基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統(完整版)

　　

【正文】 符處理功能，控制靈活、代碼的執行效率比較高，但是這種開發方式費事費力、開發的周期長、成本高，而且不能有效地將教學設計的思想方便地應用于開發過程中。這種交互性是近乎實時的、而且可以利用多種渠道實現，比如：電子郵件，BBS，WWW，基于網絡的協作學習系統，網上在線交談等等。如何幫助學員解決疑難問題，提高學員的學習積極性，是我們遠距離教育系統中急需解決的問題之一。國際上教育比較發達的國家，如美國，千千萬萬中學和小學都建立了校園網絡系統并連接到互連網絡上。[關鍵詞] 教學設計、建構主義、情景認知、認知靈活性、主動學習環境、QuickTime，QuickTime VR，虛擬現實、交互、沉浸。它不需要數據手套、頭盔式顯示器等特殊的硬件設備，它的出現使得以往專業實驗室中成本昂貴的虛擬現實技術在教育領域的普及和應用有了廣闊的前景。作為信息技術基礎的計算機網絡，是當今信息社會建設和發展的主要物質基礎，是近年來發展最快的高技術產業之一。這種遠距離教學模式的最大缺點是缺乏教學過程中的實時交互。利用遠距離的高速數字通信線路，我們可以在計算機網絡上運行五種典型的教學方式：雙向式授課、協作學習、個別化學習、網上答疑和試題庫。利用Internet進行遠距離教育的上述優良特性，克服了傳統遠距離教育的局限性，它將形成一種主動的、協作的、開放的學習模式，并充分考慮雙向教學環境，采取有提問、有反饋、有交流的教學方法，既保留了傳統電教中的生動形象性和不受時間空間限制等優點，又有相互訪問，雙向交流，學習資源、學習內容廣泛等優良特性，它可以適用于學校教育、成人教育、繼續教育等各類遠距離教育的需要。隨著微機系統性能的不斷提高與多媒體技術的發展，以及形象直觀的圖形用戶界面的普及，出現了一些優秀的交互式多媒體著作系統，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，實現各種信息的超文本鏈接，對部分媒體提供可視化的編輯環境。②JBMT多媒體課件寫作工具JBMT是北大青鳥軟件公司開發的一個多媒體課件寫作工具。2）Internet環境下的寫作工具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、學習方式。IIAT是個典型的網上課件寫作工具。⑴ 強調以學生為中心[1]傳統的ID理論是以“教”為中心的，強調教師的“教”。⑶ 強調“協作學習”對意義建構的關鍵作用[1]建構主義認為，學習者與周圍環境的交互作用，對于學習內容的理解(即對知識意義的建構)起著關鍵性的作用。按照這種觀念，學習應當被促進和支持而不應受到嚴格的控制與支配；學習環境則是一個支持和促進學習的場所。反之，對于信息資源應如何獲取、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容。這種看法則是片面的，不應該把二者對立起來。SCT十分重視活動的性質和參與者在真實情景中有意義有目的的行為。它要創建一個酷似客觀環境又超越客觀時空、能沉浸其中又能駕馭其一的和諧人機環境，也就是由多維信息所構成的可操縱的空間。為了達到這個目標，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現實系統應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。早期的虛擬現實系統可能只有部分虛擬現實的特性，例如環幕電影或立體電影。桌面級的虛擬現實最大特點是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，因而，應用面比較廣。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統：在這種系統中，參與虛擬體驗者要戴上一個頭盔式顯示器，視聽覺與外界隔絕，根據應用的不同，系統將提供能隨頭部轉動而隨之產生的立體視覺、三維空間。4）分布式虛擬現實如果多個用戶通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，那虛擬現實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現實系統。建構主義學習理論和學習環境強調以學生為中心，不僅要求學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者[2]；建構主義認為[2]，學習總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯系的，在實際情境下進行學習，可以使學習者能利用自己原有認知結構中的有關經驗去同化當前學習到的新知識，從而賦予新知識以某種意義；通過“同化”與“順應”達到對新知識意義的建構。其科目范圍可以從歷史到科學，非常廣泛。系統還可以仿真各種外科手術，包括一般的開刀直至復雜的人體器官替換。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的圖形壓縮與還原算法，完全有可能實現逼真度很高的虛擬現實情景，而且也可以交互，但卻不需要頭盔式顯示器、數據手套、高分辨率圖形工作站等專用設備，只需要普通Pentium微機和Windows運行環境就能實現，從而有可能使虛擬現實技術走出高級研究院與大學的“象牙塔”，逐步普及到國民經濟的各個領域甚至中小學，這對我們這個經濟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就是應用了基于靜態圖像的虛擬現實技術，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立的媒體結構和一個編輯列表，編輯列表用來以時間順序安排媒體結構。