（教育技术学专业论文）《摄影技术》网络虚拟实验平台的设计与开发.pdf

、 硕士学位论丈 m a s t e r s i h e s l s | l i i i i ii i ll l i i i ii i i iiil y 19 0 0 0 7 9 d e s i g na n dd e v e l o p m e n t o nw e b v i r t u a l e x p e r i m e n t p l a t f o r mo f p h o t o g r a p h y at h e s i s c h n o l o g y s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o rt h em s d e g r e ei ne d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y b y z h u 肋n x i a p o s t g r a d u a t ep r o g r a m d e p a r t m e n to f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：z h a og a n g x i 。，! a c a d e m i ct i t l e ：a s s o c i a t ep r o f e s s o r s i g n a t u r e ： 弓 a p p r o v e d m a y 2 0 1 1 l 1 i 4 20：， - l 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：勿依日期：川年f 月矽日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅： 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：身彳彳乡、导师签名：乇矿1 日期：，年r 月矽e 1日期：叫1 侔，月1 日 j| 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的规 瞧苦整毛：粝l 絮 日期：泸年f 羚j 日 嚣2 7 e 1 日期“。年 1 6 月。1 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 摄影技术是高校教育技术学、旅游、新闻传播、艺术设计等专业的专业课 程，是一门艺术性和实践性都很强的课程。通过学习这门课程，学习者不仅要具备 摄影技术的理论知识，更重要的是要将理论应用于实践，反复练习，提高艺术审美 能力，熟练掌握摄影技能，最终拍摄出优秀作品。因此，实验在摄影技术课程 学习中显得尤为重要。由于摄影设备不足、实验时间不够、实验场地受限制等因素 的影响，摄影实验的效果不让人满意，建设高仿真摄影技术虚拟实验平台可以 较好的解决这一问题。 网络技术、虚拟现实技术、w e b 3 d 技术的发展为网络虚拟实验平台的建设提供 了有利条件。将这些新技术与学科实验相结合的研究开始被人们关注，尤其是那些 学科的资源建设者。本论文探讨了这些新技术以及使用这些新技术开发摄影技术 网络虚拟实验平台的过程。 本课题开发的平台主要包括虚拟实验和相机模型库两个部分。虚拟实验是平台 的主要模块，由摄影技术的六个主要实验组成。相机模型库模块是虚拟实验的扩展， 包含了目前市场上最新的相机。本论文主要介绍了虚拟实验的设计，以及虚拟实验 的实现。分析了虚拟实验开发的各种主流技术，详细探讨了使用中视典公司 v r - p l a t f o r m 平台和a u t o d e s k 公司的3 d sm a x 软件开发整个平台的过程。论文的框 架内容如下： 第一章分析了虚拟实验的研究现状，确定了论文研究的目标和内容。 第二章对比分析了虚拟实验开发的主流技术，确定使用v r - p l a t f o r m 以及 a s p n e t 作为本平台开发的技术。 第三章对平台的框架及模块进行了详细的设计。 第四章探讨了平台实现技术及过程。详细探讨了本实验平台开发的关键技术， 包括三维模型的创建优化、场景烘焙导出、交互功能开发，以及各个模块的实现。 第五章是总结和展望。 