宋芳菲 張冬玉 相鳳華

摘 要：桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機輔助教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實例，是多媒體教學(xué)軟件向虛擬化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的體現(xiàn)。本文以敏捷軟件開發(fā)思想為指導(dǎo)，將RUP統(tǒng)一過程軟件開發(fā)模型與Scrum敏捷軟件開發(fā)方法相結(jié)合，形成一種ARUP敏捷統(tǒng)一軟件開發(fā)框架和管理方法，并基于ARUP框架與教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法，結(jié)合桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點，建構(gòu)了桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型，且依據(jù)此模型實施了攝影虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)，對桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)有一定指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件；軟件開發(fā)模型；ARUP；Scrum；EON Studio

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）23-0086-07

一、引言

隨著《中國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)白皮書》的發(fā)布，我國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了迅速發(fā)展時期，[1]虛擬現(xiàn)實研究也已成為教育技術(shù)的重要研究方向。[2]教育部成立了虛擬現(xiàn)實應(yīng)用工程研究中心，[3]啟動了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作，計劃每年產(chǎn)生100個虛擬仿真實驗教學(xué)中心，[4]以有效推動虛擬現(xiàn)實在教育行業(yè)的發(fā)展。未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)將在基礎(chǔ)教育、高等教育、成人教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，[3]將革新知識獲取的渠道和學(xué)習(xí)交互的方式，形成一個全新的教育生態(tài)系統(tǒng)。[5]

虛擬現(xiàn)實可以分為桌面虛擬現(xiàn)實、沉浸式虛擬現(xiàn)實、分布式虛擬現(xiàn)實、增強虛擬現(xiàn)實四大類，目前限制虛擬現(xiàn)實在教育中廣泛應(yīng)用的主要因素有兩個：一是產(chǎn)生和維護(hù)高沉浸感的虛擬現(xiàn)實設(shè)備與環(huán)境價格昂貴；二是佩戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備給學(xué)習(xí)者帶來的生理和心理的不適感，因此相對低沉浸感的桌面虛擬現(xiàn)實顯示出在教育教學(xué)中的良好應(yīng)用前景。[6]

桌面虛擬現(xiàn)實作為一種低成本的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，因其良好的視聽感受、實時的人機交互以及便捷的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葍?yōu)勢，更多地應(yīng)用于中小型教學(xué)軟件開發(fā)，形成了多種以桌面虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境為核心的教學(xué)應(yīng)用軟件，如虛擬實驗室、虛擬教育游戲、虛擬漫游系統(tǒng)等，可以統(tǒng)稱為桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件。

桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件既是應(yīng)用于教學(xué)的計算機程序，又是具有特定教學(xué)功能的教學(xué)材料，還具有沉浸、交互、構(gòu)想三個虛擬現(xiàn)實技術(shù)特性，[1]因此其具有程序性、教學(xué)性、[7]虛擬性三重屬性，它的開發(fā)是一個利用桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)和教學(xué)設(shè)計方法對軟件系統(tǒng)和教學(xué)系統(tǒng)實施并行設(shè)計開發(fā)的過程，是一個對技術(shù)要求較高、相對復(fù)雜的軟件開發(fā)過程。

目前虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)多以技術(shù)為主線，大致分為媒體素材與三維模型制作、虛擬場景設(shè)計與實現(xiàn)、交互控制設(shè)計與實現(xiàn)、系統(tǒng)測試與發(fā)布幾個階段，開發(fā)過程重視技術(shù)工具的應(yīng)用，缺少教學(xué)設(shè)計理論和相關(guān)學(xué)科知識的支持，缺少合理有效的教學(xué)軟件開發(fā)模型作為指導(dǎo)。雖然有部分研究體現(xiàn)了教學(xué)設(shè)計和軟件工程思想，闡述了簡單的開發(fā)流程，[8-10]但未對虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)過程與方法做出系統(tǒng)闡述。因此，為適應(yīng)桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)過程的復(fù)雜性，規(guī)避風(fēng)險、降低成本，同時保證軟件開發(fā)的質(zhì)量和效率，構(gòu)建一個具有理論指導(dǎo)和實踐參考價值的桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型是虛擬現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中值得研究的課題。

