基于VRML的虛擬現實技術在遠程教育中的應用

王黎 汪濤

摘要：對遠程教育中的一些現在仍然會面臨的主要問題進行簡單的分析，同時，對基于VRML它的虛擬現實技術所具有的主要特點也有所提及，把機械原理課程以及工程圖學作為案例，從中可以相對更加具體的體驗到基于VRML它的虛擬現實技術在實際應用中的真實案例，這里提到的該項技術的應用是在課程遠程教育的資源開發中的應用，最后對這項技術在遠程教育資源開發方面的關鍵的技術進行了一個介紹，其中包括了交互動畫它的實現技術和系統結構設計以及擬模型的構建方式方法。

關鍵詞：VRML；虛擬現實技術；遠程教育

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0246-02

伴隨著現在計算機技術、多媒體技術和網絡技術的高速發展，運用以網絡為基礎的遠程教育，在當今學校的教學中占據著十分重要的位置。當代遠程教育是隨著計算機網絡技術，現代信息技術的飛速發展運用而生的一種新型式的教育，這種以計算機網絡等高科技手段為載體的雙向教學形式在當代教育中扮演了十分重要的角色，占據了十分重要的地位。

1 基于VRML的虛擬現實技術簡介

美國軍方曾經研發出一項高科技電腦技術，也就是我們今天要研究的虛擬現實技術。美國運用三維圖像生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，構成了逼真的三維虛擬環境，體驗者將帶上特制的頭盔，以及數據手套等傳感設施，或者利用鍵盤鼠標等輸入設備，進入虛擬空間，進行實時交互，成為虛擬空間中的一份子。體驗者還可以從中感知和操作虛擬世界中的各種實驗對象，并從中獲取到接近于真實世界的感覺和體會。但怎樣才能在網絡環境下為學習的人們提供豐富的多媒體教學資源和有效的學習情境，是遠程教育中首要面臨的問題。傳統網絡的遠程教育平臺在其發展的過程總共受到三個原因的限制：一是處于瓶頸階段的網絡寬帶大程度的限制了教學視頻音頻的傳輸，因此導致教學效果的不理想化；二是實驗效果不理想化使學生在利用視頻進行網絡實驗學習和教師運用網絡進行實驗教學的過程中無法進行真實的現場操作；三是當前網絡教學的主要工具為動態網頁flash流媒體等網絡科技手段呈現出信息和知識點真實感不足，在真實環境的營造實時交互性等方面存在一些缺陷，不能很好地提升學生對學習的主動性和熱情。因此虛擬現實技術的出現解決了遠程教育中所存在的這些缺陷和漏洞，并提供了相應的解決方法。虛擬現實技術，具備沉浸交互和多感知這三大特點，它可以為學生們提供真實的，足夠逼真的學習環境和空間，影響學生能夠主動成為虛擬環境下學習的一名參與者，并在其互動中扮演一個角色。

與internet結合的VRML虛擬現實建模語言是一種用來描述三維交互虛擬世界的程序語言，它可以被應用在虛擬的實驗對象場景和展示模型里以及很多不同的地方。而坐在家中的用戶們僅通過瀏覽器，就可以觀賞到有VRML創建的三維虛擬現實。不再是不單單能看到二維生成的圖形或者圖像，而是真正地能夠讓人在三維的世界中進行實時移動和實時的操控。由于VRML的結構非常簡單，又十分便捷，制作成本也很低廉，基于它只是一種桌面虛擬現實，因此將其應用于遠程教育將來具備很強的應用性與可行性。

2 虛擬現實技術在遠程教育平臺中的應用途徑

首先需要構建一個VRMDEP的總體框架，然后利用分布式架構與總體框架構建采用實現模式，滿足用戶可以共同使用公共虛擬空間，并可以分成三類不同人員登錄遠程教育平臺客戶端，依據不同的身份享受不同的權限，這三類分別是教師、學生、管理員。用戶身份的三維對象可以代替用戶感受到在模擬環境中的感覺，也就是應用一個代替者的身份來呈現這些虛擬中的感受。虛擬遠程教育平臺其結構主要包含了虛擬同步教學系統、虛擬一步教學系統以及通用管理三個部分。虛擬同步教學系統與虛擬一步教學系統的區別在于虛擬同步教學系統可以共享協同虛擬環境下的學習，而虛擬一步教學系統則應用于開發以及模擬教管理通用管理模擬課程開發視頻播放網站運用空間管理等方面，兩者相互彌補。當有適當的開發環境之后并可以應用RBAC為基礎的訪問控制理論利用計算機協同理論構建起交互式模擬教室，滿足模擬空間教學的析需求與數據庫連接，從而展開內容豐富的教學。

