三維演示課件的設計與開發

摘?要：文章討論了虛擬現實技術及其在教育中的應用，提出了三維虛擬演示型課件的概念和優勢，并以《幾何體三維交互演示系統》為例，介紹了該類型課件的設計要素和基于Quest3D開發的關鍵技術。

關鍵詞：虛擬現實?課件制作?Quest3D

中圖分類號：G622 文獻標識碼：A文章編號：1674-2117（2014）12-00-02

1?虛擬現實及其教育應用

計算機三維建模和3D虛擬交互技術的不斷發展，使得虛擬現實的應用已逐步深入到社會各個領域，利用虛擬現實技術研發教學課件成為教育技術領域關注的又一熱點。

虛擬現實技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成逼真的三維虛擬環境，使用者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。虛擬現實技術的基本特征是沉浸性、交互性、構想性、動作性和自主性。虛擬現實技術的發展將逐步改變人們的生活方式。

在國外，虛擬現實技術已廣泛應用于課堂教學，國內關于虛擬現實技術的教育應用研究也已經有了成果。作為新的教學媒體，虛擬現實技術的出現無疑會對教學產生深遠的影響。

虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，符合建構主義學習理論。虛擬現實在教育中的應用主要在以下幾個方面：

（1）利用虛擬現實技術進行教學研究。例如，浙江大學在建筑方面進行虛擬規劃、虛擬設計的應用，清華大學對臨場感的研究等都頗具特色。

（2）建立虛擬學習環境。如建造人體模型、太空環境模擬、化合物分子結構顯示等。

（3）建立虛擬實驗室。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，可以在很短的時間內呈現給學生。

（4）建立虛擬實訓基地?？梢越鉀Q實訓時危險性大、費用高、小概率事件再現和個性化導訓等問題。

2?虛擬現實演示型課件的界定及其優勢

三維虛擬演示型課件是指利用三維建模技術和虛擬現實技術開發的可以在三維空間中展示物體形狀、構造以及運動規律的一種課件類型。三維空間中的互動演示和運動模擬的引入，彌補了常規媒體所不能呈現的多感官體驗，與平面圖像、視頻、動畫等媒體類型相比，虛擬型課件交互性高、信息量大、表現效果強、投入成本低。在展示常規方式無法呈現的物體結構和運動規律時，三維虛擬技術可使演示對象處在虛擬的三維環境中，并與學生產生互動，這便增加了學生身臨其境的體驗，使學習過程更加形象化和趣味化，提高了學生的學習興趣。親身的經歷、親身的感受比空洞抽象的說教更具說服力，從而使得學生可以快速接受和掌握所學知識和技能。

虛擬學習環境具有良好的沉浸性、信息的多維表征、良好的交互性、以學習者為中心、無時空限制等特點。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，對計算機遠程教育系統而言，引入Web3D內容必將達到很好的在線教育效果。

3?虛擬現實項目開發工具

國外開發的虛擬現實產品的工具主要有3DVIA Virtool和Quest3D，以及一些著名的大型游戲開發引擎。

3DVIA Virtools是一套完整的開發平臺，以創新的可視化模式讓用戶輕松建構互動體驗，可同時滿足無程序背景的設計人員以及高階程序設計師的需要，輕松建構出身臨其境的完美體驗。

Quest3D的編程方式非常獨特，開發者只需要調用并連結大量的像積木一樣的信道元件，而不用編寫復雜的程序代碼，這些信道元件不僅易于使用，而且還有強大的擴展性。Quest3D擁有大量的專題圖集、大量的動漫角色模型、令人信服的植被、陰影、火焰、粒子以及逼真的水面特效等，都可以輕易地添加到場景中。其高級特性還包括物理仿真、勘尋路線、數據庫連接和網絡支持等。

