網(wǎng)頁3D技術(shù)與未來教學方式的轉(zhuǎn)變

王碩

摘 要：21世紀是教育方式進步的新時代。在教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的以平面教學為主的教學方式，不利于學生對一些立體結(jié)構(gòu)的認知。而在課堂中引入3D模型，可以有效激起學生對課程的興趣，取得更好的教學效果。文章將簡略介紹網(wǎng)頁3D在教學領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：三維模型;教育;計算機;Web3D;改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-03-26 文章編號：1674-120X（2019）20-0118-02

一、引言

Web3D 技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的 3D 圖形渲染技術(shù)。目前，教學中的內(nèi)容展示多以多媒體的二維展示為主，在三維展示方面具有很大的局限性，甚至大多數(shù)情況下是一片空白。

二、研究目的

（一）應用3D模型的教學優(yōu)點

事實證明，多媒體輔助教學手段可以為學生提供形象逼真的教學情境，使學生全方位地學習知識，從而促進學生思維能力的發(fā)展。

研究表明，多媒體教學具有以下優(yōu)點：

1.減輕教師備課壓力

以往教師備課往往要花費很多時間，例如，在立體圖形教學時，手寫很難，且畫出來效果也不是很好，還造成學生理解很困難。而用Web3D模型展示的方法就不一樣了，通過計算機技術(shù)制作幾何圖形，簡潔明了。

2.讓教師講課更生動，學生更愛聽

以往的教師教學基本都是靠講解+板書來完成，課堂枯燥無味，學生都不愛聽，昏昏欲睡。但是通過3D模型的展示，可以給學生以新鮮感、代入感，可以有效提高學生的聽課效率。

3.共享度高

若對各個學科建立相應的資源庫，并存放在云端，則分散的資源將得到最大的共享。

（二）技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的 3D 建模工作是一個極其復雜的過程，需要耗費極大的精力，這個工作無論是對學校，還是對教師來說都是無法承擔的。對教師來說，他們不具備 3D 建模的能力，如果請其他人建模無疑會極大地增加其時間成本，得不償失。并且教學所需的模型相當多，如果教師全部承擔的話不切實際。而照片建模技術(shù)的發(fā)展，減少了手動建模的時間，提高了模型的精準度，也簡化了工作流程，但是這些軟件生成的 3D 模型是無法直接上傳到網(wǎng)上的，還需要用其他 3D 軟件進行渲染，設置交互性能，轉(zhuǎn)化成可以上傳到網(wǎng)站上的格式。這個過程中仍然面臨著很多問題。

綜上所述，基于 Web3D 的 3D 模型展示在教學領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，但是仍然面臨著許多問題，而解決這些問題將會對學生、學校，乃至整個教育有重要意義。

因此，該項目旨在通過對已有 Web3D 相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點的比較，對相關(guān)軟件進行優(yōu)化，并用腳本語言進行鏈接，從而設計一個帶有教具三維模型展示功能的產(chǎn)品信息發(fā)布系統(tǒng)。 該產(chǎn)品信息發(fā)布系統(tǒng)能夠輸入教具的相關(guān)照片（或視頻），直接輸出成可以在屏幕上展示的格式，使學生能夠與產(chǎn)品進行互動，對教學模型的內(nèi)在、外在的屬性有一個更加全面、直觀的認識和了解，從而提高教學效果，便于教師開展教學工作。

三、研究內(nèi)容

（一）軟件分析

3D軟件建模—3D軟件渲染—3D軟件導出是傳統(tǒng)的3D建模流程。然而，傳統(tǒng)的流程需要至少3個軟件，且應用這些軟件耗時久、效率低，同時對用戶的計算機提出了較高的要求。于是我們首先選擇最佳的 3D 軟件銜接方案，并優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，利用腳本語言實現(xiàn) 3D 軟件的銜接。

3D 建模軟件 memento 需要輸入大量的照片（30～40）才能生成精度較高的3D 模型，并且照片數(shù)量越多，質(zhì)量越高，生成的 3D 模型效果越好，這就意味著需要花費較多的時間成本來對商品進行多角度拍攝。我們先通過拍攝一段視頻，再通過視頻截圖軟件每隔一段時間進行截圖，這樣大大節(jié)約了時間成本，同時也避免了由于賣家拍攝技術(shù)不高引起的 3D 模型精確度不高的問題。 3D 軟件的銜接方案的選取，最基本的是保證其格式接口的連貫性，并且能夠完成預期的目標，生成可以發(fā)布在網(wǎng)頁上的.co 文件，最終確定的軟件銜接方案如下：

