VRML课件制作.doc

VRML课件制作 - 虚拟VR 虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、工程技术、建筑设计、医学实习、军事训练、艺术等许多领域。在发达国家，虚拟现实技术已应用于远程教育及课堂教学。虚拟现实领域中的VRML技术的出现，无疑将对网络教学产生深远的影响。 1.VRML概念 VRML是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称。这种技术的目的主要是为了在网页中实现三维动画效果以及基于三维对象的用户交互。和其他三维图形软件相比较，VRML三维图形的特点是在运行时才进行着色，而普通的三维图形软件是在制作时进行着色的。虽然使用诸如3ds max之类的软件可以制作出效果极为丰富的三维效果，但是将这种三维效果导出为文件之后通常是体积庞大。显然用这种方式在网页中实现三维动画是很不现实的。而VRML有效地解决了这个问题，其原理是在用户端提供一些基本的三维图形库，并且在网页运行时实时进行上色。这使得在网络上传输的数据量大大减少。而且，我们还可以在虚拟世界中添加声音、动画，使之更加真实生动，甚至还可以是具有和浏览者的交互性更接近于现实世界的虚拟空间。 VRML在电子商务、教育、工程技术、建筑、娱乐、艺术等领域的广泛应用，将会促使它迅速发展，并成为构建虚拟现实应用系统的基础。虚拟现实作为一种全新的人机接口技术，必须研究用户和计算机之间的协调关系问题，这样一个问题只有通过大量的使用才能逐步解决，VRML以因特网作为应用平台，最有希望成为构筑虚拟现实应用的基本构架。 由于VRML能与Web紧密的结合，故由VRML所建造的模型、场景，都可容易在Internet上传送，未来的远程教育及合作学习，也可以由VRML来完成。利用VRML建造的模型，基本上是放置于Web Server上，使用者则是透过一般网页浏览器或虚拟实境浏览器来取得虚拟实境模型。利用VRML技术建构的学习环境，将会是建构未来网络化教学环境的新模式。 2.VRML的特性 VRML具有以下特性： 开放性，VRML和html一样是一个完全开放的标准， 任何人只要愿意都可以编VRML的制作软件，这样就最大限度的提高了VRML的普及范围。 文件短小，适用于网络。VRML实现的动画和互动效果甚至可以比gif，flash还要小，VRML文件只包含节点基本信息最终用户在浏览时才临时进行三维渲染。 VRML格式支持zip压缩!这是VRML非常重要的特性， 如果你用3ds max制作的文件转换为wrl格式， 文件非常大， 没关系用zip压缩一下!然后将文件的后辍名改回.wrl， 照样可以用浏览器看。 VRML2.0开始互动性能有了飞跃， 不但包括内部的一些属性， 更支持java， javascript， 甚至cgi等的接口。 3.VRML在网络教学中的应用 随着网络教育研究的不断深入，原有的教育理论有了新的发展，一些教育理论被引入网络教育中，并转化为教育行为。由VRML实现的模拟仿真课件与一般的课件相比，能营造更为逼真的环境或场景，人机交互更为自然，增强学者的想象力。能被应用到化学、物理、数学、生物、地理等各门学科中，以下是几个典型的网络教学应用：模拟仿真宏观世界和微观世界；用虚拟仿真代替实际训练；合影观察物理结构；创设实验环境，进行实验教学。 利用VRML技术建构的网络学习环境，具有以下的特点： （1）协作性 首先基于VRML的学习环境是一个基于网络的环境，具有网络化学习环境的特点。最突出的一点是协作性，由于网络技术使资源可以自由共享，因此网络化学习环境中的学习者可以进行协作化和竞争性的学习，可以形成合作小组互相帮助，共同学习，不仅在知识的量上有所提高，而且可以增强学习者的合作精神和竞争意识。我们提倡素质教育就是不仅要传授知识，而且要培养学生个体在各方面全面发展。网络化教学环境可以对此提供很好的条件。 （2）存在感 VRML技术为Web世界提供了三维的空间，改变了以往文本加图像的二维画面，主页的显示变成了实物场景，主页间的链接是一些物体或一扇门。上网就像在真正的网际空间中遨游，感觉就像到了另一个五彩缤纷的虚幻世界一样。学习者作为主角存在于模拟的场景中，在这样的场景中学习的学习者犹如进入了知识的宝库大门，感觉非常真实。这样的教学环境引起学习者的好奇心和求知欲，大大提高了教学和学习的质量和效率。 （3）交互性 VRML结合了多媒体技术、虚拟现实技术和网络技术，因此学习者通过鼠标可以在网上畅游，实现人机交互，只不过与计算机的交互不再是简单的文字和图片链接，而是一些具有真实感和现场感的物体。它的交互性有利于个别化学习，学习者可以根据自己的学习情况来使学习的进度按照自己的步调来进行，同时教师的负担减轻了。 （4）易普及性 应用VRML并不难，类似HTML语言一样，它也是一种标准语言，不需要安装专门的开发工具，甚至用Windows自带的记事本即可编写。另外，以目前一般的电脑设备，足以用来呈现VRML的世界。VRML也不需要添加昂贵的外部设备，只需安装专门的浏览器即可。比如Cortona，Cosmo Player，微软VRML 2.0Viewer，Browser Plug-ins，Worldview等。 4.VRML的教学环境设计 基于VRML的学习环境所包括的要素主要有：学习者、教育者、模拟探究情境、教学设计、学习任务。他们之间的关系如图7-1所示。 学习者：在基于VRML的学习环境下的学习者有不同的特征，因此必须考虑不同类型学习者的特征，以便教育者调整学习任务，创设模拟探究情境，进行教学设计，从而为学习者完成学习任务创设良好的学习环境。学习者特征包括学习者的先天品质和习惯的特征。先天品质往往由遗传决定，学习并不是为了改变这些特征。在学习中后天习得的特征对学习有重要影响，包括智能技能、认知策略、言语信息、态度和动作技能，在设计学习环境的过程中，大多数情况下（除了超常儿童和有缺陷的儿童），应主要考虑这些习得的特征。 教育者：基于VRML学习环境里的教育者，不应该只是知识的传授者，而更应是学习者在学习过程中的帮助者、指导者，他还要设计学习任务，创设模拟探究情景，进行教学设计。当然，教育者除了应具有教育传播技术，包括使用多种媒体的技术、教学设计技术、语言传播和非语言传播技术，还应具备高尚的品德，宽容的情怀，高雅的气质，这些甚至会在潜移默化中影响学习者的一生。 教学设计：在基于VRML的学习环境中，教学设计就是教育者要依据学习任务，鉴别学生的起点行为（学生开始接受学习任务时所需要的初始技能）和学习者特征，利用VRML技术提供的模拟化情景进行设计。网络教育对VRML技术教学环境设计提出了5条要求： 满足以自主学习为中心的学习者网络自学的要求（自定步调、自定内容、自定学习程序、自定时间等）； 满足学习者掌握知识，并进行思维、想象、知识迁移等训练的要求； 满足学生的交互活动及学习指导的要求； 满足学生对自测及自我评价的要求； 满足多种媒体组合对网络教学的要求。7.2.2 VRML浏览器 要观看VRML作品，必须在客户端浏览器上安装VRML插件，称为VRML浏览器，它通常作为Web浏览器的插件。VRML浏览器在VRML97标准发布后发展比较快，以CosmoPlayer最为著名，目前又有一批新推出的浏览器blaxxun Contact和Cortona在性能上已经超越了CosmoPlayer。 1.常见的VRML浏览器 Microsoft VRML 2.0 Viewer 其应用于Windows平台，是微软内嵌在IE4.0或以上版本的VRML2.0浏览器，安装IE浏览器时可作为Internet工具选项安装（需要操作系统安装光盘）。也可到网上下载该浏览器软件，许多提供VRML作品的网站都提供VRML浏览器下载。 CosmoPlayer 2.1.1 其应用于Macintosh、SGI、Windows平台。CosmoPlayer 曾经是最好的VRML浏览器，它出自VRML的早期领导者SGI公司，在速度、质量、兼容性等诸多方面，都曾遥遥领先。CosmoPlayer具有良好的和科学的控制面板，它的兼容性和质量都比较好，但速度和扩展能力已远远落在blaxxun Contact和Cortona之后。 Cortona 2.2 其应用于 Windows平台，除很好地支持VRML97、NURBS外，还支持多种自己规格的扩展功能，如键盘输入、拖放控制、flash等，更是业内第一个（也是唯一）支持最新EAI功能的VRML浏览器，而它的安装文件仅有1.8M，是各种VRML浏览器中最小的。不过Cortona的兼容性做得稍差，主要应用环境是Windows平台和IE浏览器。 2. Microsoft VRML 2.0 Viewer浏览器的使用说明 微软公司的Microsoft VRML 2.0浏览器是一款很方便的VRML浏览器，先从网上下载安装后就可以打开VRML文件，下图7-2是浏览器打开weixing.wrl文件的卫星效果图。 Microsoft VRML 2.0浏览器有两排按钮，分别位于浏览器窗口的左边和底边。