二、桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型建構(gòu)思路與方法

依據(jù)桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的三重屬性，可以在厘定其概念范圍的基礎(chǔ)上，結(jié)合桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點，參考已有的教學(xué)軟件開發(fā)模型，利用軟件工程和教學(xué)設(shè)計理論與方法來共同建構(gòu)桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)模型。

1.桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件及其核心技術(shù)分析

（1）桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件定義

桌面虛擬現(xiàn)實是一種低沉浸感的虛擬現(xiàn)實，它是利用計算機生成一種可交互的三維虛擬環(huán)境，用戶使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，如鼠標(biāo)、鍵盤等，通過計算機屏幕觀察和操縱虛擬環(huán)境與對象，實現(xiàn)實時人機交互的技術(shù)。[11]

桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件就是利用桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的教學(xué)應(yīng)用軟件，其狹義定義是指根據(jù)教學(xué)目標(biāo)開發(fā)的，以多媒體與交互式三維模擬環(huán)境為表現(xiàn)方式，以超媒體結(jié)構(gòu)組織的具有一定沉浸感和實時人機交互，用于呈現(xiàn)特定教學(xué)內(nèi)容、反映特定教學(xué)策略、實現(xiàn)特定教學(xué)功能的三維模擬程序，也可稱為虛擬現(xiàn)實程序。其廣義定義是指以桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心，并綜合其它支持ActiveX插件的主程序（如Visual Basic、Director等）或其它軟件開發(fā)技術(shù)設(shè)計開發(fā)的除虛擬展示教學(xué)和虛擬實驗外，功能更為全面的教學(xué)軟件系統(tǒng)。

（2）桌面虛擬現(xiàn)實核心技術(shù)分析

實現(xiàn)桌面虛擬現(xiàn)實的方法大致有三種：①基于語言編程，即采用底層圖形開發(fā)接口OpenGL或DirectX，或是Java3D技術(shù)、VRML虛擬現(xiàn)實建模語言等編程實現(xiàn)三維圖形系統(tǒng)。[12]②基于二維圖像，即對物體和環(huán)境進(jìn)行實地的多角度環(huán)視拍攝，將形成的靜止圖像進(jìn)行后期縫合，建立實景化虛擬空間，并通過加載播放程序來完成展示。[13] 常用軟件有QTVR、PixMaker等，主要用于虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)。③基于三維建模，這類虛擬現(xiàn)實軟件支持多種格式三維模型的導(dǎo)入，可使用已封裝的功能節(jié)點實現(xiàn)對三維虛擬環(huán)境的交互操作，可嵌入支持ActiveX插件的其它主程序，實現(xiàn)多種形式的顯示發(fā)布。[14] 常用軟件有Virtools、EON Studio等，可用于網(wǎng)絡(luò)虛擬展示、網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲或其它大型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)。綜上，桌面虛擬現(xiàn)實的核心技術(shù)主要體現(xiàn)在虛擬環(huán)境建模、人機交互和實時顯示三方面。虛擬現(xiàn)實程序的開發(fā)過程可以概括為虛擬建模、交互操作、顯示發(fā)布三個階段，具體如圖1所示。

2.教學(xué)軟件開發(fā)模型的相關(guān)研究

目前教學(xué)軟件開發(fā)模型主要是基于教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法與軟件工程開發(fā)模型來建構(gòu)的。曾有研究者基于傳統(tǒng)軟件開發(fā)模型提出了教學(xué)軟件的瀑布開發(fā)模型[15]、原型開發(fā)模型[16]、螺旋開發(fā)模型[17]，這類模型雖然在一定程度上體現(xiàn)了迭代開發(fā)的思想，但仍強調(diào)開發(fā)過程的階段性和順序性，難以適應(yīng)系統(tǒng)需求的快速變化，且對開發(fā)過程缺乏系統(tǒng)的闡述和規(guī)定。也有研究者提出了基于RUP統(tǒng)一過程的多媒體課件開發(fā)模型[18]和基于RUP改進(jìn)模型的教學(xué)軟件開發(fā)模型，[19]這種模型充分體現(xiàn)了迭代增量的開發(fā)思想，為教學(xué)軟件開發(fā)提供了一個相對穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，具有較好的通用性，但缺少對開發(fā)過程管理方法的闡述。