关键词：虚拟实验平台；摄影技术；v r p l a t f o r m a b s t r a c t p h o t o g r a p h yt e c h n o l o g yi st h ec o u r s eo fs o m ed i s c i p l i n e si n c l u d e de d u c a t i o n a l t e c h n o l o g y ，t o u r i s m , n e w sc o m m u n i c a t i o n ，a n da r td e s i g na n ds oo n i ti sa l la r t i s t i c a n dp r a c t i c a lc o u r s e l e a r n e r sw i l lk n o wt h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo fp h o t o g r a p h yb y l e a r n i n gt h i sc o u r s e ，w h a t st h em o s ti m p o r t a n ti st h a tl e a r n e r , b ya p p l y i n gt h e o r yt o p r a c t i c e ，r e p e a t e de x e r c i s e ，i m p r o v i n gt h ea e s t h e t i ca b i l i t y , a n dt h ep r o f i c i e n tp h o t o g r a p h s k i l l s ，c a nt a k eo u tt h eo u t s t a n d i n gw o r k su l t i m a t e l y t h e r e f o r e ，t h ee x p e r i m e n ti nt h e p h o t o g r a p h yc o u r s ei sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h el a c ko fp h o t o g r a p h i ce q u i p m e n t , t h e s h o r tt i m eo fe x p e r i m e n t ，t h el i m i t e de x p e r i m e n t a ls p a c ea n dt h eo t h e rf a c t o r s ，w i l lc a u s e t h er e s u l to fe x p e r i m e n ti sn o ts a t i s f a c t o r y ，t or e s o l v et h i sp r o b l e m ，w en e e dd e v e l o pt h e v i r t u a le x p e r i m e n tp l a t f o r mo fp h o t o g r a p h yt e c h n o l o g y t h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y ，v i r t u a lr e a l i t y ，a n dw e b 3 dt e c h n o l o g y ， c a np r o v i d ef a v o r a b l ec o n d i t i o n sf o rt h ev i r t u a le x p e r i m e n tp l a t f o r mb a s e do nn e t w o r k p e o p l eb e g i nt oc o n c e r nt h ec o m b i n a t i o no ft h e s en e wt e c h n o l o g i e sa n de x p e r i m e n t so f s u b j e c t ，e s p e c i a l l yt h o s er e s o u r c eb u i l d e r s t h en e wt e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o ni nt h e p l a t f o r md e v e l o p m e n tw i l lb ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r p l a t f o r mi n c l u d e sv i r t u a le x p e r i m e n ta n dc a l t l e r am o d e ll i b r a r y v i r t u a le x p e r i m e n t w h i c hi n c l u d e ss i xe x p e r i m e n t a li t e m si st h em a i np a r ti nt h i sp l a t f o r m c a m e r am o d e l l i b r a r yw h i c hc o n t a i n sa