VR技術在多媒體課件制作中的應用探究

張芳芳 劉儀輝

摘 要：虛擬現實（VR）技術具有良好的交互性、沉浸性、情境性，在情境中主動互動的建構主義學習理念，強調真實情境。VR技術通過三維建模和虛擬現實引擎創建逼真的多媒體教學課件，為教師帶來全新的教學展示方式，為學生帶去生動有趣的課堂體驗，讓學習變得簡單，快樂、高效。

關鍵詞：虛擬現實;VR;多媒體課件;設計制作

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.016

本文著錄格式：張芳芳，劉儀輝.VR技術在多媒體課件制作中的應用探究[J].軟件，2021，42（02）：054-056

Research on the Application of VR Technology in the Making of Multimedia Courseware

ZHANG Fangfang1， LIU Yihui2

（1.Nanchang Automobile Mechanical and Electrical School， Nanchang? Jiangxi? 330043;

2.Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine College of Humanities， Nanchang? Jiangxi? 330004）

【Abstract】：Virtual reality （VR） technology has good interactivity， immersion， situational， active interaction in the context of constructivism learning concept， emphasizing the real situation. VR technology creates realistic multimedia courseware through 3D modeling and virtual reality engine， it can bring teachers a new way of teaching display， bring students a lively and interesting classroom experience， and make learning simple， happy and efficient.

【Key words】：virtual reality;VR;multimedia courseware;design and production

0 引言

隨著“互聯網+教育”的進一步發展，近年來虛擬現實技術發展迅速，信息技術與教學實踐的融合走向深入，在提升學校信息化建設水平、實踐實訓室建設、虛擬仿真教學、支撐各層次實踐實訓高質量發展，VR技術將在多媒體課件制作中發揮更大的作用。當前教育傳統教學手段依然占據著課堂教學的統治地位，學生仍然游離于真正的學習過程之外。尤其是在計算機網絡專業的實訓課程中，學生沒有參與感，導致沒有學習興趣，對知識的掌握不深不牢，對知識的理解還停留在淺層的背誦或記憶，還沒發揮教師的主導性和學生的主體性，尤其是學生的學習與生活、知識與能力與問題解決都還存在著很大的距離[1]。

虛擬現實（VR）技術作為提高實踐實訓環節教學質量的重要手段，它是計算機生成一種模擬環境，學生沉浸在計算機模擬的真實情境中，通過體感設備或者穿戴設備，將計算機產生的各種輸出信號轉化為學生能夠通過視覺、聽覺、觸覺、動覺等感受到的現象。VR創建的這些模擬情境可以是真切的實訓設備，也可以是通過三維模型構造出來的看不見的事物。VR虛擬現實是一項可以創建虛擬空間，并與之產生互動體驗的計算機仿真技術，隨著VR技術的不斷優化、改善，其在教育領域的應用也越發廣泛，通過穿戴特殊的輸入或輸出電子設備，學生與虛擬世界中的物體進行真實自然的互動，進而獲得幾乎與真實世界相同的感受。

1 理論支撐

1.1 建構主義學習理論

建構主義理論認為，學生不是空著腦袋進教室的，因此教師要充分利用學生的原有知識經驗，發揮學生的能動性，自己建構新的知識。建構主義強調社會文化對學習的重要作用，學生的學習通常是通過與學習共同體的互動協作完成的。實踐才能出真知，動手才有感悟，參與才會進步。因此，學生的學習一定要與社會生產生活聯系在一起，通過參與情境化的社會互動構建學生自己的知識結構。建構主義強調在模擬真實情境中的會話、協作、探究的學習過程與VR技術在多媒體課件制作的功能非常契合，通過虛擬現實技術為學習者打造一個虛擬的網絡運行學習環境，不僅將抽象的網絡設備與網絡搭建知識轉化成生動逼真的三維畫面，還能不斷促進學生的學習，提高學生的學習興趣。讓學生自主學習，主動進行有意義地知識建構。

1.2 情境學習理論

情境學習理論強調，學習應當在知識所產生及應用的真實情境中去開展。知識的本源應該是來源于真實情境，例如自然環境、社會文化情境、實踐活動中。一方面，同樣的知識內容在不同的情境中將可能有不同的意義，因此知識的學習不能脫離其應用情境。另一方面，猶如木工、泥工、廚師等職業一樣，技能的學習一定要在真實的現場工作情境中才能通過不斷練習達到熟練掌握的程度，技能的學習離不開它所運用的情境。

