基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)24(完整版)

　　

【正文】 符處理功能，控制靈活、代碼的執(zhí)行效率比較高，但是這種開發(fā)方式費(fèi)事費(fèi)力、開發(fā)的周期長、成本高，而且不能有效地將教學(xué)設(shè)計(jì)的思想方便地應(yīng)用于開發(fā)過程中。這種交互性是近乎實(shí)時的、而且可以利用多種渠道實(shí)現(xiàn)，比如：電子郵件，BBS，WWW，基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)，網(wǎng)上在線交談等等。如何幫助學(xué)員解決疑難問題，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，是我們遠(yuǎn)距離教育系統(tǒng)中急需解決的問題之一。國際上教育比較發(fā)達(dá)的國家，如美國，千千萬萬中學(xué)和小學(xué)都建立了校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并連接到互連網(wǎng)絡(luò)上。[關(guān)鍵詞] 教學(xué)設(shè)計(jì)、建構(gòu)主義、情景認(rèn)知、認(rèn)知靈活性、主動學(xué)習(xí)環(huán)境、QuickTime，QuickTime VR，虛擬現(xiàn)實(shí)、交互、沉浸。它不需要數(shù)據(jù)手套、頭盔式顯示器等特殊的硬件設(shè)備，它的出現(xiàn)使得以往專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中成本昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的普及和應(yīng)用有了廣闊的前景。作為信息技術(shù)基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)今信息社會建設(shè)和發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，是近年來發(fā)展最快的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。這種遠(yuǎn)距離教學(xué)模式的最大缺點(diǎn)是缺乏教學(xué)過程中的實(shí)時交互。利用遠(yuǎn)距離的高速數(shù)字通信線路，我們可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行五種典型的教學(xué)方式：雙向式授課、協(xié)作學(xué)習(xí)、個別化學(xué)習(xí)、網(wǎng)上答疑和試題庫。利用Internet進(jìn)行遠(yuǎn)距離教育的上述優(yōu)良特性，克服了傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育的局限性，它將形成一種主動的、協(xié)作的、開放的學(xué)習(xí)模式，并充分考慮雙向教學(xué)環(huán)境，采取有提問、有反饋、有交流的教學(xué)方法，既保留了傳統(tǒng)電教中的生動形象性和不受時間空間限制等優(yōu)點(diǎn)，又有相互訪問，雙向交流，學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)內(nèi)容廣泛等優(yōu)良特性，它可以適用于學(xué)校教育、成人教育、繼續(xù)教育等各類遠(yuǎn)距離教育的需要。隨著微機(jī)系統(tǒng)性能的不斷提高與多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及形象直觀的圖形用戶界面的普及，出現(xiàn)了一些優(yōu)秀的交互式多媒體著作系統(tǒng)，其中比較著名的有：Hppercard、Authorware、Director、ToolBook等，它們都能夠集成文字、圖形、聲音、動畫、視頻等多媒體信息，實(shí)現(xiàn)各種信息的超文本鏈接，對部分媒體提供可視化的編輯環(huán)境。②JBMT多媒體課件寫作工具JBMT是北大青鳥軟件公司開發(fā)的一個多媒體課件寫作工具。2）Internet環(huán)境下的寫作工具Internet的廣泛使用，極大地改變了信息資源的組織方式與傳遞形式，同時也影響了人們的工作、生活、學(xué)習(xí)方式。IIAT是個典型的網(wǎng)上課件寫作工具。⑴ 強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心[1]傳統(tǒng)的ID理論是以“教”為中心的，強(qiáng)調(diào)教師的“教”。⑶ 強(qiáng)調(diào)“協(xié)作學(xué)習(xí)”對意義建構(gòu)的關(guān)鍵作用[1]建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者與周圍環(huán)境的交互作用，對于學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解(即對知識意義的建構(gòu))起著關(guān)鍵性的作用。