淺析Web3D技術在教學中的應用

摘要隨著計算機和網絡技術的不斷進步，Web3D技術以其自身的優勢在教育領域起到了廣泛的作用與影響。本文簡述了Web3D的基本知識，簡要分析了Web3d技術目前在的教學中的應用。

關鍵詞Web3D 虛擬現實

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

0 引言

隨著計算機和網絡技術的不斷進步，使我們的教育方式產生了重大變革，它不僅是教學方法和手段的變革，同時也引起了教育思想，教育理論以及教育模式的深層次的變革。當前基于計算機和網絡的自主學習成為人們學習的主要學習方式。以計算機網絡和計算機三維圖形學為基礎的Web3D技術，以其逼真的三維性，靈活的交互性，較小的文件量等特點在多個領域得到發展應用。Web3D技術在教學中增強了學習的互動性，參與性和真實感，打破了教學的地域和時空的局限，實現了雙向交互和實時交流，同時降低了教學成本，提高了學習的質量，在教育領域中具有很強的應用潛力。

1 Web3D技術概述

虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)，也稱靈境技術，是一種通過計算機硬件技術和軟件技術生成逼真三維虛擬環境的人機界面技術。虛擬現實一詞最早由美國VPL公的創建人拉尼爾(Jaron Lanier)于20世紀80年代提出的，它是以“I3”，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、構想性(Imagination)為主要特征的綜合性信息技術。Web3D技術是虛擬現實技術中一種實現形式，它是基于互聯網的三維技術，其本質就是在網絡上實現3D。網絡性、三維性和交互性是Web3D的主要特征。

Web3D技術最早可追溯到VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虛擬現實建模語言。1994年3月在日內瓦召開的第一屆WWW會議上，首次正式提出了VRML，同年公布了規范的VRML1.0草案。1996年8月在新奧爾良召開的優秀3D圖形技術會議上公布通過了規范的VRML2.0第一版，它對 VRML1.0進行了很大的補充和完善。1997年VRML作為國際標準正式發布，1998年正式獲得國際標準化組織ISO批準簡稱VRML97。1998年VRML組織更名為Web3D組織，同時制訂了新的標準X3D，2000年春天，Web3D組織完成了VRML到X3D的轉換。

目前，Web3D還沒有統一的技術標準。現在市場上有Cult3D，Viewpoint，Fluid3D，Java3D，Atmosphere、Shout3D，Superscape，ShockWave3D等進三十種技術，它們大都需要自己插件的支持。

2 Web3d技術應用于教學的優勢

傳統的多媒體教學，集文本、圖片、聲音、動畫、視頻于一身，在教學中發揮了其自身優勢。但是，在使用過程中它的不足之處也逐漸顯現出來。首先，傳統的多媒體教學，多為平面展示，顯示方式較為單一，對那些抽象的三維形體和行為來說，二維多媒體課件并不能給予全面的展示;其次，傳統的多媒體教學主要用于課堂演示，學生的思考思路受到設計者設計思路的限制，限制了學生的思維，較為被動，交互性不強，靈活性不夠。Web3D在教學中的應用相比傳統的教學，在這些方面顯示出獨有的優勢:

(1)突破思維的瓶頸，提高教學質量和學生的學習興趣。在教學中，對語言無法表達清楚的內容，利用Web3D技術形象逼真的展示，解決了教學中的難點，突破了學生思維的瓶頸，提高了教學質量和學生的學習興趣。

(2)彌補實驗條件的不足，提高學生的動手能力。受實驗場地，實驗設備，教學經費等各種因素的限制，對以前無法完成的實驗，利用Web3D技術進行虛擬實驗，克服了實驗場地，實驗設備，教學經費等方面的困難，同時降低了實驗的成本。學生在直接參與實驗的過程，獲得了感性的認識，加深了對實驗內容的理解，提高了動手能力，培養了學生的探索創新意識。

(3)進一步打破了時間、空間的限制。利用Web3D技術，進一步打破了時間、空間的限制。Web3D技術可以構建出大到宇宙天體，小到原子微粒，供學生觀察了解。對于時間跨度大的變化過程，也可以利用Web3D技術進行模擬。

