虛擬現實技術課程設計與教學實踐

摘? 要：隨著科技水平的不斷提升，虛擬現實技術已經被應用于多個行業和領域，社會對虛擬現實技術專業人才的需求量也不斷增加。文章對虛擬現實技術課程的特點進行了闡述，明確了創新型人才培養背景下該課程的教學內容，研究了面向應用型人才培養的虛擬現實技術課程的實踐過程，分析了虛擬現實技術課程的教學效果和改革策略，希望能為相關課程教學活動的開展提供借鑒。

關鍵詞：虛擬現實技術;課程設計;教學設計

中圖分類號：TP39;G434? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）02-0183-05

Abstract： With the continuous improvement of scientific and technological level， virtual reality technology has been applied in many industries and fields， and the social demand for virtual reality technology professionals is also increasing. This paper describes the characteristics of virtual reality technology courses， defines the teaching content of this course under the background of innovative talent cultivation， studies the practice process of virtual reality technology course oriented to application-oriented talent cultivation， analyzes the teaching effect and reform strategy of virtual reality technology course， hoping to provide reference for the development of relevant curriculum teaching activities.

Keywords： virtual reality technology; curriculum design; teaching design

0? 引? 言

虛擬現實技術作為一門新興技術，能夠借助計算機完成三維虛擬環境的設計，不但具有較強的創新性，而且具有較大的社會需求，因此將此課程開設于高校藝術類本科專業影視方向課程具有較大的必要性。虛擬現實技術在多個行業中得到廣泛運用，例如可以運用于數字化的科技館、體驗館等，實現了科技與藝術的完美融合。虛擬現實技術具有沉浸性和交互性等特點，因此教師應當運用“教學做一體化”的方法開展該課程教學活動，使得學生將自己的想象和創意表現出來，在虛擬化場景中設計和規劃項目，激發學生的創新能力和設計水平。

1? 虛擬現實技術課程的特點與定位

網絡技術和多媒體技術的快速發展，使得虛擬現實技術越來越多地運用于各個行業，并且呈現在人們的工作、學習和生活活動中，對社會發展和進步產生了越來越重要的作用。當前，運用虛擬現實技術的行業主要包括廣告、游戲、通訊、影視等行業。為了適應多個行業對虛擬現實技術的需求，很多高等院校陸續開展虛擬現實技術課程，以傳播理論和藝術理論為基礎，以設計能力和信息技術為主導，實現藝術與科學的融合。具體而言，虛擬現實技術具有以下特點：

第一，教學目標注重創新性。虛擬現實技術本身是一門新興技術，相關產品的受眾對其具有較高的期待和要求，這就需要設計人員不斷創新內容，為受眾帶來全新的體驗。虛擬現實技術課程教師應當培養學生的創新能力，使其設計出更多的具有創意的優秀作品。

第二，教學內容具有豐富性。由于虛擬現實技術本身具有融合性和交叉性，因此在教學過程中應當向學生傳授三維動畫、人機交互、視頻處理、圖像設計等多方面的知識，此外教師在授課過程中還應當鞏固平面設計、色彩選擇和美術基礎等相關知識內容。

第三，學過程突出實踐性。由于虛擬現實技術具有一定的應用性，教師在授課過程中應當給學生提供較多的實踐機會，提升學生的動手操作能力。折舊需要教師不斷轉變教學方法和教學模式，通過運用案例教學法和項目式教學法來實現教、學、做的一體化。

2? 虛擬現實技術課程的教學內容設計

虛擬現實技術課程是數字媒體藝術專業與其他藝術類學生的專業方向必修課程。通過本課程的學習，使學生能了解虛擬現實技術的基本概念和術語、系統組成及其應用領域，理解虛擬現實的基本計算機結構，掌握應用系統開發的基本技能，培養學生的創新意識和審美素質，具有場景搭建、美術設計、交互設計的能力。根據本課程的特點，可以將本課程的教學內容分為理論部分和實踐部分。

