巖礦石標本三維建模技術及其教學資源庫建設

陳志軍， 張 婭, 呂新彪， 陳建國， 謝淑云

(中國地質大學(武漢) a.礦產資源形成與勘查開發國家級虛擬仿真實驗教學中心；b. 固體礦產勘查國家級實驗教學示范中心； c. 資源學院；d. 地球科學學院， 武漢 430074 )

·實驗教學示范中心建設·

巖礦石標本三維建模技術及其教學資源庫建設

陳志軍a,b,c， 張 婭c, 呂新彪a,b,c， 陳建國c， 謝淑云d

(中國地質大學(武漢) a.礦產資源形成與勘查開發國家級虛擬仿真實驗教學中心；b. 固體礦產勘查國家級實驗教學示范中心； c. 資源學院；d. 地球科學學院， 武漢 430074 )

巖礦石標本鑒定是地質類專業學生的必備地質基本技能。中國地質大學(武漢)資源學院擁有豐富的巖礦石教學標本，但相對又是珍稀的，不能滿足越來越多的地球科學專業學生個性化學習需求。礦產資源形成與勘查開發虛擬仿真實驗教學中心開展了巖礦石標本三維模型教學資源庫建設工作。介紹了巖礦石標本三維模型教學資源庫建設意義，研究了巖礦石多視圖圖像三維重建技術和資源建庫優化流程，結合游戲化積件與課件開發，建設了巖礦石標本三維模型資源庫。對增強地學實習信息化水平具有重要作用。

巖礦石標本; 虛擬仿真實驗教學中心; 教學資源庫; 多視圖圖像三維重建; 游戲化積件

0 引 言

以移動互聯網技術、虛擬現實/增強現實技術、大數據分析技術為代表的現代信息技術與傳統教育正加速融合，“互聯網+教育”有力地促進了教育模式、教學方法和學習方式的深刻變革[1-3]。以MOOC、微課、翻轉課堂為代表的新型教學模式已獲得教學界的廣泛認同，在促進優質教學資源共享，促進教育公平方面意義重大[4-6]。以視頻技術為亮點的MOOC側重在理論知識的大規模在線講授，然而還有大量的實驗課程目前仍需在實體實驗室進行實踐操作，難以通過現有的MOOC技術來達成。其關鍵技術難點在于實習者如何獲得身臨其境的感受以及與實習對象進行三維交互[7]。虛擬仿真技術將是解決上述難題的理想手段。2013年諾貝爾化學獎頒給了“把化學實驗室搬上網絡”的3位科學家，“互聯網+實驗室”正悄然改變著未來科研實踐的方式，對于高校教學實習具有啟發意義，特別是在大數據時代之際將e-Learning(數字化學習)與e-Research(數字化科研)兩手抓，并且創建兩者互相融合的數字化科學實驗平臺，以及靈活開放的管理體系和創客教育文化。

虛擬仿真實驗教學通過各種信息化技術手段構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，使學生沉浸在虛擬環境中進行三維交互，自主進行實驗，是一種有利于實現資源共享、全新開放和高度信息化的教學模式[8-9]。在國家信息化發展戰略指導下，教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作[10-11]。三年來在地學/環境組中共有35家國家級虛擬仿真實驗教學中心獲批。2016年9月，高等學校國家級實驗教學示范中心聯席會(簡稱聯席會)和北京大學主辦，云南師范大學協辦了第四屆聯席會學術交流活動——“ VR技術特色與教學資源共享-2016年高等學校國家級實驗教學示范中心建設巡回交流會”，并首次進行了虛擬仿真實驗教學資源建設成果獎評選活動，從152項參評的項目中遴選出80項，頒發了獲獎證書并給予表彰獎勵[12]。我校“礦產資源形成與勘查開發虛擬仿真實驗教學中心”為首批國家級入選者[13]，“多元化共享的巖礦石三維模型資源庫”在聯席會2016年昆明舉辦的虛擬仿真實驗教學資源建設成果獎評選活動中獲得二等獎。

