1、1基于虚拟现实技术的多媒体教室使用培训系统的开发摘要：多媒体教室是学校实现多媒体教学的平台，对教师使用多媒体教室进行专业指导很有必要。虚拟现实技术的多媒体教室使用培训系统可以有效解决实地培训系统中的弊端，提高培训质量。该系统利用 3D Max 模拟真实的多媒体教室，导入 VRP 进行虚拟交互的制作，发布输出后教师便可以随时随地在线学习。 关键词：虚拟现实多媒体教室培训系统交互设计 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-2117（2014）12-00-03 1前言 多媒体教学是 21 世纪教育教学改革的发展趋势，在教学中通过合理的选用现代教学媒体，以多种媒体信息作用于学生，图
2、文声像并茂，实现人机互动，可以达到最优化的教学效果。当下，多媒体教学设备已成为学校日常教学的必备工具。教师是多媒体教学的直接操纵者，教师对设备功能的了解和操作的熟练程度，决定了多媒体教室发挥功效的高低。调查发现部分教师对多媒体教学设备的使用情况不理想，尤其是新任教师急需对多媒体设备的使用进行专业培训。然而传统培训过程中存在诸多问题，如参加培训人员多、时间短、学员无法亲自操作演练等，使得培训效果不理想。 2基于虚拟现实技术的多媒体教室使用培训系统可以有效地解决上述培训过程中的问题。该系统采用仿真情境体验，互动参与的学习方式，在视觉上给人一种沉浸于真实教室环境的感觉，受训教师可以自由观察、检测环境
3、变化、与虚拟环境产生交互。这种虚拟培训的方式改善了传统培训的弊端，场景逼真，易于接受，学员可以调整学习节奏随时随地在线学习。 2 虚拟现实技术在教育中的应用 虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）是由多媒体技术与仿真技术相结合而生成的一种交互式人工世界，在这个人工世界中可以创造出一种身临其境的、完全真实的感觉。VR 技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互，创建了一
4、种适人化的多维信息空间。 如今，虚拟技术已被运用到城市规划、医学、军事航天、教育、室内设计、文物古迹、三维游戏等多个领域，其在教育领域的应用和研究尤其为人们所关注。目前，虚拟现实在教育中的应用主要有虚拟现实校园、虚拟现实实验、虚拟现实角色扮演、虚拟现实技能训练等。 虚拟实验室与学习环境具有实体实验室和传统课堂所没有的优势：节省教育经费。可以有效解决因学校条件限制而无法购买实验器材的情况。利用虚拟的实验室既不耗材也不受条件限制；规避风险。虚拟3实验环境中，学生可以放心地去做一些具有危险性的实验。例如，虚拟化学实验，可以避免化学反应所产生的的燃烧、爆炸等潜在危险；交互性好。学习者可以采用多种交互手
5、段如语言、手势、数据手套及触觉等与虚拟环境交流信息，并得到实时反馈；可重复性。学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。 3虚拟培训系统的设计 3.1场景设计 建构主义学习理论指出，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构意义的情境，并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。因此多媒体教室场景的设计非常重要。 本案例通过对比不同类型的多媒体教室，参照国外多媒体教室风格，把场景分为三个区域，教学区、讨论区、休息区（如图 1 所示） 。教学区类似于传统教室，包含黑板、讲台、控制台、电子白板、学生桌椅，该区域用来培训教师如何使用多媒体控制台和电子白板等设备。讨论区包含各种形状
6、的桌椅，桌椅可以随意拼接，给学生提供一个轻松愉悦的氛围。休息区包含饮水机、打印机、书架、交互式电子白板。该区域给学生提供了一个自由的休息空间。讨论区、休息区是对未来教室的设想，教学应该是以学生为中心的，因此在教学环境的设计上更应该注重学生活动的便利性。 图 1 3.2 VRP 交互设计 （1）导航图设计 4在 VR 场景中漫游时,学习者需要知道自己漫游到场景中什么位置，有时还需要随时变换位置对场景进行适时浏览。这就需要借助一个实时导航来帮助学习者找到自己想要到的地方。本系统中，通过点击界面左边的“显示或隐藏导航图”按钮，来控制导航图的显示与隐藏。导航图中箭头的方向就是游览者所面对的方向。如图
7、2 所示。 （2）多媒体控制台功能面板的设计 本系统中多媒体控制台的功能按钮以二维界面的形式显示在屏幕上，通过单击屏幕左面“显示或隐藏面板”来调出二维的多媒体控制台上功能按钮面板。学习者可以通过鼠标单击来模拟真实教室中多媒体控制台的使用，实现系统开启、投影仪开启、幕布下降、窗帘下降等操作。如图 2 所示。 图 2 （3）动画漫游设计 浏览者可以通过点击“整体漫游”或者“自主漫游”来切换对场景的漫游方式。 “整体漫游”是对整个场景进行 360 度环绕，使学习者对整个教室场景进行游览。 “自主漫游”是以第一人称的视角对整个场景进行游览，使学习者沉浸在整个环境中。 （4）视音频交互设计 视频系统中，
8、本案例插入了多个培训视频，内容包括交互式电子白板的使用教学、多媒体课件的设计原则和技巧的教学视频。当学习者走近交互式电子白板时，可以触发讲授交互式电子白板使用方法的视频开始播放。当超出触发距离时，视频停止播放。通过学习本视频，学习者5可以进一步了解交互式电子白板的功能，进而应用于教学，提高教学质量。当鼠标点击界面左栏中 “视频教程”按钮时，会出现三节讲解多媒体课件的设计原则和技巧的视频，通过学习该视频，使学习者了解多媒体的设计原则和技巧，掌握如何根据教学对象和教学内容来设计教学课件以及制作课件时需要注意哪些事项。 音频系统中，本案例包含背景音乐和解说语音两部分。学习者可以根据自己的喜好来控制背
9、景音乐的播放、停止和音量大小。语音解说主要是讲解电子白板的使用以及多媒体使用原则和技巧的配音。 4虚拟多媒体教室交互系统的具体实现及关键技术 4.1实现流程、使用的工具以及每个流程中的主要工作（如下表所示） 4.2制作模型时应注意模型面数和个数的优化 （1）模型面数的优化：在保持模型基本形状的同时，尽可能地减少模型段数；在保持基本浏览效果的同时，多使用面片建模代替实体三维模型，如植物、窗帘、门等用面片模型代替实体三维模型仍然能保持基本浏览效果；删除在浏览展示中看不到的面，如底面、模型之间相交面。（2）模型个数的优化：在 3D Max 中需要将相同材质的模型附加，合并为一个模型。因为模型个数的多
10、少不仅影响场景烘焙时的速度而且影响 VRP 启动速度快慢。 4.3贴图的制作 需要手动展开 UV 坐标时，要把使用相同贴图的 UV 面块叠放到一起；6需要突出细节的部分，要尽可能地放大其 UV；不需要精细表现的部分，可以缩小其 UV；然后将它们紧凑地排列在 UV 框中，提高贴图的利用率。将 UV 坐标信息输出到 Photoshop 中绘制贴图，最终再将绘制好的贴图赋予模型。 4.4VRP 交互模块的实现 （1）导航图的实现 VRP 中有自带的抓图功能，把整个场景抓图在 Photoshop 中进行处理，将其添加到新建的导航控件中，并设置为 Alpha 透明通道。将在 Max 场景中得到世界坐标的 Y 轴最大值和最小值、X 轴的最大值和最小值，分别对应 VRP 导航图贴图坐标的上下左右值。