國內開發的虛擬現實開發工具主要有虛擬現實P、Webmax和 Converse3D三個軟件。

4?基于Quest3D的《幾何體三維交互演示課件》的設計

《幾何體三維交互演示課件》是一個簡化了的虛擬演示型課件制作的模板，其設計思路和實現技術可以推廣到任何三維物體和產品的虛擬演示項目的開發中。

4.1?整體功能需求設計

學生通過點擊名稱按鈕切換幾何體，通過自動旋轉和手動旋轉兩種方式從不同視角觀察幾何體，同時可以改變視距遠近，自由地觀察三維物體。課件打包成直接運行的EXE可執行文件運行后，界面如圖1所示。

圖1 系統界面

學習者可以進行如下操作：點擊左側按鈕可以切換相應的幾何體形狀；點擊“自動旋轉”復選框，可以切換幾何體是否自動旋轉；拖拽右下角的顏色滑塊，可以改變物體的顏色；滾動鼠標滾輪，可以縮放物體；按下右鍵拖拽，可以自由旋轉物體。

4.2?系統功能設計

（1）三維物體的空間展示：學習者既可以從不同角度觀察物體，又可以進入物體內部或剖析其截面，甚至可以對模型進行拆解和組裝。

（2）可以通過點擊按鈕、熱區或者GUI中的文字等方式切換一個或一組物體模型的顯示。

（3）通過特定參數的調整，可以實時看到模型形狀、顏色等屬性的變化。

（4）清晰的操作提示功能：可以對虛擬攝像機進行推、拉、搖、移操作，或對物體進行移動、旋轉和縮放的操作，并對以上操作都有簡明的操作提示。

4.3?用戶界面（GUI）設計

本系統的GUI包括軟件的背景圖、系統名稱、幾何體名稱按鈕、自動旋轉復選框、幾何體顏色調整滑塊、操作說明文字和英文系統標志7個部分。設計體現以人為本，適用為先，樂用為上，虛擬環境的設計應簡單、明了，易于識別，方便操作。

5 ?系統開發的關鍵技術

5.1?三維模型的制作

本系統主要是向學生展示基本幾何體，三維模型比較簡單，在此，筆者精選了立體幾何教學中涉及的14個幾何體。幾何體的模型在3dsmax中建立，然后以DAE格式導出，在Quest3D中，將模型導入即可。

5.2?程序模塊架構

程序的主體結構包含背景圖、3D場景和GUI三個主模塊組成，如圖2所示。

5.3?幾何體切換功能的實現

三維場景渲染模塊由一架旋轉攝像機、兩個點光源和一個3D物體組成。3D物體使用了相同的motion節點和材質節點，surface表面屬性通過ChannelSwitch切換14種不同的幾何體模型數據。其中，通過一個“KeyValue”數值決定切換到哪一個幾何體，若值為1，則3D場景將渲染通道1對應的立方體，若值為2，則渲染通道2對應的球體，以此類推。這里，關鍵的就是變量“KeyValue”的值如何確定。

如圖3所示，這里是通過點擊用戶界面（GUI）中不同的按鈕以賦予KeyValue對應的值。這個操作通過一個觸發器完成：當用戶輸入信息滿足A和B兩個條件時，則將該按鈕對應的序號值賦予KeyValue。條件A是DetectMouseCollision，探測光標是否和其下輸入的按鈕發生碰撞；條件B是UserInput信道，探測鼠標左鍵是否按下。當兩個條件同時滿足（即就是在該按鈕上方按下左鍵）時，SetValue Channel將按鈕對應的序號值賦予KeyValue，于是系統渲染按鈕所對應的幾何體。

5.4?自動旋轉功能開關的實現

該模塊由兩個3D物體和一個觸發器模塊組成，其中的兩個3D物體分別是CheckBox的自身方塊物體和一個說明文字物體。觸發器主要實現當鼠標在CheckBox物體上點擊時，將CheckBox State的值改為相反的值，從而實現每點擊一次 ，CheckBox State值就切換一次。

5.5?改變物體顏色

RGB Slides ChannelCaller中主要有3個滑塊組成，要用3個滑塊的X軸向位置控制幾何體材質的Diffuse固有色的RGB值，每個滑塊X軸的position值通過一個封套定義其取值范圍。

