基于云平臺的虛擬現實多媒體教學資源開發與整合

摘 要：虛擬現實技術已日趨成熟，將虛擬現實技術應用于教學，可以為學生帶來全新形式的多媒體教學資源。本文探討了如何應用已有的虛擬現實技術進行多媒體教學資源開發，并在此基礎上，借用第三方公用云平臺，將現有的虛擬現實多媒體教學資源進行整合，為虛擬現實教學資源的開發、整合、應用與推廣提供了理論支持。

關鍵詞：虛擬現實；教學資源；云平臺

一、 引言

虛擬現實、人工智能和機器人，是未來的三大核心技術。目前國內VR資源雖然較多，但是涉及的領域依然是游戲和影視，VR教學資源很少。VR教學是讓VR技術與教學結合，以VR教學資源為基礎，通過VR設備、應用系統、內容等，為學習者打造開放、可交互、沉浸式的三維學習環境，使學生們可以融入課堂環境，告別以往單調的授課方式，獲得比傳統2D教科書更加清晰、更有效的教學效果。

二、 VR教學資源開發

（一） VR教學資源開發技術支持

1. 可穿戴電子設備

VR可穿戴設備涉及移動電子設備的設計開發技術，這是一項涉及硬件設計、嵌入式開發和移動開發的工作，雖然技術難度較高，但目前電子產品的設計、生產已具有較成熟的產業鏈，可以將設備開發工作交由第三方企業完成。而且，隨著技術產品的更新迭代和技術成本的不斷降低，VR可穿戴設備的價格也在不斷的平民化，學校大批量購入VR可穿戴設備已成為可能。因此，VR教學資源所需的可穿戴電子設備可由國內具有電子設備生產實力的企業提供。將VR教學資源加載在性價比高、技術成熟的可穿戴設備上可以保證VR教學資源的傳播質量。

2. 環境建模技術

在VR系統中，虛擬環境是虛擬現實的基礎，虛擬環境的建立首先要建模，然后再在其基礎之上進行實時繪制、立體顯示，形成一個虛擬的世界。在VR教學系統中，環境建模將包括視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模，但是由于目前的技術的限制，常見的只有三維視覺建模和三維聽覺建模，而三維視覺建模又分為幾何建模、物理建模和行為建模。教育教學資源行業中，幾何建模、物理建模、行為建模等建模技術同樣適用，它能增強教學質量和教學效果。

3. 人機交互與控制技術

穿戴式產品的人機交互與傳統計算機的人機交互既有關聯又有區別。傳統計算機與人的“隔離”與穿戴式眼鏡電腦與人的“結合”是兩者間的根本區別之一。穿戴式產品在繼承傳統計算機的人機交互的基礎上，應當重點發展符合其自身特點的人機交互技術，在基于傳感器、基于人的感知、基于手勢操作技術的基礎上，讓使用者舒服、方便。

針對教學系統控制技術是VR教學一體化控制系統的關鍵技術。它要求主控設備能夠同時納管多達數十臺的終端設備，分發、管理教學資源，實現教師、學生的學習互動。這其中既有網絡通信、軟件交互，又有電子設備控制技術，是一項綜合的技術實現。

（二） VR教學資源具體開發

按照VR資源制作方式和效果不同，資源可以分為“實景呈現”類和“虛擬建模”類兩種。實景呈現是指以現實世界為原型，通過計算機技術模擬出現實世界的場景，以實現身臨其境的效果。虛擬建模則是通過3D建模技術，實現對現實場景或虛擬場景的模擬，不僅能夠虛擬現實、增強現實，而且可以實現更加豐富的特效。

1. “實景呈現”類VR教學資源開發

（1）方案設計：準備工作是教學資源開發的基礎，包括教學素材收集、資源內容采編、概念美術設計、參考照片拍攝、執行腳本規劃等。

（2）實景拍攝：使用專業VR拍攝設備進行實地拍攝，獲得實景圖像和視頻：照相機、攝像機或全景相機（如：單反相機、GoPro迷你高清攝像機、萊瑞特拍攝框架）。

（3）拼接合成：對得到的原始圖像和視頻素材進行拼縫合成：VR素材需要后期縫合，統一顏色，消除疊影；采用專業圖像及視頻處理工具（如PTGUI、Kolor Autopano Video Pro等）。

（4）后期制作：制作CG及特效等工作；使用專業后期制作軟件進入后期制作，如Adobe After Effects、Adobe Premiere等。

（5）渲染輸出：素材與VR進行后期合成，使用Adobe After Effects、Adobe Premiere等專業工具完成VR資源的渲染輸出。

2. “虛擬建模”類VR教學資源開發

（1）方案設計：準備工作是教學資源開發的基礎，包括教學素材收集、資源內容采編、概念美術設計、虛擬場景建模、執行腳本規劃等。

（2）素材處理：設計教學資源CAD素材，分層導出教學模型平面圖、輪廓圖、場景布置圖等。并對素材圖像、視頻進行處理，制作模型的貼圖、紋理材質，以及進行界面的設計。

（3）3D建模：使用（如Maya、3DsMAX、C4D等）建模工具，將整理后得到的CAD圖紙進行建模，包括地形模型、建筑模型、環境模型、裝飾物的設計制作，完成虛擬場景構建。

（4）交互功能開發：利用游戲引擎，配合開發語言進行互動類虛擬場景交互開發，開發工具包括Unity引擎/C#語言、UE4引擎/C++語言等。

（5）后期合成與打包：將所有三維數據與動畫數據導入后期制作軟件進行特效合成，最后打包成視頻文件或程序文件進行發布。

三、 基于云平臺的VR教學資源整合

大規模及大體量的教學資源轉向云計算（cloud computing），是教育資源領域將要面臨的一個重大改變。鼓勵社會資源自行開發VR教學資源，然后將這些資源上傳到固定的云共享平臺，審核通過后，由使用方付費下載使用。云平臺將根據各個資源的下載使用情況，與開發方進行收益分成。這是一種能夠從技術角度促進VR教育資源整合，建成一個良好的VR開發生態圈、促進云共享平臺與VR教學資源建設長期發展的方式。通過設計并建立完整的VR教學資源共享、使用的業務鏈，并完善配套工具、平臺功能，可以形成云共享平臺的業務閉環，實現平臺的開放、共享和良性發展，促進VR教學系統的全面推廣使用，實現基于云平臺的虛擬現實多媒體教學資源開發與整合。

參考文獻：

[1]張鴻昌.基于云的虛擬現實平臺的研究與實現[D].西安電子科技大學，2014.

[2]宋乃亮.虛擬現實技術在科普教育中的研究及實踐[D].北京郵電大學，2009.

作者簡介：吳永春，云南省昆明市美奇奧科技有限公司。endprint