VR技术在多媒体课件制作中的应用探究

张芳芳 刘仪辉

摘 要：虚拟现实（VR）技术具有良好的交互性、沉浸性、情境性，在情境中主动互动的建构主义学习理念，强调真实情境。VR技术通过三维建模和虚拟现实引擎创建逼真的多媒体教学课件，为教师带来全新的教学展示方式，为学生带去生动有趣的课堂体验，让学习变得简单，快乐、高效。

关键词：虚拟现实;VR;多媒体课件;设计制作

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.016

本文著錄格式：张芳芳，刘仪辉.VR技术在多媒体课件制作中的应用探究[J].软件，2021，42（02）：054-056

Research on the Application of VR Technology in the Making of Multimedia Courseware

ZHANG Fangfang1， LIU Yihui2

（1.Nanchang Automobile Mechanical and Electrical School， Nanchang  Jiangxi  330043;

2.Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine College of Humanities， Nanchang  Jiangxi  330004）

【Abstract】：Virtual reality （VR） technology has good interactivity， immersion， situational， active interaction in the context of constructivism learning concept， emphasizing the real situation. VR technology creates realistic multimedia courseware through 3D modeling and virtual reality engine， it can bring teachers a new way of teaching display， bring students a lively and interesting classroom experience， and make learning simple， happy and efficient.

【Key words】：virtual reality;VR;multimedia courseware;design and production

0 引言

随着“互联网+教育”的进一步发展，近年来虚拟现实技术发展迅速，信息技术与教学实践的融合走向深入，在提升学校信息化建设水平、实践实训室建设、虚拟仿真教学、支撑各层次实践实训高质量发展，VR技术将在多媒体课件制作中发挥更大的作用。当前教育传统教学手段依然占据着课堂教学的统治地位，学生仍然游离于真正的学习过程之外。尤其是在计算机网络专业的实训课程中，学生没有参与感，导致没有学习兴趣，对知识的掌握不深不牢，对知识的理解还停留在浅层的背诵或记忆，还没发挥教师的主导性和学生的主体性，尤其是学生的学习与生活、知识与能力与问题解决都还存在着很大的距离[1]。

虚拟现实（VR）技术作为提高实践实训环节教学质量的重要手段，它是计算机生成一种模拟环境，学生沉浸在计算机模拟的真实情境中，通过体感设备或者穿戴设备，将计算机产生的各种输出信号转化为学生能够通过视觉、听觉、触觉、动觉等感受到的现象。VR创建的这些模拟情境可以是真切的实训设备，也可以是通过三维模型构造出来的看不见的事物。VR虚拟现实是一项可以创建虚拟空间，并与之产生互动体验的计算机仿真技术，随着VR技术的不断优化、改善，其在教育领域的应用也越发广泛，通过穿戴特殊的输入或输出电子设备，学生与虚拟世界中的物体进行真实自然的互动，进而获得几乎与真实世界相同的感受。

1 理论支撑

1.1 建构主义学习理论

建构主义理论认为，学生不是空着脑袋进教室的，因此教师要充分利用学生的原有知识经验，发挥学生的能动性，自己建构新的知识。建构主义强调社会文化对学习的重要作用，学生的学习通常是通过与学习共同体的互动协作完成的。实践才能出真知，动手才有感悟，参与才会进步。因此，学生的学习一定要与社会生产生活联系在一起，通过参与情境化的社会互动构建学生自己的知识结构。建构主义强调在模拟真实情境中的会话、协作、探究的学习过程与VR技术在多媒体课件制作的功能非常契合，通过虚拟现实技术为学习者打造一个虚拟的网络运行学习环境，不仅将抽象的网络设备与网络搭建知识转化成生动逼真的三维画面，还能不断促进学生的学习，提高学生的学习兴趣。让学生自主学习，主动进行有意义地知识建构。

1.2 情境学习理论

情境学习理论强调，学习应当在知识所产生及应用的真实情境中去开展。知识的本源应该是来源于真实情境，例如自然环境、社会文化情境、实践活动中。一方面，同样的知识内容在不同的情境中将可能有不同的意义，因此知识的学习不能脱离其应用情境。另一方面，犹如木工、泥工、厨师等职业一样，技能的学习一定要在真实的现场工作情境中才能通过不断练习达到熟练掌握的程度，技能的学习离不开它所运用的情境。

