一种基于三维虚拟教师的课程教学模式设计与实现

摘要

进入二十一世纪，网络技术和终端设备迅速发展，基于网络的在线学习概念深入人心。然而，基于网络的在线学习是一种教与学分离的学习方式，通常会导致师生间缺乏情感交流，还会减弱学生的学习热情。三维虚拟教师的出现，很好的解决了这一问题。
　　本文考虑现实中教师的特点，设计并实现了三维虚拟教师智能授课实体。三维虚拟教师设计分为四个部分，即框架结构设计、形象外貌设计、情感合成控制设计以及语音交互设计。三维虚拟教师从三个方面进行实现:首先，本文借助Maya平台构建了三维虚拟教师的基础模型，借助学校的动作捕捉实验室以光学式的方式采集动作捕捉数据;然后，借助MotionBuilder平台并结合Maya平台构建的三维虚拟教师的基础模型制作动画;最后，构建一个三维虚拟教师智能教学平台，借助科大讯飞语音交互平台并以《多媒体技术与应用》为例展示三维虚拟教师的教学过程。
　　通过设计与实现，本文得到了三维虚拟教师智能授课实体，借助《多媒体技术与应用》课程展示了课程教学过程。通过对语音识别、语音响应以及问答准确率的测试，最终获得的结果满足现实要求，说明三维虚拟教师达到预期。
　　本课题的特点主要包括:
　　(1)联合使用MotionBuilder平台和Maya平台，构建三维虚拟教师实体模型。
　　(2)利用三维虚拟教师智能教学平台，构建三维虚拟教师智能教学过程的整体框架结构。
　　(3)以《多媒体技术与应用》课程为示范，重点设计了三维虚拟教师授课教学过程，实现了三维虚拟教师教学过程的行为和认知表达以及设计了三维虚拟教师人物授课过程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究目的和意义

1．4 论文研究内容及组织结构

1．4．1 论文的主要内容

1．4．2 论文的组织结构

2 相关理论和技术支撑

2．1 虚拟现实技术

2．2 虚拟人技术

2．3 动作捕捉技术

2．4 三维虚拟教师人物建模平台Maya

2．4．1 Maya平台简介

2．4．2 Maya平台的特点

2．5 三维虚拟教师角色动画平台MotionBuilder

2．5．1 Motionbuilder平台简介

2．5．2 Motionbuilder平台与Maya平台的结合

2．6 科大讯飞语音交互平台

2．7 本章小结

3 三维虚拟教师智能授课实体设计

3．1 三维虚拟教师框架结构设计

3．2 三维虚拟教师形象模型设计

3．2．1 三维虚拟教师形象模型设计原则

3．2．2 三维虚拟教师形象模型外貌设计

3．2．3 三维虚拟教师形象模型教学动作设计

3．3 三维虚拟教师情感合成控制设计

3．4 三维虚拟教师语音交互设计

3．4．1 语音识别技术设计

3．4．2 语音合成技术设计

3．5 本章小结

4 三维虚拟教师智能授课实体实现

4．1．1 创建三维虚拟教师基础模型

4．1．2 三维虚拟教师的和骨骼绑定和贴图

4．2 动作捕捉数据采集与处理

4．2．1 动作捕捉数据采集

4．2．2 动作捕捉数据处理

4．3 语音交互的实现

4．3．1 语音交互流程

4．3．2 语音数据库设计

4．3．3 语音交互

4．4 本章小结

5 三维虚拟教师测试与效果分析

5．1 三维虚拟教师教学过程展示——以《多媒体技术与应用》为例

5．2 系统测试及效果分析

5．2．1 系统测试

5．2．2 效果分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目和科研成果

致谢