VR技術(shù)在多媒體課件制作中的應(yīng)用探究

張芳芳 劉儀輝

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)具有良好的交互性、沉浸性、情境性，在情境中主動(dòng)互動(dòng)的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理念，強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境。VR技術(shù)通過三維建模和虛擬現(xiàn)實(shí)引擎創(chuàng)建逼真的多媒體教學(xué)課件，為教師帶來全新的教學(xué)展示方式，為學(xué)生帶去生動(dòng)有趣的課堂體驗(yàn)，讓學(xué)習(xí)變得簡(jiǎn)單，快樂、高效。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);VR;多媒體課件;設(shè)計(jì)制作

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.016

本文著錄格式：張芳芳，劉儀輝.VR技術(shù)在多媒體課件制作中的應(yīng)用探究[J].軟件，2021，42（02）：054-056

Research on the Application of VR Technology in the Making of Multimedia Courseware

ZHANG Fangfang1， LIU Yihui2

（1.Nanchang Automobile Mechanical and Electrical School， Nanchang? Jiangxi? 330043;

2.Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine College of Humanities， Nanchang? Jiangxi? 330004）

【Abstract】：Virtual reality （VR） technology has good interactivity， immersion， situational， active interaction in the context of constructivism learning concept， emphasizing the real situation. VR technology creates realistic multimedia courseware through 3D modeling and virtual reality engine， it can bring teachers a new way of teaching display， bring students a lively and interesting classroom experience， and make learning simple， happy and efficient.

【Key words】：virtual reality;VR;multimedia courseware;design and production

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進(jìn)一步發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展迅速，信息技術(shù)與教學(xué)實(shí)踐的融合走向深入，在提升學(xué)校信息化建設(shè)水平、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)室建設(shè)、虛擬仿真教學(xué)、支撐各層次實(shí)踐實(shí)訓(xùn)高質(zhì)量發(fā)展，VR技術(shù)將在多媒體課件制作中發(fā)揮更大的作用。當(dāng)前教育傳統(tǒng)教學(xué)手段依然占據(jù)著課堂教學(xué)的統(tǒng)治地位，學(xué)生仍然游離于真正的學(xué)習(xí)過程之外。尤其是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課程中，學(xué)生沒有參與感，導(dǎo)致沒有學(xué)習(xí)興趣，對(duì)知識(shí)的掌握不深不牢，對(duì)知識(shí)的理解還停留在淺層的背誦或記憶，還沒發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性，尤其是學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活、知識(shí)與能力與問題解決都還存在著很大的距離[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)作為提高實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量的重要手段，它是計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，學(xué)生沉浸在計(jì)算機(jī)模擬的真實(shí)情境中，通過體感設(shè)備或者穿戴設(shè)備，將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的各種輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為學(xué)生能夠通過視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等感受到的現(xiàn)象。VR創(chuàng)建的這些模擬情境可以是真切的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，也可以是通過三維模型構(gòu)造出來的看不見的事物。VR虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)可以創(chuàng)建虛擬空間，并與之產(chǎn)生互動(dòng)體驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，隨著VR技術(shù)的不斷優(yōu)化、改善，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，通過穿戴特殊的輸入或輸出電子設(shè)備，學(xué)生與虛擬世界中的物體進(jìn)行真實(shí)自然的互動(dòng)，進(jìn)而獲得幾乎與真實(shí)世界相同的感受。

1 理論支撐

1.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生不是空著腦袋進(jìn)教室的，因此教師要充分利用學(xué)生的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，自己建構(gòu)新的知識(shí)。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)社會(huì)文化對(duì)學(xué)習(xí)的重要作用，學(xué)生的學(xué)習(xí)通常是通過與學(xué)習(xí)共同體的互動(dòng)協(xié)作完成的。實(shí)踐才能出真知，動(dòng)手才有感悟，參與才會(huì)進(jìn)步。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)一定要與社會(huì)生產(chǎn)生活聯(lián)系在一起，通過參與情境化的社會(huì)互動(dòng)構(gòu)建學(xué)生自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)在模擬真實(shí)情境中的會(huì)話、協(xié)作、探究的學(xué)習(xí)過程與VR技術(shù)在多媒體課件制作的功能非常契合，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)習(xí)者打造一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅將抽象的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)搭建知識(shí)轉(zhuǎn)化成生動(dòng)逼真的三維畫面，還能不斷促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)進(jìn)行有意義地知識(shí)建構(gòu)。

