VRML在网络教学中的应用研究

2022-09-10

随着以Internet为核心的网络技术的发展, 逐渐形成了包括校园在内的基于网络的现代远程教育、网络学校以及网络支持的合作学习等多样化的网络教学新形式。网络教学作为一种全新的教学形式越来越受到人们的青睐。

网络教学是指在信息化环境下, 按照一定的原则运用网络技术而实施的教育活动, 网络教学采用多元化教学形式, 通过多媒体技术来传递文本、图形、声音、动画及视频信息, 将真实世界与虚拟现实相结合。网络教学有自身的优势, 比如教学资源丰富, 交互性强, 教学时空的开放性和灵活性。

虚拟现实技术是利用三维生成技、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术以及高分辨显示技术等高新技术, 生成三维逼真的虚拟环境[1]。由于它可以使人产生一种身临其境的近乎真实的感觉, 而且人与虚拟环境之间可进行多种交互作用, 非常适合在网络教学中广泛应用。

VRML (Virtual Reality Modeling Language) 是在虚拟现实发展过程中脱颖而出并被广泛应用的虚拟现实建模语言[2]。它的特点[3]主要有:

(1) 语法简单, 易懂, 编辑操作操作方便。

(2) 能创建三维造型与场景, 可以嵌入Java、Java Script等程序, 交互能力比较强大。

(3) 具有强大的网络功能, 文件容量小, 适宜网络传输, 易于创建立体网页与网站。

(4) 具有多媒体功能, 方便加入声音、图像、动画等多媒体效果。

(5) 具有人工智能功能, 可以利用各种传感器结点来实现人与虚拟场景之间的智能交互。

本文基于VRML, 设计实现了一个虚拟的数码相机, 可在摄影实验等网络教学中广泛使用。

1 设计实现的关键技术

要实现的虚拟数码相机具有的功能是……, 因此, 我们需要建立场景和模型, 并逐步实现其中的交互功能。

1.1 构建虚拟场景和模型的关键技术

构建虚拟场景时, 利用VRML 2.0提供的造型技术, 实行程序的优化和组合, 利用内联技术 (Inline) 来减小文件的长度;利用原型构造技术 (P T P T O和E X T E R N P R O T O) 来创造扩展结点, 结合3 D建模的组合性和缩放性, 减少了代码的重复编写;对与结构相同和类似的模型, 采用D E F和U S E来重用场景以避免进行重复的设计工作。虚拟场景的源代码部分如下:

以上主要是设置了背景, 包括天空和地面的颜色及其分布。虚拟的数码相机模型的源代码部分如下:

以上主要是规定了模型的比例, 位置, 以及它的子模型之一的闪光灯L E D模型。这里详细地从材质, 几何形状、位置和比例等属性描述闪光灯L E D的模型。

1.2 虚拟现实交互的实现技术

虚拟现实的交互技术是它最具有吸引力的一个特点。利用V R M L编写的程序, 主要是根据二类结点和一种语句来实现它的交互功能:第一类结点是检测器 (Sensor) 结点, 包括七种情况, 这些结点能感知程序运行时的变化, 使浏览者能操作空间的造型进行移动、点击和拖动等。另一类节点是插补器 (Interpolator) 节点, 共有六种情形。它们可以在程序的运行过程中改变物体的各种状态, 如颜色, 位置和尺寸大小等。路径 (Route) 语句是感知造型状态的各种变化, 并把这些变化传给其他节点, 以使其他造型发生相应的改变。由此构建出虚拟现实的人机交互功能。使用路径的方式其一是利用Java, JavaScript或VrmlScript等编程语言创建Script节点以实现虚拟场景中节点之间的数据传送, 从而大大扩展了VRML的功能;其一是利用Time Sensor, Touch Sensor节点和CylinderSensor节点, Sphere Sebsor节点Plane Sensor节点相结合, 创建基于鼠标点击和拖动的实时交互。图2是用户安装存储卡而与虚拟数码相机进行交互的一个界面, 用户通过点击存储卡盖可以使其打开, 并将存储卡放入其中。

虚拟的数码相机中加入了闪光灯, 现实中是否使用闪光灯, 会对拍摄后的画面产生较大的影响, 我们可以通过调用不同的图片在场景中实现这样的效果。

2 结语

网络教学有着丰富的教学资源, 而虚拟现实技术特别是V R M L技术使网络教学更加逼近“真实”, 尤其是在人机交互功能上。本文基于V R M L设计的虚拟数码相机就能够完成一定的网络教学功能, 基本得到了预期的效果。

摘要:网络教学随着Internet为核心的网络技术的发展而迅速成为了深受欢迎的教学形式, 而虚拟现实特别是VRML编程技术可以大大提高网络教学的可交互性, 本文以一种虚拟数码相机为例, 阐述VRML如何在网络教学中应用。

关键词:网络教学,虚拟现实,VRML,交互

参考文献

[1] 刘振华.虚拟现实技术在教育领域的应用研究[J].滨州职业学院学报, 2006, 3 (3) :38.

[2] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].高等教育出版社.2004:40.

[3] 胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社.2005:193.