例如，你能生成一個組件來支持一種特殊的數據加密算法。時間坐標系統包括一個時間尺度，這個尺度提供了在真實時間和影片中的表面時間的轉換。影片工具箱把每種媒體數據從影片的時間坐標系統中映射到媒體結構的時間坐標系統。影片工具箱使應用程序可以儲存、讀取、操縱QuickTime影片中的時基數據。圖象壓縮管理器提供了獨立于設備和驅動器的壓縮和解壓的方法，它也為實現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。 我們可以任意的轉動觀看，也可以改變視點，或是走近仔細觀看，由于這些照片是相互連接的，所以只要照片足的精細連接得緊密正確，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，三維復雜模型的實時建模與動態顯示技術可以分為兩類。從另一方面來看，當三維模型高度復雜時，每個面片所占據的屏幕象素的平均數將很少。在此基礎上實現圖像的拼接，即將物體空間中同一點在相鄰圖像中對應的象素點對準。其基本思路是:在不同的觀察點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點，再用圖像插值或視圖變換的方法求出該物體對應于其它觀察點的圖像。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，可以在它們之間進行平滑的切換，從而置身于真實感很強的虛幻空間之中，這種超媒體鏈接不僅可鏈接QuickTime VR兩種基本類型的節點，還可以鏈接其它多媒體素材，如圖像、聲音、視頻、文字等等。數據量小：QuickTime VR采用了蘋果公司獨有的專利壓縮技術，它可以將一整張360度的全景圖片壓縮到540K以下。QuickTime VR可以應用照片、錄象或數字圖象來創建虛擬環境，這就不同于靜止的CAD或GIS制作，使它較之傳統的虛擬現實技術有著更高的真實感、更豐富的圖象和更鮮明的細節特征。物體電影播放器需要處理鍵盤和鼠標操縱信息，并根據這些操縱信息實時顯示對應的虛擬空間。蘋果公司的QTVR寫作軟件Authoring Studio也沒有提供QTVR同其他傳統媒體的超連接。要將在本系統上開發的網絡課件真正應用于網絡，需要一個瀏覽器插件。然后在此基礎上，開發一套影片播放的動態鏈接庫，以便在其它應用程序中能夠使用QuickTime VR影片，這樣QuickTime VR影片就不再是少數幾個開發工具軟件（如 Director）所獨有的媒體素材。我們的初步設想有兩個：一是在兩個節點之間插入許多的中間圖片，模仿生活中電影的播放過程，在轉到下一個節點之前，首先通過程序播放這些中間圖片，以產生一種漸進的平滑效果。 Design》，Prentice Hall Inc，199824 / 24。 2. 何克抗，《運用新一代VR技術建立高質量教育與培訓系統的研究》，《1997年度國家自然科學基金申請書》； 3. 何克抗，《教學設計理論與方法研究評論》，中國電教協會97’學術會議大會特邀報告； 4. 汪成為等，《靈境技術的理論、實現與應用》，清華大學出版社，1996年； 5. 汪成為，《靈境技術與人機和諧仿真環境》，《計算機研究與發展》1997年第一期； 6. 王新發，《基與教學設計的多媒體課件寫作系統》，1998年碩士畢業論文 7. 李錦濤等，《虛擬現實技術概論專題》，《中國計算機報》1998年1月17日； 8. 王堅等，《虛擬現實系統專題》，《計算機世界》1995年第7期； 9. 胡曉峰等，《HVS：一個基于空間時間的半現實模型》，《小型微型計算機系統》，1994年第12期； 10. 鐘力、胡曉峰，《基于虛擬現實的全景視頻技術》，《小型微型計算機系統》1996年12期； 11. 胡曉峰、李國輝，《多媒體系統》，人民郵電出版社，1997； 12. 胡曉峰，《仿真、多媒體與虛擬現實》，《國防科技大學學報》，1994年第12期； 13. 唐澤圣，《三維復雜模型的實時動態顯示》，《計算機世界》1997年第三十一期； 14. 王沖，《QuickTime與QuickTime VR技術》，《計算機世界》1997年第五期； 15. 黃鐵軍、柳健，《虛擬現實導引》，《計算機世界》1997年第三十四期； 16. 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Andrea 、David amp。探索如何將QuickTime VR電影文件同傳統媒體通過超連接的形式有機地結合起來，并據此開發出多媒體集成器。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如下：第一階段：主要是進行資料調研的工作，需要調研的工作有：理解什么是QuickTime VR，它有什么技術特色，目前的應用與研究現狀，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，論證開發基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統的可行性，了解系統開發的技術基礎，設計系統總體框架。它根據腳本對各種媒體的定義和加涅的教學設計理論，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。理論研究的目標是致力于尋找將虛擬現實技術應用于網絡課件開發中的原理和規律；技術研究的目標是在普通微機（Pentium 133以上及加速圖形卡）上開發出一套基于虛擬現實技術的網絡課件寫作系統（我將在后面詳細介紹該系統結構與功能），即在無需特殊硬件的條件下，能夠創造一個實時逼真的虛擬現實環境，并將此環境應用于教學過程，從而建立起一種基于新一代