1 三維模型教學資源庫建設意義

1.1 巖礦石標本特點與教學現狀

巖石標本、礦石標本(簡稱巖礦石標本)是地質工作過程采集的具有代表性、典型性和特殊性的實物地質樣本，它保持了實物原樣或原生狀態。巖礦石標本具有空間位置的唯一性，要獲得典型的標本需要付出艱辛的地質工作，特別是在礦區采集的標本，更具有珍稀性。因為隨著礦山的挖掘開采，原來采集標本的地質體、礦床體可能不復存在，要對原來的礦床開展研究或者教學，就必須借助于早先采集的標本資料。

我校資源學院在幾十年的教學實踐中，依靠全體師生的辛勤努力，積累了豐富的礦床地質標本。2012年資源學院資源系再次集中全系教師力量，有組織地采集了涉及礦床成礦地質背景、礦床地質特征、成礦作用和找礦地質標志等各方面的典型實物地質標本。一個相同的地質標本要采集15套以便分組教學。資源學院的巖礦石標本及其相關礦床學資料無論是在種類、數量、質量上還是在管理上，形成了自己的特色，在資源勘查工程專業實踐教學中發揮著重要作用。

巖礦石標本鑒定是地質教學中極其重要的一環，是地質類專業學生的必備地質基本技能。在實體教室中開展常規的教學實習活動，礦床學實習標本資源依然面臨“供需”矛盾困境。一是隨著教學改革的發展，一些院系也要求增開“礦床學”等重要課程，同一實習同一時間能提供的標本套數僅有數十套，無法滿足多個班級同時實習的需求。二是標本室原有物理場地有限，新增更多套的標本資源需要占用更多的實習空間，巖礦手標本及光片只能在實驗室才能觀察，而通常實驗設備數量有限、實習時間有限；三是標本室的標本就像圖書館中的書籍一樣有著嚴格的分類，且存在磨損、老化甚至風化，需要專人管理與保護，標本室的開放時間還無法做到24 h開放。總體而言，巖礦石相關實習的信息化水平比較低。巖礦石教學標本是一種珍稀的教學資源，如何在管理和保護好標本資源的同時，最大限度地服務于教學、分享給熱愛地球科學的人們，被列入我校虛擬仿真中心成立以來重要工作之一。在虛擬現實/增強現實技術支持下，將我校優秀豐富的地質教學標本低成本、快速高效地三維數字化、建設高質量的教學資源庫及共享應用顯得越發重要。

1.2 巖礦石標本數字化的趨勢

巖礦石標本數字化是將地質工作中形成的巖石標本、礦石標本實體，通過儀器掃描、數碼照相等方法，轉化成計算機可存儲處理的文字、圖像、三維仿真模型等信息，對信息進行處理，以數據庫的形式進行存儲，利用輸出設備和系統進行信息展示的過程[14]。與實物標本相比，數字化標本在資源共享、信息傳輸、信息重組等方面具有不可比擬的優勢，可以提高標本利用效率。2003年以來，我國積極整合國內收藏的具有科學價值的巖石、礦石、化石標本資源，由中國地質大學(北京)牽頭，聯合中國地質博物館、中國地質大學(武漢)在內的7家國家級巖礦化石標本資源保存單位歷經數十年共同完成了國家巖礦化石標本資源共享平臺[15]。2015年中國地質調查局發布了實物地質資料數字化工作指南(試用稿)，與國家巖礦化石標本資源共享平臺眾礦化石標本資源的數字化方式相同，均以傳統的圖像采集為主，對三維標本模型制作沒有提出具體的操作規范。

