基于VR展示与交互的教学系统设计与实现

摘要

在科技日益发展的现今，传统的课堂教学模式已经不能满足学生获取知识的欲望，它在一定程度上限制了学生们的开拓性思维，使其思维只能跟着教师平向地发展，学生的学习模式大致相同，局限了他们的自主能动性。再者，听课的场所只局限于教室中，枯燥的学习环境、固定的教学模式及教学内容导致学生们失去探索知识的兴致。
　　为了解决传统教学模式场所的固定单一、学习内容有限等问题，并能够唤起学生的兴趣，培养学生自主学习以及独立思考的能力，世界各国的教学机构都在尝试利用最新技术，如多媒体技术、网络技术等建立新的教学模式。但对于如《电影史》这一类知识结构松散，知识点丰富、知识面较广的课程，多媒体与网络教学仍然没有满足教师和学生对“传道授业”、“温故知新”的需要。
　　本文设计和开发了一套基于VR（虚拟现实,Virtual Reality）展示和互动的教学系统，以《电影史》这门课程的教学作为实例进行设计和实现。VR技术中的实时三维空间表现能力、人机交互的操作环境，为改善现有的课堂理论教学模式提供了一种新的解决方法。此教学模式以形象化的教学内容、游戏式的学习方式唤起学生的主动性，学生可以寻找兴趣点，由点及面的进行知识扩充，通过实时交互的课程空间做到“寓教于乐”。
　　论文主要研究内容与研究成果包括：
　　1.完成了基于3D虚拟场景和互动的电影史教学系统的总体设计。通过对国内外应用VR技术进行教学的现状进行分析与整理，找到了其中的优点与弊端，从而合理地对电影史虚拟教学系统进行设计，设计内容包括教学理论基础的设计、教学内容的设计、技术构架的设计、展厅场景的设计、互动设计。
　　2.基于总体设计方案，建立教学系统的技术构架并开发实现了该系统。突出该教学系统的概念与特征，展示游戏式教学模式的优越性。以教学理论基础为主线，筛选合适的教学内容，采用Maya对三维场景的搭建和Unity3D游戏引擎完成了系统的互动实现。
　　3.对系统进行了应用测试。此教学系统主要用到Unity3D技术制作完成。最终获得的可执行程序经过某校电影史教学课程老师检验后，在校图书馆试运行。通过对该系统的用户人群进行问卷调查的方式，初步验证了该教学系统的优点与不足：大部分用户在主观能动性、互动性、便捷性等方面都给予了肯定，但不可否认此教学系统在运行速度上还有待提升。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 VR技术的现状与发展

1.3 本课题的研究目的和主要内容

1.4 论文的组织结构及其章节编排

2 虚拟现实电影史教学系统总体设计

2.1 电影史教学系统的概念与特征

2.2 电影史教学系统的理论基础

2.3 电影史教学系统的教学内容

2.4 电影史教学系统的技术架构设计

2.5 电影史教学系统的展示场景设计

2.6 电影史教学系统的开发工具及客户端运行要求

2.7 本章小结

3 制作电影史教学系统的前期准备

3.1 图片、文字展板的制作

3.2 视频素材的制作

3.3 虚拟展览三维场景的建立

3.4 本章小结

4 电影史教学系统的实现

4.1 Unity3D技术

4.2 虚拟展厅三维场景的导入

4.3 电影史教学系统互动设计

4.4 电影史教学系统的系统优化

4.5 教学内容的呈现

4.6 电影史教学系统的导出

4.7 本章小结

5 电影史教学系统运行实例及效果反馈

5.1 实例结果与效果反馈

5.2 本章小结

6 总结及展望

6.1 本文工作的回顾

6.2 对VR技术运用教学系统的展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表的论文