基于虛擬現實技術的多媒體教學系統的設計與實現

田燦

摘要：隨著現代教育技術的蓬勃發展和虛擬現實技術水平的提高，多媒體教學系統的設計成為了實現教育信息化的基礎。近些年飛速發展的虛擬現實技術，以其獨有的特色成為現代教育技術中一項重要教學模式。充分運用虛擬現實技術不僅有利于激發學生的專業興趣，促進學生高效自主地學習，還有利于建立探索型、資源型、協作型學習模式，為完善多媒體教學系統改革提供重要的保障。

關鍵字：虛擬現實技術；多媒體教學系統；設計與實現

1虛擬現實的概念

虛擬現實技術結合了計算機技術、多媒體技術、圖像技術、仿真技術以及多種電子技術，從而形成的一種計算機領域的新技術。虛擬現實技術是一種能夠建立并讓人體驗虛擬世界的計算機仿真系統，其構建的虛擬世界具有極強的仿真效果。虛擬現實技術是一個十分具有挑戰性的交互技術，目前在科學研究領域的運用逐漸廣泛。當前，在軍事、醫學、影視等領域中，虛擬現實技術逐漸成為了一個重要技術，并且虛擬現實技術在教育領域的發展逐漸深入。虛擬現實技術主要由虛物實化、實物虛化、計算機處理高性能技術三個方面組成。其中，實物虛化指的就是通過現實世界來映射出一個多維的信息化空間。在虛擬現實技術中，關鍵的技術主要包括模型構建、聲音定位、視覺與空間跟蹤等等。這些關鍵技術的運用，能夠使虛擬現實技術所構成的虛擬世界更加具有真實性，使得用戶能夠對虛擬環境進行操作和檢測。

2虛擬現實技術特征

虛擬現實技術憑借其獨有的特征，在教育領域獲得了較大的發展。其中，虛擬現實技術的主要特征包括：其一，虛擬現實技術具有沉浸性。該技術通過運用計算機來構建出一個虛擬環境，讓用戶能夠參與到這種虛擬環境之中，并獲得與真實世界一樣的各類感覺和感知，為用戶營造出了一種身臨其境之感。其二，虛擬現實技術有著較強的交互性。在計算機為用戶構建的虛擬環境之中用戶能夠自己來操控虛擬的物體，并且在虛擬物體上獲得一定反饋。其三，虛擬現實技術具有較強的想象力，為用戶提供了一定的想象空間。虛擬現實技術不僅能夠運用構建虛擬環境來模擬一個現實的世界，還能夠運用相關技術來模擬出一個不存在的環境。其四，虛擬現實技術具有多感知性。通常來看，計算機能夠讓用戶獲得視覺、聽覺這兩種感覺，但是虛擬現實技術不僅能夠讓用戶獲得視覺和聽覺，還能夠給用戶提供觸覺甚至是味覺等感覺，因此實現了多重感知性。

虛擬現實是一門集合了人和信息的科學。虛擬現實技術的核心是由三維交互式計算機所生成的一個環境。這些計算機生成的環境可以是真實存在的，也可以是想象出的模擬世界的模型，其主要的目的是通過人工合成，來表示其中的一些信息。隨著虛擬現實技術的出現，一些復雜或是抽象系統的概念可以通過將其系統內部的各個子部件，以某種方式來進行表示，讓其擁有確切的含義從而形成了一個較為完整的概念。

3虛擬教學的重要性

在虛擬教學的研究中，教師可以利用虛擬現實技術，且應用仿真模擬等新型的教學方式來進行教學，教學媒體十分逼近客觀事實，并且在教學的過程中能夠得到廣泛的運用，通過運用虛擬現實技術能夠讓學生觀察到事物的現象和本質所在，同時了解事物運動的規律，以及事物時間的聯系與作用。基于虛擬現實技術的教學活動，能夠促進學生各個感官作用的發揮，讓學生能夠更加具體和完整的接收到學習資源和信息，從而更加深入的了解和掌握相關知識，從而更好的掌握專業技能。因此，在虛擬現實技術的逐步發展之下，虛擬教學成為了教育領域中一個巨大的有利轉變與改革。

