虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中的應(yīng)用

方程+袁亞興

摘要：微課是一種新的教學(xué)形式，是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。虛擬現(xiàn)實技術(shù)則是一門多技術(shù)交叉型技術(shù)。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在微課制作中，不但能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。該文首先闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，然后分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中的優(yōu)勢，最后討論了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；微課；微課制作

1概述

微課是以微型教學(xué)視頻來進行教學(xué)的課程，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)時如果時間過長，就會出現(xiàn)注意力不集中的情況，因此，微課是根據(jù)學(xué)生的認知特點和規(guī)律，以某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)來開展教學(xué)。微課具有教學(xué)時間短、教學(xué)內(nèi)容相對較少、資源容量較少、情景化教學(xué)和主體突出等特點。微課的核心是教學(xué)視頻，因此，要制作微課，其最核心的部分也是教學(xué)視頻的制作。但是，由于微課教學(xué)視頻要求情景化教學(xué)，因此，在錄制微課視頻時，需要搭建攝錄場景，這種方式成本高而且時效很低，因此，也成為制約微課進一步發(fā)展普及的重要因素。而且由于某些學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容比較抽象，有些教學(xué)內(nèi)容的場景也難以布設(shè)情景，這些客觀因素也限制了微課的制作，進而影響了教學(xué)。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也取得了極大的進步。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的重要方向，是仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)、人機接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機圖形學(xué)等多種技術(shù)和學(xué)科結(jié)合和交叉在一起的技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓實際中不存在或者以傳統(tǒng)的錄制手段難以實現(xiàn)的教學(xué)場景在微課視頻中得以實現(xiàn)，從而讓微課的制作水平提升到了一個新的層次。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種仿真技術(shù)，可以利用計算機生成一種模擬環(huán)境，讓人們體驗虛擬世界。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，讓人們可以沉浸人所構(gòu)建的虛擬環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)涵蓋了多種技術(shù)，包括實時三維計算機圖形技術(shù)、立體顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感技術(shù)等，目前虛擬仿真技術(shù)在包括醫(yī)學(xué)、娛樂、軍事、工業(yè)、教育等很多的行業(yè)和領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在教育領(lǐng)域中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在虛擬實訓(xùn)基地、虛擬仿真校園以及虛擬演播室。其中，虛擬演播室與微課制作息息相關(guān)。

在微課制作中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其原理是將攝像機攝制的真實影像與計算機設(shè)計的三維虛擬背景和空間相融合，從而形成新的視頻圖像，在微課制作中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其關(guān)鍵是將虛擬背景與實際錄制的前景相融合，主要包含了三維虛擬場景制作、攝像機跟蹤、虛擬背景生成和圖像合成等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1虛擬場景的建模

虛擬背景的生成需要進行建模，微課制作人員應(yīng)該要在構(gòu)建虛擬背景時對各個物體進行建模，可以利用多種三維建模軟件來實現(xiàn)，包括3DMax、Flame等軟件都是常用的三維建模軟件。這些軟件都能夠提供物體精確的幾何描述，讓構(gòu)建的模型能夠與實際對象的相似度極高，而且可以從形態(tài)、光照和質(zhì)感等多個方面進行調(diào)節(jié)，從而更加貼近實際對象。

2.2攝像機的跟蹤

目前，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，要對攝像機進行跟蹤，主要有兩種方式，一種是機械式的傳感技術(shù)，另一種是圖形識別技術(shù)。機械式的傳感技術(shù)是利用攝像機上裝備的電子傳感器來獲取攝像機的相關(guān)參數(shù)，而圖形識別技術(shù)則是利用攝像機獲取的圖像信息來確定攝像機的位置信息。另外，還有一些當(dāng)前相對較少應(yīng)用的技術(shù)也可以實現(xiàn)對攝像機的跟蹤，比如說通過激光、超聲波和紅外線來確認攝像機的位置和位移。

