WebGL在線三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開發(fā)模式探索

韋維

[摘 要] 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用現(xiàn)代數(shù)字媒體技術(shù)服務(wù)教學(xué)、提高教學(xué)效果的重要技術(shù)手段。采用網(wǎng)頁與網(wǎng)絡(luò)數(shù)字媒體技術(shù)的在線三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，能夠充分發(fā)揮移動數(shù)字媒體的便捷性、交互性和社交性等優(yōu)勢，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享化、開放化。WebGL是在線三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的核心技術(shù)，隨著近年來大量的JS三維交互引擎、在線制作平臺的出現(xiàn)，極大地降低了設(shè)計(jì)和開發(fā)難度，甚至可實(shí)現(xiàn)免編程的可視化交互設(shè)計(jì)，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)提供了豐富的技術(shù)工具。

[關(guān)鍵詞] WebGL;虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);在線教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2019年度廣西藝術(shù)學(xué)院高等教育改革工程立項(xiàng)項(xiàng)目“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在傳媒類專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究”（2019JGY49）

[作者簡介] 韋 維（1981—），男（壯族），廣西柳州人，藝術(shù)學(xué)碩士，廣西藝術(shù)學(xué)院影視與傳媒學(xué)院廣告學(xué)系助理研究員，主要從事互動廣告、數(shù)字媒體技術(shù)研究。

[中圖分類號] C229.29 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）26-0108-04 ? [收稿日期] 2021-03-23

2017年以來，教育部大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，在中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018-2022年）》文件中，要求加快推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新發(fā)展，開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等建設(shè)。2020年11月3日，教育部發(fā)表《新文科建設(shè)宣言》，提出要積極推動人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與文科專業(yè)的深度融合，積極發(fā)展文科類新興專業(yè)，推動原有文科專業(yè)改造升級，實(shí)現(xiàn)文科與理工農(nóng)醫(yī)的深度交叉融合，打造文科“金專”，不斷優(yōu)化文科專業(yè)結(jié)構(gòu)，引領(lǐng)和帶動文科專業(yè)建設(shè)整體水平的提升。2021年全國兩會前夕，民革中央向全國政協(xié)十三屆四次會議提交了《關(guān)于升級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好服務(wù)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的提案》。因此，把虛擬仿真技術(shù)有效地融入教學(xué)活動，既符合國家堅(jiān)定文化自信的發(fā)展策略，也是教育改革和創(chuàng)新的重要內(nèi)容。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是指綜合各種數(shù)字多媒體、信息網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等當(dāng)今各種先進(jìn)的媒體技術(shù)來服務(wù)教學(xué)活動的一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式。2002年，美國新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMC）主導(dǎo)的“地平線研究項(xiàng)目”預(yù)測和描述了對教育教學(xué)產(chǎn)生重要影響的新興、主流和最有前景的教育信息化技術(shù)及其發(fā)展趨勢。其按年度、分系列發(fā)布的《國際教育信息化地平線報(bào)告》被視為教育信息化建設(shè)與發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，備受世界各國教育界的關(guān)注[1]。2016年前后，多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備投入商用，相關(guān)硬件設(shè)備及技術(shù)落地，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來的沉浸式體驗(yàn)給虛擬仿真教學(xué)帶來了新的可能，也伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的熱潮讓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教育得到更多的重視和發(fā)展。

WebGL（Web Graphics Library）是網(wǎng)頁構(gòu)建語言Html（HyperText Markup Language）相關(guān)技術(shù)體系中負(fù)責(zé)高性能圖形渲染的接口，為網(wǎng)頁提供直接調(diào)用顯卡（GPU）進(jìn)行復(fù)雜圖形渲染的指令通道，從而提高網(wǎng)頁的圖形渲染效果和性能，是基于Html技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線三維交互內(nèi)容的核心技術(shù)。隨著具有較高兼容性的Html 5.0和WebGL 2.0的出現(xiàn)，以及移動媒體硬件性能的提高，以手機(jī)、平板為主的移動媒體也能夠進(jìn)行一定的三維圖像渲染，給在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)帶來了可能。

一、在線三維虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行岣呓虒W(xué)質(zhì)量，要發(fā)揮好網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、全景影像等新興媒體表現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢，通過立體視覺、三維空間、人機(jī)交互等方式，提供超越以往的沉浸式認(rèn)知和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。沉浸式體驗(yàn)的學(xué)習(xí)方式能夠讓教學(xué)內(nèi)容從抽象的理論知識和課本中走出來，以具象、動態(tài)、多視角的方式與學(xué)生互動，從而提高學(xué)習(xí)效果。目前，常見的提高沉浸式體驗(yàn)的單項(xiàng)技術(shù)有雙目視覺、全景視覺、三維渲染、三維交互、體感交互等。虛擬現(xiàn)實(shí)就是大量地綜合運(yùn)用了這些技術(shù)，能夠帶來較完整和自然的沉浸式體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然比沉浸式體驗(yàn)效果較好，但是發(fā)展到大眾實(shí)用階段還有一段距離，價(jià)格、軟件和硬件都有一定的要求和限制，通常只能在固定的場所使用。這導(dǎo)致其不適用于對內(nèi)容分享和傳播有較高要求的領(lǐng)域，如新聞傳播、廣告活動等，也不適合一些需要通過線上分享形式傳播的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如果一條以新聞為內(nèi)容的虛擬仿真作品在觀看時(shí)還需要佩戴沉重的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡、下載安裝指定的應(yīng)用程序才能看到，那么就很難讓這條新聞信息傳播到大眾當(dāng)中。采用WebGL技術(shù)來創(chuàng)作和開發(fā)的在線三維虛擬仿真作品，可以像傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)頁面那樣，通過手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備方便快捷地分享給其他用戶。雖然WebGL目前的視覺表現(xiàn)力遠(yuǎn)比不上原生的App或本地程序，但是其利于信息傳播的諸多特性非常適用于對畫面渲染質(zhì)量要求不高的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.跨平臺、跨設(shè)備。Html5與WebGL都是構(gòu)建網(wǎng)頁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由于其相對以往標(biāo)準(zhǔn)具有更先進(jìn)性和兼容性，受到各大平臺的支持，能夠順利在Windows、蘋果、Linux跨系統(tǒng)訪問，同時(shí)支持桌面電腦、手機(jī)、平板等多平臺訪問，既方便實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的使用，也方便項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

2.便于分享和傳播。使用WebGL設(shè)計(jì)與開發(fā)的虛擬仿真內(nèi)容，在使用時(shí)不需要額外地安裝軟件，也不需要安裝復(fù)雜的硬件設(shè)備，直接打開網(wǎng)站頁面或者分享的鏈接即可使用。實(shí)驗(yàn)參與者也可隨時(shí)分享給別人，二次分享傳播非常方便，也很容易地遷移到微信小程序、小游戲的分享平臺中，利用社交軟件進(jìn)行傳播。

3.便于教學(xué)評估和評價(jià)。由于H5本身就是一種網(wǎng)頁設(shè)計(jì)語言，能夠發(fā)揮網(wǎng)站服務(wù)器的優(yōu)勢，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析平臺、人工智能等技術(shù)手段進(jìn)行教學(xué)效果的評估和評價(jià)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不再是一個(gè)個(gè)彼此獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)單元，而是一個(gè)可以進(jìn)行大規(guī)模并行實(shí)驗(yàn)的“實(shí)驗(yàn)云”。