2 VR课件设计与制作过程

2.1 软件准备

（1）动画软件方面，现在可以制作动画的软件有很多，传统的动画都是Flash制作的，一般逐帧的动画都要选择Flash动画软件才能完成，对基本原画绘制，素材的原则在Flash软件中进行比较方便。After Eftec是当前流行的MG动画常用的制作软件，对mg视频剪辑和设计都有很大帮助，让动画视觉炫酷效果明显，用AE软件制作出来的动漫更加流畅。3DS MAX是现在比较流行的三维动画制作软件，一些影视动漫都是利用这个软件，当前动画公司制作三维动画软件最流行的核心软件主要对动画场景来渲染。（2）图形图像处理软件是被广泛应用于平面设计、影视后期制作等领域的软件。如Photoshop、Illustrator、Flash、Matlab、Coreldraw等。Photoshop功能强大，基于图层、蒙版、通道等技术设计者可以轻松地合成、截取、创造各种图像等。Photoshop支撑多种图画格局，多种色彩形式，提供了强壮的挑选图画规模的功能，提供了近百种的滤镜。其最新的内容识别技术可帮助用户更加精准的完成图片编辑，CS6版本还为用户提供了一些新的选择工具和全新的软件UI，用户可完全摆脱代码的束缚而创造属于自己的HTML5标准网页。另外，AutoCAD也是一款常用的计算机辅助设计软件，在绘图、文档设计、基础三维设计等方面具有强大的功能，设计者使用的门槛也较低。（3）音频的处理工具，Adobe Audition是一款功能强大、效果出色的多轨录音和音频处理软件。主要用于对MIDI信号的处理加工，它具有声音录制、混音合成、编辑特效等功能。WavePad Audio Editor适用于Windows和Mac的音频和音乐编辑器。它允许用户录制并编辑音乐、录音和其他声音。作为一个编辑器，用户可以在其中剪切、复制、粘贴、删除、插入、静音和自动修剪录音，然后在VST插件和免费音频库的支持下添加增强、归一化、均衡器、包络线、混响、回声、倒放等效果。（4）视频编辑工具可以实现视频的剪切、裁剪、分割、旋转，添加字幕、配乐、特效等功能。软件的图层管理可以分别对贴图、音效、字幕、叠层进行管理。当前较为主流的视频编辑工具有适合小规模视频剪辑的Movie Maker、适用于Windows的ivsEdits LE、操作简单的迅捷视频剪辑和360快剪辑软件等。360快剪辑该软件可以帮助用户直接在网页上录制、编辑视频，其功能十分强大，快速剪辑、快速上传。

2.2 三维建模

三维建模指的是使用软件来创建三维对象或形状的数学表示形式的过程。创建的对象称为三维模型，这些三维模型可用于各种行业。影视、建筑、施工、产品开发、科学和教育行业均在使用三维模型进行可视化、仿真和渲染图形设计。教师在日常教学设计中要完成三维建模，需要对VR场景及渲染、VR表现设计、VR三维技术、VR互动设计等知识有一个基本的了解和掌握。建模时应注意：一是所有模型的初始坐标设置在原点，模型的轴心设置在物体中心。二是模型要命名规范，不能重名，模型名称最好使用英文和数字命名，否则在Unity 3D中的会出现一些问题[2]。在三维建模设计中，需要明确学习者通过虚拟现实的学习，掌握哪些知识，学会哪些技能，让学习者带着问题进入虚拟现实的多媒体课件中进行学习;同时，还应该设置必要性的回顾性环节，将学习者在虚拟环境中的学习、交互过程能够以一定的形式在教学总结中进行再现[3]。

2.3 虚拟实现引擎

建立三维模型之后接下来就是集成三维模型，设计者根据教学的实际需要搭建虚拟场景。例如在网络信息安全专业的实训教学中，要搭建的虚拟场景包括模拟真实的中心机房、网络防御设备、路由器、交换机、各类接口、综合布线的线路等。然后按照各种网络设备具体的操作要求，开发添加学生与三维模型的交互过程。对于普通开发者来说，开发需要耗费巨大的精力与资源，而第三方虚拟现实引擎有着使用成本低，插件齐全、兼容性好等优势[4]。Unity3D是一软3D游戏引擎，其具备跨平台发布、高效能优化、高性价比等特点。Unity拥有方便灵活的编辑器、友好的开发环境、丰富的工具套件，支持多种模型格式。Unity3D通过C#代码和材料材质为用户提供三维视频、建筑可视化、实时三维动画功能并且新的渲染技术可让画面品质达到影视级别。Unity3D可以直接在图形网络中创建并连接节点，然后进行设计或调试着色器，免于编写代码，并且这个过程中的每一步都可以预览。

