虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程設(shè)計與教學(xué)實踐

摘? 要：隨著科技水平的不斷提升，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于多個行業(yè)和領(lǐng)域，社會對虛擬現(xiàn)實技術(shù)專業(yè)人才的需求量也不斷增加。文章對虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的特點進行了闡述，明確了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)背景下該課程的教學(xué)內(nèi)容，研究了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的實踐過程，分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的教學(xué)效果和改革策略，希望能為相關(guān)課程教學(xué)活動的開展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);課程設(shè)計;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：TP39;G434? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）02-0183-05

Abstract： With the continuous improvement of scientific and technological level， virtual reality technology has been applied in many industries and fields， and the social demand for virtual reality technology professionals is also increasing. This paper describes the characteristics of virtual reality technology courses， defines the teaching content of this course under the background of innovative talent cultivation， studies the practice process of virtual reality technology course oriented to application-oriented talent cultivation， analyzes the teaching effect and reform strategy of virtual reality technology course， hoping to provide reference for the development of relevant curriculum teaching activities.

Keywords： virtual reality technology; curriculum design; teaching design

0? 引? 言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門新興技術(shù)，能夠借助計算機完成三維虛擬環(huán)境的設(shè)計，不但具有較強的創(chuàng)新性，而且具有較大的社會需求，因此將此課程開設(shè)于高校藝術(shù)類本科專業(yè)影視方向課程具有較大的必要性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多個行業(yè)中得到廣泛運用，例如可以運用于數(shù)字化的科技館、體驗館等，實現(xiàn)了科技與藝術(shù)的完美融合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸性和交互性等特點，因此教師應(yīng)當運用“教學(xué)做一體化”的方法開展該課程教學(xué)活動，使得學(xué)生將自己的想象和創(chuàng)意表現(xiàn)出來，在虛擬化場景中設(shè)計和規(guī)劃項目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計水平。

1? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的特點與定位

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越多地運用于各個行業(yè)，并且呈現(xiàn)在人們的工作、學(xué)習(xí)和生活活動中，對社會發(fā)展和進步產(chǎn)生了越來越重要的作用。當前，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的行業(yè)主要包括廣告、游戲、通訊、影視等行業(yè)。為了適應(yīng)多個行業(yè)對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的需求，很多高等院校陸續(xù)開展虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程，以傳播理論和藝術(shù)理論為基礎(chǔ)，以設(shè)計能力和信息技術(shù)為主導(dǎo)，實現(xiàn)藝術(shù)與科學(xué)的融合。具體而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下特點：

第一，教學(xué)目標注重創(chuàng)新性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身是一門新興技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品的受眾對其具有較高的期待和要求，這就需要設(shè)計人員不斷創(chuàng)新內(nèi)容，為受眾帶來全新的體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程教師應(yīng)當培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使其設(shè)計出更多的具有創(chuàng)意的優(yōu)秀作品。

第二，教學(xué)內(nèi)容具有豐富性。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身具有融合性和交叉性，因此在教學(xué)過程中應(yīng)當向?qū)W生傳授三維動畫、人機交互、視頻處理、圖像設(shè)計等多方面的知識，此外教師在授課過程中還應(yīng)當鞏固平面設(shè)計、色彩選擇和美術(shù)基礎(chǔ)等相關(guān)知識內(nèi)容。

第三，學(xué)過程突出實踐性。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有一定的應(yīng)用性，教師在授課過程中應(yīng)當給學(xué)生提供較多的實踐機會，提升學(xué)生的動手操作能力。折舊需要教師不斷轉(zhuǎn)變教學(xué)方法和教學(xué)模式，通過運用案例教學(xué)法和項目式教學(xué)法來實現(xiàn)教、學(xué)、做的一體化。

2? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程是數(shù)字媒體藝術(shù)專業(yè)與其他藝術(shù)類學(xué)生的專業(yè)方向必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念和術(shù)語、系統(tǒng)組成及其應(yīng)用領(lǐng)域，理解虛擬現(xiàn)實的基本計算機結(jié)構(gòu)，掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和審美素質(zhì)，具有場景搭建、美術(shù)設(shè)計、交互設(shè)計的能力。根據(jù)本課程的特點，可以將本課程的教學(xué)內(nèi)容分為理論部分和實踐部分。