l lt h en e wc a m e r a si nt h em a r k e tt o d a yi st h ee x t e n s i o no f v i r t u a l e x p e r i m e n t t h i sp a p e rh a si n t r o d u c e dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fa l l t h ev i r t u a l e x p e r i m e n t a li t e m s ，a n da n a l y z e dt h em a i nt e c h n o l o g yi nt h ev i r t u a le x p e r i m e n t t h e p a p e ra l s oi l l u s t r a t e dt h ep r o c e s so fp l a t f o r m sr e a l i z a t i o nb yu s i n gt h ev r - p l a t f o r m a n d 3 d sm a xs o f t w a r e t h em a i nf r a m e w o r ko ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w s ： c h a p t e ria n a l y z e st h ep r e s e n tr e s e a r c hs t a t u so f v i r t u a le x p e r i m e n tt od e t e r m i n et h e o b j e c t i v e sa n dc o n t e n to f t h et h e s i s c h a p t e r i is u m m a r i z e st h em a i nt e c h n o l o g yf o rv i r t u a l e x p e r i m e n t ，a n d v r - p l a t f o r ma n da s p n e ta r eu s e da st h ep l a t f o r md e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y c h a p t e r i i li st h ed e t a i l e dd e s i g no ft h ep l a t f o r ma n dm o d u l e s c h a p t e rw d i s c u s s e st h et e c h n o l o g ya n dt h ep r o c e s so fp l a t f o r m sd e v e l o p m e n t h o wt oc r e a t ea n do p t i m i z et h et h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l ? h o wt ob a k ea n de x p o r tt h e s c e n e ? h o wt or e a l i z et h ei n t e r a c t i v ef u n c t i o n s ? h o wt od e v e l o pa 1 1t h em o d u l e so ft h e k e y w o r d s ：v i r t u a le x p e r i m e n tp l a t f o r m ；p h o t o g r a p h yt e c h n o l o g y ；v r p l a t f o r m 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘 目录 a b s t r a c t 1 绪论 1 1 研究背景和意义1 1 2 虚拟实验的研究现状分析1 1 2 1 国外研究现状1 1 2 2 国内研究现状2 1 - 3 论文的研究目标和内容3 1 3 1 研究目标3 1 3 2 系统定位3 1 3 3 研究的主要内容4 2 网络虚拟实验的相关技术研究5 2 1 开发虚拟实验的各种主流技术5 2 1 1j a v a 3 d 5 2 1 2v r m l 6 2 1 3v i r t o o l s 。6 2 1 4v r p 1 a t f o r m 6 2 2v r p l a t f o r m 的优势特点7 2 3a s p ：n e t 技术8 3l ：摄影技术网络虚拟实验平台的框架模块设计 9 3 1 实验平台的设计目的与原则。