虛擬現實技術在中職“景點模擬導游”課堂中的應用*

吳學會袁倩芳 李小紅 常振云

（1.天津天獅學院 天津 301700；2.惠城職業技術學校 廣東 惠州 516003）

虛擬現實技術在中職“景點模擬導游”課堂中的應用*

吳學會1袁倩芳2李小紅1常振云1

（1.天津天獅學院 天津 301700；2.惠城職業技術學校 廣東 惠州 516003）

“景點模擬導游”課堂通常采用基于視頻的課件資源，即播放視頻由學生同步講解，該方法最大的不足在于課件的內容固定，不利于培養學生的應變能力。將虛擬現實技術引入課堂，以游覽者自行瀏覽的方式，由學生根據瀏覽者的瀏覽路線進行講解，可起到課堂教學“課件庫”的作用。本文以游覽天獅學院為例，著重從虛擬校園景點的課件開發和課堂運用兩個方面論述虛擬現實技術在中職“景點模擬導游”課堂教學中的應用。

虛擬現實技術；中職；景點模擬導游；課堂教學

“景點模擬導游”課程是天津天獅學院繼續教育學院旅游（中職）專業必修的核心職業能力課程。該課程主要以播放視頻錄像由學生同步講解為主。通過課堂實踐發現，固定的視頻內容不利于培養學生的反應能力，而且不利于二次開發。例如：視頻是從景點的前門進最后從后門出，若改變順序為從后門入到前門出，則需要重新拍攝視頻。

虛擬現實技術的出現解決了傳統教學手段不足的問題。采用虛擬現實技術達到景點模擬的三維視覺效果，可以在課堂授課時隨機設置瀏覽路線和觀察視角，從而鍛煉學生的反應能力，而且教學資源可以不斷重用。

天津天獅學院由天獅集團投資興辦，每年承擔著本集團營銷隊伍約2萬多人次的參觀任務。現以開發“瀏覽天獅學院”虛擬校園及其在課堂中的應用過程為例，介紹虛擬現實技術在“景點模擬導游”課堂教學中的應用。

圖1 虛擬校園的設計實例圖

景點模擬導游課堂設計

課堂采用如圖1所示的虛擬校園。課堂可以采用兩種方式教學：（1）預設路線 A和路線B，播放該課件由學生進行配合講解。該方案的好處是教師可以預設問題情境。（2）由教師用鼠標控制行走路線，學生根據行走路線進行動態講解。該方案的好處是可以培養學生的綜合運用能力和反應能力。

建立虛擬校園場景的層次結構

主干道在整個校園中起到基線的作用，然后以這條道路作為參照，把獨立構建的各個樓宇、校門、花草樹木及其他場景組合安放在相應的位置。三維場景的建模是虛擬校園的重要組成部分，它關乎虛擬校園能否形象生動地展示。圖2所示為待建模的各場景的結構層次。

圖 2待建模的各場景的結構層次圖

虛擬校園場景的建模流程

虛擬校園場景的開發建模大體分為兩個階段：第一階段是針對校園內各個地上建筑分別單獨建模；第二階段則是把所有已建好模的建筑物集成到虛擬環境中。

（一）在3ds Max中構造基本模型

以校園景觀為內容的建模工作既復雜，量又大，若全部采用編寫VRML代碼的方法，易出錯且效率低。本設計選用三維軟件3ds Max來搭建基本場景，其優勢是能夠快速高效地構造復雜的三維模型，并設定材質、光效和動畫，同時兼有輸出.wrl格式文件的功能。

（二）繪制場景平面圖

為了使場景真實、比例協調，對場景進行合理的布局是至關重要的。我們在AutoCAD中繪制了場景布局的平面圖，生成.dwg格式的矢量文件。該文件通過調整圖層和文件塊的形式，可以導入到3ds Max中，定位道路、樓群和其他建筑物未來的立體布局。圖3所示為場景布局的平面圖導入3ds Max中的效果。

（三）采集必要的紋理照片

為了制作出逼真的三維對象，同時又簡少建模工作量，在制作一些特定對象時，需要在校園內采集紋理圖片數據，包括磚紋圖片、門窗圖片、草地圖片等。所采集的紋理圖片，在Photoshop中將其處理成可無縫平鋪的貼圖。

（四）構建場景三維模型

我恨死了，她說的話我一句也聽不進去，逃課打架什么破事都干，為此，我讓她成了學校里的名人，她再也沒有圓回去的腰身一次又一次在辦公室里彎了又彎。

借助于平面布局圖和必要的紋理采集圖片，用3ds Max構建各個三維對象的基本模型。VRML（虛擬現實建模語言）通過節點來描述場景實體，3ds Max可以將其環境中的模型以VRML的格式輸出，即將各個三維模型轉化為相應的節點，以便被相應的瀏覽器解釋并繪制。

