3D虚拟现实教室应用软件

上个世纪末,美国设计并实施了第一代online learning,把教育送到了世界各个角落,第一次通过科技让教育突破时间地域的限制,时至今日,各种科技已经改变了我们的生活和工作,随着科学技术的迅猛发展,新的教学媒体不断涌现。继多媒体、仿真、计算机网络之后,教学技术领域又出现一个新型领域-虚拟教室。3D虚拟现实教室就是传统教学使用信息技术和现代人才培养的一种新型教学,是让学生进入虚拟空间接受教育的一种教学形式;利用虚拟现实技术,构建一个虚拟教学环境,将知识赖以产生的活生生的客观现实再现给学生,讲授知识要点,进行理论概括,引导学生充分利用自己是视觉、听觉等感官接受信息,激发学生的学习兴趣和创新意识,启发学生发挥自己的想象力,开展创新思维活动的一种教学形式,它把教育推向了一个崭新的高度。

3D虚拟现实教室应用软件

教学模拟是一种十分有价值的CAI模式,在教学中有广泛的应用。3D虚拟现实教室结合虚拟现实技术,运用计算机技术创建于现实类似的环境,使学生获得身临其境的感觉和体会,解决传统的课堂教学中,实际教学情境变化太少,学习交互方式单一,缺乏生动活泼的表现力和丰富的多感官刺激,从而使学生的学习单调乏味,意义构建发生困难。而利用3D虚拟现实技术创设的虚拟学习情境,可以提高教学效果,丰富教学手段和教学表达力。3D虚拟现实还可以在计算机网络上构建学习环境,不但实现传统物理教室的大部分功能,如实时交互,而且还能异步通讯、异步辅导、异步讨论等。此外虚拟教学资源是开放性的,不是封闭自足的。虚拟信息的传播和接受一律在平等的主体间进行,打破了过去那种由教师垄断知识,掌握教学的传统格局,教育资源高度共享。由此可见,3D虚拟现实教学在教育领域中确实一个史无前例的创造。

灵图互动(武汉)科技有限公司是专业从事虚拟现实技术研究的公司,利用VR虚拟现实软件创建虚拟世界的计算机系统,建立教学模拟的关键工作和创建被模拟对象(真实世界)的模型,采用自然人机交互手段,通过运输产生输出,这些输出能够在一定的程度上反应真实世界的行为,塑造出更具沉浸感的虚拟环境和现实情况下不能实现的梦想,并赋予创造的过程以新的含义。系统利用高性能的计算机软件、硬件及各类传感器创建一个使参与者处于一个身临其境、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,实现模拟环境中实现与虚拟世界之间的沟通与反馈,创造良好的参与性和可操控性。从而能满足学习情景化和自然交互性的要求。

1. 3d虚拟现实编辑器

    3D虚拟现实编辑器是在基于VR软件内核接口,在VR引擎所提供的内核接口的基础上,开发出自己所需要的定制的三维内容,学生可以根据自己的需要来设置软件的界面,设置软件的运行逻辑,设置外部控件对VR窗口的响应等,满足用户对三维仿真交互的各方面的专业需求。

    3D虚拟现实编辑器可以大程度减少学生的重复劳动,使用3D虚拟现实编辑器用户不再纠缠于各种实现方法的技术细节,从繁重的技术工作中解放出来。独创的编辑器直接编译运行,一键发布等功能,让用户可以快速上手制作VR虚拟现实课件内容,可以将精力完全投入到最终效果的制作上来,从而将交互课件内容制作提高到一个更高的程度。

3D虚拟现实教室应用软件

VR课件编辑平台是基于3D虚拟现实编辑器的一种专门制作三维仿真课件的工具软件,它由建模及输出模块、场景编辑器模块、仿真数据库管理模块、仿真算法模块、VR仿真内容发布系统、流动动力学粒子系统仿真模块、网络仿真及通讯模块、多通道视觉仿真模块、各类仿真特效模块、OCX控件二次开发包模块等功能组成。它力求按照用户的操作习惯安排操作界面,尽量简化所需的操作环节,能快速定做仿真课件的平台。该平台将三维仿真设计、实时渲染浏览和远程网络压缩发布等功能融为一体,使用户可以针对教学重点、难点,方便快捷地制作出来三维仿真教具和实物模型,用于形象教学和交互式教学。

