【正文】 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高質(zhì)量的教育與培訓(xùn)系統(tǒng)；本次研究以技術(shù)研究為主，具體的目標(biāo)是要開發(fā)出一個在普通PC機(jī)上運行的基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)，它主要由七個部份組成，其邏輯結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。小數(shù)據(jù)量意味著同樣大小的磁盤空間存儲更多的圖片，同時也意味著用戶對場景的操縱更加迅速。任何欣賞QuickTime VR場景的用戶無須配戴欣賞一般虛擬現(xiàn)實技術(shù)影片所要求的昂貴的特殊頭盔、特殊眼鏡和數(shù)據(jù)手套，所有對場景的操縱僅用普通鼠標(biāo)、鍵盤就可完成。在將幾何模型轉(zhuǎn)變?yōu)槠聊粓D像的過程中，我們需要解決隱藏面和隱藏線消除、光照強(qiáng)度計算及由物體空間到圖像空間的投影等三個問題，而在基于圖像的實時動態(tài)顯示中，當(dāng)需要由已知圖像產(chǎn)生其它圖像時，同樣需要解決以上三個問題，也就是如何確定在不同的已知圖像中同一物體的對應(yīng)點，并找到它在所求圖像中的位置，如何求出該點應(yīng)有的光亮度值以及如何在所求圖像中正確反映出物體之間的前后關(guān)系。用戶從存儲介質(zhì)中調(diào)出全景圖即可形成對三維復(fù)雜場景的漫游。設(shè)屏幕分辨率為10001000=100萬個象素，那么，每個面片平均只占據(jù)3個象素?；趲缀文Ｐ偷膶崟r建模與動態(tài)顯示是計算機(jī)圖形學(xué)中的傳統(tǒng)方法。場景（Scenes）：QuickTime VR的場景指的是把一個或多個全景圖象或?qū)ο箅娪巴ㄟ^熱點這種手段連接后的全景圖象和對象電影的有序集合體。這就是QuickTime VR工作的基本原理。概括地講是一種基于靜態(tài)圖象處理的，在微機(jī)平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級虛擬現(xiàn)實技術(shù)。它也提供了使任何可以運行QuickTime的機(jī)器上的壓縮PICT文件都可以自解壓的功能。例如，一段包含視頻信息的影片可以包括視頻數(shù)據(jù)和伴隨視頻數(shù)據(jù)的音頻數(shù)據(jù)。而動畫圖象通過確定出現(xiàn)在不同位置的圖象來描述幀。每秒中度過的時間單位的數(shù)量量化了時間尺度。應(yīng)用程序使用組件是通過調(diào)用系統(tǒng)級的組件管理器。③ 組件QuickTime支持組件使應(yīng)用程序不需要知道QuickTime用什么技術(shù)和設(shè)備來工作的。② 媒體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的視頻由連續(xù)的數(shù)據(jù)流組成。除了處理視頻數(shù)據(jù)以外，動畫圖象，矢量圖，多音軌，MIDI音樂，三維立體，虛擬現(xiàn)實全景和虛擬現(xiàn)實的物體，當(dāng)然還包括文本。同時，該軟件還為電影中的每個場景配有一張導(dǎo)航圖，在導(dǎo)航圖中，觀眾可以看到自己在場景中位置，以免迷失在這個虛擬空間中。它能模擬人在空間的行，向四方觀望，還加人了聲音的效果。同時，提供了一張鳥瞰圖作為導(dǎo)航圖，用來標(biāo)志用戶地點，提示關(guān)鍵場所和出局信息。第四，QuickTime VR在軟件的支持下，支持網(wǎng)絡(luò)功能。這次研究我們使用基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)（QuickTime VR）來開發(fā)一種網(wǎng)絡(luò)課件的寫作系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育的另一個典型例子是在化學(xué)教育中的應(yīng)用。在體育課上，學(xué)生可以進(jìn)入仿真環(huán)境，去親自實踐一位NBA冠軍隊員蘭球場上的表演。認(rèn)知靈活性理論（Cognitive Flexibility Theory，CFT）提出：復(fù)雜的知識通過在新的實例情景中的靈活應(yīng)用，可以學(xué)習(xí)的更好。該項目是由美國國防部推動的一項標(biāo)準(zhǔn)，目的是使各種不同的仿真器可以在巨型網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)，它是美國國防高級研究計劃局1980年提出的SIMNET計劃的產(chǎn)物。這是目前沉浸度最高的一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。VRML（虛擬現(xiàn)實造型語言）：它是一種在Internet網(wǎng)上應(yīng)用極具前景的技術(shù)，它采用描述性的文本語言描述基本的三維物體的造型，通過一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場景。