（五）在VrmlPad中編輯

3ds Max輸出的VRML文件雖然能上網發布，但場景物體不全、交互性不足。所以，還應該打開已生成的.wrl文件，加入聲音及其他交互行為以完善系統功能。如在場景中加入Background、Viewpoint、Billboard、Inline等節點。再利用造型節點的層次細分和編組節點對場景對象的相應代碼作進一步的組織、校驗和完善建模流程。虛擬場景建模的一般流程如圖4所示。

圖 3 場景布局的平面圖導入3DS Max中的效果圖

圖4 虛擬場景建模一般流程圖

（六）各主要場景的建模

校門是游覽者見到的第一個建筑。在校門場景構建中要解決的第一個問題是造型外觀的控制。造型的外觀是通過材料控制的，材料屬性包括造型的顏色，是否發光，所發光的顏色，是否透明，透明到什么程度等。在基本建模完成后，編輯節點時可使用Appearance和Material節點來控制造型的顏色、發光顏色和透明度。例如，在校門場景的建模中，傳達室是由兩個正方體造型構成的，外部是半透明的玻璃。

在校門場景構建中要解決的第二個問題是漢字的顯示。按照VRML規范，它支持包括漢字在內的所有UTF8字符，但許多插件都不支持漢字顯示。原因不在于其語言本身，而是在于VRML瀏覽器的3D引擎。為了在VRML中實現3D字的渲染，通常有兩種方法：第一種是用多邊形圍成字體；第二種是對字體進行紋理渲染。本設計采用的是第二種方法。校門場景的具體實現代碼如下：

圖5 校門虛擬場景圖

Transform節點是一個組節點，這個節點是整個程序設計中的基礎節點，幾乎每一個模型的建立都用到了Transform。因此，對Transform的靈活運用尤為重要，該節點包括一個子節點的列表。這些子節點可以是Shape節點、其他Group節點或Transform節點。Translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節點變換影響的子節點。校門場景如圖5所示。

（七）場景的組合

當各部分場景構建完成后，便可使用行插入節點“Inline”將這些場景組合成為一個完整的三維虛擬校園。Inline節點有一個url域，該域值指定了一個URL，這個URL就是將要插入到VRML世界中的文件位置。URL“告訴”VRML瀏覽器如何能獲得這個文件，在哪里能找到這個文件以及這個文件的文件名。URL還可以指出該文件是在WEB上還是在本機的硬盤中。在場景組合時，還經常需要調整各部分場景之間的物理位置和比例。

下面的代碼將構建好的校門場景安置在虛擬校園中：

運用上面的方法，可以依次將各虛擬場景安置在虛擬校園的相應位置中，需要改變的是各虛擬場景之間的物理位置和比例。部分代碼如下：

組合后的場景效果如圖6所示。

除了對上述主要建模場景的組合外，為了增加虛擬校園的真實感，還需加入路燈、圍欄、綠化植被以及操場等輔助場景。最終，全部虛擬場景組合后的效果如圖7所示。

圖 6 從校門口看到的場景組合效果圖

（八）設置視點切換為了給用戶提供更多角度和方位的觀察效果，讓虛擬場景能夠根據用戶動作做出一定的反應，本系統自定義了兩個視點，用戶可以在VRML瀏覽器中使用菜單或按鈕自主選擇試點進行更為便捷地瀏覽。在瀏覽虛擬校園的過程中，用戶可能已經體驗到視點的變化：當拖動鼠標或按動箭頭鍵時，虛擬境界就會旋轉或縮放，這實際上是在調整用戶的視點位置或視角。在虛擬場景的重要位置還可以自定義視點節點，它們是虛擬境界創作者給用戶推薦的上佳觀賞方位，在VRML瀏覽器中，用戶就可以通過鼠標右鍵選擇作者推薦的各個視點。這里，我們在虛擬校園場景中定義兩個視點節點：

其中的坐標表示視點在場景中的位置，坐標的單位是米，視點的名稱將會在瀏覽器的菜單或按鈕中提示出來供用戶選擇。

虛擬現實技術在“景點模擬導游”課堂教學中的應用極大地提高了學生的學習積極性，有效提高了課件的使用效率，使教師不必為每個問題單獨開發教學資源，學生面臨的問題由原來的靜態變為動態，達到了培養學生綜合能力和應變能力的目的。

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[6]張青峰，吳發啟，周淑琴，等．校園虛擬漫游設計初探[J]．測繪科學，2005，（30）：124-126.

圖 7 全部場景組合后的虛擬校園鳥瞰效果圖

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G712

A

1672-5727（2011）03-0164-03

本文系全國教育科學“十一五”規劃2009年度教育部重點課題《信息技術優化中職課堂教學的理論與實踐研究》（課題編號：GJA094016）的子課題《信息技術在工作場學習中的應用》（課題編號：zkt-01）的部分成果

吳學會（1979—），男，山東膠南人，碩士，天津天獅學院電子與計算機學院講師，研究方向為教育信息化與計算機應用技術。

袁倩芳（1971—），女，廣東梅州人，惠城職業技術學校教師，中學一級教師，研究方向為教育信息化。