李 巖

（銅陵學院，安徽 銅陵244061）

在創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)目標大背景下，如何切實提高數(shù)字媒體專業(yè)學生專業(yè)競爭力，創(chuàng)新能力不足的問題，需要構建符合數(shù)字媒體技術專業(yè)發(fā)展的VR開發(fā)實訓平臺，讓多學科知識交叉整合。從目前應用型本科高校虛擬現(xiàn)實專業(yè)發(fā)展狀況分析，以銅陵學院為例，2014年開設數(shù)字媒體技術專業(yè)，人才培養(yǎng)方案里為了培養(yǎng)數(shù)字媒體應用技術創(chuàng)新性人才，增加虛擬現(xiàn)實基礎課程。目前開設的基礎課程為Premiere視頻編輯、影視后期合成After Effect、建模動畫3Dmax、圖形圖像處理PS等。在圖形圖像、影視動畫方面，學生在全國大學生計算機設計大賽國賽多次獲獎，但虛擬現(xiàn)實交互類比賽卻沒有收獲，原因是虛擬現(xiàn)實專業(yè)實驗課程沒有形成完善教學體系，專業(yè)課實驗師資無業(yè)界資歷與培訓經(jīng)歷，缺乏行業(yè)培訓資料，無法跟蹤行業(yè)技術發(fā)展。業(yè)界人員又難以進入高校體系，教育與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)[1]。為了符合專業(yè)發(fā)展和虛擬現(xiàn)實行業(yè)發(fā)展，需要搭建虛擬現(xiàn)實實訓平臺，讓學生了解先進虛擬現(xiàn)實技術，實現(xiàn)多學科知識交叉整合，提升專業(yè)競爭力。

一、STEAM教育模式的構建

（一）STEAM教育理念

STEAM教育理念是喬治特.雅克曼教授[2]在2011年提出的，作為美國長期復合型人才和綜合實踐能力培養(yǎng)的教育戰(zhàn)略目標。首字母“S”代表科學（Science），“T”代表技術（Technology），“E”代表工程（Engineering），“A”代表藝術素養(yǎng)（Artistic literacy），“M”代表數(shù)學（Mathematics）[3]。STEAM教育理念的初衷是加強個別學科的教育，后來一些研究者和實踐者擴展了其內涵，STEAM教育模式是跨不同學科，以項目為基礎的教育理念，跨學科學習不只是各學科知識整合——計劃，創(chuàng)造和執(zhí)行才是STEAM教育理念的核心。它以學生為主體，運用所學學科的理論知識和相關能力去探索問題，學習性質和方式均已發(fā)生轉變。學生運用跨學科知識和技能去完成項目，在這過程中不斷發(fā)展每一位學生的實踐能力與綜合創(chuàng)新能力，STEAM教育理念是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才和復合型人才的理論依據(jù)。

（二）VR實訓課程融入STEAM理念的可行性分析

以數(shù)字媒體技術專業(yè)為例，開設影視設計類核心專業(yè)課程如數(shù)字攝影、攝像藝術、影視剪輯藝術實踐、動畫控制等，將多學科知識整合，以“項目化課程”作為數(shù)字媒體技術專業(yè)實訓內容，這符合STEAM理念，STEAM中的科學（S）可以培養(yǎng)數(shù)媒專業(yè)學生科學探究能力。技術（T）把轉場特效技術、3D建模技術、編程等多學科知識進行選擇和整合。工程（E）可以提高學生工程素養(yǎng)和實訓項目操作規(guī)范。藝術素養(yǎng)（A）能夠幫助學生提升美學素養(yǎng)，作品美術場景優(yōu)化，展示作品藝術欣賞價值。數(shù)學（M）對新工科學生來說，是基礎學科，3D建?？臻g想象力等都離不開數(shù)學知識。因此，VR實訓課程融入STEAM教育理念，以項目學習法為中心，全面提升學生的實踐能力與綜合創(chuàng)新力。

二、基于STEAM理念的VR實訓課程體系的構建

以虛擬現(xiàn)實實訓課程為載體，項目驅動為任務主體，通過學科競賽和企業(yè)實踐全面提升學生STEAM能力培養(yǎng)。實訓課程以學生完成項目為課程目標，通過參加虛擬展示類、全景漫游類、虛擬交互類等虛擬現(xiàn)實相關競賽，學生在硬件運行、作品交互功能和美術場景優(yōu)化等方面的能力將會全面提升。

