淺析《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建?！氛n程教學(xué)

林宛楊

摘要：針對(duì)將傳統(tǒng)的3D角色建模和新興的虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來的《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建?！肥怯?jì)算機(jī)領(lǐng)域的一門新興專業(yè)課。該文從應(yīng)用性教學(xué)方面出發(fā)，對(duì)該課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方法改革進(jìn)行了分析，明確了教學(xué)目標(biāo)，更新了課程體系和教學(xué)內(nèi)容，將PBL方式融入教學(xué)，同時(shí)改革了復(fù)合式作業(yè)和評(píng)價(jià)方式，為新形勢(shì)下應(yīng)用型計(jì)算機(jī)課程教育提出了建議。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；3D建模；課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）32-0163-02

The Teaching for the Role of Virtual Reality 3D Modeling

LIN Wan-yang

（Information Technology and Engineering Department， Fujian Chuanzheng Communication College， Fuzhou 350007， China）

Abstract： The role of virtual reality 3D modeling， which is the emerging course in the computer field， Based on the combination of both traditional 3D role modeling and the newly-developing virtual reality. From the applied teaching， the paper analysis the setting of the curriculum content and the reforming of teaching method. Which clear the teaching objects， update the curriculum content， use the problem-based learning method and reform the compound homework and assessment format.

Key words： virtual reality； 3D modeling； teaching

虛擬現(xiàn)實(shí)，是近年來發(fā)展起來的新興領(lǐng)域，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，通過一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中，用來創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界[1]。3D角色建模，主要是利用3D軟件建立制作人物、動(dòng)物、道具等，應(yīng)用于游戲、動(dòng)漫、影視乃至于應(yīng)用機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)等工程領(lǐng)域的輔助設(shè)計(jì)[2]?！短摂M現(xiàn)實(shí)角色3D建?！肥怯?jì)算機(jī)領(lǐng)域一門新興的專業(yè)課程，主要是服務(wù)于虛擬現(xiàn)實(shí)場景建立完成之后，添加虛現(xiàn)實(shí)的角色，包括3D人物、動(dòng)物、道具等，達(dá)到運(yùn)動(dòng)、觸發(fā)動(dòng)漫、游戲的效果。由于這門課程是通過U3D創(chuàng)建和體驗(yàn)超文本性和交互性的虛擬仿真世界[3]，因此對(duì)于角色3D建模有了更高的要求。下面分別從課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法改革和現(xiàn)代教育技術(shù)引入三個(gè)方面上對(duì)這門課程的教學(xué)進(jìn)行闡述。

1 課程內(nèi)容設(shè)置

1.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，明確課程目標(biāo)

轉(zhuǎn)變教育思想，更新教學(xué)理念是開展教學(xué)改革的先導(dǎo)?！短摂M現(xiàn)實(shí)角色3D建?！肥窃谠瓉淼摹?D建?！返恼n程基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行改革，以到達(dá)的虛擬現(xiàn)實(shí)的角色標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用性極強(qiáng)。這門課程學(xué)生在修完《虛擬現(xiàn)實(shí)場景3D建模》、《Unity 引擎基礎(chǔ)與應(yīng)用》等課程后，再學(xué)習(xí)《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建模》課程；因此對(duì)于3D建模有一定的了解，也對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的程序編程有一定的基礎(chǔ)，因此可以掌握更為復(fù)雜的角色3D建模和3D角色模式導(dǎo)入虛擬世界而運(yùn)用的全過程，完成一個(gè)課程體系的融會(huì)貫通。

這需要改變以往重知識(shí)輕應(yīng)用，重課堂輕實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不足，教學(xué)手段和作業(yè)手段較為落后的做法。同時(shí)提出了“將《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建?！氛n程建設(shè)成為理論聯(lián)系實(shí)踐、課堂聯(lián)系現(xiàn)實(shí)、教學(xué)模式多元化、考核方式多樣化”的課程教學(xué)改革目標(biāo)。