按照這種觀念，學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)被促進(jìn)和支持而不應(yīng)受到嚴(yán)格的控制與支配；學(xué)習(xí)環(huán)境則是一個支持和促進(jìn)學(xué)習(xí)的場所。反之，對于信息資源應(yīng)如何獲取、從哪里獲取，以及如何有效地加以利用等問題，則成為主動探索過程中迫切需要教師提供幫助的內(nèi)容。這種看法則是片面的，不應(yīng)該把二者對立起來。SCT十分重視活動的性質(zhì)和參與者在真實(shí)情景中有意義有目的的行為。它要創(chuàng)建一個酷似客觀環(huán)境又超越客觀時空、能沉浸其中又能駕馭其一的和諧人機(jī)環(huán)境，也就是由多維信息所構(gòu)成的可操縱的空間。為了達(dá)到這個目標(biāo)，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺、聽覺、觸覺，甚至味覺和嗅覺。早期的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可能只有部分虛擬現(xiàn)實(shí)的特性，例如環(huán)幕電影或立體電影。桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，因而，應(yīng)用面比較廣。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，參與虛擬體驗(yàn)者要戴上一個頭盔式顯示器，視聽覺與外界隔絕，根據(jù)應(yīng)用的不同，系統(tǒng)將提供能隨頭部轉(zhuǎn)動而隨之產(chǎn)生的立體視覺、三維空間。4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)如果多個用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和學(xué)習(xí)環(huán)境強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，不僅要求學(xué)生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者[2]；建構(gòu)主義認(rèn)為[2]，學(xué)習(xí)總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯(lián)系的，在實(shí)際情境下進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以使學(xué)習(xí)者能利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)去同化當(dāng)前學(xué)習(xí)到的新知識，從而賦予新知識以某種意義；通過“同化”與“順應(yīng)”達(dá)到對新知識意義的建構(gòu)。其科目范圍可以從歷史到科學(xué)，非常廣泛。系統(tǒng)還可以仿真各種外科手術(shù)，包括一般的開刀直至復(fù)雜的人體器官替換。如果采用360度全景攝影所獲得的素材，通過情景仿真處理并采用先進(jìn)的圖形壓縮與還原算法，完全有可能實(shí)現(xiàn)逼真度很高的虛擬現(xiàn)實(shí)情景，而且也可以交互，但卻不需要頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套、高分辨率圖形工作站等專用設(shè)備，只需要普通Pentium微機(jī)和Windows運(yùn)行環(huán)境就能實(shí)現(xiàn)，從而有可能使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走出高級研究院與大學(xué)的“象牙塔”，逐步普及到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域甚至中小學(xué)，這對我們這個經(jīng)濟(jì)還不算富裕的國家來說無疑是有重大意義的，這也是本研究的實(shí)際意義所在。 圖像縫合224。播放時，用戶可以通過觸摸屏和游戲桿來控制自己旅游的速度和去向，就象自己開車在這小城里游玩。其全景圖象在壓縮過程中被分成768*104大小的塊，存儲為標(biāo)的QuickTime MOOV文件。微軟公司出品的微軟百科全書Encarta Encyclopedia中的Virtual Tour就是應(yīng)用了基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將世界各地的名勝古跡做成全景電影，足不出戶便可以飽攬世界風(fēng)光。在QuickTime中　時基信號被叫做影片。如果一個QuickTime原子包含其它原子，就被叫做父原子，包含在其中的原子就叫做葉原子。每個軌道都包含了一個獨(dú)立的媒體結(jié)構(gòu)和一個編輯列表，編輯列表用來以時間順序安排媒體結(jié)構(gòu)。例如，你能生成一個組件來支持一種特殊的數(shù)據(jù)加密算法。時間坐標(biāo)系統(tǒng)包括一個時間尺度，這個尺度提供了在真實(shí)時間和影片中的表面時間的轉(zhuǎn)換。影片工具箱把每種媒體數(shù)據(jù)從影片的時間坐標(biāo)系統(tǒng)中映射到媒體結(jié)構(gòu)的時間坐標(biāo)系統(tǒng)。