敏捷方法是以代碼為核心的、富于靈活性的新型軟件開發(fā)方法，可通過有效溝通和緊密協(xié)作來簡化、管理和控制軟件開發(fā)過程，以適應(yīng)系統(tǒng)需求的快速變化，為軟件開發(fā)提供過程管理框架，已有研究者提出應(yīng)用XP極限編程敏捷方法管理教育軟件開發(fā)過程，[20]也有研究將RUP過程模型與敏捷方法有效結(jié)合，形成兼具二者優(yōu)勢的ARUP敏捷統(tǒng)一軟件開發(fā)方法，[21]因此可以嘗試使用ARUP敏捷統(tǒng)一方法來更好地指導(dǎo)教學(xué)軟件的開發(fā)。

3.RUP與Scrum相結(jié)合的ARUP軟件開發(fā)模型

（1）RUP統(tǒng)一過程軟件開發(fā)模型

RUP（Rational Unified Process）統(tǒng)一軟件開發(fā)模型綜合了多種軟件開發(fā)模型的優(yōu)點，是一個具有通用性的二維軟件開發(fā)模型，如圖2所示。[22]橫軸代表軟件開發(fā)過程的時間維度，以初始、細(xì)化、構(gòu)造和交付四個迭代階段展現(xiàn)軟件開發(fā)的生命周期，體現(xiàn)了開發(fā)過程的動態(tài)結(jié)構(gòu)；縱軸代表軟件開發(fā)過程的內(nèi)容維度，以需求、分析設(shè)計、實現(xiàn)等九個核心工作流闡明了迭代過程執(zhí)行的相關(guān)活動，體現(xiàn)了開發(fā)過程的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。RUP模型是以用例驅(qū)動、以基本架構(gòu)為中心、以迭代和增量方式進(jìn)行軟件開發(fā)的。

（2）Scrum敏捷軟件開發(fā)方法

Scrum是目前應(yīng)用較為廣泛的敏捷軟件開發(fā)方法，包括了一系列核心實踐和預(yù)定義角色，如圖3所示。[23] Scrum開發(fā)過程由多個Sprint迭代周期組成，每個 Sprint起始首先由產(chǎn)品負(fù)責(zé)人編寫產(chǎn)品功能訂單（Product Backlog），再由Scrum開發(fā)團(tuán)隊討論確定本次Sprint迭代需要完成的開發(fā)任務(wù)，并按照優(yōu)先級排序形成迭代開發(fā)任務(wù)列表（Sprint Backlog）。進(jìn)入開發(fā)周期后，每個工作日都要組織每日簡會，團(tuán)隊成員相互通告工作進(jìn)度，并以燃盡圖（Burndown chart）表示剩余工作量。在Sprint末期，將召開評審會議，將階段性成果展示給產(chǎn)品負(fù)責(zé)人和用戶，獲得反饋意見，最后召開回顧會議，總結(jié)問題和經(jīng)驗，為下一個Sprint周期做好準(zhǔn)備。Scrum的工作流程可以體現(xiàn)出4個重要核心實踐，即客戶現(xiàn)場、面對面交流、持續(xù)集成和頻繁發(fā)布。[24]

