基于VRML平臺(tái)的流星余跡通信三維演示教學(xué)及發(fā)展方向

師耀+鄭建

摘要：當(dāng)前VR技術(shù)發(fā)展迅速，其中VRML即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言是其技術(shù)的代表之一，它提供了三維應(yīng)用中大多數(shù)常見功能，提供了足夠的創(chuàng)造空間，利用其建模能力強(qiáng)、有真實(shí)感及渲染能力、觀察及交互手段、動(dòng)畫可控等功能，可以用于教學(xué)、航天、軍事、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。而流星余跡通信作為現(xiàn)代通信手段重要組成，優(yōu)勢眾多已經(jīng)受到較多的關(guān)注，是通信工程專業(yè)一門非常重要的課程。因此，本文將VRML平臺(tái)技術(shù)與流星余跡通信教學(xué)相結(jié)合，探究通信教學(xué)的新方式。

關(guān)鍵詞：VRML；流星余跡通信；教學(xué)應(yīng)用

流星余跡通信作為現(xiàn)代通信手段的組成之一，具有通信隱蔽性和保密性好，通信傳輸距離遠(yuǎn)，搭建流星余跡通信平臺(tái)方便，流星資源眾多等優(yōu)勢，具有較廣闊的發(fā)展前景，但是由于流星余跡通信的相關(guān)原理?xiàng)l件復(fù)雜，需要學(xué)生較強(qiáng)的空間感和立體感去體會(huì)通信過程及相關(guān)原理，現(xiàn)有的板書式和PPT教學(xué)已經(jīng)不能滿足教學(xué)的需求。急需一種直觀交互的教學(xué)手段或者平臺(tái)的使用，以提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。

一、VRML技術(shù)及特征

（一）VRML技術(shù)

VR即虛擬現(xiàn)實(shí)是利用通過視、聽、嗅和味覺等感官能力進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和交互， 它是計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)化，特別是計(jì)算機(jī)自備了交互的功能，也就有了從視覺三維效果、觸覺到聽覺三維效果、甚至嗅覺的全面模擬。而VRML則是基于VR技術(shù)體系下建立起來的建模平臺(tái)，是用作在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上建立區(qū)別于時(shí)下二維平面的三維空間而創(chuàng)建的語言標(biāo)準(zhǔn)。具備可編程語言，通過語言節(jié)點(diǎn)的編程，實(shí)現(xiàn)可視化的模型構(gòu)建，搭建起用戶需要的模擬環(huán)境。

（二）VRML特征

VRML被定義為構(gòu)建3D場景，通過節(jié)點(diǎn)完成物體構(gòu)建，模擬3D空間逼真，具備交流互動(dòng)、路由控制、編輯程序等各式特征。

（1）構(gòu)建三維物體及場景，具有占用內(nèi)存小、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，但視覺效果無法與專業(yè)的三維軟件相媲美；

（2）具備良好的交互性，支持Java、Javascript語言接口，并且配有自己特有的vrmlscript腳本語言，能夠自行編程設(shè)計(jì)，能夠靈活控制圖形和動(dòng)畫；

（3）有網(wǎng)絡(luò)功能，可用于瀏覽Internet網(wǎng)；

（4）有多媒體插入和播放功能，能嵌入圖形、動(dòng)畫、聲音和視頻素材；

（5）建模語言較為簡單，容易掌握與開發(fā)。

二、流星余跡通信的特征及教學(xué)難點(diǎn)

（一）流星余跡通信概念

流星余跡通信（Meteor Burst Communication，MBC）是一種使用流星體射入高層大氣層摩擦燃燒后在高空形成的電離余跡，利用VHF無線電波的前向散射作用而時(shí)間的遠(yuǎn)距離突發(fā)通信方式。

（二）流星余跡通信特征

信道穩(wěn)定，受核爆炸、太陽黑子和極光等現(xiàn)象影響??；可靠性高，抗干擾和抗截獲能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的保密性；使用地域廣；支持全時(shí)域、全天候工作；覆蓋范圍廣，可支持大規(guī)模組網(wǎng)；設(shè)備簡單，運(yùn)行成本低；適合實(shí)時(shí)性要求不高及噪聲較小的場合。，可作為最低限度應(yīng)急通信的重要手段，在國防和自然災(zāi)害等應(yīng)急通信中發(fā)揮特殊的作用。

（三）流星余跡通信教學(xué)難點(diǎn)

流星余跡通信作為通信工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容重要組成部分，其內(nèi)容中有部分原理和特征文字表述較為抽象，且對學(xué)習(xí)者的空間構(gòu)想能力有較強(qiáng)的要求。其基本的教學(xué)難點(diǎn)包括了流星激起離子騷動(dòng)的變化過程、通信建鏈成功的相切條件、足跡效應(yīng)立體展示、不同足跡形成過程、熱區(qū)模擬、建鏈通信的全過程模擬，以及綜合的流余通信手段的使用等。但其展現(xiàn)過程較為抽象，以裝備操作進(jìn)行教學(xué)雖然也能實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，但耗費(fèi)大、組織時(shí)間長、過程把握不清晰。因此為教學(xué)帶來了較大的困難。