影片工具箱使應(yīng)用程序可以儲存、讀取、操縱QuickTime影片中的時基數(shù)據(jù)。圖象壓縮管理器提供了獨(dú)立于設(shè)備和驅(qū)動器的壓縮和解壓的方法，它也為實(shí)現(xiàn)外部的軟硬件圖象壓縮算法提供了一個簡單的接口。(2)媒體處理器：包括有衍生媒體處理器組件、動畫媒體處理器組件、中間媒體處理器組件等。 我們可以任意的轉(zhuǎn)動觀看，也可以改變視點(diǎn)，或是走近仔細(xì)觀看，由于這些照片是相互連接的，所以只要照片足的精細(xì)連接得緊密正確，我們就可以獲得空間的感覺。對象(Objects)：QuickTime VR的物體是和全景圖象的概念相對比的概念。目前，三維復(fù)雜模型的實(shí)時建模與動態(tài)顯示技術(shù)可以分為兩類。從另一方面來看，當(dāng)三維模型高度復(fù)雜時，每個面片所占據(jù)的屏幕象素的平均數(shù)將很少。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圖像的拼接，即將物體空間中同一點(diǎn)在相鄰圖像中對應(yīng)的象素點(diǎn)對準(zhǔn)。其基本思路是:在不同的觀察點(diǎn)取得三維場景或某一物體的多幅圖像，交互地給出或自動求出每兩幅圖像之間的對應(yīng)點(diǎn)，再用圖像插值或視圖變換的方法求出該物體對應(yīng)于其它觀察點(diǎn)的圖像。在三維空間和三維空間、三維物體和三維物體之間、三維空間和三維物體之間，可以存在超媒體鏈接，用戶利用這種超媒體鏈接，可以在它們之間進(jìn)行平滑的切換，從而置身于真實(shí)感很強(qiáng)的虛幻空間之中，這種超媒體鏈接不僅可鏈接QuickTime VR兩種基本類型的節(jié)點(diǎn)，還可以鏈接其它多媒體素材，如圖像、聲音、視頻、文字等等。數(shù)據(jù)量小：QuickTime VR采用了蘋果公司獨(dú)有的專利壓縮技術(shù)，它可以將一整張360度的全景圖片壓縮到540K以下。QuickTime VR可以應(yīng)用照片、錄象或數(shù)字圖象來創(chuàng)建虛擬環(huán)境，這就不同于靜止的CAD或GIS制作，使它較之傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著更高的真實(shí)感、更豐富的圖象和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。物體電影播放器需要處理鍵盤和鼠標(biāo)操縱信息，并根據(jù)這些操縱信息實(shí)時顯示對應(yīng)的虛擬空間。蘋果公司的QTVR寫作軟件Authoring Studio也沒有提供QTVR同其他傳統(tǒng)媒體的超連接。要將在本系統(tǒng)上開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)課件真正應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，需要一個瀏覽器插件。然后在此基礎(chǔ)上，開發(fā)一套影片播放的動態(tài)鏈接庫，以便在其它應(yīng)用程序中能夠使用QuickTime VR影片，這樣QuickTime VR影片就不再是少數(shù)幾個開發(fā)工具軟件（如 Director）所獨(dú)有的媒體素材。我們的初步設(shè)想有兩個：一是在兩個節(jié)點(diǎn)之間插入許多的中間圖片，模仿生活中電影的播放過程，在轉(zhuǎn)到下一個節(jié)點(diǎn)之前，首先通過程序播放這些中間圖片，以產(chǎn)生一種漸進(jìn)的平滑效果。 Design》，Prentice Hall Inc，199824 / 24。 2. 何克抗，《運(yùn)用新一代VR技術(shù)建立高質(zhì)量教育與培訓(xùn)系統(tǒng)的研究》，《1997年度國家自然科學(xué)基金申請書》； 3. 何克抗，《教學(xué)設(shè)計(jì)理論與方法研究評論》，中國電教協(xié)會97’學(xué)術(shù)會議大會特邀報(bào)告； 4. 汪成為等，《靈境技術(shù)的理論、實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，1996年； 5. 汪成為，《靈境技術(shù)與人機(jī)和諧仿真環(huán)境》，《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》1997年第一期； 6. 王新發(fā)，《基與教學(xué)設(shè)計(jì)的多媒體課件寫作系統(tǒng)》，1998年碩士畢業(yè)論文 7. 李錦濤等，《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論專題》，《中國計(jì)算機(jī)報(bào)》1998年1月17日； 8. 王堅(jiān)等，《虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)專題》，《計(jì)算機(jī)世界》1995年第7期； 9. 胡曉峰等，《HVS：一個基于空間時間的半現(xiàn)實(shí)模型》，《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》，1994年第12期； 10. 