（3）ARUP敏捷統(tǒng)一過程軟件開發(fā)框架與管理方法

可見，RUP模型可以為教學(xué)軟件開發(fā)提供一個相對穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，但本身過于復(fù)雜，在實際應(yīng)用中往往需要進(jìn)行裁剪，缺乏對中小型項目的支持，而Scrum敏捷方法可以用于簡化和管理RUP迭代開發(fā)過程。本研究將Scrum敏捷方法與RUP模型相結(jié)合，建立一種ARUP（Agile Rational Unified Process）敏捷統(tǒng)一過程軟件開發(fā)框架和管理方法，即在繼承RUP模型用例驅(qū)動和迭代開發(fā)思想的基礎(chǔ)上，利用Scrum敏捷方法合理簡化RUP框架結(jié)構(gòu)，沿用Scrum的預(yù)定角色和各項會議制度協(xié)調(diào)管理RUP迭代開發(fā)過程，并積極開展Scrum的核心實踐。將用戶作為開發(fā)團(tuán)隊的成員，通過用戶與開發(fā)人員以及開發(fā)人員之間面對面的有效溝通來快速獲得用戶需求變化和反饋信息，及時交流開發(fā)情況，提高軟件開發(fā)效率，以體現(xiàn)客戶現(xiàn)場和面對面交流的核心實踐，同時在迭代開發(fā)中秉持以代碼為核心，持續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)功能集成，并通過積極發(fā)布和測試軟件系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)問題，修補漏洞，以快速靈活地適應(yīng)系統(tǒng)需求的不斷變化，實現(xiàn)增量開發(fā)，以體現(xiàn)持續(xù)集成和頻繁發(fā)布的核心實踐。

ARUP綜合了RUP模型與Scrum方法的優(yōu)點，在整體框架上遵循RUP的主要結(jié)構(gòu)，在管理方法上繼承Scrum的核心實踐，同時具有通用性和靈活性，更適用于中小型教學(xué)軟件的開發(fā)。ARUP既是利用Scrum思想對RUP過程的適當(dāng)裁剪，也是利用RUP思想對Scrum的合理擴充，其核心思想是以人為本，用例驅(qū)動，增量迭代，擁抱變化的有序開發(fā)過程。[25]

三、桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型建構(gòu)

依據(jù)上述ARUP敏捷統(tǒng)一過程軟件開發(fā)框架與管理方法，以桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的廣義定義為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計模式和桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點，本文從教學(xué)設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計兩條路徑出發(fā)，提出了桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型，將其生命周期分為初始、細(xì)化、構(gòu)造、交付4個階段，包括6個核心工作流，其中需求建模、分析設(shè)計、實現(xiàn)、測試、部署為活動工作流，項目管理為支持工作流，如圖4所示。

1.桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型的核心工作流

（1）需求建模

需求建模的目標(biāo)是了解項目處理的問題域，以及初步確定解決問題的可行方案，主要執(zhí)行在初始階段，經(jīng)過2次迭代分別完成教學(xué)需求建模和系統(tǒng)需求建模，可以使用自由圖表或UML圖表示。通過用戶需求分析了解主要的教學(xué)需求和系統(tǒng)需求。根據(jù)教學(xué)需求描述，通過教學(xué)目標(biāo)分析、教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)習(xí)者分析，建立教學(xué)目標(biāo)的層次關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容的邏輯關(guān)系，明確學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點、認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格等智力與非智力因素，形成教學(xué)目標(biāo)模型、領(lǐng)域知識模型和學(xué)習(xí)者模型，共同構(gòu)成教學(xué)需求模型。

根據(jù)系統(tǒng)需求描述，識別系統(tǒng)主要用例并以用例圖表示，形成系統(tǒng)用例模型，分析系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)流程，識別重要領(lǐng)域概念，建立表示實體類型及相互關(guān)系的概念類圖，形成領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ汀８鶕?jù)系統(tǒng)用例建立用戶界面草圖或原型，形成用戶界面模型，通過可行性分析設(shè)計系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)與開發(fā)技術(shù)路線。以上模型共同構(gòu)成了系統(tǒng)需求模型。將由教學(xué)需求模型和系統(tǒng)需求模型提煉出的主要教學(xué)目標(biāo)任務(wù)與系統(tǒng)功能需求按優(yōu)先級排列，形成教學(xué)任務(wù)表與系統(tǒng)功能表，其作用類似于Scrum的產(chǎn)品功能訂單，即教學(xué)軟件開發(fā)的概要任務(wù)列表。

