虛擬現實課程在數字媒體技術專業中的教學實踐

　　摘要：本文首先介紹數字媒體技術專業的特點以及在該專業中開設虛擬現實課程的必要性，然后結合筆者在數字媒體技術專業中講授虛擬現實課程的實際經驗，對該課程的定位、教學內容、實驗環節、考核方式進行深入分析和探討，最后提出了提高教學效果的努力方向。
　　關鍵詞：數字媒體；虛擬現實；課程定位；教學內容
　　
　　1數字媒體技術專業的特點
　　隨著計算機互聯網和多媒體軟硬件技術的飛速發展，與數字媒體相關的產業開始在人們的生活中產生越來越重要的影響，而且還在不斷有新的行業涌現出來。目前，與數字媒體相關的行業已經非常廣泛，包括影視、出版、新聞、展覽、移動通信、數碼產品、娛樂游戲、廣告等行業。具體的產品內容包括動畫、網絡游戲、手機游戲、數字電影、數字電視、手機電視、數字出版物、數字教育、數字博物館、數字展覽館等。
　　為了適應數字媒體技術的發展所產生的各種社會需求，國內各個院校已經相繼開辦了數字媒體技術專業。從專業角度來講，數字媒體技術專業[1]是以信息科學和數字技術為主導，以大眾傳播理論為依據，以現代藝術為指導，將信息傳播技術應用到文化、藝術、商業、教育和管理領域的科學與藝術高度融合的綜合交叉學科。它具有如下一些特點。
　　1) 該專業的知識結構非常豐富，并且具有交叉性。媒體技術方面，它融合了計算機圖形圖像、數字音視頻處理、人機交互、二維三維動畫、網站開發等多項技術。藝術設計方面，它包括了美術基礎、色彩素描、平面立體設計、視聽語言等內容。
　　2) 該專業的培養目標強調創新能力的培養[2]。因為數字媒體內容的消費是一種精神的消費，這就需
　　要數字媒體產品具有優秀的創意。
　　3) 該專業的定位面向實踐和應用。該專業需要為學生提供盡量多的實踐機會，這樣才能使學生具有扎實的理論基礎和豐富的創新能力，從而滿足社會需求。
　　由此可見，數字媒體技術專業的知識面廣，社會需求豐富，特點鮮明。因此，各個學校可以根據自己的教學資源和教學特色進行課程設置，選擇性地重點突出一個或幾個方面，而無需追求大而全的辦學模式。
　　2虛擬現實課程的必要性
　　虛擬現實技術[3]是利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環境，并通過傳感設備與之交互的新技術。作為一門新興的學科，它已經被眾多高校納入計算機科學與技術專業的選修課范疇，但是卻沒有在數字媒體技術專業中普遍開設。其實無論從技術特點，還是從社會需求來講，虛擬現實技術都與數字媒體技術有著非常密切的關系，具體體現在如下幾個方面。
　　1) 虛擬現實是一門典型的交叉學科，它所涵蓋的知識結構與數字媒體技術具有非常大相似性，例如計算機圖形學、數字圖像處理、計算機視覺、視音頻技術等。除此之外，它還涉及了仿真技術、人工智能技術、計算機網絡技術、多傳感器技術等內容。虛擬現實強調這些技術的綜合應用。
　　2) 虛擬現實強調技術創新性和應用創新性。從技術上來講，虛擬現實在不同學科的交叉融合中，能夠不斷產生新思想和新方法，例如近幾年出現的各種人機交互新方法，各種立體顯示新技術等；從應用上來講，虛擬現實具有強烈的“身臨其境”的沉浸感和發人想象的刺激性。因此，利用虛擬現實技術，學生們能夠將自己的任何創意和想象進行實踐，在虛擬場景中進行規劃、設計和測試，從而激發出新的創意。
　　3) 虛擬現實的社會應用越來越廣泛。例如，在教育方面，已經出現了各種虛擬教學平臺，學生能夠身臨其境的進行學習實踐，從而加深學習效果；在娛樂方面，已經出現了各種新式的游戲交互方式，例如任天堂出品的Wii、微軟出品的Xbox360等；近幾年在廣告展覽方面，各種數字體驗館、數字展覽館、數字科技館也在不斷涌現，這些場館都或多或少的應用到了虛擬現實技術，進而使參觀者達到身臨其境的享受。另外，正在逐漸普及的3D電視機也是虛擬現實領域中立體顯示技術的應用體現。如今，虛擬現實的應用需求也越來越強調技術與藝術的結合，要求作品即具有交互體驗性，也具有藝術欣賞性。