5.6?GUI制作

圖形化用戶界面的制作比較簡單，主要是在GUI Render ChannelCaller下建立GUI攝影機和界面元素，并對界面元素進行必要的布局和貼圖設置。本系統的用戶界面可以使用primitive下的square制作，然后在動畫模塊中設置適當的大小和位置，在物體模塊中設置貼圖、透明等參數。

6?結語

虛擬現實是近來計算機信息技術領域的熱點之一，在社會生活的許多方面都有廣闊的發展前景，從某種意義上說，虛擬現實與網絡通信特征的結合將改變人們對時空的看法，改變傳統的思維方式和生活方式。另一方面，虛擬現實又是一項發展中的、具有深遠潛在應用領域的新技術，深入研究虛擬現實的教育應用，為教師和學生插上科技的翅膀，可以讓學生學得更快更好。

參考文獻：

[1]惲如偉.中學物理虛擬現實教學軟件的設計與思考[J].中國電化教育,2003(04):54.

[2]萬寧.基于虛擬場景的實驗教學課件設計與開發[D].成都:四川師范大學,2007:24-25

[3]張建武,孔紅菊.虛擬現實技術在實踐實訓教學中的應用[J].中國電化教育,2010(04):111.

[4]黃作維,周政權.淺談虛擬學習環境及其在當代教育中的應用[J].高等教育研究,2010(02):21-22.

[5]徐輝,馬秀峰.虛擬現實教育應用探析[J].山西師范大學學報(自然科學版),2010(6):97.

基金項目：本文系河南省教育廳科學技術研究重點項目“基于三維互聯技術的河南省虛擬景點研發與應用研究”（項目編號：12A520023）的部分成果。

作者簡介：高蓉蓉（1980-），女，金塔汽修中專，二級教師。

endprint

摘?要：文章討論了虛擬現實技術及其在教育中的應用，提出了三維虛擬演示型課件的概念和優勢，并以《幾何體三維交互演示系統》為例，介紹了該類型課件的設計要素和基于Quest3D開發的關鍵技術。

關鍵詞：虛擬現實?課件制作?Quest3D

中圖分類號：G622 文獻標識碼：A文章編號：1674-2117（2014）12-00-02

1?虛擬現實及其教育應用

計算機三維建模和3D虛擬交互技術的不斷發展，使得虛擬現實的應用已逐步深入到社會各個領域，利用虛擬現實技術研發教學課件成為教育技術領域關注的又一熱點。

虛擬現實技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成逼真的三維虛擬環境，使用者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。虛擬現實技術的基本特征是沉浸性、交互性、構想性、動作性和自主性。虛擬現實技術的發展將逐步改變人們的生活方式。

在國外，虛擬現實技術已廣泛應用于課堂教學，國內關于虛擬現實技術的教育應用研究也已經有了成果。作為新的教學媒體，虛擬現實技術的出現無疑會對教學產生深遠的影響。

虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，符合建構主義學習理論。虛擬現實在教育中的應用主要在以下幾個方面：

（1）利用虛擬現實技術進行教學研究。例如，浙江大學在建筑方面進行虛擬規劃、虛擬設計的應用，清華大學對臨場感的研究等都頗具特色。

（2）建立虛擬學習環境。如建造人體模型、太空環境模擬、化合物分子結構顯示等。

（3）建立虛擬實驗室。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，可以在很短的時間內呈現給學生。

（4）建立虛擬實訓基地。可以解決實訓時危險性大、費用高、小概率事件再現和個性化導訓等問題。

2?虛擬現實演示型課件的界定及其優勢

三維虛擬演示型課件是指利用三維建模技術和虛擬現實技術開發的可以在三維空間中展示物體形狀、構造以及運動規律的一種課件類型。三維空間中的互動演示和運動模擬的引入，彌補了常規媒體所不能呈現的多感官體驗，與平面圖像、視頻、動畫等媒體類型相比，虛擬型課件交互性高、信息量大、表現效果強、投入成本低。在展示常規方式無法呈現的物體結構和運動規律時，三維虛擬技術可使演示對象處在虛擬的三維環境中，并與學生產生互動，這便增加了學生身臨其境的體驗，使學習過程更加形象化和趣味化，提高了學生的學習興趣。親身的經歷、親身的感受比空洞抽象的說教更具說服力，從而使得學生可以快速接受和掌握所學知識和技能。