圖1 VR實訓課程體系

基于STEAM理念的VR實訓課程體系的構建不是簡單的課程和軟件的疊加，而是依據(jù)專業(yè)建設方向和發(fā)展規(guī)劃由簡到難，循序漸進，VR實訓課程體系如圖1所示。

（一）unity引擎和頭盔開發(fā)

虛擬現(xiàn)實實訓課程第一年開設unity引擎和頭盔開發(fā)，配套引擎開發(fā)基礎課程和引擎開發(fā)插件課程。這些VR基礎課程需要數(shù)字媒體技術專業(yè)學生具備數(shù)字攝影、攝像藝術、影視剪輯藝術與實踐等影視設計類方向的專業(yè)課基礎，通過實訓課程學習，掌握視頻播放、語音等熱點響應、可視化交互技術。學生可以協(xié)作完成全景漫游方向的項目，比如全景校園、全景旅游等。

（二）硬件接口sdk交互開發(fā)

通過引擎開發(fā)基礎課程的學習，同時具備unity3D、3dmax等模型設計類方向的專業(yè)課基礎的學生可以深入學習硬件開發(fā)課程，實訓課程學習掌握虛擬場景構建、多媒體資源互動展示等技術，可以設計虛擬展示方向的項目，比如虛擬建筑，虛擬場館等。

（三）虛擬現(xiàn)實多平臺項目開發(fā)

虛擬現(xiàn)實實訓課程體系最高層是可視化交互項目開發(fā)課程和編程交互項目開發(fā)課程。這一類課程可以面向計算機學院有編程開發(fā)類專業(yè)課程基礎的學生，不同專業(yè)間相互協(xié)作，通過實訓課程操練，可以勝任虛擬交互方向的項目，實現(xiàn)物體旋轉展示剖切、結構拆分展示、多媒體資源展示、動畫控制等操作。

三、VR開發(fā)實訓平臺環(huán)境部署

（一）VR開發(fā)實訓平臺整體規(guī)劃方案

通過虛擬現(xiàn)實實訓課程，讓學生身臨其境地體驗實際工作操作中的各項技術技能，一方面增強學生體驗感，另一方面可以大大節(jié)省實訓成本。同時通過系統(tǒng)化信息化的實訓操作，可以按照教學任務開展實訓，教學效果更優(yōu)于實訓?；阢~陵學院數(shù)學與計算機學院實習實訓中心實驗室建設規(guī)劃和場地客觀條件，集教學與實訓一體的智慧型VR開發(fā)實訓平臺兼顧VR教學實驗室和VR開發(fā)實訓室的功能，布局規(guī)劃圖如圖2所示。

圖2 VR開發(fā)實訓平臺整體規(guī)劃

（二）VR交互實訓室各個區(qū)功能介紹

1.虛擬現(xiàn)實開發(fā)區(qū)

此區(qū)域進行VR頭盔開發(fā)實訓及實戰(zhàn)，集教學與實訓為一體，配12個點位的實時渲染工作站及虛擬現(xiàn)實眼鏡，用于VR競賽項目全景漫游類開發(fā)。

2.虛實混合體驗區(qū)

此區(qū)域實訓內容為用虛擬空間與真實人物影像合成交互，展示虛實混合媒體應用交互項目?？蛇M行硬件環(huán)境搭建、交互腳本編寫混合現(xiàn)實綠幕環(huán)境設置及調用多個內容的教學任務，并支持虛擬展示類項目開發(fā)與實戰(zhàn)。

3.光學手部捕捉體驗區(qū)

此區(qū)域實現(xiàn)光學手部動作識別交互的功能。實訓內容讓學生掌握光學手部捕捉設備使用規(guī)則，展示光學姿態(tài)識別傳感虛擬現(xiàn)實項目?？赏瓿蒐eapmotion硬件環(huán)境搭建、軟件環(huán)境配置及交互功能開發(fā)實現(xiàn)等教學任務，讓學生學會多媒體資源展示、動畫控制等

技術，用于支持虛擬交互類項目開發(fā)與實踐。4.光學全身捕捉體驗區(qū)

此區(qū)域特點為實現(xiàn)光學全身動作識別交互功能。實訓內容是讓學生學會光學全身捕捉設備使用，光學姿態(tài)識別傳感虛擬現(xiàn)實項目展示。同時配合教學任務為Kinnect硬件環(huán)境搭建、軟件環(huán)境配置及交互功能開發(fā)實現(xiàn)等，可支持虛擬交互類項目競賽。