9 3 1 1 设计目的9 3 1 2 设计原则9 3 2 实验平台的技术路线1 0 3 3 实验平台的框架模块设计1 l 3 4 实验项目的设计1 4 3 4 1 实验一：相机成像原理针孔成像1 4 3 。4 2 实验- - ：数码照相机结构认识1 6 3 4 3 实验三：数码摄像机结构认识1 7 3 4 4 实验四：焦距调节1 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 4 5 实验五：光圈快门调节1 9 3 4 6 实验六：校园漫游拍摄。2 0 4 摄影技术网络虚拟实验平台的实现 4 1 实验项目开发环境介绍2 l 4 2 模型的创建及优化2 1 4 2 1 实验场景模型的创建2 1 4 2 2 模型的优化2 5 4 2 3 实验场景的烘焙及导出2 5 4 3 平台模块的实现2 7 4 3 1 虚拟实验模块的实现。2 7 4 3 2 相机模型库模块的实现3 9 4 3 3 平台其他模块的实现4 l 5 总结与展望 5 1 研究总结4 3 5 2 研究的不足与展望4 3 5 2 1 研究的不足之处4 3 5 2 2 未来研究展望4 4 参考文献 致谢 4 5 4 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 研究背景和意义 1 绪论 目前，高校很多专业都开始开设摄影技术课程，摄影技术是一门技术 性和艺术性相结合的课程。课程目标是要培养学生的艺术欣赏能力以及摄影的基本 技能，因此这门课程是从多个角度包括实践、艺术、视觉和心理来实现技术学习和 艺术培养的有机融合【l 】。高校的教育技术学专业、旅游专业、新闻传播专业、艺术 设计学等专业都将摄影技术作为专业必修课程开设。然而，很多院校都不顾自身条 件，在教学仪器设备等硬件设施还不完备的情况下纷纷开设此专业【2 】。部分院校因 为开设摄影技术专业的时间较早，并且受经费影响，对摄影实验室的硬件设备没有 及时更新，同时受到师资力量欠缺和高校扩招的影响，摄影技术教育事业的健康发展 受到很大影响。 随着数码产品的普及，涌现越来越多的摄影爱好者。摄影技术的学习不仅是学 校学生的任务，而且成为社会业余人生的需求。对部分高校的摄影技术课程教学情 况进行调查，发现存在摄影的教学资源紧缺、教学形式单调、摄影实验使用的仪器 设备过时等问题。通过网络搜索发现，关于摄影技术的网络资源零碎不成系统。高 校摄影技术的教学现状和网络的摄影资源紧缺都说明了设计开发摄影技术教学资 源的任务非常紧迫。 随着远程教育的快速发展和计算机网络技术的普及，网络作为教学传播媒介开 始盛行。在网络教育媒体盛行的同时，各种虚拟现实技术、w e b 3 d 技术开始向教育 领域渗透，尤其是教育学科的实验领域。这些新技术促进了教育教学的发展和改革， 如何使用这些新技术更有效的改进教学效果，开始成为一些专家研究的内容。 将虚拟现实技术引入摄影技术的资源建设中，使摄影技术的学习环境具有三维 沉浸感，可以大大提高摄影技术的学习效率。同时通过w e b 3 d 技术将资源以网络 的形式发布，进行网络化学习，为更多的学生自主自由的学习提供便利，同时还可 以填补网络上摄影技术相关资源的不足。 1 2 虚拟实验的研究现状分析 1 2 1 国外研究现状 虚拟现实技术最早发源于美国，最初是为了能应用于美国航天和军事领域。在 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 国际上，美国是虚拟现实技术研究方面最具权威的国家【3 】。随着虚拟实验技术的发 展，社会各个行业领域都开始研究使用虚拟现实技术，包括军事、医疗、建筑工业、 教育科技等领域。 虚拟实验是在虚拟实验的环境下进行的实验【4 】。虚拟实验提出的时间虽然不长， 但因其广阔的应用前景，在国外很多科研机构都开展了虚拟实验系统的研究，其研 究的学科涵盖了生物工程、化学、物理、计算机网络、人工智能等学科【研。 美国北卡罗来莱纳州立大学是进行虚拟实验研究的著名机构，他们在分子建 模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真四个领域的虚拟实验都取得了很大的成就。 美国宇航局的a m e s 研究中心研究了对空间站操纵的实时仿真。 除了美国，其他一些国家的著名大学也都纷纷展开了虚拟实验的研究。澳大利 亚r m i t 大学研究了热传递虚拟实验，通过虚拟实验展开教学；西班牙大学电子系 设计开发了电子仪器虚拟工作平台；新加坡国立大学研究开发了远程示波器虚拟实 验和压力容器虚拟实验；加拿大c a l g a r y 大学研究和开发了生物建模与可视化虚拟 实验平台v l a b ，该平台提供了对象浏览器、实验表、虚拟实验系统代理工具，教 师和学生使用该平台可以很方便的进行生物仿真实验。国外在虚拟实验方面的研究 机构很多，研究成果更为系统和前沿，研究经验值得我们借鉴。 1 2 2 国内研究现状 由于起步晚，我国虚拟实验研究水平与国外相比还是存在一定差距。