三、基于VRML平臺(tái)的流余通信教學(xué)應(yīng)用

基于前文中描述的內(nèi)容，利用VRML平臺(tái)與流星余跡通信教學(xué)相結(jié)合，通過平臺(tái)的建模用以模擬通信過程，及相關(guān)的特征與原理，可實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)教學(xué)的優(yōu)勢。

（一）教學(xué)原理的可視化

原理的建?？梢酝ㄟ^基礎(chǔ)的工具包編輯建構(gòu)，也可以是CAD文件導(dǎo)入或三維數(shù)字化儀數(shù)據(jù)化、三維掃描儀獲得。在使用該平臺(tái)中的幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、物理建模、行為建模以及模型管理等功能構(gòu)建模擬后，對原理要呈現(xiàn)的物體、過程進(jìn)行了可視化，學(xué)習(xí)者可以較為直觀的在搭載平臺(tái)的多媒體終端上進(jìn)行閱讀和學(xué)習(xí)。

（二）演示過程的可操作化

在模型構(gòu)建成功后，教學(xué)者和學(xué)習(xí)者都可以在教學(xué)過程利用平臺(tái)的交互功能，多演示過程進(jìn)行操控。該平臺(tái)具備動(dòng)態(tài)的演示過程，而使用者可以通過模擬的環(huán)境達(dá)到身臨其境的感受，在理解過程中隨意停止演示過程，也可以及時(shí)變換視角，從不同的方位、角度觀看演示過程。提高了原理演示過程的多維學(xué)習(xí)。

（三）建模的模塊化

整個(gè)基于平臺(tái)的教學(xué)模擬可以通過使用者初次建模后，將構(gòu)件的模塊打包整合，而用于后期不同教學(xué)原理或者教學(xué)模擬環(huán)境的模塊化構(gòu)建，也就是說使用者可以像疊加方塊一樣，整模塊的往新的構(gòu)建中任意添加，而無需再次重復(fù)的編程建模。該平臺(tái)這一優(yōu)勢，極大的提高了使用者的使用效率，方便了整個(gè)教學(xué)過程。

（四）教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)化

基于平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)功能，可用于瀏覽Internet網(wǎng)。也就是說使用者在構(gòu)建好模型及整合好教學(xué)資源后，可將其掛載互聯(lián)網(wǎng)，制作成網(wǎng)站或者打包網(wǎng)頁，使得其余使用者可隨時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上獲取該教學(xué)資源，達(dá)到了教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)化，也適用于現(xiàn)在流行的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)。并且在此過程中，還可不斷加入新的資源，提高了教學(xué)資源的流通與完善。

四、基于VRML平臺(tái)的教育發(fā)展方向

VRML非常注重于與人的交互體驗(yàn)，故而在教學(xué)使用上更加具有發(fā)展前景。它所具備的網(wǎng)絡(luò)可傳輸性，可以讓更多的學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)課堂上進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高了教學(xué)資源的利用率，彌補(bǔ)了其視覺效果上的缺陷。同時(shí)，它的語言編程能力使得模型的構(gòu)建能夠打包添加，增強(qiáng)了授課內(nèi)容模塊的添加刪除能力，使用靈活，非常符合教學(xué)的特點(diǎn)。

在今后的通信教育中，VRML平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于各類通信手段的教學(xué)過程中，如散射通信、中長波通信等不便于經(jīng)常開展實(shí)驗(yàn)或者教學(xué)展開的教育內(nèi)容上，以彌補(bǔ)并提高教學(xué)質(zhì)量和內(nèi)容。在其他教育領(lǐng)域，使用VRML技術(shù)虛擬抽象的代數(shù)幾何概念，使其更加立體形象?；蜷_發(fā)基于VRML的“虛擬物理實(shí)驗(yàn)室”，合成現(xiàn)實(shí)中不可實(shí)現(xiàn)或者難以實(shí)現(xiàn)的物理變量，并能控制、改變、設(shè)定這些變量（引力、靜電力、時(shí)間膨脹等），使學(xué)生更生動(dòng)的理解物理概念。并結(jié)合網(wǎng)頁技術(shù)，還能讓更多的學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，解決了傳統(tǒng)課堂的局限性。

基于上述內(nèi)容，VRML技術(shù)平臺(tái)在未來的教育領(lǐng)域中具有較強(qiáng)的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李贊.流星余跡通信與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.2011.4.

[2] 段新昱.虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與VRML編程[M].高等教育出版社.2004.3.

[3] 倪聃.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[D].浙江師范大學(xué).2009.