基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 作工具（IIAT）和四個知識/數據庫。以“學”為中心的教學設計理論正是順應建構主義學習環境的上述要求而提出來的，因而很自然地，建構主義的學習理論就成為以“學”為中心的教學設計的理論基礎[1]。在傳統的課堂講授中，由于不能提供實際情境所具有的生動性、豐富性，因而將使學習者對知識的意義建構發生困難。在這一過程中學生不僅能得到教師的幫助與支持，而且學生之間也可以相互協作和支持?，F在由于把媒體的選擇、使用與控制的權力交給了學生，這種設計就完全沒有必要了。但是，在當前建構主義學習環境的教學設計中，往往看不到教學目標分析這類字眼，“教學目標”被“意義建構”所取代，似乎在建構主義學習環境下完全沒有必要進行教學目標分析。這些情景包括以下幾個要素：⑴ 運用多種知識的表示形式；⑵ 將抽象的概念融于具體實例之中；⑶ 將復雜知識的概念間的網狀聯系表示出來；⑷ 強調知識的聚合而不是重復性記憶；⑸ 較早地引入概念的復雜性與學科領域的復雜性；3）情景認知理論情景認知理論（Situated Cognition Theory，SCT）認為認知過程基本上是建立在活動情景之中的。事實上，虛擬實現技術不僅僅是指那些戴著頭盔和手套的技術，而且還應該包括一切與之有關的具有自然模擬、逼真體驗的技術與方法。這種沉浸感的意義在于可以使用戶集中注意力。交互和沉浸是任何虛擬現實經歷的兩個實質性的特征，因此，根據虛擬現實應用的不同，即沉浸的程度，它可以分成不同的類別。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個手控輸入設備，如鼠標，追蹤球等，坐在監視器前，通過計算機屏幕觀察360度范圍內的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者并沒有完全投入，因為它仍然會受到周圍現實環境的干擾。它利用頭盔式顯示器或其它設備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身在虛擬環境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。這種類型虛擬現實典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數據，從而可集中精力盯著敵人的飛機和導航偏差。在這一過程中學生不僅能得到教師的幫助與支持，而且學生之間也可以相互協作和支持。教育是一個傳授知識的過程，通過親身經歷能加速這一過程和鞏固所傳授的知識，為此而設計的很多方法中，虛擬現實技術是最有效的，虛擬現實技術有著不可替代的、令人鼓舞的應用前景，因為它允許學生與現有的各種信息發生交互作用，學生可以在仿真過程中經歷不同的時間和空間、可以與各種仿真物體接觸、還可以與虛擬境界的各個部分接觸。利用該系統，實習者可以感受由計算機仿真產生的各種傷病員的危險癥狀，可從系統中選擇某種操作規程對當前的傷病情況進行處理，并可立即看到這種處理所產生的后果。這些昂貴的設備是普通單位難以企及的。 數字化（掃描）224。1978年，MIT的媒體實驗開發了一個稱為Aspen Movie Map的項目，首次利用了實景，通過開車穿行ASPEN這個小城市的街道，四架攝像機同時拍攝了四個方位的照片，將這些照片連接起來，然后裝入到模擬的視盤中，并在每個街道的路口加入了分支的交互手段。它把環繞一若干張邊緣稍有重疊的照片圖象，利用軟件將它們粘結在一起，組合成一張無平滑的360度全景圖象，它通過超文本系統HyperCard來制作熱點，將不同視點的全景圖象進行連接。目前，國外對于基于靜態圖像的虛擬現實技術QuickTime VR的應用還僅僅停留在游戲開發領域和風景介紹領域。四、QuickTime VR技術開發與研究的技術基礎1．QuickTime基礎QuickTime是蘋果公司提供的系統級代碼的壓縮包，它擁有C和Pascal的編程界面，更高級的軟件可以用它來控制時基信號。隨后的每個原子都包含在其中并且包含數據和其它原子。這些數據索引組成了軌道的媒體結構。應用已存在的組件可以創建新的組件。為了控制影片的時間維，QuickTime定義了時間坐標系統，使影片和媒體的數據結構都使用共同的現實時間系統。每個媒體結構都有自己的時間尺度。圖 QuickTime播放影片① 影片工具箱應用軟件通過調用在影片工具箱中的函數來實現QuickTime的功能。QuickTime影片中包含的一系列圖象，需要許多倍這樣的空間。(1)數據處理器：包括有影片控制器組件、圖象壓縮組件、圖象轉換組件、視頻數字化組件、數據交換組件、聲音處理組件、效果轉換組件、預覽組件等。