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[摘要]

本文研究了遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用途徑以及VRMDEP的實(shí)現(xiàn)，提出構(gòu)建VRMDEP的總體框架，設(shè)計(jì)虛擬同步與異步教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)建模擬場(chǎng)景以實(shí)現(xiàn)用戶之間的交互。

[關(guān)鍵詞]

遠(yuǎn)程教育平臺(tái)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

傳統(tǒng)模式下，以Web為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)在發(fā)展歷程中遭遇了一些瓶頸和局限，因此必須要充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，生成更加真實(shí)的圖像與三維動(dòng)畫(huà)，借此打造出科學(xué)有效的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)。

1.1實(shí)物虛化技術(shù)

該技術(shù)指的是實(shí)際空間朝著多維信息化空間所投射的映像，其主要包含了基礎(chǔ)模型建設(shè)、空間追蹤、聲音定位、視覺(jué)追蹤以及視點(diǎn)感應(yīng)等核心技術(shù)。通過(guò)這一系列技術(shù)可以構(gòu)建具有真實(shí)感的模擬空間，使得用戶能夠在虛擬環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。其中，基礎(chǔ)模型建設(shè)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建模擬環(huán)境的關(guān)鍵所在，能夠把現(xiàn)實(shí)世界中存在的對(duì)象重新組建于3D模擬的空間中，并且按照系統(tǒng)所需保留一部分物體的屬性。空間追蹤技術(shù)是利用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套以及數(shù)據(jù)服裝等，在此類交互設(shè)備中安插空間傳感器，從而確定用戶的頭、四肢、軀干或其他部位在3D模擬空間中的具體方位。聲音定位技術(shù)是在模擬環(huán)境中進(jìn)行聲音的追蹤。視覺(jué)追蹤及視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)，主要使用從視頻錄像機(jī)至X-Y平面陣列，周?chē)饣蜃粉櫣庠趫D像投影平面在不同時(shí)間段與不同方位上產(chǎn)生的影像，算出追蹤目標(biāo)的所在位置。

1.2虛物實(shí)化技術(shù)

所謂虛物實(shí)化技術(shù)，就是要讓用戶在模擬的空間中獲得如同現(xiàn)實(shí)當(dāng)中一樣的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感受，屬于感官認(rèn)知類的核心技術(shù)。該技術(shù)之所以可以讓用戶產(chǎn)生較為真實(shí)的感官體驗(yàn)，其關(guān)鍵在于不僅能使用戶得到視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)的感知，還能讓用戶自主操控虛擬物品，從而在反作用力中生成力覺(jué)與觸覺(jué)的感受。

1.3智能技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)可以構(gòu)建一個(gè)用戶與計(jì)算機(jī)交互的空間。計(jì)算機(jī)需從用戶的不同語(yǔ)言、動(dòng)作甚至表情中獲取對(duì)應(yīng)的信息。如果需要準(zhǔn)確分析這些信息，必須借助人工智能技術(shù)進(jìn)行處理。目前智能接口領(lǐng)域正在探究相關(guān)問(wèn)題，比如人的語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言分析、圖形圖像辨別、文字識(shí)別、多媒體技術(shù)虛擬顯示等。

2遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用途徑

2.1構(gòu)建VRMDEP的總體框架

VRMDEP是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下現(xiàn)代遠(yuǎn)程平臺(tái)的簡(jiǎn)稱，其總體框架構(gòu)建如圖1所示，采用MVC（Model-View-Control-ler)的實(shí)現(xiàn)模式，使用J2EE分布式架構(gòu)，以此切合多用戶共同使用虛擬空間的需求。在客戶端，用戶可以用教師、學(xué)生、管理員這3類不同的身份登錄遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，并依據(jù)不同的身份享受不同的權(quán)限。用戶在模擬環(huán)境當(dāng)中所產(chǎn)生的感受，可以經(jīng)由替身（avatar）來(lái)呈現(xiàn)，這種替身屬于展示用戶身份的三維對(duì)象。在虛擬遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中，其結(jié)構(gòu)主要包含了虛擬同步教學(xué)系統(tǒng)、虛擬異步教學(xué)系統(tǒng)以及通用管理這三個(gè)版塊。其中虛擬同步教學(xué)系統(tǒng)的功能是共享協(xié)同虛擬環(huán)境下的學(xué)習(xí)，虛擬異步教學(xué)系統(tǒng)的功能是模擬課程的開(kāi)發(fā)以及模擬教務(wù)的管理，通用管理則負(fù)責(zé)視頻播放、網(wǎng)站運(yùn)用、模擬空間管理等。當(dāng)布置好開(kāi)發(fā)環(huán)境之后，可運(yùn)用以角色為基礎(chǔ)的訪問(wèn)控制理論，即RBAC，展開(kāi)訪問(wèn)控制。并利用計(jì)算機(jī)協(xié)同理論構(gòu)建起交互式模擬教室，再與信息庫(kù)中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，從而滿足模擬空間內(nèi)的教學(xué)需求。

