基于WPF技術的虛擬教學系統的研究與實現

摘 要：隨著多媒體技術和網絡技術的不斷更新，計算機輔助教學在我們教育教學環節中占有很重要的比例，虛擬課堂作為計算機輔助教學的一個分支，在我們的教育教學中起著很重要的作用。本文利用WPF技術在RIA管理系統方面的優勢，研究虛擬課堂教學中的課程教育同步問題，來實現一個基于WPF技術的具有實感教學情境和實時交互體驗的3D虛擬課堂教學系統。

關鍵詞：WPF技術；3D虛擬課堂

一、緒論

由于傳統教學過于單一死板，要求學生必須在規定的時間到規定的地點上課完成教學內容的學習，非常不利于學生知識吸收，因此有了基于WEB的網絡教學環境的出現，它能夠保證學生在課后知識沒有吸收不能理解教學內容等情況下進行重新學習，在web瀏覽器下進行web學習的網絡教學環境，它是一種基于網絡的教學模式，該模式下的教學環境主要講教學內容以HTML形式為基礎，結合ppt和動畫形式實現，讓學生可以在不同的時間在不同的地點完成教學內容的學習，該模式在我們目前的教學具有很強的優勢，它在教學內容上實現起來比較簡單，可以使用html技術動態組織內容，使用pot文稿實現多種媒體信息的表現層次，使用flash動畫表現動畫形式等。

但是這中學習環境也有缺點，如html語言不支持大容量流媒體的發布，ppt對學習內容的更新做不到實時更新，動畫無法靈活的實現學習內容和學習形式的分離等，這些將給網絡課堂帶來一定的困難。尤其是在整個網絡學習過程中，由于缺乏傳統教學環境中教師的參與和關注，同學的互動和參照，使得整個過程也變成單調甚至在學生遇到不懂的知識的時候還是一樣無法理解的時候很容易讓學生產生退縮心態，無法更好的將教學過程進行下去，因此需要開發一個可以互動的類似于真是課堂教學環境的虛擬課堂就變得重要起來了。

隨著軟件技術的發展，基于WEB的RIA（Rich Internet Applications）富互聯網應用技術也開始變得成熟了，它非常強調高度互動性和豐富用戶體驗，因此與傳統的WEB技術相比具有明顯的技術優勢了。本文采用WPF技術設計實現虛擬課堂，實現多種媒體技術的知識內容的動態呈現，同時使用RIA富因特網應用程序實現學生與教師之間的互動。

二、相關技術

（一）WPF簡介。Windows Presentation Foundation（windows用戶呈現基礎，簡稱WPF），它是基于vista的圖形界面系統，運行在.NET Framework 3.0架構下，它通過 WinFX 公開，采用DirectX 9/10技術，由顯示引擎和托管代碼框架組成。統一了 Windows 創建、顯示和操作文檔、媒體和用戶界面 （UI） 的方式，使開發人員和設計人員可以創建更好的視覺效果、不同的用戶體驗，不僅實現了3D界面設計，同時能夠使得應用程序充分利用圖形硬件功能實現硬件加速。另外引入了XAML可擴展應用程序標記語言，實現應用系統界面描述的UI設計和程序的分離，使得開發人員和設計人員之間合作更加緊密。

（二）XAML簡介。XAML（EXtensible Application Markup Language，可擴展應用程序標記語言）。XAML作為微軟Vista操作系統的界面描述語言，它可對WPF程序的所有界面元素進行定制，從而構建炫麗奪目的軟件界面。

XAML是XML衍生出來的標記語言，相對于HTML語言來說它能夠標記圖形圖像、動畫聲音和視頻等元素，

三、使用WPF技術實現虛擬課堂

（一）系統功能介紹

通過分析可得到具體的虛擬課堂教學系統需要的功能模塊，如下圖所示

我們在實現過程中使用WPF技術實現課程教學內容的展示，主要表現在課件演示、實時答疑、手寫同步等功能，這些功能主要有WPF客戶端、web服務器端的WPF服務以及使基于wcf支持的TCP，HTTP協議保證網絡通信方面的安全。

WPF客戶端負責和用戶的交互，并保證系統的內容與業務數據分離，web服務器端將數據庫中的業務數據公開，而WPF服務器端則面向客戶服務程序，將學生或教師需要的數據進行傳送到另一端即可。

（二）模塊實現方式

系統管理模塊可以直接由WPF客戶端界面設計，知識資源庫管理模塊均已文件方式進行管理，可以通過WPF的webclient類來實現，只要滿足HTTP協議即可上傳下載。互動通信管理模塊式虛擬課堂的核心，主要完成及時通信服務，可以采用WPF雙工通信方式，，首先在客戶端，應用程序通過一個代理來轉發對宿主端所提供服務的調用。通過代理與客戶端的交互，當客戶端代理接收到來自客戶端的調用請求后， 它將消息通過信道鏈向下傳遞，WCF的通道都會執行消息的調用前處理，客戶端的最后一個通道時傳輸通道，可以根據配置的傳輸方式將消息發送給宿主。

而在宿主端， 消息同樣通過信道鏈進行傳輸。與客戶端信道相對應， 宿主端信道也會對消息執行相應的宿主端的調用前處理。宿主端的第一個通道是傳輸通道，用來接收傳輸過來的消息，這樣就可以保證客戶端和即時通信端的數據實時交換。在此過程中，可以很好的實現實時答疑、手寫白板和非實時打印的功能，針對語音交流部分功能的實現，通過教師機和學生機軟件的客戶端設計，只要將語音或手寫動作視頻采用G.711和H.261等編碼方式打包成客戶端需要的數據流，TCP協議將數據流發送到視頻捕捉卡和音頻編碼解碼器上，通過設置回調函數，完成該模塊的數據通信。

四、結束語

WPF技術是窗體、文檔、視頻、三維以及其他功能的綜合，它提供了統一的 UI 平臺，我們在設計階段只需要學習一個模式就可以獲得UI的體驗，并且其框架是同.NET平臺設計，它提供的平臺可消除內容、媒體和應用程序之間的邊界。因此在設計一個系統的時候可以很好的體現出網絡教學的真實性、互動強的優勢，很好的滿足了網絡虛擬教學環境的需求，讓學生課內課外都可以將單一教學模式轉換成互動性強的用戶體驗教學模式。

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作者簡介：潘錦鋒（1984.02-），碩士，助教，主要研究方向軟件工程技術、數據庫技術