虛擬學習環境具有良好的沉浸性、信息的多維表征、良好的交互性、以學習者為中心、無時空限制等特點。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，對計算機遠程教育系統而言，引入Web3D內容必將達到很好的在線教育效果。

3?虛擬現實項目開發工具

國外開發的虛擬現實產品的工具主要有3DVIA Virtool和Quest3D，以及一些著名的大型游戲開發引擎。

3DVIA Virtools是一套完整的開發平臺，以創新的可視化模式讓用戶輕松建構互動體驗，可同時滿足無程序背景的設計人員以及高階程序設計師的需要，輕松建構出身臨其境的完美體驗。

Quest3D的編程方式非常獨特，開發者只需要調用并連結大量的像積木一樣的信道元件，而不用編寫復雜的程序代碼，這些信道元件不僅易于使用，而且還有強大的擴展性。Quest3D擁有大量的專題圖集、大量的動漫角色模型、令人信服的植被、陰影、火焰、粒子以及逼真的水面特效等，都可以輕易地添加到場景中。其高級特性還包括物理仿真、勘尋路線、數據庫連接和網絡支持等。

國內開發的虛擬現實開發工具主要有虛擬現實P、Webmax和 Converse3D三個軟件。

4?基于Quest3D的《幾何體三維交互演示課件》的設計

《幾何體三維交互演示課件》是一個簡化了的虛擬演示型課件制作的模板，其設計思路和實現技術可以推廣到任何三維物體和產品的虛擬演示項目的開發中。

4.1?整體功能需求設計

學生通過點擊名稱按鈕切換幾何體，通過自動旋轉和手動旋轉兩種方式從不同視角觀察幾何體，同時可以改變視距遠近，自由地觀察三維物體。課件打包成直接運行的EXE可執行文件運行后，界面如圖1所示。

圖1 系統界面

學習者可以進行如下操作：點擊左側按鈕可以切換相應的幾何體形狀；點擊“自動旋轉”復選框，可以切換幾何體是否自動旋轉；拖拽右下角的顏色滑塊，可以改變物體的顏色；滾動鼠標滾輪，可以縮放物體；按下右鍵拖拽，可以自由旋轉物體。

4.2?系統功能設計

（1）三維物體的空間展示：學習者既可以從不同角度觀察物體，又可以進入物體內部或剖析其截面，甚至可以對模型進行拆解和組裝。

（2）可以通過點擊按鈕、熱區或者GUI中的文字等方式切換一個或一組物體模型的顯示。

（3）通過特定參數的調整，可以實時看到模型形狀、顏色等屬性的變化。

（4）清晰的操作提示功能：可以對虛擬攝像機進行推、拉、搖、移操作，或對物體進行移動、旋轉和縮放的操作，并對以上操作都有簡明的操作提示。

4.3?用戶界面（GUI）設計

本系統的GUI包括軟件的背景圖、系統名稱、幾何體名稱按鈕、自動旋轉復選框、幾何體顏色調整滑塊、操作說明文字和英文系統標志7個部分。設計體現以人為本，適用為先，樂用為上，虛擬環境的設計應簡單、明了，易于識別，方便操作。

5 ?系統開發的關鍵技術

5.1?三維模型的制作

本系統主要是向學生展示基本幾何體，三維模型比較簡單，在此，筆者精選了立體幾何教學中涉及的14個幾何體。幾何體的模型在3dsmax中建立，然后以DAE格式導出，在Quest3D中，將模型導入即可。

5.2?程序模塊架構

程序的主體結構包含背景圖、3D場景和GUI三個主模塊組成，如圖2所示。

5.3?幾何體切換功能的實現

三維場景渲染模塊由一架旋轉攝像機、兩個點光源和一個3D物體組成。3D物體使用了相同的motion節點和材質節點，surface表面屬性通過ChannelSwitch切換14種不同的幾何體模型數據。其中，通過一個“KeyValue”數值決定切換到哪一個幾何體，若值為1，則3D場景將渲染通道1對應的立方體，若值為2，則渲染通道2對應的球體，以此類推。這里，關鍵的就是變量“KeyValue”的值如何確定。

