件畫面質量能夠做到跟真實的一模一樣，而不僅僅是色彩鮮亮這么簡單。

④操作界面簡單。

⑤開放提供給SDK修改的地方多，準備好的能直接調用的程序庫多。這就使得使用者能夠隨自己的意愿修改程序窗口界面，跟其他軟、硬件結合等等，而且編寫簡單，很多情況下只需要調用程序庫就能完成。

但是，由于這類軟件在開放的時候針對的對象是高端用戶，因此，制作出來的程序文件雖然說能夠縮減到很小，但是也始終比不過第一類的網絡3D軟件——因為必須保證功能的實現和保證圖像質量。但是，這兩款軟件在IE方面的功能也是非常強大的，雖然文件大了，但是圖像質量高，同時，在跟數據庫同步連接方面的功能也比其他軟件完善。

以上三款VR軟件分別滿足市場上低、中、高端用戶的需求，雖然說是有點沖突，但是影響并不大。因此各有專長，開發者可以通過課件的內容和環境選擇自己所需的開發工具進行開發。

3 利用虛擬現實技術進行課件開發的局限性分析

虛擬現實技術在實際應用領域仍然處于初級階段，在很多方面，它仍然是一種剛開始研究如何實際使用的技術，還存在著很多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術障礙。從硬件上講，數據存儲設備的速度、容量還十分不足，而顯示設備的昂貴造價和它顯示的清晰度等問題也沒能很好地解決，為VR制造的大部分專用設備不但造價高、使用起來很不方便、效果有限，而且局限性很大，還不能達到人們的要求，更不能達到VR所定義的那種環境。

從軟件上講，由于硬件的諸多局限性，使得軟件的開發費用十分驚人，而且軟件所能實現的效果受到時間和空間的很大影響，算法和許多相關理論也很不完善。

虛擬現實的發展方向是很明確的:更快、更高質量的圖形;更便宜、設計得更完善的頭盔式顯示器和其他輸入、輸出設備;更快的計算機處理能力。這些方面的改進將會影響到虛擬現實在實際應用中的各個方面，包括虛擬境界內的視覺、聽覺質量，而且還會影響到虛擬現實在各個新領域內的廣泛應用。

4 總結

對教育業現今的教學方式，不再是單純的依靠書本、教師授課的形式。計算機輔助教學(CAI)的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多方面。在表現一些空間立體化的知識，如原子、分子的結構、分子的結合過程、機械的運動時，三維的展現形式必然使學習過程形象話，學生更容易接受和掌握。許多實際經驗告訴我們，做比聽和說更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件，學生可以在實際的動手操作中得到更深的體會。

結虛擬現實技術強大的媒體控制能力，能夠對自然界的景物進行逼真的模仿和再現，可以創作出逼真虛擬現實環境。在多媒體課件開發中的應用彌補了傳統課件不能創建三維仿真環境的缺陷，使得多媒體課件具有了一定的三維仿真和漫游能力，進一步拓展了多媒體課件的功能。

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