X3D技術在網絡教育中的研究與應用

摘要：網絡教育在國家的支持下得到了快速發展，各種新技術不斷被應用到網絡教育中，X3D是一種Web3D技術，它自身的特性和網絡教育的需求非常契合，因此，X3D應用在網絡教育中有著巨大的優勢，本文詳細闡述了X3D技術在網絡教育的應用現狀，并展望了未來的發展。

關鍵字：網絡教育；X3D

1、引言

隨著網絡技術和虛擬現實技術的不斷發展，Web3D技術應運而生，X3D語言由Web3D協會于2002年推出，并被作為Web3D技術的國際標準。X3D技術得到了大學等研究機構以及一些大型廠商的支持，有著廣泛應用領域，其中之一就是用于教育方面。

網絡教育是一種利用互聯網技術和計算機多媒體技術的現代遠程教育。網絡教育以其跨地域、跨時空的優勢，把普通教育、學歷教育與非學歷教育、專業教育與職業教育、繼續教育與終身教育等融為一體，使得全民教育、終身教育成為可能。我國從1998年開始大力發展這一新興的教育模式，到目前為止，全國已經有68所重點高等院校成立了網絡教育學院，已經累計招收本專科生近1千萬人。

在網絡教育規模不斷擴大的背景下，面對這一網絡學習群體，網絡教學質量和教學效果顯得尤為重要。因此，對網絡教育進行研究，把一些新技術用于網絡教育就顯得極為必要。

2、X3D技術介紹

X3D是Web3D協會在VRML語言的基礎上重新整合了XML、JAVA等技術后提出的一種新的Web3D技術，并汲取了組件化設計的思想，建立了一個描述幾何體及其行為的3D圖形統一格式。X3D包括內核、VRML特性集、擴展集和應用程序接口等四個模塊。

X3D語言其組件化的設計方式使其本身更加清晰，XML編碼方式的引入也使其更加具有通用性。此外，X3D語言有如下特性：

（1） 繪制3D圖形。X3D語言本身提供了對3D幾何圖形的繪制，還支持變換層級、光照、材質等效果的處理。對于一些復雜的3D圖形，可以使用3Dmax等工具軟件生成后以X3D格式導出并嵌入X3D語言中。

（2） 多媒體功能。X3D語言不僅能顯示3D效果，而且支持文字、圖片、聲音、視頻等媒體的引入，因此，在三維立體空間中綜合使用這些媒體可以構建出生動形象的教學課程。

（3） 網絡實時顯示。X3D語言采用文件的方式描述3D內容，然后在客戶端通過瀏覽器來解釋并渲染呈現3D效果，并支持實時交互式的操作3D場景。

（4） 動態交互動畫。對于各種3D造型，利用計時器和插補器等節點可以實現對這些造型的各種動畫設計，如汽車駕駛、人體運動的效果。

3、X3D在網絡教育中的應用

（1）3D交互動畫展示教學內容。X3D提供的特性可以很好的滿足網絡教學中一些課程的需求，比如機械制造、立體幾何等。這些課程需要通過三維造型來表述教學內容，而目前的網絡教學提供的教學頁面或者課件僅限于二維空間，有些通過視頻來展現三維內容，但是又缺乏交互性，沉浸感不強等缺點。利用X3D技術構建的網絡教學內容可以完善的展現3D內容，而且通過時間節點等設置后可以實現3D動畫效果，從而全方面的表述出教學內容，讓學生有非常直觀的體會和感受。此外，X3D支持對3D場景進行實時的交互的操作，學生可以通過鼠標和鍵盤參與到課程中，從而激發學生的興趣。

（2）在線虛擬實驗。網絡教育有一個很大的弊端：由于學生通過網絡遠程學習，所以不能進行具體設備的實驗操作，比如機械裝配實驗、計算機局域網組建實驗等等。X3D技術可以構建出逼真的設備儀器的3D模型，學生可以通過對這些模型進行實驗操作，從而完成實驗教學。

（3）虛擬教室。利用X3D技術可以構建出一個虛擬的教室，學生不僅可以通過網絡進入虛擬教室，而且可以學習課程，相互交流。更進一步，可以構建類似于Sencond Life的學習社區，每個學生都有一個角色模型替身，這樣可以更加真實的模擬現實中的教室，更具有沉浸感。

4、總結與展望

X3D技術為網絡教育帶來了一種新的媒體類型——3D模型。把3D類型和聲音、圖片、視頻等媒體有機結合起來，可以構建出富有沉浸感，逼真的網絡教育環境和教學內容。在網絡教育蓬勃發展的今天，設計基于X3D的教學課程必然會受到學習者的青睞。此外，X3D在構建虛擬校園、虛擬圖書館、虛擬社區方面也有其凸出的優勢，因此，研究X3D技術在網絡教育方面的應用有巨大的潛力和市場。

參考文獻：

[1]瞿暢，王君澤與曹紅蓓.Web3D技術及其在工程圖學教學中的應用[J].工程圖學學報，2006（2）.

[2]林冬梅.X3D：新一代WEB交互式三維圖形規范.計算機系統應用，2004.

[3]李妮，彭曉源，龔光紅.基于X3D的仿真可視化支撐服務研究與實現.系統仿真學報，2009（22）.

[4]買桂英，華慶一.X3D在E-Learning中的應用[J].重慶工學院學報，2008（11）.

（作者單位：河北師范大學附屬民族學院數信系）