2 VR課件設計與制作過程

2.1 軟件準備

（1）動畫軟件方面，現在可以制作動畫的軟件有很多，傳統的動畫都是Flash制作的，一般逐幀的動畫都要選擇Flash動畫軟件才能完成，對基本原畫繪制，素材的原則在Flash軟件中進行比較方便。After Eftec是當前流行的MG動畫常用的制作軟件，對mg視頻剪輯和設計都有很大幫助，讓動畫視覺炫酷效果明顯，用AE軟件制作出來的動漫更加流暢。3DS MAX是現在比較流行的三維動畫制作軟件，一些影視動漫都是利用這個軟件，當前動畫公司制作三維動畫軟件最流行的核心軟件主要對動畫場景來渲染。（2）圖形圖像處理軟件是被廣泛應用于平面設計、影視后期制作等領域的軟件。如Photoshop、Illustrator、Flash、Matlab、Coreldraw等。Photoshop功能強大，基于圖層、蒙版、通道等技術設計者可以輕松地合成、截取、創造各種圖像等。Photoshop支撐多種圖畫格局，多種色彩形式，提供了強壯的挑選圖畫規模的功能，提供了近百種的濾鏡。其最新的內容識別技術可幫助用戶更加精準的完成圖片編輯，CS6版本還為用戶提供了一些新的選擇工具和全新的軟件UI，用戶可完全擺脫代碼的束縛而創造屬于自己的HTML5標準網頁。另外，AutoCAD也是一款常用的計算機輔助設計軟件，在繪圖、文檔設計、基礎三維設計等方面具有強大的功能，設計者使用的門檻也較低。（3）音頻的處理工具，Adobe Audition是一款功能強大、效果出色的多軌錄音和音頻處理軟件。主要用于對MIDI信號的處理加工，它具有聲音錄制、混音合成、編輯特效等功能。WavePad Audio Editor適用于Windows和Mac的音頻和音樂編輯器。它允許用戶錄制并編輯音樂、錄音和其他聲音。作為一個編輯器，用戶可以在其中剪切、復制、粘貼、刪除、插入、靜音和自動修剪錄音，然后在VST插件和免費音頻庫的支持下添加增強、歸一化、均衡器、包絡線、混響、回聲、倒放等效果。（4）視頻編輯工具可以實現視頻的剪切、裁剪、分割、旋轉，添加字幕、配樂、特效等功能。軟件的圖層管理可以分別對貼圖、音效、字幕、疊層進行管理。當前較為主流的視頻編輯工具有適合小規模視頻剪輯的Movie Maker、適用于Windows的ivsEdits LE、操作簡單的迅捷視頻剪輯和360快剪輯軟件等。360快剪輯該軟件可以幫助用戶直接在網頁上錄制、編輯視頻，其功能十分強大，快速剪輯、快速上傳。

2.2 三維建模

三維建模指的是使用軟件來創建三維對象或形狀的數學表示形式的過程。創建的對象稱為三維模型，這些三維模型可用于各種行業。影視、建筑、施工、產品開發、科學和教育行業均在使用三維模型進行可視化、仿真和渲染圖形設計。教師在日常教學設計中要完成三維建模，需要對VR場景及渲染、VR表現設計、VR三維技術、VR互動設計等知識有一個基本的了解和掌握。建模時應注意：一是所有模型的初始坐標設置在原點，模型的軸心設置在物體中心。二是模型要命名規范，不能重名，模型名稱最好使用英文和數字命名，否則在Unity 3D中的會出現一些問題[2]。在三維建模設計中，需要明確學習者通過虛擬現實的學習，掌握哪些知識，學會哪些技能，讓學習者帶著問題進入虛擬現實的多媒體課件中進行學習;同時，還應該設置必要性的回顧性環節，將學習者在虛擬環境中的學習、交互過程能夠以一定的形式在教學總結中進行再現[3]。

2.3 虛擬實現引擎

建立三維模型之后接下來就是集成三維模型，設計者根據教學的實際需要搭建虛擬場景。例如在網絡信息安全專業的實訓教學中，要搭建的虛擬場景包括模擬真實的中心機房、網絡防御設備、路由器、交換機、各類接口、綜合布線的線路等。然后按照各種網絡設備具體的操作要求，開發添加學生與三維模型的交互過程。對于普通開發者來說，開發需要耗費巨大的精力與資源，而第三方虛擬現實引擎有著使用成本低，插件齊全、兼容性好等優勢[4]。Unity3D是一軟3D游戲引擎，其具備跨平臺發布、高效能優化、高性價比等特點。Unity擁有方便靈活的編輯器、友好的開發環境、豐富的工具套件，支持多種模型格式。Unity3D通過C#代碼和材料材質為用戶提供三維視頻、建筑可視化、實時三維動畫功能并且新的渲染技術可讓畫面品質達到影視級別。Unity3D可以直接在圖形網絡中創建并連接節點，然后進行設計或調試著色器，免于編寫代碼，并且這個過程中的每一步都可以預覽。

