程蓉　郭小勤

摘 要 通過分析MOOC在工科類課程中的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)工科課程中包含的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分在MOOC教學(xué)模式中不能很好地實(shí)現(xiàn)。基于此，本文采用全景技術(shù)同虛擬技術(shù)相結(jié)合，以計(jì)算機(jī)輔助工程與工程測試實(shí)驗(yàn)室為例，敘述了通過漫游路徑設(shè)計(jì)、實(shí)地取景、全景圖制作、全景漫游場景制作、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等步驟及關(guān)鍵技術(shù)，建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)上全景漫游展示系統(tǒng)的過程。研究表明，將全景虛擬技術(shù)應(yīng)用MOOC教學(xué)模式中，對于提高工科課程的教學(xué)質(zhì)量，解決工科MOOC課程實(shí)驗(yàn)難以實(shí)地進(jìn)行的難題具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí) 高等教育 全景VR MOOC

0引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展以及通信基礎(chǔ)設(shè)施的日益普及，以網(wǎng)絡(luò)多媒體為載體的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)已成為滿足人們終生學(xué)習(xí)需求的最佳途徑。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程MOOC（Massive Online Open Course）學(xué)習(xí)模式正是基于此種需求應(yīng)運(yùn)而生。MOOC以其免費(fèi)的、公開的、不受限制的 特性迅速地受到了人們的追捧，全球參與MOOC的學(xué)生人數(shù)以及高校數(shù)目都在日益增加。

通過對 MOOC 課程教學(xué)效果的研究發(fā)現(xiàn)，文科類、化學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件類課程學(xué)習(xí)效果都比較好，但是對于計(jì)算機(jī)硬件、電子、自動(dòng)化和生物工程等工科類學(xué)科需要進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練的課程來說，單純的線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)就顯得力不從心了。然而對于工科類課程來說，其特點(diǎn)是伴隨有大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，各種教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)對于促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力尤其重要。教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的薄弱會(huì)嚴(yán)重制約了教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。要培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，就必須高度重視這個(gè)環(huán)節(jié)。

因此，對于工科MOOC課程來說，如何營造真實(shí)的實(shí)驗(yàn)氛圍，如何在MOOC平臺(tái)上補(bǔ)充完善教學(xué)環(huán)節(jié)中十分重要的實(shí)踐教學(xué)部分，提高工科專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)水平和質(zhì)量，很是值得我們大家認(rèn)真研究和探索。

本論文以計(jì)算機(jī)輔助工程與測試實(shí)驗(yàn)室為例，采用全景VR技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中建立了一個(gè)接近或優(yōu)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)室場景的虛擬場景，利用人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬場景的漫游，讓學(xué)生從各個(gè)不同的方位和視角觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)的過程，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，解決工科MOOC課程實(shí)驗(yàn)難以實(shí)地進(jìn)行提供了一個(gè)有效的解決方案。

1網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室總體設(shè)計(jì)

本文所構(gòu)建的虛擬計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與測試實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟有三步：三維場景構(gòu)建、虛擬實(shí)驗(yàn)室漫游交互實(shí)現(xiàn)和MOOC平臺(tái)網(wǎng)頁展示，具體步驟如圖1所示。

2基于全景的實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)上虛擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1實(shí)地取景

準(zhǔn)備好所需的拍攝器材數(shù)碼 單反相機(jī)、魚眼鏡頭、三腳架、云臺(tái)后，在設(shè)計(jì)好資源單體觀景點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可開始取景的過程。主要分為腳架和云臺(tái)的架設(shè)、相機(jī)固定及參數(shù)設(shè)置、

拍攝時(shí)先把三腳云臺(tái)架在整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的中心點(diǎn)，盡量把云臺(tái)調(diào)整到水平，旋轉(zhuǎn)時(shí)才可以保證所拍到的圖片在同一個(gè)水平面上，給制造全景圖帶來更多的方便，無需做太多的調(diào)整。

調(diào)水平后，相機(jī)置于云臺(tái)，以10€暗？0€暗慕嵌刃鋪ǎ納鬩蛔橥計(jì)空畔嗔詰惱掌詈媚苤氐笥？5%以上，且重疊部分應(yīng)盡量相同，所拍攝的照片越多，由此而產(chǎn)生的“影片段丟失”越少，所得到的虛擬全景的移動(dòng)越平滑。

圖片拍攝完之后，接著就是做圖片的整理。由于拍攝圖片所占空間太大，都在1M以上，需要把圖片壓縮到100k到200k之間來進(jìn)行拼接。以計(jì)算機(jī)輔助工程與測試實(shí)驗(yàn)室為例，所拍的一組圖片如圖2所示：

2.2 360

完成資源的實(shí)地拍攝，整理好所拍攝的圖片之后，通過專業(yè)全景圖像合成軟件Ulead COOL 360對圖片進(jìn)行縫合拼接。這個(gè)步驟這個(gè)步驟最為重要，也最為耗時(shí)，因?yàn)檎麄€(gè)拼接混合過程將直接影響到全景圖的效果，盡管所獲得的圖片，在渲染或者拍攝時(shí)，已經(jīng)考慮到諸多因素，然而在縫合圖片時(shí)，仍不能完全絕對的避免相鄰兩圖片的視點(diǎn)的偏移、不同的光強(qiáng)、不同的光照，乃至不同的景深、以及位置不能完全相一致、及位置和明暗度以及色度、對比度有所差別等等，這些都需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)。圖3為拼接后的實(shí)驗(yàn)室全景圖。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)室漫游

本實(shí)驗(yàn)采用（QuickTime Virtual Reality）來創(chuàng)建虛擬場景。QTVR其具有四個(gè)基本特征：從三度空間造型的原理上看，它是一種基于圖像的三維建模與動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)；從功能特點(diǎn)上看，它有視線切換、推拉鏡頭、超媒體鏈接三個(gè)基本功能；從性能上看，它不需要昂貴的硬設(shè)備就可以產(chǎn)生相當(dāng)程度的VR體驗(yàn)。如圖4為QTVR制作的虛擬實(shí)驗(yàn)室漫游場景。按住鼠標(biāo)左鍵并上下左右拖動(dòng)鼠標(biāo)觀看，按住“+”或Shift放大，按住“-”或Ctrl縮小。

2.4全景圖MOOC平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

將虛擬實(shí)驗(yàn)室漫游場景發(fā)布到MOOC平臺(tái)上，需編制后臺(tái)代碼設(shè)置全景圖鏈接、窗口大小、交互方式等，部分代碼如下。

3結(jié)語

隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，MOOC對高等教學(xué)帶來了無盡的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。但是，我們必須認(rèn)識到，MOOC有它的局限性，尤其是具有很強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)的工科專業(yè)課程，如何借助MOOC這一平臺(tái)，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，探索研究合適的工科MOOC課程教學(xué)模式和方法，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的是所有從事高等工科教學(xué)的老師必須解決的問題。本文通過三維全景和虛擬現(xiàn)實(shí)可視化等技術(shù)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建構(gòu)了可移動(dòng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立，對于提高M(jìn)OOC教學(xué)質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

作者簡介：程蓉（1969—），女，湖北荊門人，博士，教授，主要研究方向?yàn)椴牧霞庸すこ獭?/p>

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