　　上述這些方面都充分說明，虛擬現實技術與數字媒體技術有著非常密切的關系，兩者對技術和能力的要求有很多共同點，如圖1所示。從某種意義上講，虛擬現實是數字媒體技術在實際應用中的一種綜合體現。因此，在數字媒體技術專業開設虛擬現實課程能夠將其他課程所講述的技能統一起來，進行綜合訓練，同時它對于培養學生的項目實踐能力和創新能力具有非常重要的作用。北京語言大學信息科學學院在創辦數字媒體技術專業之初，就把虛擬現實課程規劃為該專業的核心課程，并對虛擬現實實驗室進行重點建設。
　　圖1虛擬現實技術和數字媒體技術在三個方面的相似性
　　3虛擬現實課程的定位與教學條件
　　作為一門典型的交叉學科，虛擬現實課程的教學內容比較煩雜，覆蓋面廣，因此各個院校都根據自身特點對課程的目標進行定位。例如，北京航空航天大學計算機學院突出基本理論、基本方法、基本算法的講授[4]；北京林業大學信息學院更偏重于某種軟件平臺的應用能力[5]。
　　從數字媒體技術專業的培養目標來講，我們不能照搬其他專業虛擬現實課程的教學內容，而需要對該課程進行重新定位。經過深入的教學實踐和探索，筆者認為，虛擬現實課程在數字媒體技術專業中應該作為高年級課程開設。它的定位應該體現如下幾點：
　　1) 強調各種媒體技術的綜合應用能力。該課程可以通過一個完整的虛擬現實作品的創作，讓學生體驗項目開發所涉及的各項工作。例如：媒體素材的創作和搜集，代碼的開發和維護，以及后期的測試和修改。
　　2) 強調理論聯系實際，注重創新能力的培養。虛擬現實技術包含很多抽象的理論和方法，只有通過實踐的鍛煉，學生才能深入理解并產生新的思維。
　　3) 面向應用，注重創意素質的培養。在教學過程中，應該針對各向技術闡述現有的社會需求和應用產品，同時激發學生探索新的面向社會應用的創意需求。
　　4) 強調團隊協作能力。該課程可以通過團隊協作，鍛煉學生的溝通協調能力，發揮每個學生的特長，從而激發學生的學習熱情。
　　為了達到上述的課程定位，虛擬現實課程的開設需要有專業的教學環境，其中至少需要一定的硬件交互設備，以及一個專業的軟件開發平臺。這樣才能確保學生能夠發揮創意，相互合作，完成一個完整的團隊項目。
　　我校數字媒體專業從軟硬件兩個方面對該課程的教學條件進行了重點建設。硬件方面，我校建設了一個專業實驗室。該實驗室配備了各種虛擬現實交互設備，包括雙通道立體現實設備、Fastrak運動跟蹤設備、Sensable觸覺建模設備、Logitech方向盤等。軟件方面，教學機房的每臺機器配備了一個專業的虛擬現實開發平臺——Vizard3.0(www.worldviz.com)。該平臺采用Python腳本語言進行開發，支持各種常見的媒體素材和交互硬件，這使得學生能夠在較短時間內迅速展開項目。目前，國內已經有數家高校開始采用該軟件進行教學。
　　4虛擬現實課程的教學實踐
　　我校將虛擬現實課程在大四上學期開設，每周3學時，共18周，課時總計54學時。其中，教學36學時、實驗18學時。
　　在授課方式上，本課程的教學和實驗全部在機房進行，通過邊講解邊實踐的方式，來加深學生的理解。在教學設計上，本課程采用項目驅動的方式展開。教師在第一次課上對優秀虛擬現實作品進行展示，激發學生的熱情，然后通過自由結合的方式讓學生分組并選擇本課程的項目任務。下面對教學內容、實驗設計和考核方式分別進行討論。
　　
　　4.1教學內容
　　本課程在教學內容上減少了理論細節的講述，增加了對軟件平臺開發方法的學習，并通過為學生提供課外閱讀材料的方式彌補理論課時的不足。這樣能夠充分利用有限的課時來鍛煉學生的實踐能力。具體的教學內容可以分為如下三個部分。
　　第一部分：虛擬現實技術概論(3學時)
　　主要講述虛擬現實技術的基本概念及其特點；虛擬現實系統的組成和分類；虛擬現實的歷史；虛擬現
　　實技術的研究與發展等。另外，利用視頻短片的方式展示各種虛擬現實技術的應用案例，以及往屆學生的優秀作品。
　　第二部分：虛擬現實的硬件設備(6學時)
　　這部分內容分為兩次課講述。第一次課主要講述各種交互設備的原理和特點。具體內容包括視覺顯示設備、聽覺顯示設備、跟蹤設備、觸覺與力覺顯示設備等。通過各種視覺素材的展示以及原理的描述，讓學生對各種設備有一個初步的認識。
