基于云平台的虚拟现实多媒体教学资源开发与整合

摘 要：虚拟现实技术已日趋成熟，将虚拟现实技术应用于教学，可以为学生带来全新形式的多媒体教学资源。本文探讨了如何应用已有的虚拟现实技术进行多媒体教学资源开发，并在此基础上，借用第三方公用云平台，将现有的虚拟现实多媒体教学资源进行整合，为虚拟现实教学资源的开发、整合、应用与推广提供了理论支持。

关键词：虚拟现实；教学资源；云平台

一、 引言

虚拟现实、人工智能和机器人，是未来的三大核心技术。目前国内VR资源虽然较多，但是涉及的领域依然是游戏和影视，VR教学资源很少。VR教学是让VR技术与教学结合，以VR教学资源为基础，通过VR设备、应用系统、内容等，为学习者打造开放、可交互、沉浸式的三维学习环境，使学生们可以融入课堂环境，告别以往单调的授课方式，获得比传统2D教科书更加清晰、更有效的教学效果。

二、 VR教學资源开发

（一） VR教学资源开发技术支持

1. 可穿戴电子设备

VR可穿戴设备涉及移动电子设备的设计开发技术，这是一项涉及硬件设计、嵌入式开发和移动开发的工作，虽然技术难度较高，但目前电子产品的设计、生产已具有较成熟的产业链，可以将设备开发工作交由第三方企业完成。而且，随着技术产品的更新迭代和技术成本的不断降低，VR可穿戴设备的价格也在不断的平民化，学校大批量购入VR可穿戴设备已成为可能。因此，VR教学资源所需的可穿戴电子设备可由国内具有电子设备生产实力的企业提供。将VR教学资源加载在性价比高、技术成熟的可穿戴设备上可以保证VR教学资源的传播质量。

2. 环境建模技术

在VR系统中，虚拟环境是虚拟现实的基础，虚拟环境的建立首先要建模，然后再在其基础之上进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。在VR教学系统中，环境建模将包括视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模，但是由于目前的技术的限制，常见的只有三维视觉建模和三维听觉建模，而三维视觉建模又分为几何建模、物理建模和行为建模。教育教学资源行业中，几何建模、物理建模、行为建模等建模技术同样适用，它能增强教学质量和教学效果。

3. 人机交互与控制技术

穿戴式产品的人机交互与传统计算机的人机交互既有关联又有区别。传统计算机与人的“隔离”与穿戴式眼镜电脑与人的“结合”是两者间的根本区别之一。穿戴式产品在继承传统计算机的人机交互的基础上，应当重点发展符合其自身特点的人机交互技术，在基于传感器、基于人的感知、基于手势操作技术的基础上，让使用者舒服、方便。

针对教学系统控制技术是VR教学一体化控制系统的关键技术。它要求主控设备能够同时纳管多达数十台的终端设备，分发、管理教学资源，实现教师、学生的学习互动。这其中既有网络通信、软件交互，又有电子设备控制技术，是一项综合的技术实现。

（二） VR教学资源具体开发

按照VR资源制作方式和效果不同，资源可以分为“实景呈现”类和“虚拟建模”类两种。实景呈现是指以现实世界为原型，通过计算机技术模拟出现实世界的场景，以实现身临其境的效果。虚拟建模则是通过3D建模技术，实现对现实场景或虚拟场景的模拟，不仅能够虚拟现实、增强现实，而且可以实现更加丰富的特效。

1. “实景呈现”类VR教学资源开发

（1）方案设计：准备工作是教学资源开发的基础，包括教学素材收集、资源内容采编、概念美术设计、参考照片拍摄、执行脚本规划等。

（2）实景拍摄：使用专业VR拍摄设备进行实地拍摄，获得实景图像和视频：照相机、摄像机或全景相机（如：单反相机、GoPro迷你高清摄像机、莱瑞特拍摄框架）。

（3）拼接合成：对得到的原始图像和视频素材进行拼缝合成：VR素材需要后期缝合，统一颜色，消除叠影；采用专业图像及视频处理工具（如PTGUI、Kolor Autopano Video Pro等）。

（4）后期制作：制作CG及特效等工作；使用专业后期制作软件进入后期制作，如Adobe After Effects、Adobe Premiere等。

（5）渲染输出：素材与VR进行后期合成，使用Adobe After Effects、Adobe Premiere等专业工具完成VR资源的渲染输出。

2. “虚拟建模”类VR教学资源开发

（1）方案设计：准备工作是教学资源开发的基础，包括教学素材收集、资源内容采编、概念美术设计、虚拟场景建模、执行脚本规划等。

（2）素材处理：设计教学资源CAD素材，分层导出教学模型平面图、轮廓图、场景布置图等。并对素材图像、视频进行处理，制作模型的贴图、纹理材质，以及进行界面的设计。

（3）3D建模：使用（如Maya、3DsMAX、C4D等）建模工具，将整理后得到的CAD图纸进行建模，包括地形模型、建筑模型、环境模型、装饰物的设计制作，完成虚拟场景构建。

（4）交互功能开发：利用游戏引擎，配合开发语言进行互动类虚拟场景交互开发，开发工具包括Unity引擎/C#语言、UE4引擎/C++语言等。

（5）后期合成与打包：将所有三维数据与动画数据导入后期制作软件进行特效合成，最后打包成视频文件或程序文件进行发布。

三、 基于云平台的VR教学资源整合

大规模及大体量的教学资源转向云计算（cloud computing），是教育资源领域将要面临的一个重大改变。鼓励社会资源自行开发VR教学资源，然后将这些资源上传到固定的云共享平台，审核通过后，由使用方付费下载使用。云平台将根据各个资源的下载使用情况，与开发方进行收益分成。这是一种能够从技术角度促进VR教育资源整合，建成一个良好的VR开发生态圈、促进云共享平台与VR教学资源建设长期发展的方式。通过设计并建立完整的VR教学资源共享、使用的业务链，并完善配套工具、平台功能，可以形成云共享平台的业务闭环，实现平台的开放、共享和良性发展，促进VR教学系统的全面推广使用，实现基于云平台的虚拟现实多媒体教学资源开发与整合。

参考文献：

[1]张鸿昌.基于云的虚拟现实平台的研究与实现[D].西安电子科技大学，2014.

[2]宋乃亮.虚拟现实技术在科普教育中的研究及实践[D].北京邮电大学，2009.

作者简介：吴永春，云南省昆明市美奇奥科技有限公司。endprint