在觀察時。用戶可以在全景中在360度的范圍內任意切換視線，也可以在一個視線上改變視角，來取得接近或遠離的效果。①造型特點三維復雜模型的實時建模與動態顯示是飛行模擬、實時動態仿真及虛擬現實等技術的基礎。因此，需要具有較強計算能力和圖形功能的工作站，而這有時是辦不到的。每旋轉一定的角度，便攝入一幅圖像，并將其存儲在計算機中。為了解決圖像鑲嵌技術中只能在原圖像攝取點進行漫游這一問題，可以在不同圖像之間進行插值或在不同視圖之間進行插值，以生成新的視圖的方法。在某一個角度進行觀察時，用戶可實現放大或縮小觀察效果，類似于攝像機的推拉鏡頭，也類似于觀察者觀察視點向前或向后移的效果。QuickTime VR提供了觀察場景的正確透視，使用戶有身臨其境左右環視的感覺，又可以使用戶可以在場景中從各個角度觀察一個真實物體，從而提供了最大限度的VR體驗。與傳統虛擬現實技術的比較：QuickTime VR不需要特殊的硬件和附屬設備，在普通的PC機或Macintosh機上即可實現虛擬現實的效果。3）物體電影播放器：物體電影文件不同與一般的視頻文件，它有自己獨特的文件格式，因此我們需要有一個專門的功能模塊對它進行實時播放。將它應用于教學并取得良好的教學效果，我們還必須借助于其他傳統的多媒體來彌補它的不足，例如：圖像、聲音、文本、視頻等。7）瀏覽器插件：目前，市場流行的各種瀏覽器還不能直接支持QTVR文件的播放。QuickTime VR影片播放軟件的開發，它分為兩個部分，首先開發一個獨立的QuickTime VR影片播放軟件，包括全景電影播放器和物體電影播放器。電影的過度是否平滑關系到能不能有效地將QuickTime VR技術運用到教學過程中去。 Carl Argila，《Case Studies in Object Oriented Analysis amp。John ，《VRML資源手冊》， 電子工業出版社，1996年； 29. Wilf Lalonde amp。尋求一種方法，使得QuickTime VR電影之間的熱點跳變變得平滑。目前這一階段的工件已經基本完成。6）課件預攬器：本系統的全稱是基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統。實時地構造一個虛擬的全景信息空間，在這個虛擬現實信息空間中，學習者可以根據自己對學習內容的不同掌握程度，在這個虛擬的現實空間中進行探索，選擇自己感興趣的學習內容。　基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統的邏輯結構圖各部份的主要功能分別是：1）腳本編輯器：它是一個圖形化的編輯系統，用于設置各個多媒體元素之間的超連接關系，并據此生成復雜網絡課件的拓撲圖。制作簡單：相對于其它虛擬現實技術而言，QuickTime VR的制作相對簡單，的制作周期比較短，制作的可控制性也很強。兼容性好：QuickTime VR場景可運行于普通微機，無需運行于高速工作站。這些問題都是QuickTime VR所需進一步研究的方向。這種三維空間，只能在所設定的觀察點的位置上對三維場景進行漫游。對于這樣復雜的三維模型，再逐個物體、逐個面片地進行繪制是也是沒有必要的。首先，在計算機中建立起三維幾何模型，一般均用多邊形表示。在QuickTime VR場景中，用戶可以在很多全景圖象或對象電影中漫游，可以以從全景圖象到全景圖象、從全景圖象到對象電影、從對象電影到對象電影、從對象電影到全景圖象等多種他們愿意的方式來漫游。QuickTime VR是在下列核心概念的基礎之上組成的。QuickTime VR屬于桌面虛擬現實的一種。大多數情形下，通過調用影片工具箱函數或顯示壓縮圖象來避開直接調用圖象壓縮管理器。影片工具箱也提供了編輯影片的函數。每個動畫圖象都有屬性，這些屬性用來描述某個時刻圖象的位置和外表。也就是26時間尺度是每秒中包含26個時間單位或者每個時間單位是1/26秒。組件管理器使你可以定義和登記組件并可以通過使用一個標準的界面來和組件進行聯系。許多QuickTime服務，例如壓縮和解壓都是組件來提供的。QuickTime影片可以按同樣的方法構建，但它不需要這樣做：QuickTime影片可以由取自不同來源的數據流組成，例如模擬視頻、存在CDROM上的靜止圖象和MIDI音樂。它可以使任何應用程序中都充滿各種各樣的媒體。將基于靜態圖像的虛擬現實技術應用于教學的研究還剛剛開始，尤其是在教學軟件中直接使用基于實景照片的QuickTime VR技術。QuickTime VR的寫作工具運行在Macintosh微機上。