2.1? 理論教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)內(nèi)容主要分為四個部分：第一部分是虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述，主要講授虛擬現(xiàn)實技術(shù)原理、VR/AR/MR的概念和區(qū)別、虛擬現(xiàn)實的技術(shù)原理和發(fā)展歷程等內(nèi)容，使得學(xué)生了解什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，詳細深入的學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展史和目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;第二部分為三維全景技術(shù)學(xué)習(xí)，主要講授虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)平臺的輸入與輸出設(shè)備、三維手勢交互技術(shù)原理、光學(xué)定位和運動捕捉系統(tǒng)技術(shù)原理、VR全景影像攝錄設(shè)備的構(gòu)成和應(yīng)用等內(nèi)容，使得學(xué)生了解虛擬現(xiàn)實的硬件分類，認識各品牌VR頭戴設(shè)備及附件，掌握簡單虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)平臺的搭建，掌握動作捕捉和光學(xué)定位技術(shù)以及三維手勢交互技術(shù)的基本原理;第三部分為虛擬現(xiàn)實項目開發(fā)與制作，主要講授Unity 3D虛擬現(xiàn)實引擎、虛擬現(xiàn)實場景的搭建、虛擬現(xiàn)實場景的美術(shù)設(shè)計、虛擬現(xiàn)實場景的交互設(shè)計等內(nèi)容，使得學(xué)生了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的常用軟件，熟悉Unity 3D虛擬現(xiàn)實引擎的基礎(chǔ)操作，能夠使用Unity 3D虛擬現(xiàn)實引擎進行項目制作，能夠搭建簡易的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，進行相應(yīng)的動畫制作以及邏輯編輯，實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的交互;第四部分為虛擬現(xiàn)實行業(yè)應(yīng)用，主要講授虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空航天和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)和城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在文娛和教育培訓(xùn)的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在商務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用等內(nèi)容，使得學(xué)生了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，能夠?qū)ι婕癡R、AR的影視、游戲、科技、直播、新聞、旅游、房地產(chǎn)、教育、醫(yī)療、社交、電商等行業(yè)詳盡解析。

2.2? 實踐教學(xué)內(nèi)容

本課程的實踐教學(xué)內(nèi)容可以依據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容的第三個部分虛擬現(xiàn)實項目開發(fā)與制作進行設(shè)計，將實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為四個項目：第一項目是古代花瓶——文物3D展示，通過項目設(shè)計來實現(xiàn)720°展示古代文物的面貌，使得學(xué)生認識我國歷史文物并且主動保護文物;第二個項目是北海公園景區(qū)——場景漫游，通過項目設(shè)計來實現(xiàn)景點的虛擬旅游，使學(xué)生了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍，提升學(xué)生的動手操作能力和設(shè)計水平;第三個項目是汽車——3D交互，通過項目設(shè)計實現(xiàn)關(guān)于汽車的3D交互設(shè)計，使得學(xué)生能夠?qū)Ξa(chǎn)品細節(jié)進行3D設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的精益求精精神;第四個項目是天宮空間站——模型拼裝，通過項目設(shè)計實現(xiàn)空間站的模型拼裝，使學(xué)生認識太空并激發(fā)學(xué)生探索太空的欲望。

3? Unity 3D軟件操作教學(xué)內(nèi)容

3.1? Unity 3D安裝與注冊步驟

講授Unity 3D的安裝步驟：第一，打開Unity 3D的安裝文件，找到Unity 3D.exe并雙擊開始安裝Unity軟件;第二，Unity開始進行資源配置;第三，進入Unity歡迎界面后點擊Next按鈕;第四，Unity提示是否接受安裝協(xié)議，點擊I Agree即可;第五，選擇所要安裝的組件，選中Example Project、Unity Development Web Player和Mono Develop后點擊Next按鈕;第六，點擊Browse選擇Unity的安裝路徑，默認安裝在C：＼Program Files＼Editor中，選好路徑后點擊Install進行安裝。第七，Unity軟件安裝后會彈出安裝成功對話框，點擊Finish按鈕即完成Unity安裝。