虛擬教學是教育技術實現高度現代化發展的具體反映，虛擬教學是在信息化社會環境下，人們利用技術優勢所創造出的一種高水平且高效益、能夠體現出個性化的教學模式和手段。在傳統的教學模式中，需要依靠教師的語言、文字和神情等單一的手段來影響學生個人的情感，幫助學生掌握知識。但是，隨著科學技術的不斷進步，這一傳統的教學模式難以適應現代化社會的發展，由此，一種基于多媒體技術的新教學手段隨之出現，并獲得了廣泛運用。虛擬教學是教育實現高度技術化的一個突出體現，虛擬教學能夠促進學生的知識結構、認知結構、情感結構的不斷完善發展，同時也能夠推動學生身心結構的調整，因此可以說虛擬教學對于教育領域的發展具有不可替代的重要意義。

4基于虛擬現實技術的多媒體教學系統設計策略

4.13DSMAX建模技術制作虛擬場景

虛擬現實系統的一個重要的表現方案就是通過使用三維動畫軟件建立一個徹底虛擬的數字環境來要有效的模擬某一個教育的場景。而3DSMAX軟件可以結束動畫、建模、原料及環境效果等制作。其不僅建模效果非常強大，而且工作流形式也非常便捷，界面友好而且簡單操作等特點使其成為虛擬現實技術中的主流軟件，其實現的效果甚至能夠以假亂真。

4.2全景相機拍攝制作720度全景視頻及全景拼接技術

虛擬現實系統的另一個體現方案是運用全景相機拍照實景畫面并拼合制作全景圖以及全景視頻，用戶在網頁或是虛擬現實載體上能夠全景閱讀到真實的畫面。現在，世界市場上呈現了不少的全景拍照設備，Google公司、PanoPro公司以及3DVista公司均推出了自己的一次成像設備，能夠在0.1秒捕獲360度的景物，而后來誕生的GoPro公司推出的全景VR相機則能夠720度無死角全景拍照周圍景物。本文運用GoPro六頭全景相機同步拍照六段視頻畫面，選用GPU拼接技術，運用商用拼接軟件KolorAutopanoVideoPro完成模板，GPU高速處理圖畫最高能夠處理到8K，可兼容暴風影音等多種渠道，完美支持各種常用頭盔。

4.3交互影像系統軟件Unity3D實現虛擬現實互動

作為一款能夠實現跨平臺開發的3D游戲引擎，Unity3D不僅具有綜合編譯以及資源導入的功能，而且其還有DX11圖形動力和實時渲染等顯著特點，從而使得其應用的范圍逐漸的擴大到了工業、設計甚至軍事等諸多的領域。通過Unity3D當做虛擬現實開發平臺，能夠有效的呈現VR虛擬現實系統全景。在該系統中，其使用了C#語言、DX11延時渲染框架技術以及Unity3D開發平臺，通過與全景視頻采集設備相結合對系統予以有效的開發，最終實現虛擬現實教學系統的展示以及互動。

4.4虛擬現實影像展示平臺

現在虛擬現實技術展現的渠道具有高渲染性功能的PC機，能夠經過VR播映軟件以及網頁進行有效的閱讀。此外智能手機中的VR播映APP也是比較便宜的虛擬現實展現渠道。比較專業及主流的影像穿戴設備是虛擬現實頭盔，以及配套的遙控手柄與手套。依據用戶的需要以及沉浸方法的不同，可供用戶能夠選擇不同的設備來進入虛擬的世界。其中最佳沉浸式體會的虛擬互動設備要數虛擬現實頭盔。用戶佩戴上虛擬現實頭盔以后，在視覺上可以實現720度全方位觀看虛擬現實場景，經過耳機、手套以及遙控器等設備的輸入和輸出，能夠同步聽覺、觸覺等其他感知體系，使用戶感同身受，并能夠有效的對虛擬環境做出交互的動作指令。

總之，虛擬實際技術的多媒體教育體系開創了創造性思維的研究的大門。強烈的立體感、感同身受的體會以及虛擬互動的可操作演示性，虛擬實際技能已經成為非常實用以及便于學習的多媒體教育模式。學習者能夠經過虛擬實際頭盔或者網頁親自體會到非常逼真的教育環境，更能夠隨意調控視頻播映的進展，隨意放大或縮小以及任意角度的觀察，關于常識的學習能夠更為深化的研究，這些都是虛擬實際技能給現代教育帶來的巨大優勢。

參考文獻：

[1]芻議VR虛擬現實技術[J].陳超良.電子技術與軟件工程.2016（16）.

[2]虛擬現實技術在醫學中的發展與應用研究[J].伍毅強.中國新通信.2016（12）.