在實際應(yīng)用中，不同虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計的側(cè)重點和所受約束各不相同。這些手段使得參與者能夠?qū)μ摂M環(huán)境進(jìn)行實時的操縱，能從虛擬環(huán)境中得到反饋信息，也能便系統(tǒng)了解參與者的關(guān)鍵部位的位置、狀態(tài)、變形等各種系統(tǒng)需要知道的數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是要利用各種先進(jìn)的硬件技術(shù)及軟件工具，設(shè)計出合理的硬件、軟件及交互手段，使參與者能交互式地觀察和操縱系統(tǒng)生成的虛擬世界。ALE給學(xué)生一個提供一個明確的任務(wù)，創(chuàng)造一種情景讓學(xué)生來完成這個任務(wù)，在此期間提供指導(dǎo)以幫助學(xué)生獲得成功。某一節(jié)的課文內(nèi)容顯然是當(dāng)前所要學(xué)習(xí)的知識，但是一節(jié)課總是由若干知識點組成的，而各個知識點的重要性是不相同的：有的屬于基本概念、基本原理(是教學(xué)目標(biāo)要求必須“掌握”的內(nèi)容)；有的則屬于一般的事實性知識或當(dāng)前學(xué)習(xí)階段只需要知道還無需掌握的知識(對這類知識教學(xué)目標(biāo)只要求“了解”)。⑹ 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的最終目的是完成意義建構(gòu)(而非完成教學(xué)目標(biāo))[1]在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)目標(biāo)是高于一切的，它既是教學(xué)過程的出發(fā)點，又是教學(xué)過程的歸宿。這是因為，教學(xué)意味著更多的控制與支配，而學(xué)習(xí)則意味著更多的主動與自由。學(xué)生們在教師的組織和引導(dǎo)下一起討論和交流，共同建立起學(xué)習(xí)群體并成為其中的一員。它有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于按教學(xué)目標(biāo)的要求來組織教學(xué)。知識獲取包括讓寫作者提供內(nèi)容知識然后以幀的形式存放在知識庫中，產(chǎn)生問題并存儲于問題庫中，確定媒體表現(xiàn)形式并將相應(yīng)媒體形式存于資源庫中。WWW技術(shù)的主要組成部分之一就是HTML語言（HyperText Markup Language），它實現(xiàn)了WWW上信息的超文本聯(lián)接。它支持寫作語言，提供了比較齊全的語句。這類多媒體寫作工具是目前使用的最為廣泛的，它們大體可以分為四個主要的類別：基于頁面（框面、卡片、幀）的，基于流程線（圖標(biāo)）的，基于時序的和基于腳本的。2．當(dāng)前的課件寫作系統(tǒng)概述1）交互式可視化多媒體集成環(huán)境CAI課件最初是用通用程序設(shè)計語言直接編寫的，這些語言有Visual Basic、Delphi、Visual C++等。利用Internet來進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，與傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式相比，有如下優(yōu)勢：1) 極大的增強(qiáng)了教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的交互性、打破了教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的相對孤立狀態(tài)。由于傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式的諸多局限性，從而造成教學(xué)效率低下，學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性不高。世界信息化的進(jìn)程給人類社會的再一次騰飛帶來了新的機(jī)遇，由于Internet本身就是在教育科技領(lǐng)域內(nèi)首先發(fā)展起來的，它反過來當(dāng)然對教育系統(tǒng)也會產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)教學(xué)設(shè)計的理論將虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機(jī)地融入到教學(xué)軟件的設(shè)計中，可以創(chuàng)建真實的情景學(xué)習(xí)環(huán)境，具有巨大的應(yīng)用潛力。Internet 作為一條連接世界的信息高速公路，具有其他任何媒體不可比擬的資源優(yōu)勢。國際互連網(wǎng)絡(luò)棗Internet就是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最新高度。在通過郵政系統(tǒng)實現(xiàn)的遠(yuǎn)距離教育中，可以實現(xiàn)一些交互性，但時間長，手續(xù)繁瑣，費時費力，而在電視廣播中，學(xué)生則處于無可選擇的被動接收之中。