2.2設(shè)計(jì)虛擬同步教學(xué)系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)VRMDEP的功能設(shè)計(jì)，首先必須要設(shè)計(jì)虛擬同步教學(xué)系統(tǒng)，呈現(xiàn)出科學(xué)而清晰的內(nèi)容劃分，完善網(wǎng)站的導(dǎo)航組合，制作出簡(jiǎn)潔、美觀、人性化的操作界面。虛擬同步教學(xué)系統(tǒng)不僅可以為教師構(gòu)建出相對(duì)真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，還能為學(xué)生建立起自主學(xué)習(xí)的理想空間。該系統(tǒng)的重心就是模擬教室、模擬實(shí)驗(yàn)室、模擬工作室以及討論交流室。首先，對(duì)于模擬教室的構(gòu)建，要設(shè)計(jì)出講臺(tái)、黑板、課桌與椅子、門(mén)窗、投影儀等。教師采用豐富的虛擬資源展開(kāi)知識(shí)講授，而學(xué)生則需要注冊(cè)并登錄，然后進(jìn)入模擬教室學(xué)習(xí)。其功能界面的作用有：（1）安插課程導(dǎo)航。教師可利用課程導(dǎo)航和課件的信息庫(kù)完成交互，進(jìn)而科學(xué)運(yùn)用教學(xué)資源，達(dá)到教學(xué)調(diào)控的目的；（2）安插作業(yè)處理欄。教師可利用這項(xiàng)功能給學(xué)生布置作業(yè)，并進(jìn)行作業(yè)批改，再將改好的作業(yè)發(fā)還給學(xué)生。學(xué)生也可通過(guò)這項(xiàng)功能進(jìn)行作業(yè)遞交、獲取；（3）安插電子白板。學(xué)生可利用電子白板向老師提問(wèn)，而老師也可通過(guò)白板進(jìn)行信息通知、公布答案等。然后，對(duì)于模擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，要設(shè)置出相對(duì)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，例如實(shí)驗(yàn)臺(tái)、儀器設(shè)備、門(mén)窗等，讓教師和學(xué)生運(yùn)用這些設(shè)備展開(kāi)模擬實(shí)驗(yàn)。其主要功能包括：（1）安插實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航。學(xué)生和教師可以利用這一導(dǎo)航完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交互，并整合實(shí)驗(yàn)資源，科學(xué)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)；（2）安插實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)。對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)，都能夠提供相應(yīng)的設(shè)備、過(guò)程展示、原理講解、自主實(shí)驗(yàn)等功能；（3）安插實(shí)驗(yàn)工具箱。當(dāng)進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)，其所需設(shè)備也有所不同，因此需要設(shè)置工具箱，以此裝載實(shí)驗(yàn)設(shè)備。最后是模擬工作室與討論交流室的構(gòu)建。模擬工作室能夠?yàn)榻處熌M教學(xué)的開(kāi)展提供必要的技術(shù)支撐，且教師能夠在模擬工作室內(nèi)采用不同的工具、軟件進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)人性化的操作界面完成課程介紹、要點(diǎn)講授、信息傳遞等任務(wù)。構(gòu)建討論交流室，則是利用電子郵件、公告欄等，讓學(xué)生和教師、學(xué)生和學(xué)生之間實(shí)現(xiàn)多向異步在線溝通，讓學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)與發(fā)言的機(jī)會(huì)。

2.3設(shè)計(jì)虛擬異步教學(xué)系統(tǒng)