巖礦石標本數字化向三維可視化方向發展是大勢所趨。從信息傳播交流來講，隨著信息技術的高速發展，承載信息的載體不再僅限于文字、圖形圖像、聲音、動畫和視頻，三維模型成為更具傳播力的新媒介。圖像技術、視頻技術已經成為常規的表現形式，虛擬現實(VR)/增強現實(AR)技術正成為新寵，已經在游戲娛樂、工業仿真、教育培訓等在多個行業引爆人們的熱情，2016年被稱為“虛擬現實/增強現實的元年”。雖然目前虛擬行業還處在起步階段，但其發展迅猛。例如增強現實寵物養成對戰類RPG手游“精靈寶可夢GO”風靡全球，里約奧運大會落幕時“東京8 min”二次元AR黑科技讓人眼前一亮，預示著身臨其境的觀賽體驗不再遙遠。再如，2016年8月中國光谷VR/AR產業聯盟在武漢成立，我校積極參與了該聯盟的活動。本文對巖礦石三維重建技術開展了深入研究，探索了一套高保真、高效率的三維建模技術流程，建立了一套高質量的三維模型教學資源庫，并在此基礎上開發了虛擬仿真實習環境支持下的礦產勘查及其相關專業實習課程的、游戲化教學資源。VR和AR這兩種技術各自獨立但又緊密關聯，有著顯著影響在線教育傳遞和內容的潛力。優質內容的匱乏是當前VR行業的隱痛，需要用更好的形式去講故事。三維標本模型相比二維圖像而言更直觀、更全面、更真實，也是解決實體標本老化磨損問題的最佳數字化存儲方案，在三維模型構建的基礎上，進一步開發VR/AR虛擬仿真實習環境更是一個富有挑戰性的、多學科交叉的前沿研究領域。

2 巖礦石手標本三維建模思路與技術

2.1 三維建模技術優選

科研人員對三維地質建模工作主要側重對礦體、礦區或成礦區帶等大范圍地質體的幾何與屬性建模，對手標本規模(幾cm)的地質現象的三維建模很少涉及。本文探討的巖礦石標本特指手標本規模的標本，這是礦床學實驗室最主要的標本類型。在進行三維建模時，首先需要弄清著重關注的是地質體的內部結構還是表面特征。從教學實用角度出發，巖礦石手標本重點關注表面特征，也即其表面紋理貼圖的高保真視覺效果，對其大小與形狀則可以放寬精度要求。

巖礦手標本雖然尺寸不大，但生動反映了自然形成的典型地質現象，三維模型的紋理貼圖是否具有真實感是衡量模型質量的最重要指標，不同標本紋理各異，同一標本不同位置與方位其紋理也各異，因此建模對紋理要求很高。利用Maya、3Ds Max等常規的基于幾何建模工具，貼圖過程通常復雜而效率低下。利用激光測距的原理發展起來的三維激光掃描技術是近年來出現的新技術，可分為機載、車載、地面和手持型幾類，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖形數據[16-18]。但是，三維激光掃描儀器價格昂貴，難以廉價地應用到數量眾多的手標本三維建模中，紋理的精細程度受儀器內置相機的制約[19-20]。計算機圖形學和計算機視覺方面的研究人員近年來對從二維圖像中恢復場景及場景中對象的三維結構模型進行了大量研究，提出了多視圖圖像三維重建技術。它是通過攝像機在不同角度對某個場景及對象進行拍攝，然后利用拍攝到的多視圖圖像序列來對觀察對象進行三維重建。圖像中包含了大量的視覺信息，如輪廓、亮度、明暗度、紋理、特征點等，三維重建就是利用上述信息，結合攝像機鏡頭與環境參數，進行光學投影變換的逆向變換運算，即逆向工程，由此恢復出場景或場景中對象的三維幾何模型[21-22]。此方法成本低，操作簡單，對各種復雜場景的三維建模，無論中大尺度、還是小尺度對象均可應用，在三維真實感建模及實時大規模復雜場景三維建模中有非常重要的現實意義。對多種技術及性能綜合對比的基礎上，我們認為基于多視圖圖像的三維重建技術能較好滿足巖礦標本三維建模需求，具有經濟、快速、簡便、逼真的優點，是眾多技術中的最佳選擇。