（2）分析設(shè)計

分析設(shè)計是對教學(xué)需求模型和系統(tǒng)需求模型的細(xì)化擴展，主要執(zhí)行在細(xì)化階段，通過2次迭代分別完成教學(xué)設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計。

教學(xué)設(shè)計主要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)模型和領(lǐng)域知識模型對教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步分析細(xì)化，明確教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)知識點的對應(yīng)關(guān)系，形成目標(biāo)-內(nèi)容模型；并為教學(xué)過程設(shè)計適合的教學(xué)策略與方法，形成過程-策略模型；為體現(xiàn)桌面虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢，應(yīng)重視探究式教學(xué)策略的使用。根據(jù)以上分析進(jìn)行教學(xué)媒體設(shè)計，主要包括兩方面：一是媒體選擇與內(nèi)容設(shè)計，即為各知識點選擇適合的媒體表現(xiàn)形式及編輯媒體呈現(xiàn)的具體內(nèi)容；二是媒體形象設(shè)計，包括圖、文、聲、像等媒體元素的形象設(shè)計，尤其是虛擬現(xiàn)實元素的視覺設(shè)計，即虛擬環(huán)境和對象的三維模型設(shè)計，形成內(nèi)容-媒體模型，以上模型共同構(gòu)成了教學(xué)設(shè)計模型。

系統(tǒng)設(shè)計主要進(jìn)行系統(tǒng)用例模型、領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ?、用戶界面模型的?xì)化，可使用時序圖描述系統(tǒng)用例的實現(xiàn)過程，進(jìn)一步分解、擴展系統(tǒng)用例，尤其是虛擬教學(xué)用例的交互行為細(xì)化，明確闡述系統(tǒng)用例，完善用戶界面原型的導(dǎo)航、布局、色彩風(fēng)格等設(shè)計，將領(lǐng)域模型的概念類圖細(xì)化為設(shè)計類圖或程序代碼，實現(xiàn)類與接口的設(shè)計，并根據(jù)其進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計，在控制風(fēng)險的同時細(xì)化系統(tǒng)組件、功能模塊與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，明確系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。細(xì)化后的各模型構(gòu)成了系統(tǒng)設(shè)計模型。將由教學(xué)設(shè)計模型和系統(tǒng)設(shè)計模型提取出的教學(xué)用例和系統(tǒng)用例分別按照優(yōu)先級排序，形成教學(xué)用例列表和系統(tǒng)用例列表，其中虛擬現(xiàn)實功能用例，可以用交互行為列表表示，如表1、2、3所示，其作用類似于Scrum的迭代開發(fā)任務(wù)列表，即教學(xué)軟件開發(fā)的詳細(xì)任務(wù)列表，通常先開發(fā)優(yōu)先級別高的用例。

（3）實現(xiàn)

實現(xiàn)是將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，主要包括媒體元素的編輯開發(fā)和系統(tǒng)功能的編程實現(xiàn)，是貫穿整個開發(fā)周期的重要工作流。在初始階段，進(jìn)行開發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備，包括硬件環(huán)境建設(shè)和軟件工具選擇。在細(xì)化階段，建立Scrum開發(fā)小組，并依據(jù)教學(xué)用例和系統(tǒng)用例列表進(jìn)行任務(wù)選擇與分配。

在構(gòu)造階段，各Scrum小組將通過多次Sprint快速迭代逐步完成系統(tǒng)功能開發(fā)。媒體開發(fā)小組將進(jìn)行多媒體元素的制作合成，包括虛擬環(huán)境與對象的建模，并通過內(nèi)容——媒體測試判斷媒體元素與教學(xué)內(nèi)容是否吻合，視聽質(zhì)量是否合格。虛擬現(xiàn)實開發(fā)小組將基于桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實程序的開發(fā)，實現(xiàn)虛擬環(huán)境漫游、虛擬對象操作等人機交互行為，并通過人機交互測試判斷交互功能是否準(zhǔn)確實現(xiàn)。系統(tǒng)功能開發(fā)小組將編程實現(xiàn)功能用例，并將通過單元測試的功能模塊、組件進(jìn)行集成，形成一次快速迭代的測試原型，實現(xiàn)系統(tǒng)增量開發(fā)。在交付階段，各Scrum小組將進(jìn)行系統(tǒng)漏洞查找、修復(fù)，并根據(jù)用戶需求的變化進(jìn)行系統(tǒng)升級與維護(hù)。