利用Internet，可以在諸多學(xué)校之間共享優(yōu)秀的教師資源，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，縮短由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先后而引起的教育水平的差異。它必將在我國和世界范圍內(nèi)的遠(yuǎn)距離教育領(lǐng)域起越來越重要的影。此外，它們還支持寫作語言，為課件寫作者更加精確、靈活地控制課件的運行方式提供了條件。除具備常見的多媒體寫作工具的基本功能外，它還提供多種做練習(xí)的方式、判題、評分、記分及反饋處理的方法，具有豐富的數(shù)學(xué)處理能力，包括表達(dá)式自動排版和直觀顯示、數(shù)值計算、符號演算、函數(shù)繪圖等。由于WWW的信息管理和通信方式與單機(jī)的巨大差別，可視化多媒體集成環(huán)境已經(jīng)不能使用Internet網(wǎng)上應(yīng)用的要求，新的適用于網(wǎng)絡(luò)運行的編程語言便產(chǎn)生了。用它開發(fā)一個課件需要三個步驟：知識獲取、課程構(gòu)建（curriculum construction）和教學(xué)策略形成。其教學(xué)設(shè)計的目的是如何幫助教師把課備好、教好，而很少考慮學(xué)生“如何學(xué)”的問題。這是建構(gòu)主義的核心概念之一。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計應(yīng)是針對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計而非教學(xué)環(huán)境的設(shè)計。顯然，這些問題在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計中是不會碰到或是很少碰到的，而在以“學(xué)”為中心的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，則成為急待解決的普遍性問題。因為“意義建構(gòu)”是指對當(dāng)前所學(xué)知識的意義進(jìn)行建構(gòu)，而“當(dāng)前所學(xué)知識”這一概念是含糊的、籠統(tǒng)的。在學(xué)習(xí)中建構(gòu)認(rèn)知情景可以從以下幾個方面著手：⑴ 在真實活動中建模知識；⑵ 通過臺架或教練來引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)；⑶ 讓學(xué)生連接、組織其零散的知識并區(qū)分無效的策略與錯誤的觀念；⑷ 逐漸減少幫助，以培養(yǎng)學(xué)生能力；4）主動學(xué)習(xí)環(huán)境主動學(xué)習(xí)環(huán)境（Action Learning Environment，ALE）正是在認(rèn)知理論的基礎(chǔ)上提出的。它的最重要的目標(biāo)就是真實的體驗和方便自然的人機(jī)交互，能夠達(dá)到或者部分達(dá)到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)就稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。第二，系統(tǒng)要能提供方便的、豐富的、主要是基于自然技能的人機(jī)交互手段。有的應(yīng)用也不需要完全的沉浸和投入，例如增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)。常見桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)：這種技術(shù)不采用傳統(tǒng)的利用計算機(jī)生成圖像的方式，而采用連續(xù)拍攝的的圖像和視頻，在計算機(jī)中拼接以建立的實景化虛擬空間，這使得高度復(fù)雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計算代價得到，從而使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)可能在PC平臺上實現(xiàn)。通過語音識別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實世界一樣。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)和SIMNET，作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(Defense Simulation Internet， DSI)是目前最大的VR項目之一。在傳統(tǒng)的課堂講授中，由于不能提供實際情境所具有的生動性、豐富性，因而將使學(xué)習(xí)者對知識的意義建構(gòu)發(fā)生困難。將世界上各種教育虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實時聯(lián)網(wǎng)，這對增強(qiáng)學(xué)習(xí)實踐提供了數(shù)不清的途徑。這樣，醫(yī)學(xué)院的大學(xué)生不必冒任何醫(yī)療事故的風(fēng)險就可以反復(fù)實習(xí)手術(shù)中的各種實際操作。