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

　　

【正文】 參考文獻(xiàn)1. 何克抗，《從信息時代的教育與培訓(xùn)看教學(xué)設(shè)計(jì)理論的新發(fā)展》，“21世紀(jì)教育與培訓(xùn)的革新和挑戰(zhàn)”國際會議（香港）大會特邀報告。此插件根據(jù)此網(wǎng)絡(luò)課件的腳本自動生成一個HTML文檔，在客戶端的瀏覽器中完成QTVR文件的實(shí)時播放，并實(shí)現(xiàn)各媒體之間的超連接關(guān)系。物體電影播放器包括兩個部份，一個是獨(dú)立的播放軟件，專門用于播放物體電影文件；第二，為了將QTVR整合應(yīng)用到其它多媒體開發(fā)軟件中，需要編制一套播放軟件的動態(tài)鏈接庫，使得其它程序開發(fā)工具（如Visual C++、Visual Basic、Delphi、AuthorWare等）能夠?qū)TVR的物體電影文件作為一種新型的媒體素材加以利用，這可以大大促進(jìn)QTVR的廣泛應(yīng)用。相對于其它虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，QuickTime VR 影片數(shù)據(jù)量極小。這時，需要解決圖像插值時可能出現(xiàn)的空洞或重疊等問題。設(shè)工作站的處理能力為每秒300萬個面片，而刷新頻率為每秒10幀，那么，平均起來每幀需處理30萬個面片。可以這樣說：QuickTime VR的全景圖象是從空間中的節(jié)點(diǎn)來看周圍360度的景物所生成的視圖，而物體則剛好相反，它是從分布在以一件物體（即物體）為中心的立體360度的球面上的眾多視點(diǎn)來看一件物體，從而生成的對一件物體全方位的圖象信息。(3)工具：包括有時鐘組件、標(biāo)準(zhǔn)聲音組件、順序抓取組件、順序抓取通道組件、文本軌道組件、順序抓取面板組件等2．QuickTime VR的基本概念及其產(chǎn)品的基本開發(fā)流程1）什么是QuickTime VRQuickTime VR是QuickTime Virtual Reality 的簡稱，它是美國蘋果公司在QuickTime技術(shù)基礎(chǔ)之上開發(fā)的新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。單獨(dú)一段影片可以容納好幾種數(shù)據(jù)。時間尺度以時間單位表示。媒體結(jié)構(gòu)和編輯列表是做為QuickTime原子來實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用程序可以用QuickTime 來生成，顯示，編輯，拷貝，壓縮影片和影片數(shù)據(jù)，就象通常操縱文本文件和靜止圖象那樣。初始時只裝人全景圖象的一部分，移動時再調(diào)人相應(yīng)的塊。 生成場景，使得素材的準(zhǔn)備工作變得非常簡單。這樣，醫(yī)學(xué)院的大學(xué)生不必冒任何醫(yī)療事故的風(fēng)險就可以反復(fù)實(shí)習(xí)手術(shù)中的各種實(shí)際操作。在傳統(tǒng)的課堂講授中，由于不能提供實(shí)際情境所具有的生動性、豐富性，因而將使學(xué)習(xí)者對知識的意義建構(gòu)發(fā)生困難。通過語音識別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實(shí)世界一樣。有的應(yīng)用也不需要完全的沉浸和投入，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它的最重要的目標(biāo)就是真實(shí)的體驗(yàn)和方便自然的人機(jī)交互，能夠達(dá)到或者部分達(dá)到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)就稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。因?yàn)椤耙饬x建構(gòu)”是指對當(dāng)前所學(xué)知識的意義進(jìn)行建構(gòu)，而“當(dāng)前所學(xué)知識”這一概念是含糊的、籠統(tǒng)的。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)是針對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)而非教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)。其教學(xué)設(shè)計(jì)的目的是如何幫助教師把課備好、教好，而很少考慮學(xué)生“如何學(xué)”的問題。由于WWW的信息管理和通信方式與單機(jī)的巨大差別，可視化多媒體集成環(huán)境已經(jīng)不能使用Internet網(wǎng)上應(yīng)用的要求，新的適用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的編程語言便產(chǎn)生了。此外，它們還支持寫作語言，為課件寫作者更加精確、靈活地控制課件的運(yùn)行方式提供了條件。利用Internet，可以在諸多學(xué)校之間共享優(yōu)秀的教師資源，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，縮短由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先后而引起的教育水平的差異。國際互連網(wǎng)絡(luò)棗Internet就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最新高度。根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)的理論將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)地融入到教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)中，可以創(chuàng)建真實(shí)的情景學(xué)習(xí)環(huán)境，具有巨大的應(yīng)用潛力。由于傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式的諸多局限性，從而造成教學(xué)效率低下，學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性不高。2．當(dāng)前的課件寫作系統(tǒng)概述1）交互式可視化多媒體集成環(huán)境CAI課件最初是用通用程序設(shè)計(jì)語言直接編寫的，這些語言有Visual Basic、Delphi、Visual C++等。它支持寫作語言，提供了比較齊全的語句。知識獲取包括讓寫作者提供內(nèi)容知識然后以幀的形式存放在知識庫中，產(chǎn)生問題并存儲于問題庫中，確定媒體表現(xiàn)形式并將相應(yīng)媒體形式存于資源庫中。學(xué)生們在教師的組織和引導(dǎo)下一起討論和交流，共同建立起學(xué)習(xí)群體并成為其中的一員。⑹ 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的最終目的是完成意義建構(gòu)(而非完成教學(xué)目標(biāo))[1]在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)中，教學(xué)目標(biāo)是高于一切的，它既是教學(xué)過程的出發(fā)點(diǎn)，又是教學(xué)過程的歸宿。ALE給學(xué)生一個提供一個明確的任務(wù)，創(chuàng)造一種情景讓學(xué)生來完成這個任務(wù)，在此期間提供指導(dǎo)以幫助學(xué)生獲得成功。這些手段使得參與者能夠?qū)μ摂M環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的操縱，能從虛擬環(huán)境中得到反饋信息，也能便系統(tǒng)了解參與者的關(guān)鍵部位的位置、狀態(tài)、變形等各種系統(tǒng)需要知道的數(shù)據(jù)。VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言）：它是一種在Internet網(wǎng)上應(yīng)用極具前景的技術(shù)，它采用描述性的文本語言描述基本的三維物體的造型，通過一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場景。該項(xiàng)目是由美國國防部推動的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，目的是使各種不同的仿真器可以在巨型網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)，它是美國國防高級研究計(jì)劃局1980年提出的SIMNET計(jì)劃的產(chǎn)物。在體育課上，學(xué)生可以進(jìn)入仿真環(huán)境，去親自實(shí)踐一位NBA冠軍隊(duì)員蘭球場上的表演。