2.2 巖礦石三維建模流程簡介

2.2.1軟硬件環境構建

多視圖圖像三維重建過程大致可分為獲得圖像、標定攝像機、提取特征、立體匹配、模型重建等步驟。在巖礦石標本低成本、高質量、高效率建模的指導原則下，對多視圖圖像三維重建軟件性能充分調研的基礎上，我校虛擬仿真中心引進了Agisoft PhotoScan軟件，并配置了佳能550D、尼康D610相機以及兩臺HP Z820工作站、標本攝影柔光箱、電動轉盤等設備，組成了一套完整的巖礦石手標本三維建模軟硬件系統。以礦床學的巖礦石標本為對象，開展了系統的、大規模的巖礦標本三維建模工作。

2.2.2圖像數據采集

高質量地獲取礦石標本的圖像序列是標本三維建模的重要保障。決定照片質量的幾個關鍵參數有：分辨率、景深大小、曝光強度等。在拍攝工作中，推薦使用：盡可能大的分辨率存儲圖像；使用較低的ISO設置以盡可能減少噪點，采用小光圈(也即較大的F值)獲得大景深的圖像；曝光強度不能太大也不能太小，以能使照片自然呈現巖礦石原本色澤的強度為佳。要獲得高質量照片，還需要注意拍攝環境布置。在工作中，我們使用柔光箱來獲得漫反射的拍攝環境。三維重建需要一系列圖像，照片數量和拍攝位置也是重要的影響因素，通常需要圍繞標本一周均勻地拍攝，每張照片之間一般有60%～80%左右的重疊率是合適的，照片環繞標本一周拍攝張數通常達到25張。為了消除標本底面的桌面，還需要將標本底面再次拍攝一周，共計50張照片進行一個巖礦石標本的三維重建。

大規模巖礦石標本三維重建還需要高效率的進行圖像序列采集。如果拍攝時圍繞標本轉或者手工轉動標本都將降低工作效率，為此，購置了25 r/min直徑30 cm勻速電動旋轉臺來實現標本的自動旋轉，配合照相機間隔定時自動拍攝功能完成圖像序列快速采集。

2.2.3應用軟件進行三維重建

多視圖圖像三維重建方法的日益成熟，催生了一些相對成熟的軟件產品的出現，例如AgiSoft PhotoScan、Autodesk 123D Catch、Acute3D ContextCapture等。PhotoScan(http://www.agisoft.com/)是俄羅斯AgiSoft公司研發的一款基于多視圖圖像自動生成高質量三維模型的軟件，最早于2010年5月發布，近年來在三維建模應用領域受到關注，一些新算法的結果通常與它的結果進行效果對比[23]。由于涉及到大量圖像的復雜計算過程，通常在高性能計算機上完成計算，PhotoScan支持GPU計算和網絡并行計算。PhotoScan三維模型重建主要有對齊照片、建立密集點云、生成網格、生成紋理四大步驟，還可以將模型分成若干部分分別建模，通過對齊堆塊、合并堆塊功能合成構建完整模型。對每個步驟中的模型參數選項對建模效果的影響進行了探究，總結獲得了適合巖礦石標本的最優化模型參數，并編制了Python腳本程序在高性能計算機上批量處理，大大解放了人力。一個標本的三維自動重建約需0.5 h(照片數量越多耗時越長)，通過人工干預可以得到更高質量的模型。基于多視圖圖像技術重建的巖礦石標本三維自動建模要保證成功率，一方面需要提高照片拍攝質量，另一方面需要了解軟件建模參數的優化設置。當自動建模的模型有缺陷時，可借助三維編輯軟件來修補模型、完善模型。圖1所示展示了PhotoScan制作的若干個典型礦床巖礦石手標本的三維模型。與實物標本相比，虛擬標本的保真度很高，可以任意旋轉縮放平移，視覺體驗優良。

