基于三維引擎的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)交互模式研究*

□師 蕾 郝挺雷 林筑英

基于三維引擎的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)交互模式研究*

□師 蕾 郝挺雷 林筑英

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的高交互性是關(guān)乎虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成敗的決定性因素,采用三維引擎技術(shù)可實(shí)現(xiàn)智能化的沉浸感實(shí)時(shí)交互.以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔理論為指導(dǎo)設(shè)計(jì)了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu);基于三維引擎技術(shù)開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持、虛擬實(shí)驗(yàn)操作智能交互和分布式人際交互等三種交互模式.本系統(tǒng)有效地解決了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高交互需求問題,充分增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的智能化交互式學(xué)習(xí)體驗(yàn).

交互層次塔;Torque三維引擎;實(shí)驗(yàn)輔助支持;碰撞檢測(cè);分布式人際交互

一、引言

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)作為一種運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng),融合了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì),以其建設(shè)速度快、成本低、易于管理、容易共享等優(yōu)點(diǎn)取得了飛速的發(fā)展.采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),可以突破時(shí)間、地點(diǎn)和設(shè)備數(shù)量的限制,使學(xué)習(xí)者在一個(gè)更安全可靠的環(huán)境下做實(shí)驗(yàn),顧慮更少、自由度更大,有效地增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力.通過對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及對(duì)現(xiàn)有的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析[1～3],虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)還存在一些值得改進(jìn)的地方,其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是系統(tǒng)的智能化程度不能完全滿足學(xué)習(xí)者對(duì)系統(tǒng)交互性的較高需求.而虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的高交互性是關(guān)乎虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成敗的決定性因素.三維引擎有著強(qiáng)大的功能和成熟的虛擬環(huán)境交互實(shí)現(xiàn)開發(fā)模式,因此如何采用三維引擎技術(shù)開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能交互,滿足學(xué)習(xí)者的交互式體驗(yàn)和沉浸感學(xué)習(xí)的需求就成為問題的關(guān)鍵.本文將遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔理論和Torque三維引擎引入虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的創(chuàng)建中,并對(duì)系統(tǒng)交互相關(guān)的功能模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究.

二、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的概念模型

1.交互層次塔理論

學(xué)習(xí)是在教與學(xué)的相互作用中發(fā)生的,教與學(xué)的相互作用是通過教學(xué)交互實(shí)現(xiàn)的,因此虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中各種交互的設(shè)計(jì)水平直接反映了教學(xué)的水平,也直接影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的本質(zhì)是為學(xué)生的學(xué)習(xí)服務(wù),所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是必須在學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下通過意義協(xié)商和共同建構(gòu)來支持學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)有效地學(xué)習(xí).虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互的理論基礎(chǔ)是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔理論.

建構(gòu)主義認(rèn)為知識(shí)不是通過教師傳授得到的,而是學(xué)習(xí)者在一定的情景即社會(huì)文化背景下借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)或者利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過意義建構(gòu)的方式獲得的.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為"情景"、"協(xié)作"、"會(huì)話"和"意義建構(gòu)"是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素和四大屬性[4].意義建構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要交互性學(xué)習(xí)環(huán)境的支持,而虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)正是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)包括協(xié)作伙伴、指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)環(huán)境等仿真實(shí)驗(yàn)情景,通過學(xué)習(xí)者與教師或?qū)W習(xí)伙伴之間、學(xué)習(xí)者與情景之間的交互作用實(shí)現(xiàn)新的意義建構(gòu).