這一教學(xué)系統(tǒng)主要包含了兩個(gè)部分，即模擬課程的開(kāi)發(fā)以及模擬教務(wù)的管理。該功能和傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教育當(dāng)中所體現(xiàn)的功能大體相同，而差別則是增添了替身（avatar）在模擬空間內(nèi)起到的效用。進(jìn)行模擬課程開(kāi)發(fā)，其重點(diǎn)實(shí)施的功能有如下幾點(diǎn)：管理模擬資源庫(kù)、維護(hù)課件模板、向?qū)Ч芾怼⒛M素材整合、資源連接、模擬課件開(kāi)發(fā)。而模擬教務(wù)管理則是VRMDEP當(dāng)中為老師、學(xué)生及管理員提供信息查詢和統(tǒng)計(jì)功能的平臺(tái)，其重點(diǎn)包括以下功能：課程管理、教師管理、學(xué)生管理、考試信息管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。

3遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1構(gòu)建模擬學(xué)習(xí)環(huán)境與仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，增強(qiáng)真實(shí)體驗(yàn)

在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教育中，學(xué)習(xí)者與教師無(wú)法進(jìn)行面對(duì)面的交流，使得學(xué)習(xí)者只能獨(dú)立地完成學(xué)習(xí)效果，缺乏互動(dòng)與交流。而融合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，能夠利用3D建模技術(shù)構(gòu)建出虛擬的教室與課堂，使學(xué)習(xí)者有如置身真實(shí)的課堂中，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，從而有利于增強(qiáng)其真實(shí)體驗(yàn)，能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，并且讓更多的人感受到校園生活。此外，在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之前，遠(yuǎn)程教育很難對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)技能提供有效的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)者無(wú)法直接參與到實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，這也是傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教育最大的弊端。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者打造一個(gè)全面、完善、仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，并提供一切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)習(xí)者能夠借助一定的設(shè)備來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，直接地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而強(qiáng)化對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，促進(jìn)實(shí)踐技能的提升。

3.2能夠?yàn)槎嗳撕献鞯膶?shí)現(xiàn)提供虛擬平臺(tái)

由于遠(yuǎn)程教育都是學(xué)習(xí)者分散進(jìn)行的，很難進(jìn)行小組之間的合作與交流，而在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，能夠利用信息技術(shù)以及人機(jī)交互的模式將不同物理位置的用戶聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)模擬場(chǎng)景的共享。并在虛擬的空間中進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作，讓用戶即使身處異地也能夠“聚”在一起學(xué)習(xí)與交流，其聲音也能夠?qū)崟r(shí)地相互傳遞，甚至還可以在仿真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這一特點(diǎn)與傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教育中學(xué)習(xí)者個(gè)體獨(dú)立學(xué)習(xí)是完全不一樣的。學(xué)習(xí)者能夠通過(guò)與他人之間的協(xié)作獲得啟發(fā)，并增強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的積累，進(jìn)一步提升自身的學(xué)習(xí)效率。

3.3實(shí)現(xiàn)交互

模擬空間中的交互性主要表現(xiàn)在兩大方面：一是用戶和模擬空間內(nèi)的對(duì)象進(jìn)行交互，用戶能夠調(diào)節(jié)其對(duì)象的方位、形態(tài)等，還能采取添加、刪除等措施；二是用戶和用戶之間實(shí)現(xiàn)交互，即用戶操控替身的行動(dòng)，如跑、走、跳、舉手、扭頭等。此外還可以看見(jiàn)其余用戶的替身形態(tài)，并和他人溝通、交流，進(jìn)行探討及演示。這樣一來(lái)用戶之間便能實(shí)現(xiàn)共同開(kāi)發(fā)、合作試驗(yàn)等，完成對(duì)模擬場(chǎng)景的控制。

4結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程教育平臺(tái)既是一個(gè)多元化的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，也是一個(gè)亟待發(fā)展與完善的開(kāi)放性系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)與運(yùn)用的過(guò)程中，一定要全面結(jié)合其延展性、伸縮性、異構(gòu)性等多項(xiàng)特征，并挑選出適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通訊協(xié)議等，以便提升模擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)性與操作效果。

作者：韓桂明 單位：江蘇省鹽城市特殊教育中等專業(yè)學(xué)校

參考文獻(xiàn)：

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