如圖3所示，這里是通過點擊用戶界面（GUI）中不同的按鈕以賦予KeyValue對應的值。這個操作通過一個觸發器完成：當用戶輸入信息滿足A和B兩個條件時，則將該按鈕對應的序號值賦予KeyValue。條件A是DetectMouseCollision，探測光標是否和其下輸入的按鈕發生碰撞；條件B是UserInput信道，探測鼠標左鍵是否按下。當兩個條件同時滿足（即就是在該按鈕上方按下左鍵）時，SetValue Channel將按鈕對應的序號值賦予KeyValue，于是系統渲染按鈕所對應的幾何體。

5.4?自動旋轉功能開關的實現

該模塊由兩個3D物體和一個觸發器模塊組成，其中的兩個3D物體分別是CheckBox的自身方塊物體和一個說明文字物體。觸發器主要實現當鼠標在CheckBox物體上點擊時，將CheckBox State的值改為相反的值，從而實現每點擊一次 ，CheckBox State值就切換一次。

5.5?改變物體顏色

RGB Slides ChannelCaller中主要有3個滑塊組成，要用3個滑塊的X軸向位置控制幾何體材質的Diffuse固有色的RGB值，每個滑塊X軸的position值通過一個封套定義其取值范圍。

5.6?GUI制作

圖形化用戶界面的制作比較簡單，主要是在GUI Render ChannelCaller下建立GUI攝影機和界面元素，并對界面元素進行必要的布局和貼圖設置。本系統的用戶界面可以使用primitive下的square制作，然后在動畫模塊中設置適當的大小和位置，在物體模塊中設置貼圖、透明等參數。

6?結語

虛擬現實是近來計算機信息技術領域的熱點之一，在社會生活的許多方面都有廣闊的發展前景，從某種意義上說，虛擬現實與網絡通信特征的結合將改變人們對時空的看法，改變傳統的思維方式和生活方式。另一方面，虛擬現實又是一項發展中的、具有深遠潛在應用領域的新技術，深入研究虛擬現實的教育應用，為教師和學生插上科技的翅膀，可以讓學生學得更快更好。

參考文獻：

[1]惲如偉.中學物理虛擬現實教學軟件的設計與思考[J].中國電化教育,2003(04):54.

[2]萬寧.基于虛擬場景的實驗教學課件設計與開發[D].成都:四川師范大學,2007:24-25

[3]張建武,孔紅菊.虛擬現實技術在實踐實訓教學中的應用[J].中國電化教育,2010(04):111.

[4]黃作維,周政權.淺談虛擬學習環境及其在當代教育中的應用[J].高等教育研究,2010(02):21-22.

[5]徐輝,馬秀峰.虛擬現實教育應用探析[J].山西師范大學學報(自然科學版),2010(6):97.

基金項目：本文系河南省教育廳科學技術研究重點項目“基于三維互聯技術的河南省虛擬景點研發與應用研究”（項目編號：12A520023）的部分成果。

作者簡介：高蓉蓉（1980-），女，金塔汽修中專，二級教師。

endprint

摘?要：文章討論了虛擬現實技術及其在教育中的應用，提出了三維虛擬演示型課件的概念和優勢，并以《幾何體三維交互演示系統》為例，介紹了該類型課件的設計要素和基于Quest3D開發的關鍵技術。

關鍵詞：虛擬現實?課件制作?Quest3D

中圖分類號：G622 文獻標識碼：A文章編號：1674-2117（2014）12-00-02

1?虛擬現實及其教育應用

計算機三維建模和3D虛擬交互技術的不斷發展，使得虛擬現實的應用已逐步深入到社會各個領域，利用虛擬現實技術研發教學課件成為教育技術領域關注的又一熱點。

虛擬現實技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成逼真的三維虛擬環境，使用者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。虛擬現實技術的基本特征是沉浸性、交互性、構想性、動作性和自主性。虛擬現實技術的發展將逐步改變人們的生活方式。