以計算機局域網搭建為例，前期利用3DS MAX軟件完成實驗機房、交換機、路由器、設備機柜、線路等三維模型建立好后，需要將這些三維模型資源導入到Unity3D所創建的項目中，以進一步實現三維模型的建構。在新建項目時要注意選定“3D”選項。在完成模型導入后，設計者還需要創建一個場景，通過主菜單File下的新建場景菜單New Scene創建一個新的場景，在主菜單Assets的子菜單中選擇Import Package，然后選擇Characters，導入Asset。最后導入模型開發相應的腳本程序，實現人機交互。通常制作一個VR多媒體課件需要用到三維圖形建模技術、模型的驅動技術、聲音圖像的合成技術、視點感應和視覺跟蹤技術等，多技術的共同作用下方能產生身臨其境的“沉浸”感。

2.4 合成多媒體課件

虛擬現實技術擁有多種應用手段，主要包括由計算機制作生成的動態或靜態的三維模擬環境應用于各類課件制作、利用軟硬件進行虛擬網絡設備實驗教學、利用虛擬植入技術進行教學信息的替換和植入、通過CAVE結構顯示中高分辨虛擬場景展示現場沉浸式實景效果等。VR多媒體課件的制作需要虛擬現實引擎的支持，尤其是在輸出的場景和發布的文件格式方面，不同的虛擬現實引擎可以生成導出不同的文件格式。在教學應用方面，場景發布文件格式主要采用以插件輸出的場景格式和Web版的場景格式。合成多媒體課件時要十分關注VR技術的交互性、沉浸性、臨場感。

2.5 VR課件技術發展趨勢

職業教育提質擴容的發展趨勢下，隨著VR技術的成熟與普及，利用VR技術在多媒體課件制作將越來越普遍。目前，一些高新技術企業已經研發出類似VR教學一體機設備。教師作為教學設計者和資源開發者，不需寫程序，只要有創意，所想即所得。設備融合了虛擬現實（VR）與增強現實（AR）、三維動畫、實時渲染等多種專利技術。不需代碼編譯，支持多平臺發布，開發、展示一站式體驗。教師只需要把一些抽象或者三維的模型、系統導入所創建的項目中。通過事件定義演繹方式和觸發方式，將來可以便捷地一鍵輸出到VR頭盔、CAVE系統、全息設備等VR呈現平臺上進行展現。將來更多的教學VR設備將加入眼球追蹤、面部追蹤和心率傳感功能，可實現注視點渲染、生物識別、支持表情追蹤的虛擬頭像效果，功能更加強大。在課堂上，教師就可以在虛擬的三維環境中向學生講解課程知識點，大大提高了教學效率與學生的認知效果。在汽車機電專業領域，工程師可以將各種制作好的汽車部件、機電設備等產品原型導入到軟件中，并加入一些交互觸發功能，一鍵輸出到各種VR呈現平臺。教師可以在三維可視化的環境下對各種機械結構設計進行論證，并可以通過手柄對需要修改的地方進行標注，甚至直接實時修改。在傳統教學受到場地、器材、天氣等客觀條件限制的情況下，VR教育能夠突破這些限制。讓學生能夠身臨其境，這樣可讓老師節省備課時間;讓難點教學點直觀化;提升課堂教學效率！與此同時，VR多媒體課件的制作也存在一些問題，比如技術與教學之間存在巨大的鴻溝，造成虛擬現實技術遲遲不能較完善的運用于教學實踐上[5]。

3 結語

未來VR技術會帶來全新的教學展示方式，為學生帶去生動有趣的課堂體驗。VR技術制作的多媒體課件將突破傳統PPT課堂教學的局限，創設生動、交互、趣味生動的沉浸式課堂，讓學習變得簡單，快樂，高效。隨著VR技術的持續發展和完善應用，在教育領域將會越來越多地呈現出以VR為主要教學方式的課程，基于VR技術的課堂將成為未來教育的新形式。

參考文獻

[1] 張建武，孔紅菊.虛擬現實技術在實踐實訓教學中的應用[J].電化教育研究，2010（4）：109-112.

[2] 朱安慶，胡安超.基于Unity 3D的船舶制造虛擬仿真教學系統構建[J].實驗室研究與探索，2018（6）：117-120.

[3] 李亮，朱津津，祝凌宇.虛擬現實與移動增強現實復合性教學環境設計[J].中國電化教育，2019（5）：98-105.

[4] 王巍.基于VR技術的教學課件的制作方法研究[J].長春大學學報，2020（2）：24-27.

[5] 劉勉，張際平.虛擬現實視域下的未來課堂教學模式研究[J].中國電化教育，2018（5）：30-37.