2.1? 理論教學內容

理論教學內容主要分為四個部分：第一部分是虛擬現實技術概述，主要講授虛擬現實技術原理、VR/AR/MR的概念和區別、虛擬現實的技術原理和發展歷程等內容，使得學生了解什么是虛擬現實技術，詳細深入的學習虛擬現實技術發展史和目前國內外研究現狀;第二部分為三維全景技術學習，主要講授虛擬現實基礎平臺的輸入與輸出設備、三維手勢交互技術原理、光學定位和運動捕捉系統技術原理、VR全景影像攝錄設備的構成和應用等內容，使得學生了解虛擬現實的硬件分類，認識各品牌VR頭戴設備及附件，掌握簡單虛擬現實基礎平臺的搭建，掌握動作捕捉和光學定位技術以及三維手勢交互技術的基本原理;第三部分為虛擬現實項目開發與制作，主要講授Unity 3D虛擬現實引擎、虛擬現實場景的搭建、虛擬現實場景的美術設計、虛擬現實場景的交互設計等內容，使得學生了解虛擬現實技術的常用軟件，熟悉Unity 3D虛擬現實引擎的基礎操作，能夠使用Unity 3D虛擬現實引擎進行項目制作，能夠搭建簡易的虛擬現實環境，進行相應的動畫制作以及邏輯編輯，實現人與虛擬環境的交互;第四部分為虛擬現實行業應用，主要講授虛擬現實技術在航空航天和軍事領域的應用、虛擬現實技術在醫學和城市規劃領域的應用、虛擬現實技術在文娛和教育培訓的應用、虛擬現實技術在商務領域的應用等內容，使得學生了解虛擬現實技術在各個行業中的應用現狀以及未來發展趨勢，能夠對涉及VR、AR的影視、游戲、科技、直播、新聞、旅游、房地產、教育、醫療、社交、電商等行業詳盡解析。

2.2? 實踐教學內容

本課程的實踐教學內容可以依據理論教學內容的第三個部分虛擬現實項目開發與制作進行設計，將實踐教學內容設計為四個項目：第一項目是古代花瓶——文物3D展示，通過項目設計來實現720°展示古代文物的面貌，使得學生認識我國歷史文物并且主動保護文物;第二個項目是北海公園景區——場景漫游，通過項目設計來實現景點的虛擬旅游，使學生了解虛擬現實技術的應用范圍，提升學生的動手操作能力和設計水平;第三個項目是汽車——3D交互，通過項目設計實現關于汽車的3D交互設計，使得學生能夠對產品細節進行3D設計，培養學生的精益求精精神;第四個項目是天宮空間站——模型拼裝，通過項目設計實現空間站的模型拼裝，使學生認識太空并激發學生探索太空的欲望。

3? Unity 3D軟件操作教學內容

3.1? Unity 3D安裝與注冊步驟

講授Unity 3D的安裝步驟：第一，打開Unity 3D的安裝文件，找到Unity 3D.exe并雙擊開始安裝Unity軟件;第二，Unity開始進行資源配置;第三，進入Unity歡迎界面后點擊Next按鈕;第四，Unity提示是否接受安裝協議，點擊I Agree即可;第五，選擇所要安裝的組件，選中Example Project、Unity Development Web Player和Mono Develop后點擊Next按鈕;第六，點擊Browse選擇Unity的安裝路徑，默認安裝在C：＼Program Files＼Editor中，選好路徑后點擊Install進行安裝。第七，Unity軟件安裝后會彈出安裝成功對話框，點擊Finish按鈕即完成Unity安裝。

講授注冊賬號的過程：第一，雙擊打開Unity 5.4.1，會看到一個“License Error（授權錯誤）”的界面;第二，需要點擊該界面右上角的“SIGN IN（登錄）”，彈出登錄面板，在這個面板上填寫自己在Unity官網注冊的賬號;第三，賬號填寫完畢后，點擊“Sign In”按鈕，登錄自己的賬號，然后點擊“Re-Activate（重新激活）”;第四，點擊“重新激活”后，現實激活界面，選中“Unity Personal”;第五，點擊“Next”，進入下一步，彈出“License agreement（授權協議）”窗口，選種第三個單選框;第六，點擊Next，進入下一步，進入“Survey（問卷調查）”，直接將界面拉到最下方，點擊OK按鈕完成注冊。

