田 楊,董 娜,申艷星,曲倩倩,史文君

（西北農(nóng)林科技大學(xué)外語系,咸陽,712100）

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及3D技術(shù)在課件中的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足人們?nèi)S空間的需求，人們希望在課件中出現(xiàn)一個(gè)交互的、動(dòng)態(tài)的、三維的、逼真的教學(xué)場景，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。本文討論了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的在教學(xué)課件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在為虛擬技術(shù)的在教育中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是上世紀(jì)90年代初初步崛起的一種實(shí)用高新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)簡稱為VR，它是由電腦的軟件和硬件模擬生成的一個(gè)虛擬世界，并且這個(gè)虛擬世界是一個(gè)三度空間，可以對聽覺、視覺、觸覺等進(jìn)行模擬，可以展現(xiàn)和再現(xiàn)、模擬現(xiàn)實(shí)世界存在的或者是不存在的、功能上的、物理上的事物以及環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成了多種技術(shù)的最新發(fā)展結(jié)果，這些技術(shù)包括計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)，它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的一種高技術(shù)模擬系統(tǒng)，具有多感知性、浸沒感、交互性和構(gòu)想性等特性。

到目前為止，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，這些領(lǐng)域包括訓(xùn)練、仿真、教學(xué)、遙控操作、娛樂、摸擬預(yù)測等，發(fā)展前景十分廣闊。虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)要依托三維工具，目前優(yōu)秀的三維制作工具有很多，它們?yōu)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供貼圖控制、紋理貼圖、全景圖生成、各種空間扭曲和變形等技術(shù)的支持。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互性的特點(diǎn)，采用該技術(shù)可以形成虛擬環(huán)境，進(jìn)行人機(jī)交互，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，這是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人機(jī)交互的優(yōu)勢所在。用戶通過界面和虛擬現(xiàn)實(shí)中的對象進(jìn)行交互，并且獲得與交互對象的視覺、聽覺等。界面系統(tǒng)包括大屏幕顯示、頭盔顯示、三維聲音發(fā)生器、語言的轉(zhuǎn)入和輸出、觸角反饋裝置等，虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)由硬件、軟件兩部分構(gòu)成。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。軟件系統(tǒng)包括仿真管理器、應(yīng)用軟件、虛擬世界數(shù)據(jù)庫等。由圖1可知，虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件系統(tǒng)包括三維位置傳感器、頭盔跟蹤與顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維聲音發(fā)生器、力反饋裝置，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備有三維音響輸出裝置、頭盔顯示器、力反饋、定臣裝置、觸覺反饋等，其硬件系統(tǒng)的核心是高性能的計(jì)算機(jī)。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)綜合了多種技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)為：系統(tǒng)集成技術(shù)（語音識別與合成技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)等）；高精度快速的三維跟蹤技術(shù)；動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)（非接觸式視覺建模技術(shù)、實(shí)際環(huán)境三維數(shù)據(jù)獲取方法等）；限時(shí)實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫技術(shù)；立體顯示和傳感技術(shù)（數(shù)據(jù)手套、頭盔式三維立體顯示器、力覺和觸覺傳感器技術(shù)的研究）。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件的設(shè)計(jì)制作

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)課件的制作流程

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在課件制作中的應(yīng)用也很廣泛，通過這項(xiàng)技術(shù)制作的課件，其教學(xué)效果較好，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。采用該項(xiàng)技術(shù)制作課件，其步驟簡單可分為三步：第一，使用三維建模軟件3DMAX、AUTO-CAD、MAYA、RHINO等專業(yè)軟件構(gòu)建好模型；第二，將構(gòu)建好的模型導(dǎo)入到虛擬現(xiàn)實(shí)引擎中，然后設(shè)定骨骼、架設(shè)攝像機(jī)和燈光、設(shè)定動(dòng)作、賦予材質(zhì)等，完成虛擬現(xiàn)實(shí)模塊的制作；第三，使用VRML、OpenGL、Cult3D等軟件進(jìn)行的編寫，生成課件所需要的格式。這樣就完成了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多媒體課件的制作，其課件的制作流程如圖2所示。

圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)課件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的課件開發(fā)技術(shù)