1.2 情境學(xué)習(xí)理論

情境學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)在知識(shí)所產(chǎn)生及應(yīng)用的真實(shí)情境中去開展。知識(shí)的本源應(yīng)該是來源于真實(shí)情境，例如自然環(huán)境、社會(huì)文化情境、實(shí)踐活動(dòng)中。一方面，同樣的知識(shí)內(nèi)容在不同的情境中將可能有不同的意義，因此知識(shí)的學(xué)習(xí)不能脫離其應(yīng)用情境。另一方面，猶如木工、泥工、廚師等職業(yè)一樣，技能的學(xué)習(xí)一定要在真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)工作情境中才能通過不斷練習(xí)達(dá)到熟練掌握的程度，技能的學(xué)習(xí)離不開它所運(yùn)用的情境。

2 VR課件設(shè)計(jì)與制作過程

2.1 軟件準(zhǔn)備

（1）動(dòng)畫軟件方面，現(xiàn)在可以制作動(dòng)畫的軟件有很多，傳統(tǒng)的動(dòng)畫都是Flash制作的，一般逐幀的動(dòng)畫都要選擇Flash動(dòng)畫軟件才能完成，對(duì)基本原畫繪制，素材的原則在Flash軟件中進(jìn)行比較方便。After Eftec是當(dāng)前流行的MG動(dòng)畫常用的制作軟件，對(duì)mg視頻剪輯和設(shè)計(jì)都有很大幫助，讓動(dòng)畫視覺炫酷效果明顯，用AE軟件制作出來的動(dòng)漫更加流暢。3DS MAX是現(xiàn)在比較流行的三維動(dòng)畫制作軟件，一些影視動(dòng)漫都是利用這個(gè)軟件，當(dāng)前動(dòng)畫公司制作三維動(dòng)畫軟件最流行的核心軟件主要對(duì)動(dòng)畫場(chǎng)景來渲染。（2）圖形圖像處理軟件是被廣泛應(yīng)用于平面設(shè)計(jì)、影視后期制作等領(lǐng)域的軟件。如Photoshop、Illustrator、Flash、Matlab、Coreldraw等。Photoshop功能強(qiáng)大，基于圖層、蒙版、通道等技術(shù)設(shè)計(jì)者可以輕松地合成、截取、創(chuàng)造各種圖像等。Photoshop支撐多種圖畫格局，多種色彩形式，提供了強(qiáng)壯的挑選圖畫規(guī)模的功能，提供了近百種的濾鏡。其最新的內(nèi)容識(shí)別技術(shù)可幫助用戶更加精準(zhǔn)的完成圖片編輯，CS6版本還為用戶提供了一些新的選擇工具和全新的軟件UI，用戶可完全擺脫代碼的束縛而創(chuàng)造屬于自己的HTML5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁。另外，AutoCAD也是一款常用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，在繪圖、文檔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)三維設(shè)計(jì)等方面具有強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)者使用的門檻也較低。（3）音頻的處理工具，Adobe Audition是一款功能強(qiáng)大、效果出色的多軌錄音和音頻處理軟件。主要用于對(duì)MIDI信號(hào)的處理加工，它具有聲音錄制、混音合成、編輯特效等功能。WavePad Audio Editor適用于Windows和Mac的音頻和音樂編輯器。它允許用戶錄制并編輯音樂、錄音和其他聲音。作為一個(gè)編輯器，用戶可以在其中剪切、復(fù)制、粘貼、刪除、插入、靜音和自動(dòng)修剪錄音，然后在VST插件和免費(fèi)音頻庫的支持下添加增強(qiáng)、歸一化、均衡器、包絡(luò)線、混響、回聲、倒放等效果。（4）視頻編輯工具可以實(shí)現(xiàn)視頻的剪切、裁剪、分割、旋轉(zhuǎn)，添加字幕、配樂、特效等功能。軟件的圖層管理可以分別對(duì)貼圖、音效、字幕、疊層進(jìn)行管理。當(dāng)前較為主流的視頻編輯工具有適合小規(guī)模視頻剪輯的Movie Maker、適用于Windows的ivsEdits LE、操作簡(jiǎn)單的迅捷視頻剪輯和360快剪輯軟件等。360快剪輯該軟件可以幫助用戶直接在網(wǎng)頁上錄制、編輯視頻，其功能十分強(qiáng)大，快速剪輯、快速上傳。