其中左边的为交互按钮，使用方法一般是先按一下按钮，然后回到窗口中，单击或按下鼠标左键拖动进行交互观察。而底边的按钮则是非交互式的，用于控制视点（方向和角度），全球观察虚拟环境。只要按一下按钮，就可以看到相应反应。下面分别介绍交互按钮和控制按钮的使用。 （1）交互按钮 Walk按钮：漫步按钮，这是缺省的用户观察方式，使用漫步方式时，在窗口中按下鼠标左键拖动，可以进行观察者前进、后退、左右转等观察行为。 Pan按钮：平移按钮，使用平移方式观察时，在窗口中按下鼠标左键拖动，可以在平面内任意移动模型，模型的大小在视图中保持不变。 Turn按钮：旋转观察方向按钮，此时拖动鼠标可以改变观察的方向，而观察点到模型的距离不变，相当于以观察者为中心旋转三维模型。 Roll按钮：滚转按钮，此时拖动鼠标可以使三维模型以观察方向为轴进行旋转，观察者的空间位置和模型的空间位置保持不变。 Goto按钮：走到按钮，先点击此按钮，然后单击三维模型上的某一对象或部分，浏览器会自动将观察的位置和视角调整到浏览该对象的最佳状态。 Study按钮：任意旋转按钮（也叫研究按钮），使用这种观察方式时，按下鼠标左键并拖动可以将三维模型绕其自身的中心沿任意轴旋转。 （2）控制按钮 Zoom Out按钮：可以自动切换到一个距三维模型较远的视角，以便能观察到整个三维模型。相当于放大了视野范 围，而三维模型在视野中变小。 Straighten Up按钮：在经过多次观察变化以后，观察者的“身体”经常会发生倾斜，使用这一按钮可以将“身体”正过来。 View按钮：用于快速切换浏览者的视点。 Restore按钮：恢复按钮，可以恢复三维模型最初的原始观察状态。 此外，在浏览器的窗口中单击鼠标右键，还可以弹出一个快捷菜单，对观察效果进行更进一步的设置。 Microsoft VRML 2.0 Viewer支持键盘快捷，如组合键“Ctrl+Shift+W”表示行走操作，“Ctrl+Shift+P”表示平移操作等。 3. Cortona 浏览器的使用说明 使用Cortona浏览器，先下载Cortona VRML Client插件。下图7-3是cortona浏览显示的锁匙扣keyring.wrl文件效果。 Cortona VRML Client提供了三种主要的浏览模式：WALK、FLY和STUDY。可以点击竖直工具栏上的按钮来选择不同的浏览模式。每个浏览模式都可能有一些选项：PLAN（水平移动），PAN（垂直移动），TURN（空间旋转），和ROLL（平面旋转）。浏览模式的结合以及它们的选项决定了使用者替身的运动和方向。 （1）使用者可以使用鼠标、键盘或者鼠标和键盘来进行浏览。使用鼠标在3D空间中移动的操作步骤： 第一步，选择一种浏览模式。 第二步，在主显示窗口中按住鼠标左键。 第三步，按住鼠标左键不放，移动鼠标。鼠标的移动方向决定了使用者替身在虚拟空间里的移动方向。 第四部，释放鼠标左键，停止运动。 注意：移动鼠标的距离决定了使用者替身移动的速度。停止移动鼠标后，使用者替身会继续移动，直到使用者释放鼠标左键。按住SHIFT、CTRL或者SHIFT+CTRL可以加快使用者替身的移动速度。 （2）浏览模式及其不同选项结合常用的组合效果如下： walk+plan在水平面上移动。鼠标向前替身前进；鼠标向后替身后退；鼠标向左替身左转；鼠标向右替身右转。按下空格键，鼠标向前或向后移动，虚拟场景会向上或向下翻转。按下ALT键，鼠标向左或向右移动，替身会向左或向右平移。 walk+pan在水平面上移动。鼠标向前替身前进；鼠标向后替身后退；鼠标向左替身左转；鼠标向右替身右转 walk+turn改变虚拟空间的视角。 fly+plan飞行。鼠标向前替身前进；鼠标向后替身后退；鼠标向左替身左转；鼠标向右替身右转 fly+pan在竖直平面里上、下、左、右移动。鼠标向前替身上移；鼠标向后替身下移；鼠标向左替身左移；鼠标向右替身右移。 fly+turn调整观察方向。鼠标向前替身向上看；鼠标向后替身向下看；鼠标向左替身向左看；鼠标向右替身向右看。 fly+roll在竖直平面内旋转虚拟空间。鼠标向前场景下移；鼠标向后场景上移；鼠标向左场景在竖直平面内左旋；鼠标向右场景在竖直平面内右旋。 study+plan从不同角度观察物体。鼠标向前替身前进；鼠标向后替身后退；鼠标向左场景以鼠标处为轴左旋；鼠标向右场景以鼠标处为轴右旋。 study+turn从不同角度观察物体。丛竖直工具栏选择STUDY和TURN。将指针放到你要观察的物体上面。按下鼠标左键。拖动鼠标使镜