基于Virtools的虛擬教學資源開發*

◆何瑾 趙玉英 姜興華

1 引言

虛擬現實技術是利用計算機對現實世界和現實環境進行高度模仿的仿真技術，其構建的虛擬學習情境可以為學習者提供一種身臨其境的體會。本文以虛擬現實技術為支撐，以Virtools為開發工具，結合高中立體幾何課程，從三維角色設計入手，以交互方式進行教學設計和教學資源開發，使立體幾何課程中抽象的知識形象化、直觀化。學習者通過控制三維角色進行學習和自測練習，使學習更加具有主動性和趣味性，收到良好的教學效果。

2 Virtools簡介

Virtools是一款三維交互式軟件設計工具。利用Virtools能設計出應用于不同方面的三維產品，如三維游戲、建筑設計、數字圖書館、教育培訓等。對已有的三維模型，可以通過Virtools實現多種交互功能。

圖1 虛擬情境教學設計模式

3 基于Virtools的虛擬教學設計

教學設計模式 本文以空間立體幾何中的旋轉體為核心，綜合分析學習者的學習特征，圍繞各種幾何體，進行虛擬情境下的教學設計。教學設計模式如圖1所示。

教學設計案例 以空間立體幾何的旋轉體中的球體為例，介紹虛擬資源開發的教學設計和教學過程。

1）教學設計。教學設計如表1所示。

2）教學過程。以球體為例，根據教學設計和教學情境的設置，其教學過程如表2所示。

表1 球體的教學設計

4 基于Virtools的虛擬教學資源開發

表2 球體的教學過程

利用Virtools作為主要開發工具，配合3DMax進行三維角色設計，結合高中立體幾何課程中的旋轉體部分，設計開發這部分教學內容的虛擬教學資源。開發流程圖如圖2所示。

前期工作 前期工作是虛擬教學資源開發中的重要準備階段，主要包括兩個方面的工作。

圖2 虛擬教學資源開發流程圖

1）素材搜集和處理。通過網絡和各種參考資料，搜集與空間立體幾何相關的教學資源，素材類型可以是文本、圖形、圖像、動畫、視頻等。

2）場景策劃。為了使學習者能夠輕松利用虛擬教學資源進行學習，設置主場景和室外場景。

創建3D模型 按照教學需求及教學場景的設置要求，在3DMax中創建三維角色模型。建模過程如圖3所示。

繪制教學場景 利用Merge菜單把創建好的三維對象模型組合到教學場景中，并安裝3DMax Exporter.exe文件，把導出的文件命名為“教學資源名.nmo”。

交互功能實現 此階段是整個虛擬資源開發中的重要階段。交互功能包括七部分。

1）導入三維場景。

①在Virtools中，執行菜單“Resources/Create New Date Resource”命令，會生成相應的文件夾和對應的.rsc庫文件。

②把各種素材文件分類存放在不同文件夾中。

③執行菜單“Resources/Open Date Resource”命令，選擇.rsc文件，在打開的窗口中選擇相應的.nmo文件，并將其拖拽到三維編輯區。

2）真實場景模擬。

①添加場景背景圖片，添加紋理和材質。把建好的模型拖到3D Layout區。選擇BB→World Environments→Backgroud→Set Background Image；再分別單擊和，設置紋理和材質參數。

②角色控制。將角色模型拖拽到教學主場景中，學習者可以通過鍵盤控制角色。

③旋轉設置。利用Virtools自帶的旋轉功能，可以制作出模擬圓柱、圓臺、圓錐、球體等立體幾何圖形的旋轉過程。旋轉流程如圖4所示。

圖3 建模過程

圖4 旋轉流程圖

3）導航設計。本文的導航設計，是在場景中構建路標，通過攝像機的方式實現導航引導功能。

①攝像機導航。在場景中創建一個攝像機，跟隨角色的移動而移動；通過鍵盤控制角色的動作。

②場景按鈕導航。通過設置數字鍵按鈕，完成不同場景間的切換。

4）場景設計。本文把虛擬場景分為主場景和室外場景。主場景主要用于教學功能的實現，包括教學內容的呈現、測試練習等。室外場景則提供了進入主場景的學習途徑。

5）交互設計。在主場景中，利用自我檢測功能，通過測試練習鞏固所學知識；并且根據自己的練習需要可顯示對應答案和答案分析。實現流程圖如圖5所示。

6）輔助設計。

圖5 交互功能實現流程圖

①場景恢復。為防止學生在三維虛擬場景中迷失航向，首先要設置RestoreIC，儲存初始學習狀態，這樣可以使學生恢復到起始狀態，重新開始學習。

②課外資源鏈接。在Virtools中還可以通過對三維場景和二維頁面的鏈接設置，添加豐富的課外學習資源。

7）輸出虛擬場景。最后通過Create Web Page，將虛擬學習場景生成vmo和html文件，并且把vmo嵌入到html中，最終以網頁的形式發布。■

[1]趙玉英.基于虛擬情境的教學資源的開發與實踐[D].石家莊:河北師范大學,2012.

[2]曾令菊.基于Virtools的三維虛擬實驗的研究與實現[D].武漢:華中師范大學,2011.

[3]徐之路.基于Virtools的虛擬圖書館的設計與開發[D].上海:華東師范大學,2011.

[4]趙守凱,張金剛,段紅娟.基于Virtools的虛擬校園漫游系統實現技術[J].微型機與應用,2014(23):89-91.