（4）測試

測試是對實現(xiàn)工作的檢驗，提供指導(dǎo)和反饋信息以保證系統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量和效率，貫穿軟件開發(fā)的各個階段。在初始階段，可以從科學(xué)性、功能性、藝術(shù)性、教學(xué)性等方面以量規(guī)的方式制定教學(xué)軟件的評價體系。在細(xì)化階段，制定教學(xué)評價計劃和評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計教學(xué)實驗方案和評價用例，編寫教學(xué)測驗題目，同時制定軟件測試計劃，設(shè)計測試用例。在構(gòu)造階段，通過多次Sprint快速迭代對系統(tǒng)原型進(jìn)行集成測試和系統(tǒng)測試，在軟件部署之前還需進(jìn)行驗收測試。在交付階段，通過2次迭代分別完成軟件的Beta測試和小規(guī)模的教學(xué)效果測試，查找教學(xué)設(shè)計和系統(tǒng)開發(fā)中存在的問題，以便在軟件正式版中得以解決。

（5）部署

部署的目的是最終使教學(xué)軟件能夠為用戶正常使用，其相關(guān)活動包括硬件、軟件的安裝、運行環(huán)境設(shè)置、提供用戶幫助等。在構(gòu)造階段，可以整理形成源程序清單與注釋，為二次開發(fā)提供幫助文檔，并編寫軟件安裝使用說明和用戶手冊，為用戶使用、維護(hù)軟件系統(tǒng)提供幫助文檔。

（6）項目管理

項目管理的目的是使軟件開發(fā)按照預(yù)定的成本、進(jìn)度、質(zhì)量得以順利完成，包括對項目風(fēng)險、產(chǎn)品、人員、過程的管理活動，貫穿整個開發(fā)周期。在初始階段，將制定軟件開發(fā)計劃書，在細(xì)化階段，可在教學(xué)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上整理形成簡單的文字腳本和制作腳本，并確定任務(wù)分工與迭代周期規(guī)劃。在構(gòu)造階段，可用Scrum燃盡圖的形式說明開發(fā)任務(wù)的完成情況，適當(dāng)調(diào)整迭代計劃。在交付階段，將根據(jù)用戶需求和反饋意見制定軟件維護(hù)和升級計劃。

2.桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型的開發(fā)人員與輸出產(chǎn)品

桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)人員中，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人、用戶（即教師、學(xué)生、教學(xué)管理人員）將與其它開發(fā)人員積極交流合作，參與到軟件開發(fā)的各個階段，主要體現(xiàn)在教學(xué)與系統(tǒng)需求建模、軟件測試與教學(xué)效果評價等活動中。此外，學(xué)科專家、教學(xué)設(shè)計人員主要參與教學(xué)需求建模、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)評價等活動，軟件開發(fā)人員主要參與系統(tǒng)需求建模、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)與測試等活動，媒體設(shè)計人員主要參與媒體元素的設(shè)計制作。開發(fā)過程將形成多媒體素材庫、桌面虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序和完整的教學(xué)軟件試用版本。

四、攝影虛擬實驗室教學(xué)軟件的開發(fā)實例

為緩解高校《攝影技術(shù)》課程實驗器材不足的問題，項目小組基于上述桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型完成了攝影虛擬實驗室教學(xué)軟件的設(shè)計開發(fā)，目的是為高校教育技術(shù)學(xué)和數(shù)字媒體專業(yè)的大學(xué)生，以及攝影愛好者提供一個可以在線開展攝影虛擬實驗、進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件。