随着虚拟 现实技术、多媒体技术、网络技术的发展，同时在国内教育信息化改革的号召下， 国内教育机构对虚拟实验系统的研究近年来也开始增多。众多高校和研究院也都纷 纷争取虚拟实验的课题，在一些学科如化学、物理、生物等学科中对虚拟实验的研 究已经取得了不错的进展。 中国科技大学在物理实验方面运用虚拟现实技术有着丰富的经验，他们研究开 发了物理虚拟实验软件、物理虚拟实验远程教学系统。开发物理虚拟实验系统的机 构还包括：上海交通大学国家工科物理教学基地、同济大学、山东大学、南京金 华科软有限公司等。这些科研机构及软件开发公司对虚拟物理实验开发的侧重点不 同，开发借助的平台不同，开发出的系统功能和形式上有所区别。 除了物理学科应用了虚拟实验以外，其他学科也在研究开发虚拟实验。例如， 中国农业大学研究开发了网络虚拟土壤作物系统实验室，来模拟植物的生长发育状 况【6 】；清华大学研究开发了基于虚拟仪器的汽车发动机检测系统；华中科技大学研 究和开发了工程测试虚拟实验室和数字图像处理虚拟实验室【7 1 ；中国地质大学研究 2 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 和开发了地质晶体虚拟实验系统，用于地质晶体的教学。 从国外内虚拟实验的研究现状分析可知，虚拟实验主要是针对理工类学科研究 开发，针对艺术类学科的虚拟实验很少探究，本课题探讨摄影技术课程的虚拟 实验，具有一定的研究意义。随着虚拟实验的普及，各种虚拟实验开发软件也随之 增多，各种低成本的桌面式虚拟实验系统已经开始被很多高校采用，这为设计开发 摄影技术的虚拟实验平台提供了良好的平台和支持。为了使虚拟实验平台能更 好的使用和普及，让虚拟实验平台功能更加完善，提供的支持和服务更多，实现网 络化的虚拟实验平台将更具有意义。 1 3 论文的研究目标和内容 1 3 1 研究目标 本课题将依据现代教育理论，结合摄影技术这门课的课程特征和实验要求， 使用虚拟现实开发技术和网络技术，设计和开发出摄影技术网络虚拟实验平台。 摄影技术网络虚拟实验平台的开发是虚拟现实技术和艺术类课程实验结合 的探索，本课题将致力于实现一个具有三维沉浸感、高仿真、强交互性、发现式的 虚拟摄影实验平台。让学习者在虚拟实验环境下能完成平时摄影实验课中无法进行 的实验，例如可以在虚拟相机模型库里观摩到各式各样最新款相机。 本课题同时也是虚拟现实技术与远程教育相结合的例子，探讨了基于网络的虚 拟实验平台的各个模块设计和开发技术，将对基于网络的虚拟实验平台开发提供技 术支持，促进虚拟实验在学科实验中应用。 1 3 2 系统定位 本课题以华中师范大学信息技术系为本科生开设的摄影技术课程为依据， 对课程的实验部分进行了虚拟仿真，旨在开发摄影技术实验的辅助性资源。受开发 技术和成本的限制，本系统属于桌面式虚拟现实系统。摄影技术网络虚拟实验 平台是基于普通p c 机的，通过鼠标和键盘进行操作，未涉及其他硬件设备。 摄影技术网络虚拟实验平台是摄影实验课的辅助性学习资源。平台对摄影 技术课程的主要实验进行了提取，设计和开发了其中重要的六个实验。这六个实验 以演示实验为主，主要是通过模型观摩及简单交互动作来完成实验。平台融合了摄 影技术的相关理论知识。在实验过程中，学习者可以按照实验面板的实验步骤提示 进行实验操作，可以查看实验结论，以这种实验方式来学习和巩固摄影技术理论知 识。 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 3 3 研究的主要内容 论文围绕摄影技术网络虚拟实验平台的设计和开发进行了如下研究： ( 1 ) 采用文献研究法，分析了目前国内外虚拟实验的研究现状，以及虚拟实 验所应用的学科领域和研究背景。结合摄影课程教学的需求，论证了摄影技术 网络虚拟实验平台的设计和开发的必要性。 ( 2 ) 从技术角度分析摄影技术网络虚拟平台开发实现的可行性。分析了 目前虚拟实验开发的各种主流技术，分析实现整个平台的技术架构。即使用专业三 维建模软件3 d sm a x 进行模型创建；中视典公司的虚拟现实开发软件v r p 平台进行 实验交互的开发；a s e n e t 技术和网站制作的相关技术实现整个平台的整合。 ( 3 ) 根据设计原则，结合教学理论，完成摄影技术网络虚拟实验平台的 功能模块设计。 ( 4 ) 分析摄影课程的特征和实验要求，对摄影技术的六个主要实验进行了设 计。摄影技术课程的六个实验项目分别进行了实验系统界面设计、实验目的设计、 实验步骤设计。根据实验项目的设计，完成了这六个实验项目的开发，对开发技术 进行了总结分析。 ( 5 ) 设计和开发虚拟相机模型库。相机模型库包含了目前市场上的三大相机 厂家松下、索尼、佳能的各种型号相机，观摩相机的同时还可以查看相机详细的功 能参数。 ( 6 ) 研究实现虚拟实验平台的网络化，实现平台的讨论交流模块和其他资源 模块，使平台功能更加完善。 