2.3背景生成

要構(gòu)建一個三維的虛擬場景，需要對運動場景和背景圖像進行處理，這就需要用到大量的計算。在微課教學(xué)視頻的播放過程中，需要色鍵控制器中的跟蹤和圖像合成都要及時準(zhǔn)確的完成，從而保證畫面的質(zhì)量和效果，這種計算量相對巨大，需要利用高級建模工作站才能夠順利完成。

2.4圖像合成

在圖像合成之前，需要對攝像機攝取的前景圖像中的相關(guān)圖像進行提取，將其與攝取的背景圖像進行分離，這就需要運用摳像技術(shù)。由于前景圖像需要與最終的虛擬三維背景圖像相融合，在融合之前必須要考慮到前景圖像的深度信息。所謂的深度信息是指背景和前景的各個像素到攝像機的距離，如果前景深度值小于背景深度值，則會輸出前景圖像，如果前景深度值大于背景圖像，則會輸出背景圖像，因此，這種合成也稱之為深度合成。

3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中的優(yōu)勢

微課的出現(xiàn)和發(fā)展是信息技術(shù)飛速發(fā)展的具體體現(xiàn)，作為課堂教學(xué)的一種新形式，微課由于其人性化特征和良好的教學(xué)效果，已經(jīng)得到了廣泛的認可。微課的核心是微型教學(xué)視頻，教學(xué)視頻的質(zhì)量與教學(xué)效果息息相關(guān)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，讓微課視頻的質(zhì)量提升到了一個新的層次，讓視頻質(zhì)量和教學(xué)效果都發(fā)生了翻天覆地的變化，讓情景化教學(xué)成為了現(xiàn)實，也極大地推動了教學(xué)資源的開發(fā)與傳播。具體而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中主要有以下幾點優(yōu)勢。

3.1實現(xiàn)了情景化教學(xué)、提高了教學(xué)效率

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是以教師的口頭講授和板書為主，隨著科技的發(fā)展，逐步引入了多媒體的方式來輔助教師教學(xué)，當(dāng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)以及在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，讓情景化教學(xué)真正得到了應(yīng)用。傳統(tǒng)的課堂中情景化教學(xué)都是通過教師的語言描述，然后由學(xué)生進行想象而實現(xiàn)，然而，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在微課制作中，讓學(xué)生可以通過聲音、影像來感受相應(yīng)的情景，通過這個平臺，讓學(xué)生可以在設(shè)置好的情景中進行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠更加深刻的領(lǐng)會到其中的內(nèi)涵，從而更好的消化和吸收相關(guān)知識點，發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力，在學(xué)習(xí)中真正做到了舉一反三，提高了教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.2增強了可視性、營造了現(xiàn)場感

相對于語言和符號而言，微課視頻能夠讓學(xué)生更加直觀的理解所學(xué)知識點，微課教學(xué)視頻的特點是短小精悍，其畫質(zhì)要求很高，畫面要求精美。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠讓微課視頻的質(zhì)量得到有效保證，虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在微課教學(xué)視頻中，讓視頻的可視性大大增強，也會營造出現(xiàn)場感，有效吸引學(xué)生的注意力，也讓學(xué)生在輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境中充分掌握和吸收知識。

3.3增加課堂密度，營造課堂氛圍

傳統(tǒng)的課堂都是40分鐘到45分鐘一節(jié)課，這種課堂時間明顯不符合學(xué)生的認知規(guī)律和認知特點，學(xué)生很難堅持在一整節(jié)課中都保持高度集中的注意力。而微課的時間一般都是在3-5分鐘左右，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓課堂教學(xué)大部分都以視頻的形式來呈現(xiàn)，這種多場景和多動畫的形式，讓傳統(tǒng)課堂中的“板書”變得更加的生動，也增強了課堂的密度，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加生動活潑，營造出了一種更加良好的課堂氛圍，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

4虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國家開放大學(xué)微課制作中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門多技術(shù)融合的新技術(shù)，其在微課中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的視頻教學(xué)課程的局限性，讓空間和時間都不再受到限制，是微課制作水平的重大突破。然而，如何有效的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓其在微課制作中發(fā)揮出最佳水平，不但是國家開放大學(xué)教師，也是技術(shù)人員所面臨的一道難題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在微課制作中的應(yīng)用，主要有以下幾個方面。