3 教學資源庫建設

3.1 教學資源建模及建庫流程

Sketchfab(https://sketchfab.com/)、撈3D(http://www.lao3d.com/)、Wish3D(http://www.wish 3d.com/)等國內外知名網站提供了云托管服務能夠快速對3D內容進行分享展示，但是對于專業性較強的巖礦石標本來說，僅有標本自身的照片、三維模型對于開展完整的實習而言是不充分的，還需要收集背景地質資料、鑒定報告等更多相關資源內容，從而建立完整的標本資源信息庫。利用三維模型，可以進一步開發出虛擬實習項目、甚至是基于游戲學習的VR/AR內容，從而構建內容完整、功能完善的虛擬仿真實習環境。

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(a) 花斑狀磁鐵礦礦石(湖北大冶鐵山鐵銅鐵床),(b) 條帶狀矽卡巖化灰巖(湖北大冶鐵山鐵銅鐵床),(c) 塊狀黃銅礦(湖北銅綠山銅鐵礦床),(d) 豆狀鉻鐵礦(新疆羅布莎鉻鐵礦礦床),(e) 脆硫銻鉛礦礦石(廣西大廠錫多金屬礦床),(f) 黑鎢礦礦石(湖南瑤崗仙鎢多金屬礦床)

圖1 基于PhotoScan軟件創建的巖礦石手標本三維模型

圖2所示總結展示了巖礦石三維標本建模及其教學資源庫建設的優化流程，以及推薦使用的技術。總體上可概況為兩大步驟：標本建模、資源建庫。這里的資源建庫是全方位教學內容的資源建庫，不僅僅包括三維模型資源，還包括了與之相關的標本照片、顯微鏡下觀察的照片，以及所在礦床的相關地質報告、地質圖件、巖礦鑒定報告、各類測試分析報告等，這樣能利用三維模型及其相關資料開發出綜合性地實習項目。其中Markdown技術可以簡便直觀地制作網頁文檔，Unity技術可以強勁高效地進行虛擬現實開發。高質量的巖礦石標本的三維模型構建是資源庫建設的基礎。我校虛擬仿真中心已經相對完整地建立了40多個典型礦床300多個巖礦石標本的三維模型。特別需要指出的是，三維模型與常規的視頻資源、靜態圖像在教學設計中顯著不同在于三維模型可以自由交互。如何降低老師們應用三維模型的難度以及充分利用三維交互的特點，是模型資源開發與推廣中的難點。本文在資源建庫中提出了應用“積件”的教學理念。

圖2 巖礦石三維模型建模與資源建庫優化流程

3.2 游戲化積件開發

“積件”是由上海師范大學黎加厚教授提出來的一種全新的教學理念和方法[24-26]。積件具有最小化、可積性、共享性和可重復性，能適應教材、教學對象和教學環境的更新變化，真正做到“以不變(積件)應萬變(教學實際)”，有利于學科教師有針對性地靈活應用于課堂教學中，從不同角度、不同順序展示問題的內在聯系，能更方便地“教”與“學”。積件的內核主要體現在積件的基元性與可積性，在積件設計中加入趣味性、可玩性元素，就形成了本文提倡的游戲化積件。本文對三維模型資源及其相關圖像視頻等多媒體資源、地質資料、地質問題有機集成，創建具有交互性、趣味性的游戲化積件，例如，對同一礦種不同成因礦石特征的鑒別，對某個地質問題的自動測驗等。

游戲化積件的開發可以利用當前最受熱捧的Unity游戲引擎來實現。Unity在中國手游市場占有率高達75%，在游戲引擎市場高居全球第一。Unity Technologies公司GDC 2015游戲開發者大會上正式宣布Unity 5引擎個人版免費，為愛好者、獨立開發者和剛起步的工作室開放了整個Unity引擎和編輯器功能[27]。Unity不僅僅是強大的游戲引擎，而且是取代Flash的利器。在教學領域，大量的Flash教學動畫隨著Flash被HTML5標準取代而面臨“退役”，Flash課件風光不再難以為繼，而應用Unity技術，不僅可以將動畫做得更精致，而且可以一鍵部署到多個平臺，如iOS和Android手機端、PC端、HTML 5網頁端，以及可以做各種VR/AR項目。許多科技巨頭已經積極布局虛擬現實和增強現實。2014 年Facebook 以20 億美元收購Oculus，隨后推出了虛擬現實頭戴式眼鏡Oculus Rift，除此還有索尼PlayStation VR、HTC Vive、谷歌Cardboard等，這顯示出了各大巨頭爭搶物聯網和虛擬現實市場商機的決心。Unity開發技術門檻低、效率高，資源商店插件豐富，而且與主流虛擬現實設備有SDK API接口，可以快速高效地開發VR/AR游戲化積件。基于Unity技術結合相關教學中的知識點進行積件教學資源建設，并形成易用的積件庫，可以降低教師三維素材課件的開發難度，教師根據教學需要進行靈活組合，豐富教學內容表現形式，體現課堂人性化教學設計。同時，可以發布成Unity資源商店的插件進行共享，促進重用開發。

