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摘要随着计算机和网络技术的不断进步,Web3D技术以其自身的优势在教育领域起到了广泛的作用与影响。本文简述了Web3D的基本知识,简要分析了Web3d技术目前在的教学中的应用。
关键词Web3D 虚拟现实
中图分类号:G420文献标识码:A
0 引言
随着计算机和网络技术的不断进步,使我们的教育方式产生了重大变革,它不仅是教学方法和手段的变革,同时也引起了教育思想,教育理论以及教育模式的深层次的变革。当前基于计算机和网络的自主学习成为人们学习的主要学习方式。以计算机网络和计算机三维图形学为基础的Web3D技术,以其逼真的三维性,灵活的交互性,较小的文件量等特点在多个领域得到发展应用。Web3D技术在教学中增强了学习的互动性,参与性和真实感,打破了教学的地域和时空的局限,实现了双向交互和实时交流,同时降低了教学成本,提高了学习的质量,在教育领域中具有很强的应用潜力。
1 Web3D技术概述
虚拟现实(VirtualReality,简称VR),也称灵境技术,是一种通过计算机硬件技术和软件技术生成逼真三维虚拟环境的人机界面技术。虚拟现实一词最早由美国VPL公的创建人拉尼尔(Jaron Lanier)于20世纪80年代提出的,它是以“I3”,即沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination)为主要特征的综合性信息技术。Web3D技术是虚拟现实技术中一种实现形式,它是基于互联网的三维技术,其本质就是在网络上实现3D。网络性、三维性和交互性是Web3D的主要特征。
Web3D技术最早可追溯到VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虚拟现实建模语言。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW会议上,首次正式提出了VRML,同年公布了规范的VRML1.0草案。1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议上公布通过了规范的VRML2.0第一版,它对 VRML1.0进行了很大的补充和完善。1997年VRML作为国际标准正式发布,1998年正式获得国际标准化组织ISO批准简称VRML97。1998年VRML组织更名为Web3D组织,同时制订了新的标准X3D,2000年春天,Web3D组织完成了VRML到X3D的转换。
目前,Web3D还没有统一的技术标准。现在市场上有Cult3D,Viewpoint,Fluid3D,Java3D,Atmosphere、Shout3D,Superscape,ShockWave3D等进三十种技术,它们大都需要自己插件的支持。
2 Web3d技术应用于教学的优势
传统的多媒体教学,集文本、图片、声音、动画、视频于一身,在教学中发挥了其自身优势。但是,在使用过程中它的不足之处也逐渐显现出来。首先,传统的多媒体教学,多为平面展示,显示方式较为单一,对那些抽象的三维形体和行为来说,二维多媒体课件并不能给予全面的展示;其次,传统的多媒体教学主要用于课堂演示,学生的思考思路受到设计者设计思路的限制,限制了学生的思维,较为被动,交互性不强,灵活性不够。Web3D在教学中的应用相比传统的教学,在这些方面显示出独有的优势:
(1)突破思维的瓶颈,提高教学质量和学生的学习兴趣。在教学中,对语言无法表达清楚的内容,利用Web3D技术形象逼真的展示,解决了教学中的难点,突破了学生思维的瓶颈,提高了教学质量和学生的学习兴趣。
(2)弥补实验条件的不足,提高学生的动手能力。受实验场地,实验设备,教学经费等各种因素的限制,对以前无法完成的实验,利用Web3D技术进行虚拟实验,克服了实验场地,实验设备,教学经费等方面的困难,同时降低了实验的成本。学生在直接参与实验的过程,获得了感性的认识,加深了对实验内容的理解,提高了动手能力,培养了学生的探索创新意识。
(3)进一步打破了时间、空间的限制。利用Web3D技术,进一步打破了时间、空间的限制。Web3D技术可以构建出大到宇宙天体,小到原子微粒,供学生观察了解。对于时间跨度大的变化过程,也可以利用Web3D技术进行模拟。
3 Web3D技术的教学应用现状
以沉浸性、交互性、构想性为主要特征的虚拟现实与当前建构主义学习理论和人本主义学习理论密切联系。建构主义学习理论认为,学生的亲身体验要远胜于间接体验,而且更能激发学生的主动性。同时,人本主义学习理论主张以学生为中心,强调学生的个性发展,调动学生内在的学习动机。基于Web3D的虚拟学习环境使人与计算机很好的融合,身临其境,实现了以学生为中心的学习环境,充分调动了学生的参与性,提高了学生的学习主动性。
3.1 利用Web3D进行三维立体演示