2. 3D虚拟现实云课程平台

3D虚拟现实云课程平台是灵图互动研发的一款大型在线三维课程管理平台,提供常态化在线学习和学习服务,包含授课工具和教育资源内容。3D虚拟现实云课程是基于云计算技术的教育应用而出现的新课程形态,它集交互式阅读体验、多媒体学习资源、学习辅助工具为一体的立体化数字课程。3D虚拟现实云课程平台在满足独立桌面操作体验的基础上,用户可根据实际教学场景需求,灵活快速统一切换操作系统,从而满足多种教学场景的应用。

3D虚拟现实云课程平台已实现与3D虚拟现实教育编辑器无缝对接,教师可快速将编辑好的三维课件上传至云课程平台,学习者可以通过浏览器及客户端两种方式登录,灵图互动同步以太网交换传输解决方案,借助高效的传输网络,保证了学生端流畅的操作体验。

3D虚拟现实教室应用软件

1)  课件分享

    3D虚拟现实云课程平台是一个通用平台,教师可直接利用该平台进行网络课程的发布和二次开发,课件上传后,可以共享,可避免重复劳动,节省人力、物力。教师可以对其他共享课件做修改工作,生成全新的课件,系统共享功能给课件制作和升级带来更大的方便。

2)  多媒体素材上传

系统提供制作课件的多媒体素材上传,素材库内支持文本、图像、贴图、动画、声音以及视频等各种类型支持课件制作的内容。使用者可上传素材和下载,随时调取库内的素材,可快速搭建制作课件内容。

3)  远程协助

    系统提供远程协助,在使用者遇到问题时,点击系统对话框内“操作-寻求远程帮助”的菜单命令,接受远程协助帮助,特别是初级使用者,远程协助技术能够帮助系统的使用者解决所遇到的难题。

    系统基于所述用户终端发送的当前信息从信息系统中获取实时动态信息,立即将其发送给所述用户终端或预存一段时间之后发送给所述用户终端;针对用户终端发送的反馈信息和请求向所述用户终端发送问题规划服务指令。

3. 课程管理平台

1)  总体思路

根据上述思路核心软件主要包括三个部分,分别是核心软件开发平台3D虚拟现实引擎、应用系统和资源共享平台。学员和教师分别通过浏览器或客户端访问资源共享平台和应用系统。

3D虚拟现实教室应用软件

2)  3D虚拟现实开发平台

搭建开发平台为本项目的主要目的,开发平台用于开发应用系统教学中的案例以及编辑案例中所用到的交互模型和交互工具。

3D虚拟现实开发平台主要目的是为一线人员提供一套开发各种教学应用系统的工具集和开发接口,原则是既要适用于没有编程经验的人员进行教学应用快速开发,又能满足具备编程能力人员对一些复杂应用的高级开发。基于上述考虑设计开平台功能模块如下图所示。

3D虚拟现实教室应用软件

3D虚拟现实开发平台和应用系统是项目软件主体,二者在技术上共用了很多底层技术,软件层次架构如下图所示。

3D虚拟现实教室应用软件

如上图所示,从底层平台到应用层平台我们分为5级软件层级。每一层模块的任务是调用下层模块提供的功能接口,实现该层负责的功能,并且为上层应用提供功能接口。分为五层的目的是为了降低整体软件的耦合性、明晰和分离各个层级应该实现的功能和定制接口标准、最终在各个应用端能达成展现和交互效果的一致性。

最底层为对系统和各个硬件设备的接口层,采用的是成熟并且标准的开发接口;

第二层为数学层,主要封装最常用的功能形成各个组件,形成统一标准避免重复代码。数学层通常会在采购的各个引擎平台内封装完善,而项目依赖的数学库需要引擎平台能提供所有数学层的源代码以便扩展。

第三层为引擎层,集中封装了虚拟现实引擎、物理引擎、网络引擎的基本功能,同样由引擎基础平台提供,对该层的引擎指标需求为具有完善的引擎二次开发接口和插件开发接口。

第四层为实现项目核心功能的逻辑层,专门针对项目中出现的各个需求逐一实现和封装,并且在该层预留再次系统扩展的二次开发接口。

第五层最终层为应用层,即展现在案例开发者用户、学员用户、教师用户以及管理员用户面前的各个软件平台。