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 网络虚拟实验的相关技术研究 2 1 开发虚拟实验的各种主流技术 互联网和虚拟现实技术的研究虽然已经取得了很大的突破，但是网页只能呈现 图片和文字等二维对象，而不能呈现三维场景，w e b 3 d 虚拟现实技术的出现打破了 这一局面。w e b 3 d 技术虚拟现实技术，是一种通过软件实现的可在网页中呈现的桌 面级虚拟现实技术【8 】。 随着w e b 3 d 虚拟现实技术的发展，w e b 3 d 的一些新技术及工具软件不断出现。 这些软件工具很多，根据采用技术不同，可以分为两类。一类是基于静态图片，通 过多个静态图片3 6 0 度拼接形成一个虚拟的场景。例如美国苹果公司q u i c kt i m e 技术的扩展技术q t v r ( q u i c kt i m ev i r t u a lr e a l t y ) 技术，就是一种新一代的基于 静态图像处理的初级虚拟现实技术。另一类是基于三维模型，通过创建三维的模型 和场景来实现的w e b 3 d 技术。基于三维模型实现的w e b 3 d 技术的工具软件种类很 多，典型的有：j a v a 3 d 、v r m l 、v n t o o l s 、v r - p l a t f o r m 等。 2 1 1j a v a 3 d j a v a 3 d 是j a v a 语言在三维图形领域的扩展，是s u n 公司为我们提供的一个图 形程序接口( a p i ) 。j a v a 3 d 是面向对象的计算机语言，是建立在o p e n g l 库上的图 形技术。通过j a v a 3 d 提供的a p i ，可以编写出基于网页的三维对象，三维游戏场景 和各种虚拟现实程序软件1 9 】。 使用j a v a 3 d 编程语言可以创建三维对象形体，对形体进行着色，在三维场景 中实现灯光效果。j a v a 3 d 的三维对象具有行为处理判断能力，可以相应键盘、鼠标 的操作，物体和物体之间可以实现碰撞检测。 j a v a 3 d 也具有较高的运行效率，它采用了几种机制来实现系统资源的节省。使 用j a v a 3 d 程序语言创建的三维场景具备自动消隐的功能，也就是随着观察点的变 化，一些看不见的背面或远处的物体对象进行了自动隐藏。通过启动硬件加速的功 能，可以大大提高场景的编译能力【1 0 1 。 j a v a 3 d 的优势是网络传输速度快。客户端向服务器端发送请求之后，服务器会 将数据量很小的a p p l e t 传给客户端，客户端下载这个a p p l e t 之后，再由j a v a 3 d 运 行环境解释执行。执行过程中会不断从服务器端获取数据，而不是获取的图像本身， 因此传输效率高。j a v a 3 d 也存在一些缺点，需要依托j a v a 语言，复杂场景需要编 5 硕士学位论文 m a s t e r 、st h e s i s 写大量程序，作为一种接口技术，使得它存在通用性差等缺点】。 2 1 2v r m l v r m l 是v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e 的缩写，即虚拟现实建模语言的简 称，是一种面向w e b 、面向对象的解释性语言。由于v r m l 是基于文本描述的， 适合在网上传输。v r m l 可以通过自身语言编写来创建简单的三维对象，对于复杂 的三维对象物体，还需要借助其他三维建模软件。其交互性较强，与j a v a 具有良好 的通信机制，借助j a v a 语言可以实现功能更为强大的交互。v r m l 相比j a v a 3 d 更 通俗易懂，易掌握。 v r m l 的工作原理大致分为三步，第一步先使用类似h t m l 标记文本语言描 述三维场景，第二步是浏览器向服务器发送请求之后，服务器端将数据远程传输到 浏览器端，第三步在本地计算机上v r m l 浏览器解释生成三维场景。由于v r m l 浏览器是在本地计算机上，因此实现了平台无关性【1 2 1 。 2 1 3v i r t o o l s v i r t o o l s 是法国达索系统公司开发的一款高互动3 d 应用研发平台。其三维引擎 已成为微软x b o x 认可系统，被广泛应用各个领域，包括三维游戏、交互式电视、 仿真与产品展示等领域。 v i r t o o l s 的模型借助o p e n g l 和d i r e c t x 图形函数库创建，也可以通过三维模型 来创建。v i r t o o l s 支持大多数三维建模软件，通过三维建模软件例如3 d sm a x 或者 m a y a 等软件进行模型的创建会更加简单，并且可以创建更加复杂的模型对象。 v i r t o o l s 软件的优势在于强大的交互功能，软件交互模块b b ( b u i l d i n gb l o c k s ) 提供了近5 0 0 个行为交互功能。