使用HTML(超文本编辑语言)编写的教学课件虽然也集成了文字、图形、声音、视频、动画等,但还是以二维平面为主要特征,而且这种教学课件基本上是课本的翻版,是教案的拷贝,只能阅读不能交互。三维展现形式能真实的展示事物的外部形态和内部结构,例如分子和原子结构,使抽象问题形象化,便于学生的理解和掌握。加之Web3D的交互特性,使观众拥有自行浏览权,观众可以自由控制观看的角度,以及动画的进行。利用Web3D进行三维立体演示使学习者突破思维的瓶颈,对事物的体会和认识更加深刻,从而提高了教师的教学质量和学生的学习兴趣。 (下转第13页)(上接第11页)
3.2 利用Web3D进行虚拟教学实验
许多的实际经验告诉我们,“做比听和说更能接受更多的信息”。由于实验场地,实验设备,教学经费等各种因素的限制,导致目前实验课程开设不足,学生的动手实验能力,知识的综合运用不强,而且一些具有危险性、抽象性的实验难以开设。 Web3D使学生使用模拟实验仪器进行装置实验,在满足实验要求的情况下,保证学生独立完成实验,对实验的体会更加的深刻。
目前,我国很多高校针对教学实际,开发出适合自己教学的虚拟实验室。山东理工大学的葛文庆设计的基于 Java3D技术的工程制图课程虚拟实验系统实现了对实验影响因素的参数化控制和图形投影变换方法的控制,可帮助学生建立正确的形体概念 、投影概念,易于对课程难点内容加以理解。可有效地克服传统工程制图实验教学的缺陷,有利于提高学生的图形认知能力和水平。福建师范大学开发的虚拟光学实验,其分光计的三维操作模型在网络浏览器中该模型可以任意翻转、任意分解,可以从任何角度对仪器进行观察,可以实际操作该仪器,同时给出提示。并设计了学生加入该实验室的虚拟身份,使用者可以如同加入游戏一样加入实验系统,以达到身临其境的感觉,该设计的引入为实验室的设备基本使用介绍提供了良好的解决方案,大大降低了实验设备中由于学生对设备的不熟悉而带来的设备损坏 。
3.3 利用Web3D进行场景漫游
利用Web3D可以实现真实场景的虚拟漫游,参观世界上你不可能到達的博物馆,可以漫游久负盛名的名胜和宏伟建筑群等景物景点,研究从未对公众开放过的私人收藏的绘画或雕塑,甚至可以参观各种建筑。我国开发制作的敦煌莫高窟博物馆参观系统、中国的故宫具有一定代表性。虚拟校园时虚拟技术在教育领域中最早的应用,基于虚拟现实技术的大学校园漫游系统,对展示学校风貌、提升学校形象,增进国内外对学校的了解起到了很大作用。如香港中文大学建立的虚拟校园漫游系统。
4 总结
Web3D技术以其自身的特点,改变了我们的教学模式,提高了我们的教学质量,激发了学生的学习热情。Web3D技术在教学中的优势和潜力在以后的教学中将会更加充分的发挥出来。
参考文献
[1]刘锴.基于Web3D的虚拟实验实现技术的比较与分析.中国教育信息化,2008.
[2]康凤.虚拟现实在远程教育中的应用及其实现.成都教育学院学报,2006(6).
关键词Web3D 虚拟现实
中图分类号:G420文献标识码:A
0 引言
随着计算机和网络技术的不断进步,使我们的教育方式产生了重大变革,它不仅是教学方法和手段的变革,同时也引起了教育思想,教育理论以及教育模式的深层次的变革。当前基于计算机和网络的自主学习成为人们学习的主要学习方式。以计算机网络和计算机三维图形学为基础的Web3D技术,以其逼真的三维性,灵活的交互性,较小的文件量等特点在多个领域得到发展应用。Web3D技术在教学中增强了学习的互动性,参与性和真实感,打破了教学的地域和时空的局限,实现了双向交互和实时交流,同时降低了教学成本,提高了学习的质量,在教育领域中具有很强的应用潜力。
1 Web3D技术概述
虚拟现实(VirtualReality,简称VR),也称灵境技术,是一种通过计算机硬件技术和软件技术生成逼真三维虚拟环境的人机界面技术。虚拟现实一词最早由美国VPL公的创建人拉尼尔(Jaron Lanier)于20世纪80年代提出的,它是以“I3”,即沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination)为主要特征的综合性信息技术。Web3D技术是虚拟现实技术中一种实现形式,它是基于互联网的三维技术,其本质就是在网络上实现3D。网络性、三维性和交互性是Web3D的主要特征。
Web3D技术最早可追溯到VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虚拟现实建模语言。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW会议上,首次正式提出了VRML,同年公布了规范的VRML1.0草案。1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议上公布通过了规范的VRML2.0第一版,它对 VRML1.0进行了很大的补充和完善。1997年VRML作为国际标准正式发布,1998年正式获得国际标准化组织ISO批准简称VRML97。1998年VRML组织更名为Web3D组织,同时制订了新的标准X3D,2000年春天,Web3D组织完成了VRML到X3D的转换。