在流程圖中，通過Java語言與JavaScript語言編寫程序，利用腳本語言實現(xiàn)軟件的鏈接。

（二）商業(yè)模式

（1）通過實驗，采集數(shù)據(jù)，制作最合理的檔位式拍照支架（擬水杯），使生成的 3D 模型達到最佳效果。

（2）發(fā)掘銜接軟件的市場潛力，確定其市場模式。 （學校選擇普通定制則向網(wǎng)站支付小額費用，如選擇特殊定制則向網(wǎng)站支付定制費。）

（3）團隊和學校對產(chǎn)品的細節(jié)進行反復溝通，并對其進行修改，最終使學校滿意，達成合作共贏。

（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

1.國外研究現(xiàn)狀

1997 年，Web3D 聯(lián)盟成立于美國加利福尼亞州，從事非營利的研究工作。Web3D 聯(lián)盟促進 X3D 標準部署在多個應用程序、3D 場景的通信使用。聯(lián)盟成員合作開發(fā) X3D 標準和工具，使它們在不同的市場上獲得廣泛采用，服務于學術(shù)界、政府、行業(yè)和個人。Web3D 聯(lián)盟提供了強大的 ISO 標準的 3D 功能和長期的企業(yè)解決方案。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2006 年 7 月北京電大設備與實驗中心負責了北京市教委的“基于 web 的路由器配置虛擬仿真實驗環(huán)境研究與實現(xiàn)”科研項目。該項目擬利用 Web3D技術(shù)開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真實驗環(huán)境。

（四）創(chuàng)新點

（1） 將 Web3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)與日常教學結(jié)合起來。

（2）通過 Java 語言，實現(xiàn) obj 格式的文件向 html 格式的文件轉(zhuǎn)換，解決.obj格式不能直接上傳的問題。

（3）在產(chǎn)品生成后，將會不斷加入模塊化設計：如普通的靜態(tài)教具，除了有基本的旋轉(zhuǎn)縮放，還將會加入自動旋轉(zhuǎn)的動畫效果。對展開式教具，如地理地圖、生物模型，將自動加入 PRESS 效果，后期加入教具嵌套。

（4）項目成熟后與 AR 技術(shù)等結(jié)合，實現(xiàn)更快、更便捷的模型生成，使教具的使用范圍更加廣泛。

四、結(jié)語

目前 Web3D 技術(shù)在游戲、電子商務、房地產(chǎn)、公共事業(yè)等行業(yè)發(fā)展較為迅速，三維網(wǎng)絡游戲、基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實訓室、網(wǎng)上看房系統(tǒng)、虛擬消防演習等虛擬產(chǎn)品的成功開發(fā)，獲得了豐碩的經(jīng)濟效益與社會效益。該技術(shù)在發(fā)達國家應用較早，美國、日本和德國等發(fā)達國家已經(jīng)獲得了成功的應用經(jīng)驗，美國注重綜合應用開發(fā)，日本注重在游戲產(chǎn)業(yè)的應用，德國注重工業(yè)領(lǐng)域應用。國內(nèi)外的成功案例與開發(fā)經(jīng)驗印證了 Web3D 技術(shù)的優(yōu)勢，為該技術(shù)的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗。而Web 3D技術(shù)在我們的教育領(lǐng)域還是一片空白，有很大的發(fā)展?jié)摿?，具有廣闊的市場前景。

Web3D 技術(shù)，目前已經(jīng)形成了一定的市場，近年來也出現(xiàn)了部分從事三維網(wǎng)頁開發(fā)的專業(yè)人員，可從整體來看，Web 3D技術(shù)還處于市場開發(fā)的初始階段。雖然它暫時還難以和多媒體教學相提并論，但是我們有理由相信，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和產(chǎn)品的進一步完善，它必定能夠吸引市場的注意力，成為新的寵兒。因為在表現(xiàn)形式上它是以更貼近現(xiàn)實的三維環(huán)境來描述對象的，在內(nèi)容展示、多媒體配套等方面，都要大大優(yōu)于平面技術(shù)。 因此我認為，Web 3D技術(shù)在教育領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。

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