在國外，虛擬現實技術已廣泛應用于課堂教學，國內關于虛擬現實技術的教育應用研究也已經有了成果。作為新的教學媒體，虛擬現實技術的出現無疑會對教學產生深遠的影響。

虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，符合建構主義學習理論。虛擬現實在教育中的應用主要在以下幾個方面：

（1）利用虛擬現實技術進行教學研究。例如，浙江大學在建筑方面進行虛擬規劃、虛擬設計的應用，清華大學對臨場感的研究等都頗具特色。

（2）建立虛擬學習環境。如建造人體模型、太空環境模擬、化合物分子結構顯示等。

（3）建立虛擬實驗室。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，可以在很短的時間內呈現給學生。

（4）建立虛擬實訓基地。可以解決實訓時危險性大、費用高、小概率事件再現和個性化導訓等問題。

2?虛擬現實演示型課件的界定及其優勢

三維虛擬演示型課件是指利用三維建模技術和虛擬現實技術開發的可以在三維空間中展示物體形狀、構造以及運動規律的一種課件類型。三維空間中的互動演示和運動模擬的引入，彌補了常規媒體所不能呈現的多感官體驗，與平面圖像、視頻、動畫等媒體類型相比，虛擬型課件交互性高、信息量大、表現效果強、投入成本低。在展示常規方式無法呈現的物體結構和運動規律時，三維虛擬技術可使演示對象處在虛擬的三維環境中，并與學生產生互動，這便增加了學生身臨其境的體驗，使學習過程更加形象化和趣味化，提高了學生的學習興趣。親身的經歷、親身的感受比空洞抽象的說教更具說服力，從而使得學生可以快速接受和掌握所學知識和技能。

虛擬學習環境具有良好的沉浸性、信息的多維表征、良好的交互性、以學習者為中心、無時空限制等特點。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，對計算機遠程教育系統而言，引入Web3D內容必將達到很好的在線教育效果。

3?虛擬現實項目開發工具

國外開發的虛擬現實產品的工具主要有3DVIA Virtool和Quest3D，以及一些著名的大型游戲開發引擎。

3DVIA Virtools是一套完整的開發平臺，以創新的可視化模式讓用戶輕松建構互動體驗，可同時滿足無程序背景的設計人員以及高階程序設計師的需要，輕松建構出身臨其境的完美體驗。

Quest3D的編程方式非常獨特，開發者只需要調用并連結大量的像積木一樣的信道元件，而不用編寫復雜的程序代碼，這些信道元件不僅易于使用，而且還有強大的擴展性。Quest3D擁有大量的專題圖集、大量的動漫角色模型、令人信服的植被、陰影、火焰、粒子以及逼真的水面特效等，都可以輕易地添加到場景中。其高級特性還包括物理仿真、勘尋路線、數據庫連接和網絡支持等。

國內開發的虛擬現實開發工具主要有虛擬現實P、Webmax和 Converse3D三個軟件。

4?基于Quest3D的《幾何體三維交互演示課件》的設計

《幾何體三維交互演示課件》是一個簡化了的虛擬演示型課件制作的模板，其設計思路和實現技術可以推廣到任何三維物體和產品的虛擬演示項目的開發中。

4.1?整體功能需求設計

學生通過點擊名稱按鈕切換幾何體，通過自動旋轉和手動旋轉兩種方式從不同視角觀察幾何體，同時可以改變視距遠近，自由地觀察三維物體。課件打包成直接運行的EXE可執行文件運行后，界面如圖1所示。

圖1 系統界面

學習者可以進行如下操作：點擊左側按鈕可以切換相應的幾何體形狀；點擊“自動旋轉”復選框，可以切換幾何體是否自動旋轉；拖拽右下角的顏色滑塊，可以改變物體的顏色；滾動鼠標滾輪，可以縮放物體；按下右鍵拖拽，可以自由旋轉物體。