3 Web3D技術的教學應用現狀

以沉浸性、交互性、構想性為主要特征的虛擬現實與當前建構主義學習理論和人本主義學習理論密切聯系。建構主義學習理論認為，學生的親身體驗要遠勝于間接體驗，而且更能激發學生的主動性。同時，人本主義學習理論主張以學生為中心，強調學生的個性發展，調動學生內在的學習動機。基于Web3D的虛擬學習環境使人與計算機很好的融合，身臨其境，實現了以學生為中心的學習環境，充分調動了學生的參與性，提高了學生的學習主動性。

3.1 利用Web3D進行三維立體演示

使用HTML(超文本編輯語言)編寫的教學課件雖然也集成了文字、圖形、聲音、視頻、動畫等，但還是以二維平面為主要特征，而且這種教學課件基本上是課本的翻版，是教案的拷貝，只能閱讀不能交互。三維展現形式能真實的展示事物的外部形態和內部結構，例如分子和原子結構，使抽象問題形象化，便于學生的理解和掌握。加之Web3D的交互特性，使觀眾擁有自行瀏覽權，觀眾可以自由控制觀看的角度，以及動畫的進行。利用Web3D進行三維立體演示使學習者突破思維的瓶頸，對事物的體會和認識更加深刻，從而提高了教師的教學質量和學生的學習興趣。 (下轉第13頁)(上接第11頁)

3.2 利用Web3D進行虛擬教學實驗

許多的實際經驗告訴我們，“做比聽和說更能接受更多的信息”。由于實驗場地，實驗設備，教學經費等各種因素的限制，導致目前實驗課程開設不足，學生的動手實驗能力，知識的綜合運用不強，而且一些具有危險性、抽象性的實驗難以開設。 Web3D使學生使用模擬實驗儀器進行裝置實驗，在滿足實驗要求的情況下，保證學生獨立完成實驗，對實驗的體會更加的深刻。

目前，我國很多高校針對教學實際，開發出適合自己教學的虛擬實驗室。山東理工大學的葛文慶設計的基于 Java3D技術的工程制圖課程虛擬實驗系統實現了對實驗影響因素的參數化控制和圖形投影變換方法的控制，可幫助學生建立正確的形體概念 、投影概念，易于對課程難點內容加以理解。可有效地克服傳統工程制圖實驗教學的缺陷，有利于提高學生的圖形認知能力和水平。福建師范大學開發的虛擬光學實驗，其分光計的三維操作模型在網絡瀏覽器中該模型可以任意翻轉、任意分解，可以從任何角度對儀器進行觀察，可以實際操作該儀器，同時給出提示。并設計了學生加入該實驗室的虛擬身份，使用者可以如同加入游戲一樣加入實驗系統，以達到身臨其境的感覺，該設計的引入為實驗室的設備基本使用介紹提供了良好的解決方案，大大降低了實驗設備中由于學生對設備的不熟悉而帶來的設備損壞 。

3.3 利用Web3D進行場景漫游

利用Web3D可以實現真實場景的虛擬漫游，參觀世界上你不可能到達的博物館，可以漫游久負盛名的名勝和宏偉建筑群等景物景點，研究從未對公眾開放過的私人收藏的繪畫或雕塑，甚至可以參觀各種建筑。我國開發制作的敦煌莫高窟博物館參觀系統、中國的故宮具有一定代表性。虛擬校園時虛擬技術在教育領域中最早的應用，基于虛擬現實技術的大學校園漫游系統，對展示學校風貌、提升學校形象，增進國內外對學校的了解起到了很大作用。如香港中文大學建立的虛擬校園漫游系統。

4 總結

Web3D技術以其自身的特點，改變了我們的教學模式，提高了我們的教學質量，激發了學生的學習熱情。Web3D技術在教學中的優勢和潛力在以后的教學中將會更加充分的發揮出來。

參考文獻

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[2]康鳳.虛擬現實在遠程教育中的應用及其實現.成都教育學院學報，2006(6).