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)的各種交互模式是基于遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔理論構(gòu)建的.陳麗教授提出的交互層次塔將遠(yuǎn)程教學(xué)交互分成三個(gè)層面(如圖1):學(xué)生與媒體界面的操作交互、學(xué)生與教學(xué)因素的信息交互、學(xué)生已有概念與新概念的概念交互[5].操作交互體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的肢體對(duì)媒體的操作過程中;信息交互體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者與某種教學(xué)要素之間,學(xué)習(xí)者通過各種符號(hào)進(jìn)行有關(guān)學(xué)習(xí)的信息交換的過程中,它包括三種形式:學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源的交互、學(xué)習(xí)者與教師的交互、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者的交互,這三種形式的信息交互互相補(bǔ)充;概念交互是學(xué)習(xí)者頭腦中新舊概念之間的相互作用,新舊概念相互作用的結(jié)果產(chǎn)生學(xué)習(xí)者的同化和順化.

通過對(duì)圖1的分析可知,三種教學(xué)交互的關(guān)系是:操作交互是信息交互發(fā)生的條件,操作交互中的動(dòng)作是由信息交互的需要和媒體界面的特征來決定.概念交互產(chǎn)生于信息交互的過程中,概念交互的水平和方向決定了學(xué)習(xí)結(jié)果,概念交互的結(jié)果將決定信息交互的內(nèi)容和形式.所有類型教學(xué)交互的目的都是通過各種信息交互來促使概念交互的發(fā)生,并使結(jié)果朝著教學(xué)目標(biāo)不斷接近,操作交互是這個(gè)過程的技術(shù)保障.

從操作交互、信息交互到概念交互,交互行為逐漸從具體到抽象、從低級(jí)到高級(jí),高級(jí)的教學(xué)交互以低級(jí)的教學(xué)交互為條件和基礎(chǔ).概念交互是虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn),操作交互和信息交互是虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的外顯過程.遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔在一定程度上解釋了虛擬實(shí)驗(yàn)交互的本質(zhì),借助該理論可以辨析虛擬實(shí)驗(yàn)中各種交互現(xiàn)象的實(shí)際作用和相互關(guān)系,對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中交互的開發(fā)有重要的指導(dǎo)意義,也成為指導(dǎo)探索促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互的有效途徑.

2.三維引擎技術(shù)

Torque引擎是一款面向?qū)ο蟆⒒贠penGL底層渲染技術(shù)、多平臺(tái)支持、室內(nèi)外無縫結(jié)合、功能全面的專業(yè)三維引擎,是美國(guó)專門從事游戲引擎平臺(tái)開發(fā)的GarageGames公司的主導(dǎo)產(chǎn)品[6-7].Torque引擎的技術(shù)特色如表1所示.

表1 Torque引擎技術(shù)特色

通過表1可見,Torque具有強(qiáng)大的功能和成熟的虛擬環(huán)境交互實(shí)現(xiàn)開發(fā)技巧,其腳本系統(tǒng)為開發(fā)者提供了一個(gè)簡(jiǎn)單宜用的開發(fā)環(huán)境和腳本/引擎接口,同時(shí)提供了世界編輯器、GUI編輯器等可視化的開發(fā)工具.例如Torque所特有的內(nèi)建世界編輯器集成了所見即所得的世界地圖編輯功能,支持對(duì)象的構(gòu)建、放置、大小調(diào)整以及旋轉(zhuǎn)功能,因此采用內(nèi)建世界編輯器可以很好地實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)里虛擬實(shí)驗(yàn)器材的選擇、放置、大小調(diào)整等功能.Torque所特有的在交互功能實(shí)現(xiàn)上有顯著成效的集成式、拖放式、所見即所得的GUI編輯器,專業(yè)的骨骼動(dòng)畫系統(tǒng)和低廉的授權(quán)費(fèi)用等都使其成為實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)高交互的最佳選擇.

三、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總體架構(gòu)

根據(jù)建構(gòu)主義和交互層次塔學(xué)習(xí)理論,設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)包括虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊、虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊和人際交互模塊三個(gè)主要模塊.其中虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊主要為學(xué)習(xí)者提供實(shí)驗(yàn)前的必要準(zhǔn)備資料;操作模塊則為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)"情景"和虛擬操作;人際交互模塊為學(xué)習(xí)者提供實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)的"協(xié)作"和"會(huì)話".他們保證了學(xué)習(xí)者在虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下完成新的"意義建構(gòu)".