3 虛擬同步教學系統的設計

虛擬同步教學系統是實現VRMDEP首要的功能設計，需要表現出精準而目標清晰的劃分內容，設計出簡約大方便于操作的界面和完善網站的導航組合。能為學生建立起自主學習積極學習的理想空間是虛擬同步教學系統可以做到的，不僅如此，虛擬教學系統還可以為教師構建出相對真實的有趣的教學環境，提高教學的趣味性，從而更好地引起學生學習的興趣。

虛擬同步教學系統的重點在于模擬教室、模擬實驗室@模擬工作室以及討論室等這些空間。其中在模擬教室的構建中會模擬出教室的構建以及講臺黑板門窗投影儀等見識教室中具備的所有器具，下一步教師則要采用虛擬資源展開授課，學習者進行學習需要注冊賬戶，并登錄，然后進入模擬進行學習。

虛擬同步教學系統其功能界面的作用可以分為三個方面，第一方面，達到教學調控目的：教師可以運用課程導航課件的信息庫進行安插并完成互教，進而充分科學的運用教學資源達到教學調控的目的。第二方面，設置作業處理欄，教師可通過作業處理欄向同學們，公布作業的信息和內容，同學們也可以通過這一部分上交自己的作業，教師也可以將批改過的作業通過此部分交還與學生，從而對課下作業的交流給予方便。第三方面，設置電子白板，同學們，可以通過白板向老師提出問題，老師也可以通過白板向同學們解答問題，或者提供試卷以及作業的答案，方便學生與老師的交流。

對于模擬實驗室的構造要設置出相對逼真的實驗環境，讓老師和同學們運用這些設備展開模擬實驗，其主要功能可以分為四個部分，第一部分為安插實驗導航，學生和老師們可以通過這一部分進行交流展開模擬實驗數據交互并整合實驗資源進行模擬實驗。第二部分為實驗控制臺的安插，實驗控制臺的安插可以為每一個實驗提供相應的設備、過程展示、原理講解以及自主實驗等，為教學提供便利。第三方面為實驗工具箱的設置，教師在授課時需要采用不同的實驗設備，因此，需要一個載體來承載實驗的器具。第四方面為交流討論是與模擬工作室的設置，要是需要在模擬工作室內采用不同的工具和軟件進行教學，通過軟件的操作和人性化的課件設計讓學生和教師、學生和學生之間，實現多線性在線溝通，讓同學們與教師獲得更多的交流學習發言機會。

4 虛擬異步教學系統的設計

虛擬一步教學系統的設計，具體可以分為模擬課程的開發和模擬教務的管理這兩個部分，它們的功能與傳統遠程教育當中所體現的功能基本一致。

5 總結

遠程教育平臺是一個急需發展和完善的開放性平臺，也是一個多元化的教育綜合應用系統。在遠程教育平臺的設計中結合了一定的延展性、伸縮性、異構性等多項特征，挑選出適當的網絡構架及通訊協議，提升模擬場景的實時性與操作性，建設一個更為豐富立體的遠程教育綜合應用系統。

參考文獻：

[1] 田軍，孟祥娟.基于VRML模型和ASP技術虛擬漫游展廳構建的研究[J].電腦與信息技術，2017， 25（2）：4-7.

[2] 原彬，于彥，孫昂.機械制圖課程中虛擬現實技術的應用[J].高教學刊，2018（1）.

[3] 高芳.基于VRML模型的數控機床運動教學演示過程設計研究[C].2017冶金企業管理創新論壇論文集，2017.

[4]江勇.一種三維網絡GIS空間數據可視化方法的研究[J].北京測繪，2018（2）：170-174.

[5]徐東寧.基于虛擬現實技術在展示設計教學課件中的應用與研究[J].速讀旬刊，2017（9）.

【通聯編輯：唐一東】