VRML的虚拟现实对远程教学的意义范文

虚拟现实技术在远程教育中的具体应用

1VRML在工程图学课程远程教学中的应用

工程图学课程是工科院校一门重要的专业基础课，是培养学生的空间思维能力、空间想象能力、形体构形能力以及阅读和绘制工程图样能力的一门应用性学科。其研究的主要对象是图形，教学中心是解决画图和读图的问题，教学重点和难点是培养学生的空间想象和构思能力。在传统的工程图学教学中，常用直观的教具来辅助教学，但在远程教育中，学生主要依靠工程图学课程网站来辅助学习。目前的许多工程图学课程网站主要是由静态网页组成，网页内容主要是文字、图形和图像，表现形式单一。网页里也用到了一些动画，但主要是GIF和Flash等二维平面动画，这些动画缺乏直观表达能力，这样就限制了远程教学的教学效果。为此，可以在网页中插入一些具有三维表现力的图形和动画文件。（1）基于VRML的模型展示在工程图学的教学过程中，经常会讲解各种不同形体的表达。

在以前的远程教学中主要是结合形体的图片来说明，但图片的表现力有限，对于复杂的形体，其内部结构不能很好的表达。为此，可在网页中加入VRML模型，这些模型可以嵌入网页，如图1所示，也可以采用链接的方式单独打开，如图2所示。学生只需在浏览器中安装有关的插件就可以浏览到网页上的虚拟模型，并且可以利用鼠标对模型进行旋转、移动、缩放等多种操作，对模型进行全方位的观察。（2）基于VRML的三维动画在工程图学课程的远程教学中，还可以利用三维动画来形象的展示其中的一些内容。例如，在介绍立体的截交线和相贯线时，可以利用截切的动画来展示截交线的形成，如图3所示；在介绍用形体分析法来分析组合体时，也可以利用三维动画来展示，如图4所示。（4）基于VRML的装配演示装配图是工程图学中的重要内容之一。在讲授装配体的表达时，需要讲解装配体的安装与拆卸过程，利用静态图片不能展示该过程，基于VRML的虚拟模型可以全方位的展示整个拆装过程，如图5所示。

2VRML在机械原理课程远程教学中的应用

机械原理课程是机械类专业的一门重要的专业基础课，在课程中会介绍到各种不同的机构。在传统的教学中，会利用实验室的陈列柜来展示不同的机构，然后安排学生去学习了解。但这种教学方法在远程教学中无法实现，如果直接用文字来解释有很难将各种机构的工作原理解释清楚，为此，可以利用VRML动画模型来进行展示，非常直观，学生也能很快接受，如图6所示。

系统中的关键技术

1系统结构设计

系统在设计中选用以浏览器/服务器(Brows-er/Server)模式为基础的体系结构，如图7所示。浏览器端需安装VRML插件才能显示虚拟模型；Web服务器接收浏览器HTTP请求并传给应用服务器；应用服务器将请求转换为数据库能辨识的SQL语句，再向数据库服务器发出请求；数据库服务器负责数据的存储、维护、处理等，并将结果返回应用服务器；应用服务器对结果进行分析处理后发送给Web服务器；最后由Web服务器返回给Web浏览器。基于此结构，用户可通过带有VRML插件的浏览器查看网页中的虚拟模型。

2VRML中的建模方法

根据模型的复杂程度,可以采用不同的建模方法。对于简单的模型,可以直接编程建模。编程的方法有两种：第一种是直接利用记事本编写程序，然后将文件保存为.wrl格式文件；第二种方法是利用vrml-pad软件编程。对于复杂的模型,可先利用专业的三维设计软件(如UG、Solidworks、Catia、Pro/E、Solid-Edge等)建立模型,然后再将其导出为VRML格式的文件。导出的文件采用的是默认的背景和视点，可利用记事本对导出文件进行编辑，增加视点和背景，得到所需要的模型文件。一般都采用第二种建模方法。

3VRML中动画与交互的实现

VRML中的动画是依靠一个给定的时间传感器和一系列各种各样的内插节点来控制场景中的各种动作。其基本的方法就是：时间传感器给出一个控制动画效果的时钟，时钟包含了动画效果的开始时间、停止时间、时间间隔和是否循环等动画控制参数。然后通过时钟的输出在虚拟世界中驱动各种内插节点产生各种相应的动画效果，而内插节点中将给出各种动画效果的关键点和关键值，VRML浏览器将自动地根据这些关键点通过线性插值的方法来完成整个动画过程。让用户参与动画的过程就是交互，VRML的交互通过检测器(sensor，或称感应器)实现。在VRML中，有一组具有动态、交互和感知特性的节点，可用于交互和动画的实现。其中包括：

（1）TimeSensor时间传感器节点：时间传感器作为动画行为的驱动，创建一个虚拟时钟，并对其他节点发送时间值，控制VRML立体空间的动态对象的开始、变化和结束过程的时间，实现空间物体造型的移动、变色、变形等自动变化。

（2）PositionInterpolator位置插补器节点：位置插补器中定义了关键点(Key)和对应的关键值(KeyVal-ue)，然后执行简单的动态计算，形成平滑的动画轨迹，而后在时间传感器和位置传感器之间添加路由，在位置传感器和模型之间添加路由，从而实现动画设计。

（3）触动检测器节点：接触检测器(touchSensor)创建用户感应物体功能；邻近检测器(proximitySensor)自动感应用户进入的特定区域；时间检测器(timeSen-sor)控制事件的启动和停止。

（4）感知节点：当特定部分变成用户可见时，可见性检测器(visibilitySensor)自动察觉，用来感应观察者和虚拟现实的接触程度。在VRML中的行为和交互性是通过事件驱动机制工作的，用户与场景的交互、动画的运行等都是通过各种事件的发送来完成的。通过在几个节点之间事件流的传送，可以实现动画过程。

在简单的VRML动画中，TimeSensor不断地发送出时间片信息，Interpolator节点接收到时间片后根据设定好的关键点，通过插值计算送出动画数据，这种动画数据被送给对象节点去改变某些对象属性，如空间位置、旋转角度等，从而生成所需要的动画。但遇到复杂的动画设计时，单用插值器是不能实现的，所以VRML提供了另一种机制，即用Script节点取代插值器节点，在Script节点中可以加入代码，这些代码可以根据不同动画的需求生成并输出动画数据。

结束语

利用基于VRML的虚拟现实技术来开发一些远程教育教学资源，极大的增强了远程教育中学生身临其境的参与感，可以大大的激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

作者：张向华董晓英叶霞蒋琴仙毕伟单位：江苏技术师范学院机械与汽车工程学院