5.無線數(shù)據(jù)手套體驗區(qū)

該區(qū)域可以實現(xiàn)無線姿態(tài)手部動作識別交互的功能。實訓內容是讓學生體驗無線數(shù)據(jù)手套，虛擬現(xiàn)實眼鏡，展示VR無線手套交互項目。學生還可以通過開發(fā)工作站學習Notiom Hi5硬件環(huán)境搭建、消磁、精度校準、軟件環(huán)境配置、交互功能開發(fā)等任務。

6.CAVE交互體驗區(qū)

CAVE是一種基于投影的沉浸式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)[4]利用高分辨率的立體投影技術和圖像處理技術，交互性好，空間大，可以滿足一對多實訓要求，用于虛擬項目作品展示。3D立體眼鏡，3D處理器硬件設備可以支持CAVE項目開發(fā)的教學任務。

7.模擬駕駛交互體驗區(qū)

此區(qū)域用于模擬駕駛交互項目展示。學生通過模擬操控器進行視覺模擬駕車體驗，同時模擬操控臺可以操作反饋控制。汽車模擬駕駛操作使用說明、硬件環(huán)境準備、場景及車輛替換教程、汽車模擬駕駛交互開發(fā)教程也可以作為實訓開發(fā)任務。

8.運動同步交互體驗區(qū)

該區(qū)域全方位跑步機可以體驗步態(tài)識別，通過虛擬現(xiàn)實眼鏡可交互體驗大場景移動。同時具備運動同步交互項目展示功能。滿足全方向運動同步跑步機硬件環(huán)境搭建、全方向運動同步跑步機軟件開發(fā)環(huán)境配置、漫游場景導入及交互開發(fā)等教學任務。

9.全景漫游拍攝設備

該區(qū)域可以進行3D全景拍攝，無人機懸掛實訓任務，完成全景交互技術概述、全景設備的認知及使用、全景視頻后期處理等教學任務，同時可進行全景數(shù)字交互項目開發(fā)。該區(qū)域也是VR影視動畫全景漫游類競賽主要實現(xiàn)平臺。

參照VR交互實訓室各區(qū)域功能規(guī)劃，所配備的設備列表如表1所示。

（三）VR實訓服務平臺

VR交互實訓平臺需要健全的管理系統(tǒng)，實驗管理員權限，包含創(chuàng)建教師學生賬號、課程資源的管理、本地軟件端訪問等。校企合作，雙方實時上傳自定義課程資源、同步查看在線問答、監(jiān)管課程進度等，具體功能如下：

表1 VR交互實訓室各區(qū)域硬件設備

1.系統(tǒng)架構：采用B/S架構的形式進行構建，支持部署到教學服務器中形成學習、練習、考試于一體的在線學習平臺；

2.系統(tǒng)頁面組成：首頁包含簡介頁課程中心、新聞咨詢、課程搜索和教學服務平臺登錄頁；教學服務平臺的課程至少包含三個專業(yè)層級和課程層；

3.訪問角色構成及權限：訪問角色包括教學管理員、教師、學生，教學管理員權限包含創(chuàng)建教師、學生賬號，教師賬號最大數(shù)量不少于100個；

4.教學資源頁面功能：至少800節(jié)課程上傳，支持圖片、視頻、文本、網(wǎng)頁鏈接、可下載文件等類型資源，同時支持關鍵字對標題的模糊搜索；

5.教學頁面功能：教師賬號下，教師頁面可以看到學生課程學習情況，評論答疑；

6.通用信息模塊：支持管理員的簡介主頁和新聞的新增、修改、刪除操作；新非登錄狀態(tài)下即可直接被查看。

四、總結

STEAM教育理念圍繞項目開發(fā)完成教與學，VR實訓課程在學期最后由企業(yè)工程師參與課程實訓，帶領學生開展案例實踐，實現(xiàn)翻轉課堂。實訓形式將學生分組，并按照企業(yè)項目開發(fā)標準明確分工。課程內容以實際項目案例開發(fā)為主，指導學生團隊選題、執(zhí)行項目開發(fā)任務，并對項目開發(fā)所遇問題進行解答，對提交的項目作品進行點評及后續(xù)優(yōu)化意見。綜上所述，本文構建的VR開發(fā)實訓平臺可以滿足我校數(shù)字媒體技術專業(yè)虛擬現(xiàn)實實訓及競賽任務。