在教學(xué)交互層次塔的指導(dǎo)下,將操作交互、信息交互、概念交互融合于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)各個(gè)模塊的創(chuàng)建中,構(gòu)建出虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互系統(tǒng)總體框架(如圖2).虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊為學(xué)習(xí)者提供實(shí)驗(yàn)操作之前的必備知識(shí),以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源之間的交互.在學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源交互的同時(shí),將自己的原有概念和新的學(xué)習(xí)信息中包含的概念進(jìn)行交互,以實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)之間的轉(zhuǎn)化.虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊是虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的主要部分,學(xué)習(xí)者通過自己的虛擬操作和系統(tǒng)給予的實(shí)時(shí)反饋,實(shí)現(xiàn)操作交互、信息交互和概念交互.人際交互模塊是虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能否成功的決定性模塊,此模塊提供給學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)者與教師之間的實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)的人際交互,以此完成學(xué)習(xí)者新舊概念之間的交互,達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo).

四、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)模塊的功能實(shí)現(xiàn)

1.虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊

虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊是學(xué)習(xí)者登陸虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)后對(duì)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)信息進(jìn)行詳細(xì)地了解和學(xué)習(xí)的交互模塊.輔助支持模塊中將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用等內(nèi)容以文本知識(shí)框或演示視頻的媒體形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源之間的交互以及學(xué)習(xí)者新舊概念的交互,使學(xué)習(xí)者能夠掌握本次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)詳細(xì)信息,并對(duì)其后的實(shí)驗(yàn)操作有充足的理論支持和目標(biāo)導(dǎo)向.

以《多媒體技術(shù)》課程為例,其中一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就是多媒體教室中各種多媒體設(shè)備的連接與組裝,這屬于實(shí)際操作類實(shí)驗(yàn)[8].針對(duì)該實(shí)驗(yàn),本系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持模塊通過Torque引擎設(shè)計(jì)了GUI界面,其中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等信息以文本的形式提供給學(xué)習(xí)者,學(xué)習(xí)者只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相關(guān)的標(biāo)題和索引,即可查看相應(yīng)的文本內(nèi)容.另外,實(shí)驗(yàn)步驟還提供了部分關(guān)鍵操作的視頻教程,教師提前將實(shí)驗(yàn)操作的幾個(gè)關(guān)鍵步驟在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作,并將之錄制成視頻文件.學(xué)習(xí)者如果對(duì)抽象的文字介紹有不懂或者是難以理解的方面,只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊并查看演示視頻即可獲得形象直觀的實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo).

Torque(v1.8.1)雖然不支持視頻媒體的播放功能,但是通過對(duì)引擎底層C++代碼的修改添加即可實(shí)現(xiàn)視頻的讀取和播放功能.本系統(tǒng)中"GuiAviBitmapCtrl::movieStart()"為視頻播放調(diào)用函數(shù), "GuiAviBitmapCtrl::onRender(Point2I offset,const RectI&updateRect)"為視頻在引擎中的渲染函數(shù).在腳本中添加"IntroVideoGui.gui"文件制作視頻播放GUI交互界面,并在腳本中添加動(dòng)態(tài)屬性"parentGui="";",該屬性用來記錄視頻播放之前的場(chǎng)景,以便視頻播放完成后能夠返回到原來界面.視頻播放過程中可以通過鼠標(biāo)單擊隨時(shí)結(jié)束視頻的播放,返回到原來界面,函數(shù)"GuiAviBitmapCtrl::on-MovieStopped()"用于實(shí)現(xiàn)視頻播放的停止;也可以等待視頻播放結(jié)束,自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到原來的場(chǎng)景.