1.2 增加應(yīng)用元素 更新教學(xué)內(nèi)容

由于虛擬現(xiàn)實(shí)更求真性，在整個(gè)虛擬空間中可以很好地感受整個(gè)角色的深度信息和作品尺寸的比例關(guān)系，故要求改變?cè)鹊摹?D建?！穫鹘y(tǒng)的初步構(gòu)想需模型、設(shè)計(jì)草圖草繪實(shí)體特征、設(shè)計(jì)成圖三個(gè)傳統(tǒng)步驟。如果僅通過構(gòu)想完成角色，在3D設(shè)計(jì)中或許可以，在虛擬現(xiàn)實(shí)中的仿真性會(huì)大打折扣，如果應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)的醫(yī)療或者機(jī)制制作，就會(huì)“差之毫厘謬以千里”，失去了虛擬現(xiàn)實(shí)的角色3D建模的意義。

角色3D建模必須從現(xiàn)實(shí)物體如桌子、花瓶等開始進(jìn)行角色3D建模，逐步過渡到虛擬的卡通人物、怪獸等角色3D建模的過程。最初的實(shí)物設(shè)計(jì)步驟應(yīng)為初步構(gòu)想需模型、設(shè)計(jì)草圖草繪實(shí)體特征后增加了實(shí)地考察實(shí)物的工程特性和實(shí)地考察實(shí)物的裝配特性，最后完成繪制成圖。在完成實(shí)物仿真初見成效后，在實(shí)物基礎(chǔ)上進(jìn)一步修改，完成虛擬實(shí)物的設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成虛擬人物、動(dòng)物的設(shè)計(jì)。

結(jié)合上述要求設(shè)定《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建?！氛n程，將其分為設(shè)計(jì)模塊的三維基本模型的創(chuàng)建、人物設(shè)計(jì)、四足動(dòng)物角色設(shè)計(jì)、卡通角色設(shè)計(jì)和怪獸設(shè)計(jì)，3D角色調(diào)整設(shè)計(jì)模塊、VR模塊的粒子系統(tǒng)及動(dòng)畫、U3D引擎開發(fā)共七個(gè)模塊。

在教學(xué)過程中，每個(gè)知識(shí)模塊為一個(gè)體系開展教學(xué)工作。其中，三維基本模型的創(chuàng)建主要為了夯實(shí)課程的基本操作知識(shí)，有可以結(jié)合實(shí)物的工程特性、裝配特性等完成實(shí)物的仿真模型設(shè)計(jì)。人物設(shè)計(jì)主要為了夯實(shí)角色比例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和肢體形狀，使用和掌握FaceGen Modeller 軟件中制作頭部模型，Marvelous Designer 軟件制作衣服。四足動(dòng)物角色設(shè)計(jì)為了使用和掌握ZBrush 中調(diào)整姿態(tài)?？ㄍń巧O(shè)計(jì)、怪獸設(shè)計(jì)主要為了如何設(shè)置和修改參考圖完成虛擬角色的設(shè)計(jì)。3D角色調(diào)整設(shè)計(jì)模塊主要為了大型討論課后針對(duì)角色3D建模的薄弱環(huán)節(jié)加以修正，進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，起承接作用。VR模塊的粒子系統(tǒng)及動(dòng)畫，主要為了3D模型動(dòng)起來，不再使死物。U3D引擎開發(fā)最后真正實(shí)現(xiàn)虛擬世界的交互。由淺入深知識(shí)點(diǎn)安排讓引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于角色3D建模更好的掌握。endprint

2 教學(xué)方法改革

2.1 以成果為導(dǎo)向 采用PBL教學(xué)

秉承以學(xué)生為中心的理念，運(yùn)用“興趣激發(fā)、問題導(dǎo)向、成果產(chǎn)出”的教學(xué)策略，采用PBL（Problem-Based Learning，簡稱PBL，問題式學(xué)習(xí)）教學(xué)模式，讓學(xué)生帶著問題和興趣進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練有機(jī)地融入課程教學(xué)過程，并通過豐富的案例分析和實(shí)踐拓展活動(dòng)，幫助學(xué)生實(shí)踐“從實(shí)踐中來、到實(shí)踐中去”的階梯式上升。

2.2 以學(xué)生為中心 采用復(fù)合式作業(yè)