到目前為止，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的課件開發(fā)技術(shù)主要有五種，分別為基于Open GL和VC++技術(shù)、VRML技術(shù)、現(xiàn)有造型軟件和虛擬交互控制軟件的結(jié)合、Flash技術(shù)、通過Solid Works軟件的三維造型裝配功能。

第一種， 基于Open GL和VC++技術(shù)。Open GL即Open Graphics Library是一個(gè)三維圖形軟件的接口，性能十分卓越，通過它用戶創(chuàng)建出的三維圖形質(zhì)量高。OpenGL還有七大功能包括變換、建模、光照與材質(zhì)設(shè)置、顏色模式設(shè)置、紋理映射、圖像增強(qiáng)、雙緩存動(dòng)畫位圖顯示。它為開發(fā)虛擬環(huán)境提供了有力支持。VC++是一種可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它運(yùn)行于Windows上，是Windows系統(tǒng)平臺(tái)編程的最佳選擇。

第二種，VRML技術(shù)。VRML即Virtual Reality Modeling Language，它是虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言，是HTML的3D模擬，是互聯(lián)網(wǎng)上描述3D圖形的標(biāo)準(zhǔn)格式。通過VRML創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實(shí)世界十分逼真。

第三種，成熟的造型軟件如3D MAX和虛擬交互控制軟件如Cult3d的使用試驗(yàn)。這種方法是先用專業(yè)的建模軟件如3D MAX等來建模，然后通過虛擬交互控制軟件Cult3d或WEB3D等制作可交互的場景，最后進(jìn)行合成。

第四種，它的交互是通過Flash平臺(tái)運(yùn)用一些的編程實(shí)現(xiàn)的，采用事件機(jī)制虛擬設(shè)備實(shí)體的屬性判斷、獲取以及設(shè)置采用事件機(jī)制，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的實(shí)現(xiàn)，是通過為操作動(dòng)作按鈕設(shè)計(jì)不同的事件沖突和全局變量響應(yīng)鼠標(biāo)事件。

第五種，它是通過Solid Works軟件的三維造型和裝配功能，構(gòu)建模型，將它另存為eDrawings格式，對選項(xiàng)“確定可測量此e-Drawings文件”進(jìn)行激活，這樣就可以在任何一臺(tái)裝有Windows系統(tǒng)的PC機(jī)上面，自由地旋轉(zhuǎn)、播放、放大三維動(dòng)畫效果等。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在英語教學(xué)課件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

由于英語的學(xué)習(xí)比較枯燥，知識點(diǎn)多而亂，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。以虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Cult3D為例講述制作三維英語教學(xué)課件的過程。首先使用三維制作軟件3ds Max，制作需要演示的如英語對話的場景模型；完成英語情景對話模型制作完成之后，就可以輸出為虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的可編輯文件。在安裝了Cult3D輸出插件以后，3ds Max可輸出一種*.C3D的文件，Cult3D可以打開這種文件并對其進(jìn)行編輯，加入各種交互功能，如用鼠標(biāo)環(huán)游場景、點(diǎn)擊物體產(chǎn)生動(dòng)畫的功能、交互改變產(chǎn)品顏色的功能等。交互功能設(shè)置完成后，Cult3D輸出的文件為一種*.CO的文件，系統(tǒng)安裝Cult3D Axtive控件后，這種文件就可以以控件的形式，被其他的應(yīng)用軟件加載使用，比如常用的制作課件軟件Dreamverwe、Powerpoint等，嵌入到相應(yīng)的文件中就可以使用，然后在上課的時(shí)候，可以通過相應(yīng)的軟件來展示文件中設(shè)置對象的三維效果?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的英語教學(xué)課件，學(xué)生如同置身于一個(gè)由語音、文字、音像所組成的三維空間中，可以從語句、詞匯、語篇進(jìn)行相對直觀地教學(xué)，吸引學(xué)生的注意力，大量的直觀、動(dòng)態(tài)、有聲的英語語課件可以直接將語言符號和相應(yīng)的場景信息傳遞給學(xué)生，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加的豐富具體，突破英語知識的難點(diǎn)，加深學(xué)生理解。

[1]陳浩磊,鄒湘軍,陳燕,陳燕,劉天湖.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J].中國科技論文在線,2011,01:1-5+14.

[2]王金崗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育,2011,23:76-80.

[3]李廣財(cái).大學(xué)英語教學(xué)課件制作的互文性思考[J].教育與職業(yè),2011,26:106-107.