基于VRML平臺的流星余跡通信三維演示教學及發展方向

師耀+鄭建

摘要：當前VR技術發展迅速，其中VRML即虛擬現實建模語言是其技術的代表之一，它提供了三維應用中大多數常見功能，提供了足夠的創造空間，利用其建模能力強、有真實感及渲染能力、觀察及交互手段、動畫可控等功能，可以用于教學、航天、軍事、建筑、醫療等領域發展前景廣闊。而流星余跡通信作為現代通信手段重要組成，優勢眾多已經受到較多的關注，是通信工程專業一門非常重要的課程。因此，本文將VRML平臺技術與流星余跡通信教學相結合，探究通信教學的新方式。

關鍵詞：VRML；流星余跡通信；教學應用

流星余跡通信作為現代通信手段的組成之一，具有通信隱蔽性和保密性好，通信傳輸距離遠，搭建流星余跡通信平臺方便，流星資源眾多等優勢，具有較廣闊的發展前景，但是由于流星余跡通信的相關原理條件復雜，需要學生較強的空間感和立體感去體會通信過程及相關原理，現有的板書式和PPT教學已經不能滿足教學的需求。急需一種直觀交互的教學手段或者平臺的使用，以提高教學的質量和效率。

一、VRML技術及特征

（一）VRML技術

VR即虛擬現實是利用通過視、聽、嗅和味覺等感官能力進行實時模擬和交互， 它是計算機技術的進化，特別是計算機自備了交互的功能，也就有了從視覺三維效果、觸覺到聽覺三維效果、甚至嗅覺的全面模擬。而VRML則是基于VR技術體系下建立起來的建模平臺，是用作在網絡平臺上建立區別于時下二維平面的三維空間而創建的語言標準。具備可編程語言，通過語言節點的編程，實現可視化的模型構建，搭建起用戶需要的模擬環境。

（二）VRML特征

VRML被定義為構建3D場景，通過節點完成物體構建，模擬3D空間逼真，具備交流互動、路由控制、編輯程序等各式特征。

（1）構建三維物體及場景，具有占用內存小、便于網絡傳輸的特點，但視覺效果無法與專業的三維軟件相媲美；

（2）具備良好的交互性，支持Java、Javascript語言接口，并且配有自己特有的vrmlscript腳本語言，能夠自行編程設計，能夠靈活控制圖形和動畫；

（3）有網絡功能，可用于瀏覽Internet網；

（4）有多媒體插入和播放功能，能嵌入圖形、動畫、聲音和視頻素材；

（5）建模語言較為簡單，容易掌握與開發。

二、流星余跡通信的特征及教學難點

（一）流星余跡通信概念

流星余跡通信（Meteor Burst Communication，MBC）是一種使用流星體射入高層大氣層摩擦燃燒后在高空形成的電離余跡，利用VHF無線電波的前向散射作用而時間的遠距離突發通信方式。

（二）流星余跡通信特征

信道穩定，受核爆炸、太陽黑子和極光等現象影響小；可靠性高，抗干擾和抗截獲能力強，具有較強的保密性；使用地域廣；支持全時域、全天候工作；覆蓋范圍廣，可支持大規模組網；設備簡單，運行成本低；適合實時性要求不高及噪聲較小的場合。，可作為最低限度應急通信的重要手段，在國防和自然災害等應急通信中發揮特殊的作用。

（三）流星余跡通信教學難點

流星余跡通信作為通信工程專業教學內容重要組成部分，其內容中有部分原理和特征文字表述較為抽象，且對學習者的空間構想能力有較強的要求。其基本的教學難點包括了流星激起離子騷動的變化過程、通信建鏈成功的相切條件、足跡效應立體展示、不同足跡形成過程、熱區模擬、建鏈通信的全過程模擬，以及綜合的流余通信手段的使用等。但其展現過程較為抽象，以裝備操作進行教學雖然也能實現教學目的，但耗費大、組織時間長、過程把握不清晰。因此為教學帶來了較大的困難。

三、基于VRML平臺的流余通信教學應用

基于前文中描述的內容，利用VRML平臺與流星余跡通信教學相結合，通過平臺的建模用以模擬通信過程，及相關的特征與原理，可實現以下幾個教學的優勢。

（一）教學原理的可視化

原理的建模可以通過基礎的工具包編輯建構，也可以是CAD文件導入或三維數字化儀數據化、三維掃描儀獲得。在使用該平臺中的幾何建模、運動建模、物理建模、行為建模以及模型管理等功能構建模擬后，對原理要呈現的物體、過程進行了可視化，學習者可以較為直觀的在搭載平臺的多媒體終端上進行閱讀和學習。

（二）演示過程的可操作化

在模型構建成功后，教學者和學習者都可以在教學過程利用平臺的交互功能，多演示過程進行操控。該平臺具備動態的演示過程，而使用者可以通過模擬的環境達到身臨其境的感受，在理解過程中隨意停止演示過程，也可以及時變換視角，從不同的方位、角度觀看演示過程。提高了原理演示過程的多維學習。

（三）建模的模塊化

整個基于平臺的教學模擬可以通過使用者初次建模后，將構件的模塊打包整合，而用于后期不同教學原理或者教學模擬環境的模塊化構建，也就是說使用者可以像疊加方塊一樣，整模塊的往新的構建中任意添加，而無需再次重復的編程建模。該平臺這一優勢，極大的提高了使用者的使用效率，方便了整個教學過程。

（四）教學資源的網絡化

基于平臺的網絡功能，可用于瀏覽Internet網。也就是說使用者在構建好模型及整合好教學資源后，可將其掛載互聯網，制作成網站或者打包網頁，使得其余使用者可隨時在網絡上獲取該教學資源，達到了教學資源的網絡化，也適用于現在流行的網絡遠程教學。并且在此過程中，還可不斷加入新的資源，提高了教學資源的流通與完善。

四、基于VRML平臺的教育發展方向

VRML非常注重于與人的交互體驗，故而在教學使用上更加具有發展前景。它所具備的網絡可傳輸性，可以讓更多的學生在網絡課堂上進行學習，提高了教學資源的利用率，彌補了其視覺效果上的缺陷。同時，它的語言編程能力使得模型的構建能夠打包添加，增強了授課內容模塊的添加刪除能力，使用靈活，非常符合教學的特點。

在今后的通信教育中，VRML平臺可廣泛應用于各類通信手段的教學過程中，如散射通信、中長波通信等不便于經常開展實驗或者教學展開的教育內容上，以彌補并提高教學質量和內容。在其他教育領域，使用VRML技術虛擬抽象的代數幾何概念，使其更加立體形象。或開發基于VRML的“虛擬物理實驗室”，合成現實中不可實現或者難以實現的物理變量，并能控制、改變、設定這些變量（引力、靜電力、時間膨脹等），使學生更生動的理解物理概念。并結合網頁技術，還能讓更多的學生利用網絡資源進行學習，解決了傳統課堂的局限性。

基于上述內容，VRML技術平臺在未來的教育領域中具有較強的發展前景。

參考文獻：

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