　　第二次課需在專業實驗室進行，讓學生親自動手操作各種設備，親身體驗它們的交互效果，如主動和被動立體現實效果，交互設備的力反饋效果等。學生通過這種實際體驗加深對相關原理的理解。
　　第三部分：虛擬現實開發軟件Vizard3.0(27學時)
　　這部分是重點內容。本課程采用9次課來分別講解vizard3.0的各個模塊。每次課都設計兩三個編程題目進行實踐。在講解每個模塊的過程中，老師可以穿插講解相應的理論細節。9個模塊的具體內容如表1所示。
　　4.2實驗設計
　　本課程的課內實驗時間為6次課，共18學時。要求學生利用Vizard3.0開發平臺和實驗室的交互設備完成一個完整的虛擬現實項目。在實驗過程中，本課程注重如下環節的把握。
　　1) 實驗題目的選擇。教師提供一個實驗題目的列表供學生選擇。另外，為了鼓勵學生自主創新，允許學生自己提出實驗題目，教師可以對題目的可行性提出建議。在學生自選題目的時候，教師應該強調：題目的選擇應體現新意，面向社會應用，并具有推廣的可行性。
　　2) 實驗團隊的組成。實驗項目的完成需要各方面的技能，因此教師可以鼓勵不同特長的學生組成團隊，這樣可以實現優勢互補，提高項目的完成質量。例如，美工特長的學生進行媒體素材的創作和編輯，編程特長的學生可以進行程序的設計和開發。
　　3) 實驗進度的監督。由于學生在其他課程中很少涉及周期較長的團隊項目，因此教師需要對本課程的實驗過程進行詳細把握，確保項目的順利完成。為此，本課程按照軟件工程的規范對學生的實驗進度進行監督：每次實驗課要求學生提交進度說明文檔；每次實驗課要求學生提交相應階段的成果，例如總體設計、詳細設計、原型系統等；教師在每次實驗課對學生的項目完成情況進行點評，并對項目難度進行及時調整；教師每次實驗課給學生的表現進行打分，從而起到督促的作用。
　　4.3考核方式
　　本課程的重點是強調學生的實踐能力和創新能力，因此沒有設置期末的閉卷考試，而是采用了如下的考核方式。
　　1) 課堂表現：占總成績的10%。采用提問、討論的方式考察學生的學習積極性，主動性。
　　2) 實驗表現：占總成績的30%。通過觀察學生實驗課上的積極性，檢查實驗項目進度的方式進行評價。
　　3) 項目演示：占總成績的40%。從項目的創意、應用性、完成情況、遺留問題等內容進行綜合評價。
　　4) 項目答辯：占總成績的20%。教師針對學生的項目內容以及本課程的基礎知識進行提問，根據學生的回答情況進行評價。
　　5虛擬現實課程的教學思考
　　本課程已經在北京語言大學數字媒體技術專業講授了一個學期。從教學效果來看，由于采用項目驅動的方式授課，學生們在學習過程中具有明確的目的性，因此學習的積極性較高。另外，教師在實驗過程中不斷鼓勵學生發揮自己的創意，充分激發了學生的主觀能動性。學生們也從項目設計中獲得了很強的成
　　就感和自信心。這些成功的教學經驗，將來可以進一步推廣到其他課程中。另外，通過項目實踐也產生了很多優秀的虛擬現實作品，例如虛擬汽車駕駛游戲，虛擬拳擊游戲，虛擬足球游戲等，這些都是寶貴的教學成果。
　　從最終的綜合成績來看，學生們實現了對數字媒體知識的綜合應用，所以該課程達到了教學要求，起到了核心課程的作用。但是，本課程將一部分理論知識的學習交給學生課下自學，這就需要學生有很強的自主性。從最終的答辯環節能夠看出，有一大部分學生并沒有認真自學，只是簡單應付，這是未來教學中需要改進的地方。
　　6結語
　　通過分析數字媒體技術和虛擬現實技術的特點，不難發現在數字媒體技術專業中開設虛擬現實課程的必要性。針對數字媒體技術專業的培養目標，我們對課程的教學內容、實驗環節、考核方式進行了精心的設計，并取得了良好的效果。當然，虛擬現實技術的內容豐富，發展迅速，我們對該課程的教學需要不斷的總結和改進。筆者認為可以進一步從社會實踐的角度對該課程進行改進，例如組織學生參觀各種虛擬現實技術展覽；到虛擬現實相關的企業進行體驗；如果有條件可以和相關企業進行合作，建立實踐基地等。
　　參考文獻：
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