◆何瑾 趙玉英 姜興華

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術是利用計算機對現(xiàn)實世界和現(xiàn)實環(huán)境進行高度模仿的仿真技術，其構建的虛擬學習情境可以為學習者提供一種身臨其境的體會。本文以虛擬現(xiàn)實技術為支撐，以Virtools為開發(fā)工具，結合高中立體幾何課程，從三維角色設計入手，以交互方式進行教學設計和教學資源開發(fā)，使立體幾何課程中抽象的知識形象化、直觀化。學習者通過控制三維角色進行學習和自測練習，使學習更加具有主動性和趣味性，收到良好的教學效果。

2 Virtools簡介

Virtools是一款三維交互式軟件設計工具。利用Virtools能設計出應用于不同方面的三維產品，如三維游戲、建筑設計、數(shù)字圖書館、教育培訓等。對已有的三維模型，可以通過Virtools實現(xiàn)多種交互功能。

圖1 虛擬情境教學設計模式

3 基于Virtools的虛擬教學設計

教學設計模式 本文以空間立體幾何中的旋轉體為核心，綜合分析學習者的學習特征，圍繞各種幾何體，進行虛擬情境下的教學設計。教學設計模式如圖1所示。

教學設計案例 以空間立體幾何的旋轉體中的球體為例，介紹虛擬資源開發(fā)的教學設計和教學過程。

1）教學設計。教學設計如表1所示。

2）教學過程。以球體為例，根據(jù)教學設計和教學情境的設置，其教學過程如表2所示。

表1 球體的教學設計

4 基于Virtools的虛擬教學資源開發(fā)

表2 球體的教學過程

利用Virtools作為主要開發(fā)工具，配合3DMax進行三維角色設計，結合高中立體幾何課程中的旋轉體部分，設計開發(fā)這部分教學內容的虛擬教學資源。開發(fā)流程圖如圖2所示。

前期工作 前期工作是虛擬教學資源開發(fā)中的重要準備階段，主要包括兩個方面的工作。

圖2 虛擬教學資源開發(fā)流程圖

1）素材搜集和處理。通過網(wǎng)絡和各種參考資料，搜集與空間立體幾何相關的教學資源，素材類型可以是文本、圖形、圖像、動畫、視頻等。

2）場景策劃。為了使學習者能夠輕松利用虛擬教學資源進行學習，設置主場景和室外場景。

創(chuàng)建3D模型 按照教學需求及教學場景的設置要求，在3DMax中創(chuàng)建三維角色模型。建模過程如圖3所示。

繪制教學場景 利用Merge菜單把創(chuàng)建好的三維對象模型組合到教學場景中，并安裝3DMax Exporter.exe文件，把導出的文件命名為“教學資源名.nmo”。

交互功能實現(xiàn) 此階段是整個虛擬資源開發(fā)中的重要階段。交互功能包括七部分。

1）導入三維場景。

①在Virtools中，執(zhí)行菜單“Resources/Create New Date Resource”命令，會生成相應的文件夾和對應的.rsc庫文件。

②把各種素材文件分類存放在不同文件夾中。

③執(zhí)行菜單“Resources/Open Date Resource”命令，選擇.rsc文件，在打開的窗口中選擇相應的.nmo文件，并將其拖拽到三維編輯區(qū)。

2）真實場景模擬。

①添加場景背景圖片，添加紋理和材質。把建好的模型拖到3D Layout區(qū)。選擇BB→World Environments→Backgroud→Set Background Image；再分別單擊和，設置紋理和材質參數(shù)。

②角色控制。將角色模型拖拽到教學主場景中，學習者可以通過鍵盤控制角色。

③旋轉設置。利用Virtools自帶的旋轉功能，可以制作出模擬圓柱、圓臺、圓錐、球體等立體幾何圖形的旋轉過程。旋轉流程如圖4所示。

圖3 建模過程

圖4 旋轉流程圖

3）導航設計。本文的導航設計，是在場景中構建路標，通過攝像機的方式實現(xiàn)導航引導功能。

①攝像機導航。在場景中創(chuàng)建一個攝像機，跟隨角色的移動而移動；通過鍵盤控制角色的動作。

②場景按鈕導航。通過設置數(shù)字鍵按鈕，完成不同場景間的切換。

4）場景設計。本文把虛擬場景分為主場景和室外場景。主場景主要用于教學功能的實現(xiàn)，包括教學內容的呈現(xiàn)、測試練習等。室外場景則提供了進入主場景的學習途徑。

5）交互設計。在主場景中，利用自我檢測功能，通過測試練習鞏固所學知識；并且根據(jù)自己的練習需要可顯示對應答案和答案分析。實現(xiàn)流程圖如圖5所示。

6）輔助設計。

圖5 交互功能實現(xiàn)流程圖

①場景恢復。為防止學生在三維虛擬場景中迷失航向，首先要設置RestoreIC，儲存初始學習狀態(tài)，這樣可以使學生恢復到起始狀態(tài)，重新開始學習。

②課外資源鏈接。在Virtools中還可以通過對三維場景和二維頁面的鏈接設置，添加豐富的課外學習資源。

7）輸出虛擬場景。最后通過Create Web Page，將虛擬學習場景生成vmo和html文件，并且把vmo嵌入到html中，最終以網(wǎng)頁的形式發(fā)布?！?/p>

[1]趙玉英.基于虛擬情境的教學資源的開發(fā)與實踐[D].石家莊:河北師范大學,2012.

[2]曾令菊.基于Virtools的三維虛擬實驗的研究與實現(xiàn)[D].武漢:華中師范大學,2011.

[3]徐之路.基于Virtools的虛擬圖書館的設計與開發(fā)[D].上海:華東師范大學,2011.

[4]趙守凱,張金剛,段紅娟.基于Virtools的虛擬校園漫游系統(tǒng)實現(xiàn)技術[J].微型機與應用,2014(23):89-91.