目前,Web3D还没有统一的技术标准。现在市场上有Cult3D,Viewpoint,Fluid3D,Java3D,Atmosphere、Shout3D,Superscape,ShockWave3D等进三十种技术,它们大都需要自己插件的支持。
2 Web3d技术应用于教学的优势
传统的多媒体教学,集文本、图片、声音、动画、视频于一身,在教学中发挥了其自身优势。但是,在使用过程中它的不足之处也逐渐显现出来。首先,传统的多媒体教学,多为平面展示,显示方式较为单一,对那些抽象的三维形体和行为来说,二维多媒体课件并不能给予全面的展示;其次,传统的多媒体教学主要用于课堂演示,学生的思考思路受到设计者设计思路的限制,限制了学生的思维,较为被动,交互性不强,灵活性不够。Web3D在教学中的应用相比传统的教学,在这些方面显示出独有的优势:
(1)突破思维的瓶颈,提高教学质量和学生的学习兴趣。在教学中,对语言无法表达清楚的内容,利用Web3D技术形象逼真的展示,解决了教学中的难点,突破了学生思维的瓶颈,提高了教学质量和学生的学习兴趣。
(2)弥补实验条件的不足,提高学生的动手能力。受实验场地,实验设备,教学经费等各种因素的限制,对以前无法完成的实验,利用Web3D技术进行虚拟实验,克服了实验场地,实验设备,教学经费等方面的困难,同时降低了实验的成本。学生在直接参与实验的过程,获得了感性的认识,加深了对实验内容的理解,提高了动手能力,培养了学生的探索创新意识。
(3)进一步打破了时间、空间的限制。利用Web3D技术,进一步打破了时间、空间的限制。Web3D技术可以构建出大到宇宙天体,小到原子微粒,供学生观察了解。对于时间跨度大的变化过程,也可以利用Web3D技术进行模拟。
3 Web3D技术的教学应用现状
以沉浸性、交互性、构想性为主要特征的虚拟现实与当前建构主义学习理论和人本主义学习理论密切联系。建构主义学习理论认为,学生的亲身体验要远胜于间接体验,而且更能激发学生的主动性。同时,人本主义学习理论主张以学生为中心,强调学生的个性发展,调动学生内在的学习动机。基于Web3D的虚拟学习环境使人与计算机很好的融合,身临其境,实现了以学生为中心的学习环境,充分调动了学生的参与性,提高了学生的学习主动性。
3.1 利用Web3D进行三维立体演示
使用HTML(超文本编辑语言)编写的教学课件虽然也集成了文字、图形、声音、视频、动画等,但还是以二维平面为主要特征,而且这种教学课件基本上是课本的翻版,是教案的拷贝,只能阅读不能交互。三维展现形式能真实的展示事物的外部形态和内部结构,例如分子和原子结构,使抽象问题形象化,便于学生的理解和掌握。加之Web3D的交互特性,使观众拥有自行浏览权,观众可以自由控制观看的角度,以及动画的进行。利用Web3D进行三维立体演示使学习者突破思维的瓶颈,对事物的体会和认识更加深刻,从而提高了教师的教学质量和学生的学习兴趣。 (下转第13页)(上接第11页)
3.2 利用Web3D进行虚拟教学实验
许多的实际经验告诉我们,“做比听和说更能接受更多的信息”。由于实验场地,实验设备,教学经费等各种因素的限制,导致目前实验课程开设不足,学生的动手实验能力,知识的综合运用不强,而且一些具有危险性、抽象性的实验难以开设。 Web3D使学生使用模拟实验仪器进行装置实验,在满足实验要求的情况下,保证学生独立完成实验,对实验的体会更加的深刻。
目前,我国很多高校针对教学实际,开发出适合自己教学的虚拟实验室。山东理工大学的葛文庆设计的基于 Java3D技术的工程制图课程虚拟实验系统实现了对实验影响因素的参数化控制和图形投影变换方法的控制,可帮助学生建立正确的形体概念 、投影概念,易于对课程难点内容加以理解。可有效地克服传统工程制图实验教学的缺陷,有利于提高学生的图形认知能力和水平。福建师范大学开发的虚拟光学实验,其分光计的三维操作模型在网络浏览器中该模型可以任意翻转、任意分解,可以从任何角度对仪器进行观察,可以实际操作该仪器,同时给出提示。并设计了学生加入该实验室的虚拟身份,使用者可以如同加入游戏一样加入实验系统,以达到身临其境的感觉,该设计的引入为实验室的设备基本使用介绍提供了良好的解决方案,大大降低了实验设备中由于学生对设备的不熟悉而带来的设备损坏 。
3.3 利用Web3D进行场景漫游
利用Web3D可以实现真实场景的虚拟漫游,参观世界上你不可能到達的博物馆,可以漫游久负盛名的名胜和宏伟建筑群等景物景点,研究从未对公众开放过的私人收藏的绘画或雕塑,甚至可以参观各种建筑。我国开发制作的敦煌莫高窟博物馆参观系统、中国的故宫具有一定代表性。虚拟校园时虚拟技术在教育领域中最早的应用,基于虚拟现实技术的大学校园漫游系统,对展示学校风貌、提升学校形象,增进国内外对学校的了解起到了很大作用。如香港中文大学建立的虚拟校园漫游系统。
4 总结
Web3D技术以其自身的特点,改变了我们的教学模式,提高了我们的教学质量,激发了学生的学习热情。Web3D技术在教学中的优势和潜力在以后的教学中将会更加充分的发挥出来。
参考文献
[1]刘锴.基于Web3D的虚拟实验实现技术的比较与分析.中国教育信息化,2008.
[2]康凤.虚拟现实在远程教育中的应用及其实现.成都教育学院学报,2006(6).