基于流程图的交互方式使得交互设计更为灵活，功 能更加强大。v i r t o o l s 提供了软件开发包s d k ，可以按自己需要对软件功能进行扩 展，使得软件功能更加强大。 2 1 4v r p l a t f o r m v r p l a t f o r m 是中视典数字科技有限公司研发的一款三维虚拟现实平台软件。 中视典数字科技有限公司是专注于虚拟现实与三维互联网领域的软硬件研发与推 广的专业机构，是国际领先的虚拟现实技术解决方案提供商和相关服务提供商【1 3 】。 中视典数字科技公司提供的硬件产品有立体数字影院系统、立体显示器、虚拟 汽车驾驶系统、全自动环物摄影系统。软件产品v r - p l a t f o r m 由多个软件组成，包 括虚拟现实编辑器( v r p b u i l d e r ) 、数字城市仿真平台( v r p d i g i c i t y ) 、物理模 6 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i $ 拟系统( v r p - p h y s i c s ) 、三维网络平台( v r p i e ) 等。 v r - p l a t f o r m 软件具有适用性强、操作简单、功能强大、可视化仿真程度高， 所见即所得等优点。广泛应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、军事 模拟等行业。 2 2v r p l a t f o r m 的优势特点 除了前面提到的几种软件以外，w e b 3 d 虚拟现实技术还包括c u l t 3 d 、x 3 d 、 q u e s t 3 d 、u n i t y 3 d 、v e g a 等。开发虚拟实验的工具软件很多，每种工具软件都有其 自身的优势和不足，各自应用于不同的领域。和其他软件相比，v r - p l a t f o r m 具有 以下优势： ( 1 ) 人性化，易操作，所见即所得的特点。这对开发虚拟实验大大降低了难 度，可以在高校中普及，编程能力一般的教师也可以自行开发各学科的虚拟实验。 ( 2 ) 高真实感实时画质。v r - p l a t f o r m 是一款基于美工的虚拟现实软件，可以 达到高真实感的画质效果。v r p l a t f o r m 借助3 d sm a x 软件的烘焙命令，可以得到非 常真实光影效果。 ( 3 ) 高效渲染引擎和良好硬件兼容性的特点。v r - p l a t f o r m 运用了游戏中的各 种算法，大大提高了针对大场景的渲染效率，其运行速度明显快于其他同类软件。 ( 4 ) 良好的交互特性。v r p l a t f o r m 支持多种浏览模式，包括行走、飞行、摄 像机动画等多种模式，并且不需要复杂的参数就可实现不同方式的浏览。 ( 5 ) 与3 d sm a x 的无缝集成。支持3 d sm a x 的刚体动画、相机动画、骨骼动 画、模型、相机、材质贴图等。这些模型和动画可以很方便的导入到v r - p l a t f o r m 中。导出的同时还可以进行预览。 ( 6 ) 强大的界面编辑功能。v r p l a t f o r i l l 中集成了二维界面编辑器，提供了面 板、按钮、控件、窗口、菜单。用户可以自己设计界面，也可以使用模板快速的进 行界面的设计。 ( 7 ) 简单实用的热区和动作定义。在v r - p l a f f o r m 中，模型和二维界面都可以 进行鼠标事件或距离触发事件的脚本编写。v r - p l a t f o r m 并且提供了丰富的动作库， 动作库的脚本进行组合，简单的设置参数之后，可以实现功能强大的交互。 ( 8 ) 嵌入i e 的特点。利用v r - p l a t f o r m 的a c t i v e x 插件，其场景文件可以直 接嵌入i e ，实现w e b 3 d 的功能。这对开发基于网络的虚拟实验软件提供了便利， 新增的多人在线功能使得v r - p l a t f o r m 在所有w e b 3 d 软件中更具有优势。 基于以上所述的v r p l a t f o r m 的优势，本论文虚拟实验部分开发采用该平台。 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 3a s p n e t 技术 a s p n e t ( a c t i v es e r v e rp a g e n e t ) 是一个统一的w e b 开发模型，它提供了构建企 业级w e b 应用所需要的服务、编程模型和软件基础结构。a s p n e t 是微软的n e t f r a m e w o r k 的重要组成部分，可以访问n e t f r a m e w o r k 中的整个类的层次结构。