以计算机局域网搭建为例，前期利用3DS MAX软件完成实验机房、交换机、路由器、设备机柜、线路等三维模型建立好后，需要将这些三维模型资源导入到Unity3D所创建的项目中，以进一步实现三维模型的建构。在新建项目时要注意选定“3D”选项。在完成模型导入后，设计者还需要创建一个场景，通过主菜单File下的新建场景菜单New Scene创建一个新的场景，在主菜单Assets的子菜单中选择Import Package，然后选择Characters，导入Asset。最后导入模型开发相应的脚本程序，实现人机交互。通常制作一个VR多媒体课件需要用到三维图形建模技术、模型的驱动技术、声音图像的合成技术、视点感应和视觉跟踪技术等，多技术的共同作用下方能产生身临其境的“沉浸”感。

2.4 合成多媒体课件

虚拟现实技术拥有多种应用手段，主要包括由计算机制作生成的动态或静态的三维模拟环境应用于各类课件制作、利用软硬件进行虚拟网络设备实验教学、利用虚拟植入技术进行教学信息的替换和植入、通过CAVE结构显示中高分辨虚拟场景展示现场沉浸式实景效果等。VR多媒体课件的制作需要虚拟现实引擎的支持，尤其是在输出的场景和发布的文件格式方面，不同的虚拟现实引擎可以生成导出不同的文件格式。在教学应用方面，场景发布文件格式主要采用以插件输出的场景格式和Web版的场景格式。合成多媒体课件时要十分关注VR技术的交互性、沉浸性、临场感。

2.5 VR课件技术发展趋势

职业教育提质扩容的发展趋势下，随着VR技术的成熟与普及，利用VR技术在多媒体课件制作将越来越普遍。目前，一些高新技术企业已经研发出类似VR教学一体机设备。教师作为教学设计者和资源开发者，不需写程序，只要有创意，所想即所得。设备融合了虚拟现实（VR）与增强现实（AR）、三维动画、实时渲染等多种专利技术。不需代码编译，支持多平台发布，开发、展示一站式体验。教师只需要把一些抽象或者三维的模型、系统导入所创建的项目中。通过事件定义演绎方式和触发方式，将来可以便捷地一键输出到VR头盔、CAVE系统、全息设备等VR呈现平台上进行展现。将来更多的教学VR设备将加入眼球追踪、面部追蹤和心率传感功能，可实现注视点渲染、生物识别、支持表情追踪的虚拟头像效果，功能更加强大。在课堂上，教师就可以在虚拟的三维环境中向学生讲解课程知识点，大大提高了教学效率与学生的认知效果。在汽车机电专业领域，工程师可以将各种制作好的汽车部件、机电设备等产品原型导入到软件中，并加入一些交互触发功能，一键输出到各种VR呈现平台。教师可以在三维可视化的环境下对各种机械结构设计进行论证，并可以通过手柄对需要修改的地方进行标注，甚至直接实时修改。在传统教学受到场地、器材、天气等客观条件限制的情况下，VR教育能够突破这些限制。让学生能够身临其境，这样可让老师节省备课时间;让难点教学点直观化;提升课堂教学效率！与此同时，VR多媒体课件的制作也存在一些问题，比如技术与教学之间存在巨大的鸿沟，造成虚拟现实技术迟迟不能较完善的运用于教学实践上[5]。

3 结语

未来VR技术会带来全新的教学展示方式，为学生带去生动有趣的课堂体验。VR技术制作的多媒体课件将突破传统PPT课堂教学的局限，创设生动、交互、趣味生动的沉浸式课堂，让学习变得简单，快乐，高效。随着VR技术的持续发展和完善应用，在教育领域将会越来越多地呈现出以VR为主要教学方式的课程，基于VR技术的课堂将成为未来教育的新形式。

参考文献

[1] 张建武，孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究，2010（4）：109-112.

[2] 朱安庆，胡安超.基于Unity 3D的船舶制造虚拟仿真教学系统构建[J].实验室研究与探索，2018（6）：117-120.

[3] 李亮，朱津津，祝凌宇.虚拟现实与移动增强现实复合性教学环境设计[J].中国电化教育，2019（5）：98-105.

[4] 王巍.基于VR技术的教学课件的制作方法研究[J].长春大学学报，2020（2）：24-27.

[5] 刘勉，张际平.虚拟现实视域下的未来课堂教学模式研究[J].中国电化教育，2018（5）：30-37.