項目小組由項目負(fù)責(zé)人、學(xué)科教師與教學(xué)設(shè)計人員、軟件開發(fā)與測試人員、數(shù)字媒體設(shè)計人員6人組成，開發(fā)周期為4個月。下文依據(jù)桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件開發(fā)模型的生命周期來闡述具體開發(fā)過程。

1.初始階段

初始階段的主要目標(biāo)是建立需求模型，使用戶與軟件開發(fā)人員對軟件開發(fā)目的與任務(wù)有統(tǒng)一明確的認(rèn)識，確定教學(xué)軟件類型與作用、開發(fā)技術(shù)路線與基本體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行風(fēng)險評估，形成軟件開發(fā)計劃和軟件架構(gòu)文檔。本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，以3Ds Max作為三維建模工具，以EON Studio作為虛擬現(xiàn)實程序開發(fā)軟件，以ASP.NET3.5和Visual Studio2010作為網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)與平臺，以SQL Server2008作為后臺數(shù)據(jù)庫管理工具，以Canon EOS 350D單反數(shù)碼相機作為虛擬實驗對象進(jìn)行模擬實驗設(shè)計，初步建立了教學(xué)需求和系統(tǒng)需求模型。

2.細(xì)化階段

細(xì)化階段的主要目標(biāo)是分析問題領(lǐng)域，通過細(xì)化教學(xué)需求和系統(tǒng)需求模型，使系統(tǒng)需求趨于穩(wěn)定，系統(tǒng)用例更加明確，并規(guī)避開發(fā)風(fēng)險，建立健全的體系結(jié)構(gòu)，確保軟件系統(tǒng)能夠順利開發(fā)。項目小組對實驗教學(xué)內(nèi)容和系統(tǒng)功能進(jìn)一步分析細(xì)化，形成了教學(xué)用例和功能用例列表，并進(jìn)行了分組和任務(wù)分配。

3.構(gòu)造階段

構(gòu)造階段的主要目標(biāo)是通過多次Sprint快速迭代實現(xiàn)系統(tǒng)功能的集成與增量開發(fā)。項目小組通過快速迭代完成承諾的開發(fā)任務(wù)，其中虛擬現(xiàn)實程序的開發(fā)可遵循所選擇的桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)，即EON Studio模擬程式的開發(fā)流程來進(jìn)行，如圖5所示[26]，主要包括三維模型導(dǎo)入、交互行為添加、程序優(yōu)化發(fā)布3個環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)采用網(wǎng)頁形式發(fā)布。

4.交付階段

交付階段的主要目標(biāo)是實現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)與升級，確保軟件可用，且符合用戶需求。項目小組通過軟件試用和教學(xué)效果評價對軟件漏洞進(jìn)行了修復(fù)，并根據(jù)用戶需求變化修改擴展了部分教學(xué)內(nèi)容和系統(tǒng)功能，形成了功能較為全面的攝影虛擬實驗室系統(tǒng)，取得了良好的開發(fā)效果，其虛擬實驗程序主要運行界面如圖6、7所示。

五、結(jié)束語

本文以軟件工程與教學(xué)設(shè)計理論為依據(jù)，將Scrum敏捷軟件開發(fā)方法的核心實踐引入RUP統(tǒng)一過程軟件開發(fā)模型，形成一種ARUP敏捷統(tǒng)一軟件開發(fā)框架與管理方法，并結(jié)合桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點建構(gòu)了桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)模型。在實際應(yīng)用中，開發(fā)者可以根據(jù)項目規(guī)模與所選擇的桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在對該模型的工作流程進(jìn)行簡化、修改或擴充的基礎(chǔ)上，形成符合項目本身需求的開發(fā)模型，以便更好地指導(dǎo)項目的進(jìn)行，保證項目開發(fā)的效率和質(zhì)量，從而為桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件的開發(fā)提供一個可參考的通用模型，以豐富教學(xué)軟件開發(fā)的理論與實踐，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的有效應(yīng)用。

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（編輯：王曉明）