3.3 虛擬課件開發

三維標本資源庫建設的最終目的要挖掘標本資源在資源勘查工程相關專業的虛擬實驗教學方面中的開發與利用。我們提倡基于三維標本資源庫開展多用途、多元化的虛擬學習或實習課件開發。在以下兩大應用情景中加強開發與應用。

(1) 與礦床學、礦石學傳統的多媒體課件相結合，加入巖礦石三維交互模型及游戲化積件，增強現場感，提高真實性及趣味性。傳統理論授課中，將巖礦石標本等實物資料帶入教學課堂展示一直是理論授課中的弱項，實際上，三維模型可以發布為3D PDF格式，在幻燈片軟件中置入文件鏈接，打開Adobe Reader閱讀器軟件即可展示，并可進行放大縮小旋轉等基本瀏覽操作，而無需另行安裝三維軟件，對于一般多媒體教室都可滿足。三維模型可以和地理信息系統(GIS)技術結合，建立典型礦床與標本信息可視化索引地圖，基于空間位置或屬性信息來檢索、瀏覽云環境中的三維模型及礦床地質資料。三維模型進一步制作成積件，可以在標本的地質特征講解環節給予更多的輔助教學功能。老師們在教學中可以充分利用這些三維模型與積件，嵌入到各類教學場景中，在教學中發揮更多創意。總之，在理論授課中，將實驗室資源真實有趣地“搬到”教學課堂中是非常有意義的。

(2) 以巖礦石三維交互模型為特色教學資源，整合礦產地質報告、圖件、照片、視頻等多來源實習資料，改造舊有的實習課程資源，開發不同類型、不同地區典型礦床的礦床學、礦石學虛擬實習項目。已經對我校“礦床學實習”中的每個典型礦床案例都關聯了三維模型，并發布到由潤尼爾支持開發的虛擬仿真實習管理平臺上，提供學生開展在線虛擬仿真實驗。進一步地，還在大冶野外實踐教學實習基地開展虛實結合的實習項目研發，利用無人機技術及三維建模技術構建野外觀察虛擬場景、地質觀察點的巖礦石標本三維模型，利用專業儀器獲得光片、薄片標本的顯微照片，以及測量地質體及巖礦石手標本的地球物理、地球化學數據，最后利用Unity游戲引擎整合各類資源并開展游戲化教學設計，開發野外觀察與室內觀察一體化、沉浸式的虛擬實習項目，這一工作已取得了階段性的成果。

虛擬仿真實驗教學中心應該在上述兩大方面為一線教師提供多層次、多元化的虛擬仿真資源支持，可以是一個逼真的三維模型，也可以是一個有趣的游戲化積件，還可以是完整的實習課件，讓更多的教師靈活多樣地應用這些資源開展個性化、人性化地教學，在教學實踐中不斷改進資源質量。圖3所示展示了基于Google Earth GIS技術來進行三維模型及礦床地質資料的建庫集成的效果。我校“礦床學”實習涉及的典型礦床空間分布可以在Google Earth 環境下疊置遙感影像、地形地物等地理信息從而顯得更加直觀形象，可以快速檢索某個礦床，例如湖北大冶鐵山鐵銅礦床，并探查礦床學標本三維模型。隨著以Unity為VR/AR核心軟件技術的深化，應加大力度、加快速度建設高質量的三維資源，從而開發出高層次、專業性強的實習課程，使得任何人任何時間任何地點自帶設備就能在線享受專業的、高仿真的實習課程。不僅為本校專業學生提供優質的在線虛擬實習環境，也為兄弟院校學生提供遠程虛擬實習服務，還為地質行業工作者提供全方位的地質技能培訓。