在作業(yè)方面，嘗試采用復(fù)合式作業(yè)模式，即傳統(tǒng)作業(yè)+自選作業(yè)。傳統(tǒng)作業(yè)為布置具體的3D角色，由學(xué)生設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行任務(wù)和完成作業(yè)進(jìn)行相似度的比較。主要檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握程度，方便對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)一步講解，幫助學(xué)生扎實(shí)掌握基礎(chǔ)操作。

自選作業(yè)選題由學(xué)生自行確定，學(xué)生在課程教學(xué)過程中完成作品開發(fā)設(shè)計(jì)，先進(jìn)行角色3D的模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)提供了一支3D打印筆，鼓勵(lì)學(xué)生在完成自選作業(yè)的數(shù)字化建模后，結(jié)合3D打印技術(shù)將數(shù)字模型變?yōu)槲锢砟Ｐ停箤W(xué)生對(duì)創(chuàng)建的3D模式有一個(gè)真實(shí)物體的感覺。再進(jìn)行物理模型的展示評(píng)比，建立展示墻，使學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)作品的優(yōu)劣有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。之后進(jìn)行角色3D的模型的貼圖、打光等，完成色彩等設(shè)計(jì)，使用U3D導(dǎo)入程序，使用VR設(shè)備感受設(shè)計(jì)物品在虛擬世界的效果。

從多方位模型展示的效果考慮，這不僅提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)當(dāng)前熱門技術(shù)，還可以發(fā)現(xiàn)作品設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題與不足，為今后的學(xué)習(xí)工作積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2.3 持續(xù)改進(jìn) 拓展課程外延

由于作業(yè)在課程中贊助了很大一部分課時(shí)，在學(xué)生評(píng)價(jià)和課程考核方面評(píng)價(jià)方式不拘泥于傳統(tǒng)的閉卷考試，而是采取平時(shí)成績、期末考試相結(jié)合的綜合考核方式。其中，平時(shí)成績包括學(xué)生的課堂出勤、課堂文明、課堂表現(xiàn)、及自選作業(yè)完成情況等，對(duì)于踴躍參與教學(xué)、積極交流互動(dòng)的同學(xué)還有額外的獎(jiǎng)勵(lì)分。該課程所掌握的技能是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意創(chuàng)新的工具，是連通創(chuàng)意構(gòu)思與數(shù)字化模型的橋梁。因此，在正常課程教學(xué)外，積極開展第二課堂，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加學(xué)科技能競賽，以賽促學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí)，將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新方法、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練有機(jī)融入課程的教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，基于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目平臺(tái)。

3 現(xiàn)代教育技術(shù)的引入

新型的計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件、移動(dòng)端應(yīng)用平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)用平臺(tái)已成為現(xiàn)代教育技術(shù)中不可或缺的重要因素，作為新興的專業(yè)課程，《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建?！吩诮虒W(xué)過程中也將充分引入和改進(jìn)先進(jìn)的現(xiàn)代教育技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。

3.1 通過計(jì)算機(jī)專用軟件引導(dǎo)學(xué)生掌握基本能力

該課程以是建立在《3D建?！坊A(chǔ)上的，3DMax軟件是學(xué)生在學(xué)習(xí)這么課程中需要掌握的重要基礎(chǔ)軟件。在學(xué)習(xí)中學(xué)生的知識(shí)來源為教學(xué)中獲取信息的內(nèi)容有教材，查找課程關(guān)鍵詞、瀏覽課程內(nèi)容、提出問題等課前獲取的知識(shí)，教師授課的課件、同學(xué)之間的討論、學(xué)生的作品展示或發(fā)言等課堂獲得的知識(shí)以及課程知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐等課后作業(yè)信息及其相關(guān)資料。實(shí)際過程中將這整個(gè)過程與3D Max軟件充分結(jié)合，貫穿與教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)能夠充分熟悉、理解和掌握整個(gè)軟件，提升應(yīng)用該軟件的基本能力。針對(duì)學(xué)生自信心不足、溝通組織、語言表達(dá)能力不夠、英語水平較低等問題，本課程擬采用團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、師生共同教學(xué)、使用英文原版軟件學(xué)習(xí)時(shí)開展相關(guān)專業(yè)英語學(xué)習(xí)、融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)等教學(xué)改革。