支 持的语言很多，包括c 群、m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c n e t 、m i c r o s o f tj s c r i p t n e t 和j 拌。 a s p n e t 在语法上基本与其前辈a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 兼容，另外它提供 的面向对象特征( 标记定制、已编译的语言、组建、可扩展性和可重用性) 与j s p 应用相同。a s p n e t 提供了大量特别吸引人的功能、工具和强大的系统特征，它们 可以在对h t t p 编程模型进行抽象的覆盖表达式工具内进行有效的结合。 自a s p n e t1 0 发布之后，微软公司不断改进其功能，目前的最新版本是 a s p n e t4 0 ，最新版本引入了多项可改进a s p n e t 的功能，例如输出缓存和会话 状态存储等新功能。 本课题建立的虚拟实验需要整合成为一个基于网络的实验平台，以网站的形式 呈现出来，因此本论文中用到了网站开发技术。根据目前网站开发技术的发展及各 种技术的特点，本论文选择使用了a s p n e t 技术完成平台的开发。 8 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 3 摄影技术网络虚拟实验平台的框架模块设计 3 1 实验平台的设计目的与原则 3 1 1 设计目的 摄影技术是教育技术学专业主要专业课程之一，注重学生的动手实践能力 的培养。通过对国内摄影课程的教学现状进行研究，发现目前我国摄影课程的教学 仍存在很大不足：教学内容、教学设备没有及时更新；教学理念、教学方法比较传 统；教学实践课时安排不足。 本课题是为摄影技术实验教学设计开发一个虚拟实验平台，可以让学生在实验 课堂上学习使用，也可以让学习者在课后自行学习。平台中采用虚拟现实技术开发 的逼真实验环境和实验设备可以激发学习者的兴趣，体验新型的学习方式。同时平 台的开发将摄影的理论与实践相结合，从而使学生巩固理论知识并提高实践技能。 通过以上分析，本系统力求达到以下目标： ( 1 ) 系统界面设计友好。 ( 2 ) 实验环境设备仿真程度高。高仿真模拟现实实验环境，使学习者有身临 其境的感觉。 ( 3 ) 实验过程设计科学合理。依据现实的实验过程进行设计，并给予合理引 导。 ( 4 ) 网络虚拟实验平台实用性强，资源丰富。 3 1 2 设计原则 为了达到上述的设计目标，本平台的开发必须遵循以下几个原n - ( 1 ) 科学性原则 这是平台设计的最根本的原则。实验内容设计和实验平台功能设计都要遵循科 学性原则。实验项目的设计要依据实验课程标准进行科学系统化的设计；实验设备 和场景设计必须和现实中高度一致；实验平台中实验过程展示及操作过程设计要符 合学习者认知的发展规律，要遵循摄影技术实验的科学规律。 ( 2 ) 简洁直观原则 实验平台是为教师教学和学生学习提供一个实验环境，因此其操作应简单易 行，界面简洁美观，导航交互设计友好。简洁的界面给用户一个清新的学习环境， 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 清晰的导航和实验指导可以让用户很快熟悉实验环境并开始实验学习。 ( 3 ) 交互性原则 虚拟实验过程就是学习者与实验设备之间的交互过程，因此虚拟实验平台的开 发必须考虑交互性因素。交互性不仅体现在学习者与设备的交互，还包括与实验环 境、网络平台中其他学习者以及实验指导老师的交互。 ( 4 ) 艺术性原则 摄影本身就是一种艺术，并且摄影技术课程是- i j 融合了艺术性和技术性的课 程，所以平台设计开发必须体现艺术性，让学习者在接受知识的同时能感受到摄影 的艺术所在。特别是在实验内容和实验资源设计过程要考虑融入艺术性的素材和内 容。 3 2 实验平台的技术路线 整个实验平台开发借助了三维建模软件、虚拟现实交互平台、f l a s h 软件以 及动态网站制作软件。涉及到的技术有：桌面虚拟现实系统开发技术、网络游戏开 发技术和数据库开发等技术。根据平台开发所涉及到的关键技术，综合设计出平台 开发的技术路线，如图3 1 所示。 图3 1 平台开发技术路线 根据开发技术，整个平台分为四大功能模块，分别是虚拟实验模块、测试小游 1 0 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s l s 戏模块、讨论交流模块、其他资源模块。平台开发的技术思路如下所述： ( 1 ) 虚拟实验模块开发 虚拟实验模块采用的技术是三维建模和虚拟现实交互技术。该模块开发思路 是：根据摄影技术课程特点，设计实验项目；创建实验场景、实验设备模型；对模 型进行优化烘焙处理；模型导入v r p 平台并进行交互开发；最后发布成网页。 ( 2 ) 测试小游戏模块开发 测试小游戏模块采