4.2?系統功能設計

（1）三維物體的空間展示：學習者既可以從不同角度觀察物體，又可以進入物體內部或剖析其截面，甚至可以對模型進行拆解和組裝。

（2）可以通過點擊按鈕、熱區或者GUI中的文字等方式切換一個或一組物體模型的顯示。

（3）通過特定參數的調整，可以實時看到模型形狀、顏色等屬性的變化。

（4）清晰的操作提示功能：可以對虛擬攝像機進行推、拉、搖、移操作，或對物體進行移動、旋轉和縮放的操作，并對以上操作都有簡明的操作提示。

4.3?用戶界面（GUI）設計

本系統的GUI包括軟件的背景圖、系統名稱、幾何體名稱按鈕、自動旋轉復選框、幾何體顏色調整滑塊、操作說明文字和英文系統標志7個部分。設計體現以人為本，適用為先，樂用為上，虛擬環境的設計應簡單、明了，易于識別，方便操作。

5 ?系統開發的關鍵技術

5.1?三維模型的制作

本系統主要是向學生展示基本幾何體，三維模型比較簡單，在此，筆者精選了立體幾何教學中涉及的14個幾何體。幾何體的模型在3dsmax中建立，然后以DAE格式導出，在Quest3D中，將模型導入即可。

5.2?程序模塊架構

程序的主體結構包含背景圖、3D場景和GUI三個主模塊組成，如圖2所示。

5.3?幾何體切換功能的實現

三維場景渲染模塊由一架旋轉攝像機、兩個點光源和一個3D物體組成。3D物體使用了相同的motion節點和材質節點，surface表面屬性通過ChannelSwitch切換14種不同的幾何體模型數據。其中，通過一個“KeyValue”數值決定切換到哪一個幾何體，若值為1，則3D場景將渲染通道1對應的立方體，若值為2，則渲染通道2對應的球體，以此類推。這里，關鍵的就是變量“KeyValue”的值如何確定。

如圖3所示，這里是通過點擊用戶界面（GUI）中不同的按鈕以賦予KeyValue對應的值。這個操作通過一個觸發器完成：當用戶輸入信息滿足A和B兩個條件時，則將該按鈕對應的序號值賦予KeyValue。條件A是DetectMouseCollision，探測光標是否和其下輸入的按鈕發生碰撞；條件B是UserInput信道，探測鼠標左鍵是否按下。當兩個條件同時滿足（即就是在該按鈕上方按下左鍵）時，SetValue Channel將按鈕對應的序號值賦予KeyValue，于是系統渲染按鈕所對應的幾何體。

5.4?自動旋轉功能開關的實現

該模塊由兩個3D物體和一個觸發器模塊組成，其中的兩個3D物體分別是CheckBox的自身方塊物體和一個說明文字物體。觸發器主要實現當鼠標在CheckBox物體上點擊時，將CheckBox State的值改為相反的值，從而實現每點擊一次 ，CheckBox State值就切換一次。

5.5?改變物體顏色

RGB Slides ChannelCaller中主要有3個滑塊組成，要用3個滑塊的X軸向位置控制幾何體材質的Diffuse固有色的RGB值，每個滑塊X軸的position值通過一個封套定義其取值范圍。

5.6?GUI制作

圖形化用戶界面的制作比較簡單，主要是在GUI Render ChannelCaller下建立GUI攝影機和界面元素，并對界面元素進行必要的布局和貼圖設置。本系統的用戶界面可以使用primitive下的square制作，然后在動畫模塊中設置適當的大小和位置，在物體模塊中設置貼圖、透明等參數。

6?結語

虛擬現實是近來計算機信息技術領域的熱點之一，在社會生活的許多方面都有廣闊的發展前景，從某種意義上說，虛擬現實與網絡通信特征的結合將改變人們對時空的看法，改變傳統的思維方式和生活方式。另一方面，虛擬現實又是一項發展中的、具有深遠潛在應用領域的新技術，深入研究虛擬現實的教育應用，為教師和學生插上科技的翅膀，可以讓學生學得更快更好。

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基金項目：本文系河南省教育廳科學技術研究重點項目“基于三維互聯技術的河南省虛擬景點研發與應用研究”（項目編號：12A520023）的部分成果。

作者簡介：高蓉蓉（1980-），女，金塔汽修中專，二級教師。

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