圖3 Google Earth環境下礦床學實習典型礦床位置及相關礦床標本的三維模型

4 結 語

教育是個復雜的過程，特別是對理工科課程而言，除了理論知識的學習外，更多的依靠實際應用與實驗完成。巖礦石標本鑒定是地質類專業學生的必備地質基本技能，要滿足更多專業、更多學生的個性化學習需求，需要將總量豐富但相對珍稀的巖礦石標本觀察從實體實驗室“真實地搬到”移動互聯網上。所提出的基于多視圖圖像技術對于巖礦石標本三維建模工作是目前最經濟、最實用的方案，模型有著較高的成功率，通過結合三維編輯軟件，可以獲得高質量的模型，為虛擬仿真教學快速積累三維內容，對專業課程教育質量提升和實驗教學資源共享的深化將產生積極影響。特別需要注意把多來源的地質資料與三維模型有機結合，進一步開發游戲化積件等更加易于使用、生動有趣的教學資源，構建豐富有趣的教學資源庫，并利用在線學習管理系統或實習管理系統有效組織起來，建設靈活開放的管理體系和營造創客教育文化。另外,還應同時加強一線教師在3D內容制作與表達方面的基本技能，能像應用圖像、視頻一樣熟練地操作，靈活應用三維模型及積件，面向未來開發出更具吸引力的課件開展輔助教學、創意教學。本文所提出的多視圖三維建模技術及教學資源庫建設思路，對兄弟院校的虛擬仿真工作也具有一定示范意義。

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3DModellingTechniqueandConstructionoftheTeachingResourcesWarehouseofMineralRockSpecimens

CHENZhijuna,b,c,ZHANGYac,LüXinbiaoa,b,c,CHENJianguoc,XIEShuyund

(a. National Virtual Simulation Experimental Teaching Center for Mineral Formation, Exploration and Development; b. National Demonstration Center for Experimental Mineral Exploration Education; c. Faculty of Earth Resources; d. Faculty of Earth Sciences, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China)

Identification of mineral rock specimens is essential skill for the geological student. The abundant teaching specimens of minerals, rocks and ores are saved at China University of Geosciences (Wuhan), however, they are also relatively rare, and cannot meet the learning needs for the more and more students from a wide range of geoscience subjects. The teaching resource warehouse construction work of the mineral rock specimen 3D models is carried out by the Virtual Simulation Experimental Teaching Center for Mineral Formation, Exploration and Development. The significance of the teaching resource warehouse is introduced firstly. The techniques of the multi-view image 3D reconstruction and the optimal procedure of the resource warehouse are discussed. We build the teaching resource warehouse of the mineral rock specimens 3D models combined with the developments of the gamification integrable wares and courseware. This work will improve the level of informatization of geoscience practice.

mineral rock specimens, virtual simulation experimental teaching center; teaching resource warehouse; multi-view image 3D reconstruction; gamification integrable ware

TP391.9; G482; G642

A

1006-7167(2017)11-0140-06

2016-10-20

國家自然科學基金項目(41272361)；國家重點研發計劃(2016YFC0600508)；湖北省教學項目(2014133)；中國地質大學(武漢)校設備專項

陳志軍(1978-)，男，江蘇常熟人，博士，副教授，礦產資源形成與勘查開發國家級虛擬仿真實驗教學中心副主任、固體礦產勘查國家級實驗教學示范中心副主任，主要從事數學地質與地學信息方向的教學與研究。Tel.: 18162529692; E-mail: zhijun.chen@cug.edu.cn