2.虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊

虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊要提供學(xué)習(xí)者控制的虛擬角色在虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中任意的三維漫游功能以及對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的實(shí)驗(yàn)對(duì)象(如實(shí)驗(yàn)器材等)進(jìn)行諸如細(xì)節(jié)查看、選取、移動(dòng)和擺放等實(shí)驗(yàn)操作.其中最重要的是虛擬實(shí)驗(yàn)操作智能交互功能,即學(xué)習(xí)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中,三維引擎對(duì)其實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行行為檢測(cè)和判斷分析,并給學(xué)習(xí)者提供實(shí)時(shí)的操作結(jié)果智能反饋,以使學(xué)習(xí)者能夠及時(shí)知道自己的實(shí)驗(yàn)操作是否正確.

Torque引擎本身具有強(qiáng)大的編輯系統(tǒng),可以通過繼承其自身所具有的場(chǎng)景編輯器相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)操作所要求的實(shí)時(shí)交互功能.比如在腳本語(yǔ)言中定義"function serverCmdSelectObject(%client,% mouseVec,%cameraPoint)"函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景中任意對(duì)象的選取,通過"function PlayGui::onMouse-DoubleDown(%this)"函數(shù)實(shí)現(xiàn)雙擊查看被選中對(duì)象的名稱、作用和注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)的介紹.

為了增加場(chǎng)景的真實(shí)感,在虛擬實(shí)驗(yàn)操作過程中要避免穿墻或者學(xué)習(xí)者角色模型穿過實(shí)驗(yàn)儀器的行為,碰撞檢測(cè)是最為重要的一項(xiàng).Torque支持高級(jí)碰撞檢測(cè),在Torque中使用"containerRayCast (…)"函數(shù)來進(jìn)行場(chǎng)景中的碰撞檢測(cè).基本原理是:引擎有一個(gè)全局的碰撞盒容器,每個(gè)"sceneObject"被創(chuàng)建的時(shí)候,不僅會(huì)被加入到"scene-Graph"進(jìn)行渲染,而且還會(huì)被加入到一個(gè)碰撞盒容器中,物體的碰撞盒是從模型中解析的.確定碰撞盒的算法是利用一次矩(均值)和二次矩(協(xié)方差矩陣)統(tǒng)計(jì)量來計(jì)算它的位置和方向[9].設(shè)第i個(gè)三角形的頂點(diǎn)矢量為pi,qi和ri,碰撞盒包圍的三角面片數(shù)為n.則碰撞盒的中心位置為:

協(xié)方差矩陣元素:

由于C是一個(gè)實(shí)對(duì)稱矩陣,所以矩陣C的特征向量是相互垂直的,可以作為碰撞盒的方向軸.把將要檢測(cè)的碰撞模型的頂點(diǎn)向方向軸上投影,找出各方向軸的投影區(qū)間,各投影區(qū)間的長(zhǎng)度就是所求碰撞盒相應(yīng)的尺寸.學(xué)習(xí)者控制的虛擬角色模型在場(chǎng)景中向前走動(dòng)時(shí),實(shí)際上是在碰撞和容器中產(chǎn)生一條射線, Torque再利用線面相交檢測(cè)算法,檢測(cè)到哪個(gè)面最先與射線相交,從而得知該射線所碰撞到的物體,從而實(shí)現(xiàn)了碰撞的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能.

借助Torque引擎的邏輯推理能力將虛擬實(shí)驗(yàn)操作智能交互設(shè)置為一個(gè)包括感知模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊的模型,構(gòu)建較為完備的內(nèi)部控制機(jī)制,解決實(shí)驗(yàn)操作中的過程規(guī)劃和智能響應(yīng)問題(如圖3).在學(xué)習(xí)者控制的虛擬角色進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中,感知模塊的"function Operation::getOperationState(%this, %obj,%position)"腳本函數(shù)對(duì)其操作進(jìn)行檢測(cè),控制模塊的"function Operation::osAnalysis(%this,% obj,%operationType)"腳本函數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判斷并生成解決策略序列,執(zhí)行模塊的"function Operation::operationExecute(%this,%obj,%operationType,%osAnalysisRuslt)"腳本函數(shù)通過調(diào)用虛擬角色或?qū)嶒?yàn)器材的相關(guān)三維動(dòng)作文件并渲染到場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋.例如當(dāng)學(xué)習(xí)者操作不正確時(shí)實(shí)驗(yàn)操作反饋功能會(huì)對(duì)操作的錯(cuò)誤進(jìn)行分析,調(diào)用相應(yīng)的錯(cuò)誤結(jié)果生成動(dòng)畫場(chǎng)景,并且通過GUI呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者應(yīng)該采取的更正措施以幫助其進(jìn)行正確的操作,如此往復(fù),直到學(xué)習(xí)者操作成功.