2.2 三維建模

三維建模指的是使用軟件來創(chuàng)建三維對(duì)象或形狀的數(shù)學(xué)表示形式的過程。創(chuàng)建的對(duì)象稱為三維模型，這些三維模型可用于各種行業(yè)。影視、建筑、施工、產(chǎn)品開發(fā)、科學(xué)和教育行業(yè)均在使用三維模型進(jìn)行可視化、仿真和渲染圖形設(shè)計(jì)。教師在日常教學(xué)設(shè)計(jì)中要完成三維建模，需要對(duì)VR場(chǎng)景及渲染、VR表現(xiàn)設(shè)計(jì)、VR三維技術(shù)、VR互動(dòng)設(shè)計(jì)等知識(shí)有一個(gè)基本的了解和掌握。建模時(shí)應(yīng)注意：一是所有模型的初始坐標(biāo)設(shè)置在原點(diǎn)，模型的軸心設(shè)置在物體中心。二是模型要命名規(guī)范，不能重名，模型名稱最好使用英文和數(shù)字命名，否則在Unity 3D中的會(huì)出現(xiàn)一些問題[2]。在三維建模設(shè)計(jì)中，需要明確學(xué)習(xí)者通過虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)，掌握哪些知識(shí)，學(xué)會(huì)哪些技能，讓學(xué)習(xí)者帶著問題進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)的多媒體課件中進(jìn)行學(xué)習(xí);同時(shí)，還應(yīng)該設(shè)置必要性的回顧性環(huán)節(jié)，將學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境中的學(xué)習(xí)、交互過程能夠以一定的形式在教學(xué)總結(jié)中進(jìn)行再現(xiàn)[3]。

2.3 虛擬實(shí)現(xiàn)引擎

建立三維模型之后接下來就是集成三維模型，設(shè)計(jì)者根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要搭建虛擬場(chǎng)景。例如在網(wǎng)絡(luò)信息安全專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，要搭建的虛擬場(chǎng)景包括模擬真實(shí)的中心機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)防御設(shè)備、路由器、交換機(jī)、各類接口、綜合布線的線路等。然后按照各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具體的操作要求，開發(fā)添加學(xué)生與三維模型的交互過程。對(duì)于普通開發(fā)者來說，開發(fā)需要耗費(fèi)巨大的精力與資源，而第三方虛擬現(xiàn)實(shí)引擎有著使用成本低，插件齊全、兼容性好等優(yōu)勢(shì)[4]。Unity3D是一軟3D游戲引擎，其具備跨平臺(tái)發(fā)布、高效能優(yōu)化、高性價(jià)比等特點(diǎn)。Unity擁有方便靈活的編輯器、友好的開發(fā)環(huán)境、豐富的工具套件，支持多種模型格式。Unity3D通過C#代碼和材料材質(zhì)為用戶提供三維視頻、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫功能并且新的渲染技術(shù)可讓畫面品質(zhì)達(dá)到影視級(jí)別。Unity3D可以直接在圖形網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建并連接節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)或調(diào)試著色器，免于編寫代碼，并且這個(gè)過程中的每一步都可以預(yù)覽。

以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)搭建為例，前期利用3DS MAX軟件完成實(shí)驗(yàn)機(jī)房、交換機(jī)、路由器、設(shè)備機(jī)柜、線路等三維模型建立好后，需要將這些三維模型資源導(dǎo)入到Unity3D所創(chuàng)建的項(xiàng)目中，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三維模型的建構(gòu)。在新建項(xiàng)目時(shí)要注意選定“3D”選項(xiàng)。在完成模型導(dǎo)入后，設(shè)計(jì)者還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景，通過主菜單File下的新建場(chǎng)景菜單New Scene創(chuàng)建一個(gè)新的場(chǎng)景，在主菜單Assets的子菜單中選擇Import Package，然后選擇Characters，導(dǎo)入Asset。最后導(dǎo)入模型開發(fā)相應(yīng)的腳本程序，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通常制作一個(gè)VR多媒體課件需要用到三維圖形建模技術(shù)、模型的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、聲音圖像的合成技術(shù)、視點(diǎn)感應(yīng)和視覺跟蹤技術(shù)等，多技術(shù)的共同作用下方能產(chǎn)生身臨其境的“沉浸”感。