正是因為以往的虛擬現(xiàn)實技術(shù)過分依賴于昂貴的專業(yè)設(shè)備，雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域具有其他媒體不可比擬的“真實性”優(yōu)勢，但卻不能廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。 生成場景，使得素材的準(zhǔn)備工作變得非常簡單。對小城的一些有名建筑，還能在那里停下來存有關(guān)的資料（資料可以是圖象，聲音，文本，視頻……）。初始時只裝人全景圖象的一部分，移動時再調(diào)人相應(yīng)的塊。電影中各場景之間通過熱點相互連接，觀眾可以根據(jù)自己的意愿在電影中選擇觀看自己感興趣的東西。應(yīng)用程序可以用QuickTime 來生成，顯示，編輯，拷貝，壓縮影片和影片數(shù)據(jù)，就象通常操縱文本文件和靜止圖象那樣。應(yīng)用程序和其它各種軟件也可以用QuickTime原子結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)。媒體結(jié)構(gòu)和編輯列表是做為QuickTime原子來實現(xiàn)的。其它的應(yīng)用程序通過連接你的組件也可以實現(xiàn)這些加密算法，而不用它們自己再來實現(xiàn)這個加密算法。時間尺度以時間單位表示。⑤ 動畫圖象在傳統(tǒng)的視頻動畫中，你通過確定每個象素的顏色來描述幀。單獨一段影片可以容納好幾種數(shù)據(jù)。它提供了系統(tǒng)集成函數(shù)用來存儲壓縮圖象，作為Macintosh機(jī)上的PICT文件和Windows下的DIB文件。(3)工具：包括有時鐘組件、標(biāo)準(zhǔn)聲音組件、順序抓取組件、順序抓取通道組件、文本軌道組件、順序抓取面板組件等2．QuickTime VR的基本概念及其產(chǎn)品的基本開發(fā)流程1）什么是QuickTime VRQuickTime VR是QuickTime Virtual Reality 的簡稱，它是美國蘋果公司在QuickTime技術(shù)基礎(chǔ)之上開發(fā)的新一代虛擬現(xiàn)實技術(shù)。同樣無論無論我們是野外海邊，還是在復(fù)雜如迷宮的博物館，辦公室或航空母艦上，通過建立以實景為基礎(chǔ)的全景圖象，就可以對我們的周圍進(jìn)行觀擦，如果輔以聲音，也可以獲得較好的隨意觀察、交互訪問的效果?？梢赃@樣說：QuickTime VR的全景圖象是從空間中的節(jié)點來看周圍360度的景物所生成的視圖，而物體則剛好相反，它是從分布在以一件物體（即物體）為中心的立體360度的球面上的眾多視點來看一件物體，從而生成的對一件物體全方位的圖象信息。一是基于幾何模型的實時建模與動態(tài)顯示；二是基于圖像的實時建模與動態(tài)顯示，QuickTime VR就是采用基于圖像的三維建模與動態(tài)顯示技術(shù)。設(shè)工作站的處理能力為每秒300萬個面片，而刷新頻率為每秒10幀，那么，平均起來每幀需處理30萬個面片。對拼接好的圖像實行切割及壓縮存儲，形成全景圖。這時，需要解決圖像插值時可能出現(xiàn)的空洞或重疊等問題。③性能特點：設(shè)備簡單：不需要昂貴的設(shè)備，就可以體驗真正的虛擬現(xiàn)實。相對于其它虛擬現(xiàn)實技術(shù)，QuickTime VR 影片數(shù)據(jù)量極小。與多媒體軟件的比較：多媒體在感知領(lǐng)域的應(yīng)用不及VR廣泛，且多媒體技術(shù)所操縱的對象都是二維的，QuickTime VR技術(shù)擁有比多媒體技術(shù)更強(qiáng)的真實感.五、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)1．系統(tǒng)研究的目標(biāo)本次研究的目標(biāo)包括兩個方面：理論研究和技術(shù)研究，以技術(shù)研究為主。物體電影播放器包括兩個部份，一個是獨立的播放軟件，專門用于播放物體電影文件；第二，為了將QTVR整合應(yīng)用到其它多媒體開發(fā)軟件中，需要編制一套播放軟件的動態(tài)鏈接庫，使得其它程序開發(fā)工具（如Visual C++、Visual Basic、Delphi、AuthorWare等）能夠?qū)TVR的物體電影文件作為一種新型的媒體素材加以利用，這可以大大促進(jìn)QTVR的廣泛應(yīng)用。在本系統(tǒng)中，為了將QTVR的全景電影文件、物體電影文件和圖像、聲音、文本等傳統(tǒng)媒體元素有機(jī)地集成到一個網(wǎng)絡(luò)課件中，我們設(shè)計了這個多媒體集成器。此插件根據(jù)此網(wǎng)絡(luò)課件的腳本自動生成一個HTML文檔，在客戶端的瀏覽器中完成QTVR文件的實時播放，并實現(xiàn)各媒體之間的超連接關(guān)系。另外，我們試圖開發(fā)一個播放QuickTime VR影片的VB控件，此控件可實施商品化。參考文獻(xiàn)1. 何克抗，《從信息時代的教育與培訓(xùn)看教學(xué)設(shè)計理論的新發(fā)展》，“21世紀(jì)教育與培訓(xùn)的革新和挑戰(zhàn)”國際會議（香港）大會特邀