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)移動終端學(xué)習(xí)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)若切入國家開放大學(xué)在線教育的端口，那么“VR+在線教育”就可以帶學(xué)生進人場景式學(xué)習(xí)體驗新時代，彌補在線教育空間距離難交互與生動不足的短板。由于移動終端設(shè)備的性能不斷加強，教師已經(jīng)可以利用移動終端設(shè)備來完成圖像的采集和處理以及課件的制作。教師可以直接把移動終端設(shè)備接人微課課件系統(tǒng)，讓移動終端設(shè)備取代了教室，成為了教師傳授知識的舞臺，這種方式不但能夠有效降低虛擬場景的制作成本，也能夠降低教師的備課難度，提高了教學(xué)效率。同時學(xué)生戴上VR眼鏡，進人虛擬現(xiàn)實的空間里，與教師互動交流、學(xué)習(xí)，達到實訓(xùn)教學(xué)的目的。

4.2構(gòu)建實訓(xùn)場景

國家開放大學(xué)專業(yè)中需要進行實訓(xùn)類和操作類的教學(xué)，特別是理工科，幾乎大部分專業(yè)課程都需要進行實訓(xùn)教學(xué)。對于實訓(xùn)類和操作類的微課課程，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以直觀的將虛擬場景呈現(xiàn)在學(xué)生面前。比如說，教師在計算機操作知識時，先可以錄制講授理論知識的場景，然后再錄制演示操作方法的場景，在后期的制作中，教師可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將這兩部分剪輯在一起，將教師的口頭講解以及實際操作畫面融合在一起，這樣，學(xué)生就可以準(zhǔn)確的理解教師的授課內(nèi)容。

4.3基于偏振式3D立體虛擬現(xiàn)實技術(shù)的微課設(shè)計

目前3D立體效果的實現(xiàn)方式有偏振式3D、紅藍眼鏡、主動式3D三種。偏振式3D實現(xiàn)原理（圖1）通過光線的“振動方向”原理來組織圖像，利用偏振顯示屏，向觀看者輸送兩幅偏振方向不同的圖像。圖像通過VR眼鏡成像原理，每個鏡片只接受一個偏振方向傳輸?shù)膱D像，左右眼同時接收兩組有視差的圖像，再經(jīng)過大腦合成，達到顯示3D立體影像的效果。

基于偏振式3D立體虛擬現(xiàn)實技術(shù)的微課設(shè)計：技術(shù)人員通過3D攝像機來錄制教師授課的3D立體視頻，通過Photoshop來處理采集的圖像信息，3DMAX對實物的進行建模，導(dǎo)出可被Unity3D識別的模型，然后用Pre-mier來處理采集的視頻信息對圖像進行深度合成，在利用Unity3D進行集成，實現(xiàn)交互式微課的制作。學(xué)生戴上VR眼鏡，將手機放置在VR眼鏡中，通過3D播播等軟件打開微課，在虛擬現(xiàn)實的空間里，直接與教師交流，虛擬與現(xiàn)實只在一鏡之間，這種情景化教學(xué)，讓教師和學(xué)生之間實現(xiàn)了良好的互動，突破了空間和時間的限制，讓教師可以通過微課視頻來將一些不可見的因素和規(guī)律直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)規(guī)律和總結(jié)規(guī)律，不但加深了學(xué)生對知識點的理解，也讓教師與學(xué)生之間的良性互動得以加強。

5結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門相對新穎的技術(shù)，其在教育領(lǐng)域雖然已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用，但是應(yīng)用范圍并不廣泛。然而，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門足以引領(lǐng)互聯(lián)網(wǎng)新浪潮的技術(shù)，其后續(xù)的發(fā)展不容忽視。由于微課的人性化特點和良好的教學(xué)效果，其應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)成為當(dāng)前教育改革和課堂教學(xué)中的重要組成部分。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在微課制作中，不但能夠極大地豐富教學(xué)內(nèi)容，也能夠增強教學(xué)的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，也體現(xiàn)了人性關(guān)懷。