以創(chuàng)新角色設(shè)計(jì)為引入，圍繞角色設(shè)計(jì)過程中碰到的問題進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)（PBL教學(xué)模式），同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、萌發(fā)創(chuàng)業(yè)精神、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。對(duì)于學(xué)習(xí)的肯定來源于自我的肯定、教師的肯定、和同學(xué)間的肯定。以往，課程學(xué)習(xí)通常采用個(gè)體學(xué)習(xí)的方式，存在學(xué)習(xí)效率低、學(xué)習(xí)效果不近人意等不足，教學(xué)改革后，將采用3～4名同學(xué)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)開展學(xué)習(xí)。加強(qiáng)同學(xué)間的互助和肯定，從而促進(jìn)學(xué)生的自我肯定。

同時(shí)課程采取師生共同教學(xué)的方式，增加教師肯定。增加學(xué)生上臺(tái)發(fā)言的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生自信和語言表達(dá)能力，同時(shí)，促使學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)、認(rèn)真?zhèn)湔n。

3.2 利用移動(dòng)端應(yīng)用軟件平臺(tái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在興趣是一切學(xué)習(xí)的動(dòng)力，故給出問題是每次課程開始的關(guān)鍵，每個(gè)課程模塊前，給學(xué)生提供一個(gè)包含所需知識(shí)點(diǎn)的精美的3D模型，讓學(xué)生產(chǎn)生興趣。同時(shí)，可以充分利用移動(dòng)終端已有的Kahoot等新興的應(yīng)用終端平臺(tái)來設(shè)置問題，讓學(xué)生積極參與提問和回答來增強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)。使學(xué)生結(jié)合新的移動(dòng)端教學(xué)方法的新鮮程度來提升自身對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和求知欲

由于學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和信息素養(yǎng)是不同的，因而他們?cè)谡n堂中所能吸收與利用的信息也是各異的，所以先給出一些學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生提前研究，提出問題。

3.3 充分采用網(wǎng)絡(luò)資源檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果

充分利用網(wǎng)絡(luò)上最新的網(wǎng)絡(luò)資源，如Youtube等軟件中展示該領(lǐng)域最新成果來進(jìn)行案例教學(xué)。案例來源于生活，基礎(chǔ)的角色3D建模是平時(shí)看得見、摸得著、用得上甚至用過的實(shí)物，可以先對(duì)其進(jìn)行建模設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)理論以“夠用”為度，通過有教學(xué)活動(dòng)都在“教、學(xué)、做”針對(duì)角色的需求。

卡通角色設(shè)計(jì)、怪獸設(shè)計(jì)，提出學(xué)生小組應(yīng)用創(chuàng)新方法尋求設(shè)計(jì)出不一樣的角色。根據(jù)創(chuàng)新角色的創(chuàng)新程度，進(jìn)行角色設(shè)計(jì)評(píng)比。

VR模塊的粒子系統(tǒng)及動(dòng)畫、結(jié)合U3D引擎開發(fā)主張讓所做模型，在虛擬世界動(dòng)起來，按照需求交互。讓學(xué)生覺得做出覺得的鮮活。有了具體案例的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生有了不斷學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

同時(shí)教師也可以利用網(wǎng)絡(luò)資源在課堂上予以重點(diǎn)講解，布置作業(yè)，學(xué)生組合小組項(xiàng)目討論，設(shè)計(jì)出傳統(tǒng)作業(yè)和自選作業(yè)。完成后充分利用軟件進(jìn)行案例討論，了解作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)和不足，觸發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新方法，避免學(xué)生的從眾心理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拓展提升。最后以賽促學(xué)，完成課程的收官。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)應(yīng)用型教育模式下《虛擬現(xiàn)實(shí)角色3D建模》課程的課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分析，提出了新的教學(xué)和評(píng)價(jià)方法。該方法首先采用PBL教學(xué)模式，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，而后對(duì)作業(yè)進(jìn)行復(fù)合式改革并進(jìn)行成果展示，對(duì)考核方式進(jìn)行創(chuàng)新，鼓勵(lì)應(yīng)用。預(yù)期能夠讓學(xué)生更好掌握這門課程。

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