寓教于乐：用虚拟现实技术促进生物教育【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述计算机科学与技术寓教于乐用虚拟现实技术促进生物教育摘要游戏早已被用来作为一种工具，从理念建设到解决问题，被作为教学的重要题材。通过有趣的学习，学生可进一步发展他们学习的好奇心和兴趣。通过玩来学习是获取知识和技能的自然方法之一。随着信息通信技术的进步，人们日益认识到教学游戏程序是一个基础学习的有效工具。我们正在发展虚拟现实增强生命科学学习上的教学游戏程序技术。特别是，虚拟现实的立体视角被应用在生产三维的如临其境的可视化效果上；虚拟现实运动跟踪是用来加强建模的工作的；并且虚拟现实交互也被整合到游戏接口中。关键词虚拟生物分子；寓教于乐；卡通动画；虚拟生物分子虚拟现实极限游戏有助于分子

2、生物学的学习，能激发学生们分子生物学学习上的参与性与能动性。在生物学教育上，直观教具面临的一个主要的问题就是将题材的重要性和学生的学习兴趣连接起来的能力。在虚拟现实游戏中采用的方法是处理这个问题的一种尝试。通过创建一个游戏环境，指引学生从这个游戏相关联的一直贯穿到重要的蛋白质结构。随着游戏设备的纳入，在学习过程中，玩家可以和虚拟生物分子世界有更好的相互作用。学生们可以用无风险的方式来重复地玩这个游戏，只要他们愿意，无论玩多少次都可以。生物模型基本上是一个计算引擎，主要关注的是蛋白质结构的建立和字符/头像设计。曲线曲面的非均匀有理B样条技术应用在蛋白质的支柱结构的建模上34。包括棍和球还有空间填

3、充的不一样的渲染模式在蛋白质结构建模中进行了实施。对于游戏而言，蛋白质的支柱被映射到游戏场所。采用物理建模技术设计不同的人物或头像。通常，这些虚拟玩家可以身临其境地使用任何关键帧或动画骨架技术。多传感器运动跟踪系统可以用来实时地捕获全身运动。一个16个传感器离岸价的动作捕捉系统是用在此研究，并加上玛雅软件提供的一个有效和高效的三维动画建模解决方案。在许多游戏场景中，碰撞检测起着至关重要的作用。为了加快检测过程，GPU技术可应用在配合特别设计的类似BSP等的数据结构上35。此外，动态声音建模也发展到模拟对应一个特定的位置和游戏速度的物理声音的变化的程度。特别是，蛋白质氨基酸和二级结构的信息被映射

4、到生成一种在蛋白质游戏中成立的蛋白质音乐。寓教于乐在动物世界里，通过玩来发展幼小动物的捕食能力是至关重要的。显然，对于人来说，玩也是一种人们学习的天然方式，特别是小孩4,57。对小孩来说，沟通的方式很少，所以他们一般把玩当作自我表达和社会行为的主要技术。人类的玩耍是一种充满趣味的自发性的活动。通过玩耍，游戏者参与到模拟现实的行为中。尽管它是一种非常古老并且传统的方法，在教育界，“玩中学”模式仍在全面和系统的探索中。部分原因是缺乏有效的技术支持以及教育者不够注重10。随着近年来计算机科学与技术的进步，人们越来越意识到寓教于乐是基本学习的一种技术。目前，计算机游戏已经成为儿童文化的一部分11。基于

5、游戏的有趣的学习软件，传统的沉闷的教学大纲可以放在更生动有趣的方式中来实施1214。麻省理工大学和微软正在共同地开发“游戏到教学”的项目，旨在概念地给下一代建立原型，这个原型是数学、科学、工程、人类学和社会科学上的互动的教育娱乐15。一个好的游戏设计来自于好的内容，绘图，颜色，动画制作以及音效。他们提供了游戏的感觉，而感觉则为用户创造了现实主义。计算机仿真技术1618在游戏设计与开发中提供了一个重要的角色，用来对从商业到外科手术的各种应用进行学习1921。作为一项新兴技术，虚拟现实在设计、工程、手术规划与治疗、军事训练、飞行仿真等方面都有许多应用2225。虚拟现实是计算机整合系统，使用户能创造

6、、想象并且和虚拟世界相互作用。通过立体的和可触的接口，它也会使用户沉浸在虚拟现实环境中。卡通动画传统二维动画人物有显著的表现。为了加强对人物的艺术影响和传授他们自己的个性，动画师常常风格化这些角色的外表。这种风格化可能随着时间、取景方向，他们的情绪或他们的姿势改变如此的角色的外表。这种风格化也被应用到三维动画人物中。运用传统的二维方法到三维模拟中在动画师的部分要求相当的技术和努力工作。例如，在二维中画另一个姿势来改变一个角色的外观是相对简单的，但是在三维中改变一个角色的姿势是非常困难的。已被控制/操作的外观和参数的具体数字是巨大的。有人可能会尝试利用现有的动画和建模工具来修改三维对象，通过选择

7、关键帧去匹配二维草图。这种方法是乏味的，而且可能非常昂贵。我们的目标是建立一个系统，去连接传统二维动画和三维角色动画的丰富的风格化。该系统旨在当将二维动画转变到三维动画人物，减少动画所担负的负担。我们提出了一个系统，通过提供以输入的机制为基础的草图，充分利用了传统的技能培训和动画师的直觉。我们为动画提供了注入视点相关风格化技术。视点相关的风格化允许动画师使角色自动响应视图中的方向变化。通常视点相关的几何RAD99技术允许这种风格化，然而，这里的视点相关模型的创建相当得麻烦。我们介绍了一个系统，它提供了一个更直观、更好的方法来表现视点相关的变形。对这种技术的主要缺点之一是，在视点相关模型创建过程

8、中，用户要求的大量的人工干预。KKB02提出一个方法来自动地实现视点相关模型建立的某些方面。但是，该视图对齐和变形的建模技术使用的非常简陋和不直观。我们的系统允许的关键观点和看法，依赖模型的创建自动恢复。我们扩展技术，让骨骼变形，相对于潜在的骨骼变形运用网格变形。这使我们能够将正常的（即非视点相关）动画与视点相关的动画融合在一起。总结我们呈现了我们在用游戏的方法用虚拟现实增强生物分子教育的工作。三维建模，立体可视化和游戏自然互动在我们教育游戏程序解决方案里整合在一起。我们能够虚拟现实的生物的教育游戏程序的解决方案有身临其境，费用低廉，可扩展的特点。分子生物学的学习可能受益于虚拟现实的教育游戏程

9、序的解决方案，这就是希望，能激发学生学习生命科学的参与性和积极性。参考文献1CREYNOLDSFLOCKS,HERDS,ANDSCHOOLSVIRTUALREALITYBASEDBIOMOLECULAREDUCATIONCCOMPUTERGRAPHICSPROCEEDINGSOFACMSIGGRAPH87ACMPRESS，ACMSIGGRAPH19872CREYNOLDSAMETHODOFCARTOONANIMATIONCGAMEDEVELOPERSCONFERENCE20003彭翠芳，郭克希，尹望吾计算机三维动画技术发展研究湖南电力，2002，22（3），11144王德才，杨关胜，孙玉萍DIRECTX3D图形与动画设计M第一版，人民邮电出版社，200755DAVIDMBOURG,GLENNSEEMANN游戏开发中的人工智能东南大学出版社，2006，57796JOHNDAVIDFUNGE著班晓娟，艾迪译人工智能在计算机游戏和动画中的应用M，清华大学出版社200457ANDREWKIRMSE编著沙鹰等译游戏编程精粹4M人民邮电出版社，20059