1991年，Apple公司的人機接口實驗組(ATG)建立了一個基于實景的成象環境，(Navigable Movie)，接口稱為航行電影播放機(Player)，通過他們用戶能進人虛擬空間。因此利用本課件寫作系統開發的多媒體教學軟件，還可以通過Internet網絡向全世界發布。它在技術上有它自己獨特的特色，它在三個方面優于普通意義上的虛擬現實技術：首先，在環境要求上，普通意義上的虛擬現實技術需要特殊的專用設備，如頭盔式顯示器、數據手套、高性能的圖形工作站等，價格昂貴難以普及，而本系統對硬件沒有特殊要求，在普通微機上便可實現虛擬現實環境，它的成本極低，能夠得到廣泛的應用。北卡羅萊納大學的科學家們研制了一種可以讓用戶用手操縱分子運動的虛擬現實系統，用戶戴上頭盔并通過數據手套進行控制，可以使分子按某種方式結合在一起，這種不僅在教學上很有效，而且在科研上也有重大價值，因為按新方式結合在一起的分子結構很可能成為治療某種疾病的新藥或工業上所需的特殊材料。在物理課上，學生可以參與一種科學可視化，使得他（她）可以在一個虛擬境界內去發現各個物理定律；在文學課上，學生可以接受虛擬的莎士比亞的拜訪，而且，這位虛擬的莎士比亞可以親自對他講解他的話劇。情景認知理論（Situated Cognition Theory，SCT）認為認知過程基本上是建立在活動情景之中的。SIMNET由坦克仿真器(Cab類型的)通過網絡連接而成，用于部隊的聯合訓練。投影式虛擬現實系統：它可以讓參與者從一個屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象，為此，使用中電視技術中的“鍵控”的技術，參與者站在某一純色（通常為蘭色）背景下，架在參與者前面的攝像機捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數據傳送給后臺處理的計算機，計算機將參與者的形象與純色背景分開，換成一個虛擬空間，與計算機相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一起投射到參與者觀看的屏幕上，這樣，參與者就可以看到他自己在虛擬空間中的活動情況。VRML的最大特點在于利用文本描述三維空間，大大減少了在Internet網上傳輸的數據量，從而使得需要大量數據的虛擬現實得以在Internet網上實現。例如，受資金限制裝備不上最先進的硬件設備，或是硬件本身性能達不到要求，這樣系統的計算速度、交互手段可能要受到影響，此時只能從軟件上著手彌補缺陷，產生了許多基于軟件的技術，例如基于靜態圖像的虛擬現實系統、虛擬仿真等。實時性是非常重要的，如果在交互時存在較大的延遲，與人的心理經驗不一致，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。從概念上講，任何一個虛擬現實系統都可以用三個“I”來描述其特性[18]，這就是“沉浸（Immersion）”、“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”，如下圖所示：虛擬現實的基本特征這三個“I”反映了虛擬現實系統的關鍵特性，就是系統與人的充分交互，它強調人在虛擬現實環境中的主導作用。二、虛擬現實技術綜述1．虛擬現實及其基本特征虛擬現實（簡稱VR：Virtual Reality），又稱臨境技術，是最近幾年得到迅速發展的技術?？梢?，對當前所學內容不加區分、一律要求對其完成“意義建構”(即達到較深刻的理解與掌握)是不適當的。通過教學目標分析可以確定所需的教學內容；教學目標還是檢查最終教學效果和進行教學評估的依據。⑸ 強調利用各種信息資源來支持“學”(而非支持“教”)[1]為了支持學習者的主動探索和完成意義建構，在學習過程中要為學習者提供各種信息資源(包括各種類型的教學媒體和教學資料)。在這樣的群體中，共同批判地考察各種理論、觀點、信仰和假說；進行協商和辯論，先內部協商(即和自身爭辯到底哪一種觀點正確)，然后再相互協商(即對當前問題擺出各自的看法、論據及有關材料并對別人的觀點作出分析和評論)。但是在個別化的學習中，按這種理論設計的教學系統中學生的主動性、積極性往往受到一定的限制，難以充分體現學生的認知主體作用。課程構建包括設置預定學習者的特征，設定學習目標，選擇教學內容，形成課件結構，決定教學序列。Java是一種支持Internet網上編程的獨立于平臺的程序設計語言，它能夠充分利用分布在網上的學習環境，具有良好的跨平臺性、面向對象性，而且簡單易學。③積件管理系統積件是由教師和學生根據教學需要自己組合多媒體教學信息資源的教學軟件系統。國外一些通用的多媒體集成工具在價格、功能等方面與國內的課件開發需求還有很大的差距。程序設計語言有較強的計算功能、邏輯判斷、圖形和字