講授注冊賬號的過程：第一，雙擊打開Unity 5.4.1，會看到一個“License Error（授權(quán)錯誤）”的界面;第二，需要點擊該界面右上角的“SIGN IN（登錄）”，彈出登錄面板，在這個面板上填寫自己在Unity官網(wǎng)注冊的賬號;第三，賬號填寫完畢后，點擊“Sign In”按鈕，登錄自己的賬號，然后點擊“Re-Activate（重新激活）”;第四，點擊“重新激活”后，現(xiàn)實激活界面，選中“Unity Personal”;第五，點擊“Next”，進入下一步，彈出“License agreement（授權(quán)協(xié)議）”窗口，選種第三個單選框;第六，點擊Next，進入下一步，進入“Survey（問卷調(diào)查）”，直接將界面拉到最下方，點擊OK按鈕完成注冊。

3.2? Unity 3D界面

Unity 3D擁有強大的編輯功能，開發(fā)者在創(chuàng)建項目過程中可以通過可視化的編輯界面創(chuàng)建游戲及虛擬現(xiàn)實環(huán)境。Unity 3D的基本界面主要包括菜單欄、工具欄以及五大視圖，這5個視圖分別為Hierarchy（層次）視圖、Project（項目）視圖、Inspector（檢視）視圖、Scene（場景）視圖和Game（游戲）視圖，而每種視圖都有指定的用途。

點擊Layouts按鈕可以改變視圖模式，在下拉列表中看到很多種視圖，其中有2by3、4Split、Default、Tall、Wide等，如圖1、圖2所示。

層次視圖包含了當前場景中的所有游戲物體。我們在游戲開發(fā)中所創(chuàng)建的Game Object都會出現(xiàn)在Hierarchy視圖中。當我們想尋找場景中的某個物體時，只要在Hierarchy視圖中找到對應(yīng)物體的名稱并進行雙擊即可，此外還可以選中物體點擊鼠標右鍵輕松地實現(xiàn)Game Object的復(fù)制、刪除等操作。

項目視圖相當于一個資源倉庫，包含了所有項目資源，其主要作用就是管理用戶的項目資源。項目視圖左側(cè)是一個層次面板，打開后可以看見多個文件夾，選中其中一個文件夾，相應(yīng)的內(nèi)容就會顯示在右側(cè)的面板中。

Unity中的游戲是由多邊形物體、腳本、聲音或其他圖形元素組成的，在Hierarchy視圖中選中某一個物體后，右側(cè)的Inspectror視窗會顯示當前選擇物體的詳細信息，包括物體上當前連接的所有Componens（組件）和屬性。

Scene視圖為Unity的編輯面板，是創(chuàng)建游戲的主要場所。用戶所創(chuàng)建的所有燈光、物體、資源都會顯示在場景視圖中，同時用戶可以在場景視圖中進行選擇和定位環(huán)境物體、角色物體、攝像機、敵人角色等，構(gòu)建游戲中所有的虛擬景象，如圖3所示。

Game視圖面板是用來渲染場景面板中景象的，該面板不能用作編輯，但卻可以呈現(xiàn)完整的動畫效果，如圖4所示。

3.3? Unity新建項目文件

在Unity 3D創(chuàng)建項目，在項目中創(chuàng)建場景，然后在場景中創(chuàng)建地面，在地面上創(chuàng)建立方體來搭建簡單游戲場景步驟。

步驟1：啟動Unity 3D后，在彈出的對話框中，單擊New創(chuàng)建一個新的工程，可以設(shè)置工程的目錄，然后修改文件名稱和文件路徑。

步驟2：在Project name下（項目名稱）中輸入項目名稱，然后在Location（項目路徑）下選擇項目保存路徑并且選擇2D或者3D工程的默認配置。

步驟3：設(shè)置完成后，單擊Create project按鈕完成新建項目。Unity 3D會自動創(chuàng)建一個空項目，其中會自帶一個名為Main Camera的相機和一個Directional Light的平行光。