鐘力、胡曉峰，《基于虛擬現(xiàn)實(shí)的全景視頻技術(shù)》，《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》1996年12期； 11. 胡曉峰、李國輝，《多媒體系統(tǒng)》，人民郵電出版社，1997； 12. 胡曉峰，《仿真、多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)》，《國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)》，1994年第12期； 13. 唐澤圣，《三維復(fù)雜模型的實(shí)時動態(tài)顯示》，《計(jì)算機(jī)世界》1997年第三十一期； 14. 王沖，《QuickTime與QuickTime VR技術(shù)》，《計(jì)算機(jī)世界》1997年第五期； 15. 黃鐵軍、柳健，《虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)引》，《計(jì)算機(jī)世界》1997年第三十四期； 16. Joshua Eddings，《How Virtual Reality Works》，電子工業(yè)出版社1994年中文譯本； 17. 曾建超、俞志和，《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社1996年版； 18. Guoqiang Shen，《QuickTime VR Aided Urban Design And Planning》，《多媒體與超媒體教育應(yīng)用》國際會議1996年論文集； 19. 馬建波、趙唯一，《C 語言圖象處理程序集》， 海洋出版社，1992年； 20. 李振輝、李仁和，《探索圖象文件的奧妙》，清華大學(xué)出版社，1996年； 21. Burdea G.，《Virtual Reality systems and Applications》，Electro’93 International Conference； 22. Apple Computer Inc，《QuickTime VR White Paper》，1997年； 23. Apple Computer Inc，《QuickTime VR Virtual Tutor》，1997年； 24. Apple Computer Inc，《Inside Macintosh：Virtual Reality Programming With QuickTime VR 》，1998年； 25. Apple Computer Inc，《Introduction to QuickTime for Windows Programmers》，1997年； 26. Microsoft Corporation，《Microsoft Visual C++ for Win32大全(一)：用戶指南》，清華大學(xué)出版社，1996年； 27. Microsoft Corporation，《Microsoft Visual C++ for Win32 大全(二)：用MFC和Win32編程》，清華大學(xué)出版社，1996年； 28. Andrea 、David amp。探索如何將QuickTime VR電影文件同傳統(tǒng)媒體通過超連接的形式有機(jī)地結(jié)合起來，并據(jù)此開發(fā)出多媒體集成器。2．研究過程具體的研究過程分三個階段，每個階段具體研究目標(biāo)如下：第一階段：主要是進(jìn)行資料調(diào)研的工作，需要調(diào)研的工作有：理解什么是QuickTime VR，它有什么技術(shù)特色，目前的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，其局限性等；熟悉QuickTime VR制作流程，制作一個QuickTime VR的樣例；熟悉QuickTime 、QuickTime VR的基本原理，論證開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)的可行性，了解系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架。它根據(jù)腳本對各種媒體的定義和加涅的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，使用超連接的形式將各媒體元素合并成一個整體。4）全景電影播放器：此功能模塊同上面的物體電影播放器功能相似，不同的是全景電影播放器播放的是全景電影文件。理論研究的目標(biāo)是致力于尋找將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)課件開發(fā)中的原理和規(guī)律；技術(shù)研究的目標(biāo)是在普通微機(jī)（Pentium 133以上及加速圖形卡）上開發(fā)出一套基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)（我將在后面詳細(xì)介紹該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能），即在無需特殊硬件的條件下，能夠創(chuàng)造一個實(shí)時逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，并將此環(huán)境應(yīng)用于教學(xué)過程，從而建立起一種基于新一代