基于全景VR技术在工科MOOC课程教学中的应用

程蓉　郭小勤

摘 要 通过分析MOOC在工科类课程中的应用，可以发现工科课程中包含的实验教学部分在MOOC教学模式中不能很好地实现。基于此，本文采用全景技术同虚拟技术相结合，以计算机辅助工程与工程测试实验室为例，叙述了通过漫游路径设计、实地取景、全景图制作、全景漫游场景制作、网络发布等步骤及关键技术，建立了虚拟实验室网上全景漫游展示系统的过程。研究表明，将全景虚拟技术应用MOOC教学模式中，对于提高工科课程的教学质量，解决工科MOOC课程实验难以实地进行的难题具有很大的现实意义。

关键词 虚拟现实 高等教育 全景VR MOOC

0引言

随着通信技术的发展以及通信基础设施的日益普及，以网络多媒体为载体的远程学习已成为满足人们终生学习需求的最佳途径。大规模网络开放课程MOOC（Massive Online Open Course）学习模式正是基于此种需求应运而生。MOOC以其免费的、公开的、不受限制的 特性迅速地受到了人们的追捧，全球参与MOOC的学生人数以及高校数目都在日益增加。

通过对 MOOC 课程教学效果的研究发现，文科类、化学和计算机软件类课程学习效果都比较好，但是对于计算机硬件、电子、自动化和生物工程等工科类学科需要进行实践训练的课程来说，单纯的线上网络教学就显得力不从心了。然而对于工科类课程来说，其特点是伴随有大量的实验和实践，各种教学实践环节对于促进学生掌握基础知识、培养学生的实践能力和创新能力尤其重要。教学实践环节的薄弱会严重制约了教学质量的进一步提高。要培养高素质的人才，就必须高度重视这个环节。

因此，对于工科MOOC课程来说，如何营造真实的实验氛围，如何在MOOC平台上补充完善教学环节中十分重要的实践教学部分，提高工科专业课程的实践教学水平和质量，很是值得我们大家认真研究和探索。

本论文以计算机辅助工程与测试实验室为例，采用全景VR技术，在计算机中建立了一个接近或优于真实实验室场景的虚拟场景，利用人机交互技术实现虚拟场景的漫游，让学生从各个不同的方位和视角观察整个实验室的仪器设备，模拟真实的实验室参观学习的过程，对于提高学生的学习效率，解决工科MOOC课程实验难以实地进行提供了一个有效的解决方案。

1网上虚拟实验室总体设计

本文所构建的虚拟计算机辅助设计与测试实验室实现的关键步骤有三步：三维场景构建、虚拟实验室漫游交互实现和MOOC平台网页展示，具体步骤如图1所示。

2基于全景的实验室网上虚拟系统实现

2.1实地取景

准备好所需的拍摄器材数码 单反相机、鱼眼镜头、三脚架、云台后，在设计好资源单体观景点的基础上，可开始取景的过程。主要分为脚架和云台的架设、相机固定及参数设置、

拍摄时先把三脚云台架在整个实验室的中心点，尽量把云台调整到水平，旋转时才可以保证所拍到的图片在同一个水平面上，给制造全景图带来更多的方便，无需做太多的调整。

调水平后，相机置于云台，以10€暗？0€暗慕嵌刃铺ǎ纳阋蛔橥计空畔嗔诘恼掌詈媚苤氐笥？5%以上，且重叠部分应尽量相同，所拍摄的照片越多，由此而产生的“影片段丢失”越少，所得到的虚拟全景的移动越平滑。

图片拍摄完之后，接着就是做图片的整理。由于拍摄图片所占空间太大，都在1M以上，需要把图片压缩到100k到200k之间来进行拼接。以计算机辅助工程与测试实验室为例，所拍的一组图片如图2所示：

2.2 360

完成资源的实地拍摄，整理好所拍摄的图片之后，通过专业全景图像合成软件Ulead COOL 360对图片进行缝合拼接。这个步骤这个步骤最为重要，也最为耗时，因为整个拼接混合过程将直接影响到全景图的效果，尽管所获得的图片，在渲染或者拍摄时，已经考虑到诸多因素，然而在缝合图片时，仍不能完全绝对的避免相邻两图片的视点的偏移、不同的光强、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、对比度有所差别等等，这些都需要对其进行校准。图3为拼接后的实验室全景图。

2.3 虚拟实验室漫游

本实验采用（QuickTime Virtual Reality）来创建虚拟场景。QTVR其具有四个基本特征：从三度空间造型的原理上看，它是一种基于图像的三维建模与动态显示技术；从功能特点上看，它有视线切换、推拉镜头、超媒体链接三个基本功能；从性能上看，它不需要昂贵的硬设备就可以产生相当程度的VR体验。如图4为QTVR制作的虚拟实验室漫游场景。按住鼠标左键并上下左右拖动鼠标观看，按住“+”或Shift放大，按住“-”或Ctrl缩小。

2.4全景图MOOC平台网络发布

将虚拟实验室漫游场景发布到MOOC平台上，需编制后台代码设置全景图链接、窗口大小、交互方式等，部分代码如下。

3结语

随着信息和网络技术的发展，MOOC对高等教学带来了无尽的机遇和挑战。但是，我们必须认识到，MOOC有它的局限性，尤其是具有很强实践教学特点的工科专业课程，如何借助MOOC这一平台，转变教学观念，探索研究合适的工科MOOC课程教学模式和方法，最终达到提高教学质量的目的是所有从事高等工科教学的老师必须解决的问题。本文通过三维全景和虚拟现实可视化等技术，在计算机网络上建构了可移动的虚拟实验室，虚拟仿真实验室的建立，对于提高MOOC教学质量具有很重要的现实意义。

作者简介：程蓉（1969—），女，湖北荆门人，博士，教授，主要研究方向为材料加工工程。

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