步驟4：創(chuàng)建好新項目后新建場景。場景新建的方法是：選擇Unity菜單File（文件）—New Scene（新建場景）命令即可新建場景。

步驟5：選擇Game Object（游戲?qū)ο螅?D Object（三維物體）—Plane（平面）命令創(chuàng)建一個平面用于放置物體，如圖5所示。

步驟6：選擇Game Object（游戲?qū)ο螅?D Object（三維物體）—Cube（立方體）命令創(chuàng)建一個立方體，如圖6所示。

步驟7：使用場景控件調(diào)整物體位置，從而完成游戲物體的基本創(chuàng)建。

步驟8：在彈出的保存場景對話框中輸入要保存的文件名，此時在Project（項目）面板中能夠找到剛剛保存的場景。

4? Unity 3D軟件操作的教學(xué)實踐過程

4.1? 課前

教師可以借助于線上學(xué)習(xí)平臺完成課前教學(xué)活動，將課前的預(yù)習(xí)課件和引導(dǎo)視頻等內(nèi)容推送至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，使得學(xué)生提前完成相關(guān)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而教師可以在教學(xué)平臺中了解學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，也可以在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上發(fā)布課前測試來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及時調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容。

4.2? 課中

結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點，教師應(yīng)當在課堂上采用案例式教學(xué)法、項目式教學(xué)法等多種教學(xué)方法開展教學(xué)活動。教師重點講解教師課前學(xué)習(xí)效果較差的內(nèi)容，激勵學(xué)生通過項目制作等參與式活動完成課程內(nèi)容，有效調(diào)動學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)興趣。在理論教學(xué)和實踐教學(xué)過程中教師可以融入多個思政要素，實現(xiàn)思政育人的效果。通過項目式教學(xué)法，學(xué)生自主探究并完成對項目任務(wù)，任務(wù)完成過程截圖如圖7所示。

圖7? 學(xué)生自主完成項目過程截圖

4.3? 課后

教師根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握情況布置作業(yè)，完成相關(guān)項目的修改和完善，可以借助于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺完成對學(xué)生作業(yè)完成情況的檢測和評價，也可以采取課堂匯報和學(xué)生互評的方式達到相互學(xué)習(xí)的目的。對于學(xué)生的學(xué)習(xí)和項目完成情況，教師應(yīng)當進行及時總結(jié)，例如可以邀請學(xué)生閱讀延伸文章、學(xué)習(xí)總結(jié)匯報、觀看學(xué)習(xí)視頻等活動，加深學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度。教師在聽取學(xué)生項目匯報后進行評價，得分情況直接錄入網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。

5? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程教學(xué)效果和改革策略

5.1? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的教學(xué)效果

通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的不斷改革，本課程的教學(xué)效果得到明顯的改善。首先，學(xué)生的考試成績得到了很大程度的提升，學(xué)生的考試成績從68.42分提高到80.57分，考試成績的優(yōu)秀率從5.3%提升到11.8%，這說明教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到明顯提升;其次，學(xué)生的積極性得到了較大程度的提高，通過調(diào)查得知，學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)習(xí)慣得到培養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)時間有所提升，學(xué)生上課回答問題的積極性更強，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的滿意程度得到提高。

5.2? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的改革策略

教師應(yīng)當不斷更新教學(xué)理念，用設(shè)計學(xué)的思維和理論引導(dǎo)學(xué)生開展設(shè)計活動，培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和設(shè)計水平;應(yīng)當不斷創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)本課程的教學(xué)目標和學(xué)生的知識水平理清教學(xué)脈絡(luò)，循序漸進地向?qū)W生傳授課程知識，通過實體項目訓(xùn)練來引導(dǎo)學(xué)生用專業(yè)知識來發(fā)現(xiàn)和解釋社會問題和現(xiàn)象，通過理論與實踐教學(xué)相結(jié)合實現(xiàn)“教學(xué)做”一體化;應(yīng)當不斷改善教學(xué)方法，借助于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，通過信息化教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，運用項目式教學(xué)法和探究式教學(xué)法提升學(xué)生的知識運用能力，提高學(xué)生的動手操作能力。

6? 結(jié)? 論

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門理論性與實踐性相結(jié)合的課程，在教學(xué)改革過程中教師應(yīng)當不斷提升自身能力，嚴格把握教學(xué)目標、著重突出課程特色、不斷激發(fā)學(xué)生興趣，注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)的結(jié)合，實現(xiàn)課程內(nèi)容與實際生活的緊密結(jié)合，不斷探索更加適合學(xué)生發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，通過教學(xué)質(zhì)量的不斷提升，培養(yǎng)出更多更優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。

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作者簡介：閆鵬（1987.08—），男，漢族，山東德州人，教師，碩士，研究方向：新媒體、數(shù)字媒體藝術(shù)。