3.2? Unity 3D界面

Unity 3D擁有強大的編輯功能，開發者在創建項目過程中可以通過可視化的編輯界面創建游戲及虛擬現實環境。Unity 3D的基本界面主要包括菜單欄、工具欄以及五大視圖，這5個視圖分別為Hierarchy（層次）視圖、Project（項目）視圖、Inspector（檢視）視圖、Scene（場景）視圖和Game（游戲）視圖，而每種視圖都有指定的用途。

點擊Layouts按鈕可以改變視圖模式，在下拉列表中看到很多種視圖，其中有2by3、4Split、Default、Tall、Wide等，如圖1、圖2所示。

層次視圖包含了當前場景中的所有游戲物體。我們在游戲開發中所創建的Game Object都會出現在Hierarchy視圖中。當我們想尋找場景中的某個物體時，只要在Hierarchy視圖中找到對應物體的名稱并進行雙擊即可，此外還可以選中物體點擊鼠標右鍵輕松地實現Game Object的復制、刪除等操作。

項目視圖相當于一個資源倉庫，包含了所有項目資源，其主要作用就是管理用戶的項目資源。項目視圖左側是一個層次面板，打開后可以看見多個文件夾，選中其中一個文件夾，相應的內容就會顯示在右側的面板中。

Unity中的游戲是由多邊形物體、腳本、聲音或其他圖形元素組成的，在Hierarchy視圖中選中某一個物體后，右側的Inspectror視窗會顯示當前選擇物體的詳細信息，包括物體上當前連接的所有Componens（組件）和屬性。

Scene視圖為Unity的編輯面板，是創建游戲的主要場所。用戶所創建的所有燈光、物體、資源都會顯示在場景視圖中，同時用戶可以在場景視圖中進行選擇和定位環境物體、角色物體、攝像機、敵人角色等，構建游戲中所有的虛擬景象，如圖3所示。

Game視圖面板是用來渲染場景面板中景象的，該面板不能用作編輯，但卻可以呈現完整的動畫效果，如圖4所示。

3.3? Unity新建項目文件

在Unity 3D創建項目，在項目中創建場景，然后在場景中創建地面，在地面上創建立方體來搭建簡單游戲場景步驟。

步驟1：啟動Unity 3D后，在彈出的對話框中，單擊New創建一個新的工程，可以設置工程的目錄，然后修改文件名稱和文件路徑。

步驟2：在Project name下（項目名稱）中輸入項目名稱，然后在Location（項目路徑）下選擇項目保存路徑并且選擇2D或者3D工程的默認配置。

步驟3：設置完成后，單擊Create project按鈕完成新建項目。Unity 3D會自動創建一個空項目，其中會自帶一個名為Main Camera的相機和一個Directional Light的平行光。

步驟4：創建好新項目后新建場景。場景新建的方法是：選擇Unity菜單File（文件）—New Scene（新建場景）命令即可新建場景。

步驟5：選擇Game Object（游戲對象）—3D Object（三維物體）—Plane（平面）命令創建一個平面用于放置物體，如圖5所示。

步驟6：選擇Game Object（游戲對象）—3D Object（三維物體）—Cube（立方體）命令創建一個立方體，如圖6所示。

步驟7：使用場景控件調整物體位置，從而完成游戲物體的基本創建。

步驟8：在彈出的保存場景對話框中輸入要保存的文件名，此時在Project（項目）面板中能夠找到剛剛保存的場景。

4? Unity 3D軟件操作的教學實踐過程

4.1? 課前

教師可以借助于線上學習平臺完成課前教學活動，將課前的預習課件和引導視頻等內容推送至網絡教學平臺，使得學生提前完成相關課程內容的學習，而教師可以在教學平臺中了解學生的課前學習情況，也可以在網絡學習平臺上發布課前測試來了解學生的學習效果，根據學生的學習效果及時調整課堂教學內容。