3.分布式人際交互模塊

人際交互是指人與人之間的相互交流與相互作用[10].虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的人際交互從時(shí)間維度上來說包括實(shí)時(shí)人際交互和非實(shí)時(shí)人際交互;從參與者維度上來說包括教師與學(xué)習(xí)者之間的交互、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的交互.分布式的學(xué)習(xí)者通過與自己的同伴、教師之間的交流,對(duì)原有的概念有了更加深入的認(rèn)識(shí),促進(jìn)新舊概念之間的轉(zhuǎn)換[11].人際交互貫穿于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的始終,直接影響著學(xué)習(xí)者的動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的滿意度、批判性思維能力、問題解決技能以及更高層次的認(rèn)知處理能力(如圖4).因此,如何在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊(聊天)功能至為重要.

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要想實(shí)現(xiàn)在線即時(shí)通訊必須要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)功能,本系統(tǒng)中通過"function InitHTTP ()"和"function GameConnection::initialControlSet (%this)"腳本函數(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器設(shè)置的初始化,然后客戶端"function GetWebInfo(% thePageName)"腳本函數(shù)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的連接及網(wǎng)絡(luò)信息的獲取,最后通過"function Game-Connection::onConnectionAccepted(%this)"來判定客戶端網(wǎng)絡(luò)是否連接上了服務(wù)器端.如果已經(jīng)連接成功,分布式的學(xué)習(xí)者就能夠在系統(tǒng)中進(jìn)行在線即時(shí)通訊交流了."functionMessageHud::open(% this)"實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)聊天的窗口內(nèi)嵌到整個(gè)系統(tǒng)的場(chǎng)景中,"function onChatMessage(%message,% voice,%pitch)"腳本函數(shù)實(shí)現(xiàn)了將所有的分布式學(xué)習(xí)者輸入的聊天信息全部顯示在每臺(tái)已經(jīng)連接到服務(wù)器上的客戶端顯示界面中,這樣便實(shí)現(xiàn)了分布式學(xué)習(xí)者之間的人際交互.

五、結(jié)束語(yǔ)

本虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總體框架是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和遠(yuǎn)程教學(xué)交互層次塔理論的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的,既保證了框架設(shè)計(jì)的科學(xué)性又充分考慮到了學(xué)習(xí)者對(duì)各種交互的需求.基于三維引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)輔助支持、虛擬實(shí)驗(yàn)操作智能交互和分布式人際交互等三種交互操作模式.結(jié)果表明,三維引擎有效地解決了虛擬實(shí)驗(yàn)智能性和交互性不足的缺點(diǎn),滿足了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的各種交互需求,三維引擎能夠用以開發(fā)智能性和高交互的虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng).

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郝挺雷,碩士研究生,華中師范大學(xué)國(guó)家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心(430079).

責(zé)任編輯 鄭重

G40-057

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1009-458x(2010)08-0070-05

貴州省自然科學(xué)基金項(xiàng)目《虛擬實(shí)驗(yàn)室真實(shí)感圖形技術(shù)的研究》(黔科合J字LKS[2009]14號(hào)) 2009年貴州師范大學(xué)研究生專項(xiàng)創(chuàng)新基金重點(diǎn)項(xiàng)目《基于Agent的智能虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究》(研[2010]10號(hào))

2010-04-15

師蕾,碩士研究生;林筑英,教授.貴州師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院(550001).