這次研究我們使用基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（QuickTime VR）來開發(fā)一種網(wǎng)絡(luò)課件的寫作系統(tǒng)。同時，提供了一張鳥瞰圖作為導(dǎo)航圖，用來標(biāo)志用戶地點(diǎn)，提示關(guān)鍵場所和出局信息。同時，該軟件還為電影中的每個場景配有一張導(dǎo)航圖，在導(dǎo)航圖中，觀眾可以看到自己在場景中位置，以免迷失在這個虛擬空間中。② 媒體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的視頻由連續(xù)的數(shù)據(jù)流組成。應(yīng)用程序使用組件是通過調(diào)用系統(tǒng)級的組件管理器。而動畫圖象通過確定出現(xiàn)在不同位置的圖象來描述幀。它也提供了使任何可以運(yùn)行QuickTime的機(jī)器上的壓縮PICT文件都可以自解壓的功能。這就是QuickTime VR工作的基本原理。基于幾何模型的實(shí)時建模與動態(tài)顯示是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的傳統(tǒng)方法。用戶從存儲介質(zhì)中調(diào)出全景圖即可形成對三維復(fù)雜場景的漫游。任何欣賞QuickTime VR場景的用戶無須配戴欣賞一般虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)影片所要求的昂貴的特殊頭盔、特殊眼鏡和數(shù)據(jù)手套，所有對場景的操縱僅用普通鼠標(biāo)、鍵盤就可完成。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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高質(zhì)量的教育與培訓(xùn)系統(tǒng)；本次研究以技術(shù)研究為主，具體的目標(biāo)是要開發(fā)出一個在普通PC機(jī)上運(yùn)行的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)，它主要由七個部份組成，其邏輯結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。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。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。 Design》，Prentice Hall Inc，199824 / 24。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。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。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。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。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)。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。 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。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。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)。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。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。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。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。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。其科目范圍可以從歷史到科學(xué)，非常廣泛。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)。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。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。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。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。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。IIAT是個典型的網(wǎng)上課件寫作工具。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。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。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。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。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。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。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(nèi)的課件開發(fā)需求還有很大的差距。Java是一種支持Internet網(wǎng)上編程的獨(dú)立于平臺的程序設(shè)計(jì)語言，它能夠充分利用分布在網(wǎng)上的學(xué)習(xí)環(huán)境，具有良好的跨平臺性、面向?qū)ο笮裕液唵我讓W(xué)。但是在個別化的學(xué)習(xí)中，按這種理論設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)生的主動性、積極性往往受到一定的限制，難以充分體現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體作用。⑸ 強(qiáng)調(diào)利用各種信息資源來支持“學(xué)”(而非支持“教”)[1]為了支持學(xué)習(xí)者的主動探索和完成意義建構(gòu)，在學(xué)習(xí)過程中要為學(xué)習(xí)者提供各種信息資源(包括各種類型的教學(xué)媒體和教學(xué)資料)。可見，對當(dāng)前所學(xué)內(nèi)容不加區(qū)分、一律要求對其完成“意義建構(gòu)”(即達(dá)到較深刻的理解與掌握)是不適當(dāng)?shù)摹母拍钌现v，任何一個虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)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(xiàn)實(shí)的基本特征這三個“I”反映了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，就是系統(tǒng)與人的充分交互，它強(qiáng)調(diào)人在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的主導(dǎo)作用。例如，受資金限制裝備不上最先進(jìn)的硬件設(shè)備，或是硬件本身性能達(dá)不到要求，這樣系統(tǒng)的計(jì)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(bǔ)缺陷，產(chǎn)生了許多基于軟件的技術(shù)，例如基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬仿真等。投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：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(shù)中的“鍵控”的技術(shù)，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(jī)捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數(shù)據(jù)傳送給后臺處理的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將參與者的形象與純色背景分開，換成一個虛擬空間，與計(jì)算機(jī)相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一