4.2? 課中

結合虛擬現實技術的特點，教師應當在課堂上采用案例式教學法、項目式教學法等多種教學方法開展教學活動。教師重點講解教師課前學習效果較差的內容，激勵學生通過項目制作等參與式活動完成課程內容，有效調動學生的動手能力和學習興趣。在理論教學和實踐教學過程中教師可以融入多個思政要素，實現思政育人的效果。通過項目式教學法，學生自主探究并完成對項目任務，任務完成過程截圖如圖7所示。

圖7? 學生自主完成項目過程截圖

4.3? 課后

教師根據課堂教學內容和學生對課程內容的掌握情況布置作業，完成相關項目的修改和完善，可以借助于網絡學習平臺完成對學生作業完成情況的檢測和評價，也可以采取課堂匯報和學生互評的方式達到相互學習的目的。對于學生的學習和項目完成情況，教師應當進行及時總結，例如可以邀請學生閱讀延伸文章、學習總結匯報、觀看學習視頻等活動，加深學生對相關知識的掌握程度。教師在聽取學生項目匯報后進行評價，得分情況直接錄入網絡學習平臺。

5? 虛擬現實技術課程教學效果和改革策略

5.1? 虛擬現實技術課程的教學效果

通過教學內容和教學方法的不斷改革，本課程的教學效果得到明顯的改善。首先，學生的考試成績得到了很大程度的提升，學生的考試成績從68.42分提高到80.57分，考試成績的優秀率從5.3%提升到11.8%，這說明教師的教學質量和學生的學習效果得到明顯提升;其次，學生的積極性得到了較大程度的提高，通過調查得知，學生課下自主學習習慣得到培養、自主學習時間有所提升，學生上課回答問題的積極性更強，學生對教學內容和教學方法的滿意程度得到提高。

5.2? 虛擬現實技術課程的改革策略

教師應當不斷更新教學理念，用設計學的思維和理論引導學生開展設計活動，培養學生的審美能力和設計水平;應當不斷創新教學內容，依據本課程的教學目標和學生的知識水平理清教學脈絡，循序漸進地向學生傳授課程知識，通過實體項目訓練來引導學生用專業知識來發現和解釋社會問題和現象，通過理論與實踐教學相結合實現“教學做”一體化;應當不斷改善教學方法，借助于網絡學習平臺提升學生的自主學習能力，通過信息化教學手段調動學生的學習興趣，運用項目式教學法和探究式教學法提升學生的知識運用能力，提高學生的動手操作能力。

6? 結? 論

虛擬現實技術作為一門理論性與實踐性相結合的課程，在教學改革過程中教師應當不斷提升自身能力，嚴格把握教學目標、著重突出課程特色、不斷激發學生興趣，注重理論教學與實踐教學的結合，實現課程內容與實際生活的緊密結合，不斷探索更加適合學生發展的教學內容和教學方法，通過教學質量的不斷提升，培養出更多更優秀的應用型人才。

參考文獻：

[1] 阮瑩.沉浸式虛擬現實技術在高校藝術設計專業應用的改革方向及策略 [J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2021（11）：4-6.

[2] 翁嘉.基于虛擬現實技術的實訓教學改革策略 [J].浙江水利水電學院學報，2020，32（6）：81-84.

[3] 李璐.虛擬現實與藝術專業人才培養的創新研究——基于藝術專業課程模式優化的視域 [J].湖南第一師范學院學報，2020，20（5）：94-98.

[4] 杜佳，李嵐.“以學生為中心”的虛擬現實技術課程線上教學模式設計 [J].蘭州文理學院學報（自然科學版），2020，34（5）：111-114.

[5] 張艷.高職院校動漫制作技術專業虛擬現實VR技術課程教學創新探索 [J].陜西教育（高教），2019（11）：69-70.

作者簡介：閆鵬（1987.08—），男，漢族，山東德州人，教師，碩士，研究方向：新媒體、數字媒體藝術。