基于全景VR技術在工科MOOC課程教學中的應用

程蓉　郭小勤

摘 要 通過分析MOOC在工科類課程中的應用，可以發(fā)現(xiàn)工科課程中包含的實驗教學部分在MOOC教學模式中不能很好地實現(xiàn)。基于此，本文采用全景技術同虛擬技術相結合，以計算機輔助工程與工程測試實驗室為例，敘述了通過漫游路徑設計、實地取景、全景圖制作、全景漫游場景制作、網(wǎng)絡發(fā)布等步驟及關鍵技術，建立了虛擬實驗室網(wǎng)上全景漫游展示系統(tǒng)的過程。研究表明，將全景虛擬技術應用MOOC教學模式中，對于提高工科課程的教學質(zhì)量，解決工科MOOC課程實驗難以實地進行的難題具有很大的現(xiàn)實意義。

關鍵詞 虛擬現(xiàn)實 高等教育 全景VR MOOC

0引言

隨著通信技術的發(fā)展以及通信基礎設施的日益普及，以網(wǎng)絡多媒體為載體的遠程學習已成為滿足人們終生學習需求的最佳途徑。大規(guī)模網(wǎng)絡開放課程MOOC（Massive Online Open Course）學習模式正是基于此種需求應運而生。MOOC以其免費的、公開的、不受限制的 特性迅速地受到了人們的追捧，全球參與MOOC的學生人數(shù)以及高校數(shù)目都在日益增加。

通過對 MOOC 課程教學效果的研究發(fā)現(xiàn)，文科類、化學和計算機軟件類課程學習效果都比較好，但是對于計算機硬件、電子、自動化和生物工程等工科類學科需要進行實踐訓練的課程來說，單純的線上網(wǎng)絡教學就顯得力不從心了。然而對于工科類課程來說，其特點是伴隨有大量的實驗和實踐，各種教學實踐環(huán)節(jié)對于促進學生掌握基礎知識、培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力尤其重要。教學實踐環(huán)節(jié)的薄弱會嚴重制約了教學質(zhì)量的進一步提高。要培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，就必須高度重視這個環(huán)節(jié)。

因此，對于工科MOOC課程來說，如何營造真實的實驗氛圍，如何在MOOC平臺上補充完善教學環(huán)節(jié)中十分重要的實踐教學部分，提高工科專業(yè)課程的實踐教學水平和質(zhì)量，很是值得我們大家認真研究和探索。

本論文以計算機輔助工程與測試實驗室為例，采用全景VR技術，在計算機中建立了一個接近或優(yōu)于真實實驗室場景的虛擬場景，利用人機交互技術實現(xiàn)虛擬場景的漫游，讓學生從各個不同的方位和視角觀察整個實驗室的儀器設備，模擬真實的實驗室參觀學習的過程，對于提高學生的學習效率，解決工科MOOC課程實驗難以實地進行提供了一個有效的解決方案。

1網(wǎng)上虛擬實驗室總體設計

本文所構建的虛擬計算機輔助設計與測試實驗室實現(xiàn)的關鍵步驟有三步：三維場景構建、虛擬實驗室漫游交互實現(xiàn)和MOOC平臺網(wǎng)頁展示，具體步驟如圖1所示。

2基于全景的實驗室網(wǎng)上虛擬系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1實地取景

準備好所需的拍攝器材數(shù)碼 單反相機、魚眼鏡頭、三腳架、云臺后，在設計好資源單體觀景點的基礎上，可開始取景的過程。主要分為腳架和云臺的架設、相機固定及參數(shù)設置、

拍攝時先把三腳云臺架在整個實驗室的中心點，盡量把云臺調(diào)整到水平，旋轉(zhuǎn)時才可以保證所拍到的圖片在同一個水平面上，給制造全景圖帶來更多的方便，無需做太多的調(diào)整。

調(diào)水平后，相機置于云臺，以10€暗？0€暗慕嵌刃鋪ǎ納鬩蛔橥計空畔嗔詰惱掌詈媚苤氐笥？5%以上，且重疊部分應盡量相同，所拍攝的照片越多，由此而產(chǎn)生的“影片段丟失”越少，所得到的虛擬全景的移動越平滑。

圖片拍攝完之后，接著就是做圖片的整理。由于拍攝圖片所占空間太大，都在1M以上，需要把圖片壓縮到100k到200k之間來進行拼接。以計算機輔助工程與測試實驗室為例，所拍的一組圖片如圖2所示：

2.2 360

完成資源的實地拍攝，整理好所拍攝的圖片之后，通過專業(yè)全景圖像合成軟件Ulead COOL 360對圖片進行縫合拼接。這個步驟這個步驟最為重要，也最為耗時，因為整個拼接混合過程將直接影響到全景圖的效果，盡管所獲得的圖片，在渲染或者拍攝時，已經(jīng)考慮到諸多因素，然而在縫合圖片時，仍不能完全絕對的避免相鄰兩圖片的視點的偏移、不同的光強、不同的光照，乃至不同的景深、以及位置不能完全相一致、及位置和明暗度以及色度、對比度有所差別等等，這些都需要對其進行校準。圖3為拼接后的實驗室全景圖。

2.3 虛擬實驗室漫游

本實驗采用（QuickTime Virtual Reality）來創(chuàng)建虛擬場景。QTVR其具有四個基本特征：從三度空間造型的原理上看，它是一種基于圖像的三維建模與動態(tài)顯示技術；從功能特點上看，它有視線切換、推拉鏡頭、超媒體鏈接三個基本功能；從性能上看，它不需要昂貴的硬設備就可以產(chǎn)生相當程度的VR體驗。如圖4為QTVR制作的虛擬實驗室漫游場景。按住鼠標左鍵并上下左右拖動鼠標觀看，按住“+”或Shift放大，按住“-”或Ctrl縮小。

2.4全景圖MOOC平臺網(wǎng)絡發(fā)布

將虛擬實驗室漫游場景發(fā)布到MOOC平臺上，需編制后臺代碼設置全景圖鏈接、窗口大小、交互方式等，部分代碼如下。

3結語

隨著信息和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，MOOC對高等教學帶來了無盡的機遇和挑戰(zhàn)。但是，我們必須認識到，MOOC有它的局限性，尤其是具有很強實踐教學特點的工科專業(yè)課程，如何借助MOOC這一平臺，轉(zhuǎn)變教學觀念，探索研究合適的工科MOOC課程教學模式和方法，最終達到提高教學質(zhì)量的目的是所有從事高等工科教學的老師必須解決的問題。本文通過三維全景和虛擬現(xiàn)實可視化等技術，在計算機網(wǎng)絡上建構了可移動的虛擬實驗室，虛擬仿真實驗室的建立，對于提高MOOC教學質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實意義。

作者簡介：程蓉（1969—），女，湖北荊門人，博士，教授，主要研究方向為材料加工工程。

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