2.4 合成多媒體課件

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擁有多種應(yīng)用手段，主要包括由計(jì)算機(jī)制作生成的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的三維模擬環(huán)境應(yīng)用于各類課件制作、利用軟硬件進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)、利用虛擬植入技術(shù)進(jìn)行教學(xué)信息的替換和植入、通過CAVE結(jié)構(gòu)顯示中高分辨虛擬場(chǎng)景展示現(xiàn)場(chǎng)沉浸式實(shí)景效果等。VR多媒體課件的制作需要虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的支持，尤其是在輸出的場(chǎng)景和發(fā)布的文件格式方面，不同的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎可以生成導(dǎo)出不同的文件格式。在教學(xué)應(yīng)用方面，場(chǎng)景發(fā)布文件格式主要采用以插件輸出的場(chǎng)景格式和Web版的場(chǎng)景格式。合成多媒體課件時(shí)要十分關(guān)注VR技術(shù)的交互性、沉浸性、臨場(chǎng)感。

2.5 VR課件技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

職業(yè)教育提質(zhì)擴(kuò)容的發(fā)展趨勢(shì)下，隨著VR技術(shù)的成熟與普及，利用VR技術(shù)在多媒體課件制作將越來越普遍。目前，一些高新技術(shù)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出類似VR教學(xué)一體機(jī)設(shè)備。教師作為教學(xué)設(shè)計(jì)者和資源開發(fā)者，不需寫程序，只要有創(chuàng)意，所想即所得。設(shè)備融合了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、三維動(dòng)畫、實(shí)時(shí)渲染等多種專利技術(shù)。不需代碼編譯，支持多平臺(tái)發(fā)布，開發(fā)、展示一站式體驗(yàn)。教師只需要把一些抽象或者三維的模型、系統(tǒng)導(dǎo)入所創(chuàng)建的項(xiàng)目中。通過事件定義演繹方式和觸發(fā)方式，將來可以便捷地一鍵輸出到VR頭盔、CAVE系統(tǒng)、全息設(shè)備等VR呈現(xiàn)平臺(tái)上進(jìn)行展現(xiàn)。將來更多的教學(xué)VR設(shè)備將加入眼球追蹤、面部追蹤和心率傳感功能，可實(shí)現(xiàn)注視點(diǎn)渲染、生物識(shí)別、支持表情追蹤的虛擬頭像效果，功能更加強(qiáng)大。在課堂上，教師就可以在虛擬的三維環(huán)境中向?qū)W生講解課程知識(shí)點(diǎn)，大大提高了教學(xué)效率與學(xué)生的認(rèn)知效果。在汽車機(jī)電專業(yè)領(lǐng)域，工程師可以將各種制作好的汽車部件、機(jī)電設(shè)備等產(chǎn)品原型導(dǎo)入到軟件中，并加入一些交互觸發(fā)功能，一鍵輸出到各種VR呈現(xiàn)平臺(tái)。教師可以在三維可視化的環(huán)境下對(duì)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行論證，并可以通過手柄對(duì)需要修改的地方進(jìn)行標(biāo)注，甚至直接實(shí)時(shí)修改。在傳統(tǒng)教學(xué)受到場(chǎng)地、器材、天氣等客觀條件限制的情況下，VR教育能夠突破這些限制。讓學(xué)生能夠身臨其境，這樣可讓老師節(jié)省備課時(shí)間;讓難點(diǎn)教學(xué)點(diǎn)直觀化;提升課堂教學(xué)效率！與此同時(shí)，VR多媒體課件的制作也存在一些問題，比如技術(shù)與教學(xué)之間存在巨大的鴻溝，造成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)遲遲不能較完善的運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐上[5]。

3 結(jié)語

未來VR技術(shù)會(huì)帶來全新的教學(xué)展示方式，為學(xué)生帶去生動(dòng)有趣的課堂體驗(yàn)。VR技術(shù)制作的多媒體課件將突破傳統(tǒng)PPT課堂教學(xué)的局限，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、交互、趣味生動(dòng)的沉浸式課堂，讓學(xué)習(xí)變得簡(jiǎn)單，快樂，高效。隨著VR技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和完善應(yīng)用，在教育領(lǐng)域?qū)?huì)越來越多地呈現(xiàn)出以VR為主要教學(xué)方式的課程，基于VR技術(shù)的課堂將成為未來教育的新形式。

參考文獻(xiàn)

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