基于Virtools的虚拟教学资源开发*

◆何瑾 赵玉英 姜兴华

1 引言

虚拟现实技术是利用计算机对现实世界和现实环境进行高度模仿的仿真技术，其构建的虚拟学习情境可以为学习者提供一种身临其境的体会。本文以虚拟现实技术为支撑，以Virtools为开发工具，结合高中立体几何课程，从三维角色设计入手，以交互方式进行教学设计和教学资源开发，使立体几何课程中抽象的知识形象化、直观化。学习者通过控制三维角色进行学习和自测练习，使学习更加具有主动性和趣味性，收到良好的教学效果。

2 Virtools简介

Virtools是一款三维交互式软件设计工具。利用Virtools能设计出应用于不同方面的三维产品，如三维游戏、建筑设计、数字图书馆、教育培训等。对已有的三维模型，可以通过Virtools实现多种交互功能。

图1 虚拟情境教学设计模式

3 基于Virtools的虚拟教学设计

教学设计模式 本文以空间立体几何中的旋转体为核心，综合分析学习者的学习特征，围绕各种几何体，进行虚拟情境下的教学设计。教学设计模式如图1所示。

教学设计案例 以空间立体几何的旋转体中的球体为例，介绍虚拟资源开发的教学设计和教学过程。

1）教学设计。教学设计如表1所示。

2）教学过程。以球体为例，根据教学设计和教学情境的设置，其教学过程如表2所示。

表1 球体的教学设计

4 基于Virtools的虚拟教学资源开发

表2 球体的教学过程

利用Virtools作为主要开发工具，配合3DMax进行三维角色设计，结合高中立体几何课程中的旋转体部分，设计开发这部分教学内容的虚拟教学资源。开发流程图如图2所示。

前期工作 前期工作是虚拟教学资源开发中的重要准备阶段，主要包括两个方面的工作。

图2 虚拟教学资源开发流程图

1）素材搜集和处理。通过网络和各种参考资料，搜集与空间立体几何相关的教学资源，素材类型可以是文本、图形、图像、动画、视频等。

2）场景策划。为了使学习者能够轻松利用虚拟教学资源进行学习，设置主场景和室外场景。

创建3D模型 按照教学需求及教学场景的设置要求，在3DMax中创建三维角色模型。建模过程如图3所示。

绘制教学场景 利用Merge菜单把创建好的三维对象模型组合到教学场景中，并安装3DMax Exporter.exe文件，把导出的文件命名为“教学资源名.nmo”。

交互功能实现 此阶段是整个虚拟资源开发中的重要阶段。交互功能包括七部分。

1）导入三维场景。

①在Virtools中，执行菜单“Resources/Create New Date Resource”命令，会生成相应的文件夹和对应的.rsc库文件。

②把各种素材文件分类存放在不同文件夹中。

③执行菜单“Resources/Open Date Resource”命令，选择.rsc文件，在打开的窗口中选择相应的.nmo文件，并将其拖拽到三维编辑区。

2）真实场景模拟。

①添加场景背景图片，添加纹理和材质。把建好的模型拖到3D Layout区。选择BB→World Environments→Backgroud→Set Background Image；再分别单击和，设置纹理和材质参数。

②角色控制。将角色模型拖拽到教学主场景中，学习者可以通过键盘控制角色。

③旋转设置。利用Virtools自带的旋转功能，可以制作出模拟圆柱、圆台、圆锥、球体等立体几何图形的旋转过程。旋转流程如图4所示。

图3 建模过程

图4 旋转流程图

3）导航设计。本文的导航设计，是在场景中构建路标，通过摄像机的方式实现导航引导功能。

①摄像机导航。在场景中创建一个摄像机，跟随角色的移动而移动；通过键盘控制角色的动作。

②场景按钮导航。通过设置数字键按钮，完成不同场景间的切换。

4）场景设计。本文把虚拟场景分为主场景和室外场景。主场景主要用于教学功能的实现，包括教学内容的呈现、测试练习等。室外场景则提供了进入主场景的学习途径。

5）交互设计。在主场景中，利用自我检测功能，通过测试练习巩固所学知识；并且根据自己的练习需要可显示对应答案和答案分析。实现流程图如图5所示。

6）辅助设计。

图5 交互功能实现流程图

①场景恢复。为防止学生在三维虚拟场景中迷失航向，首先要设置RestoreIC，储存初始学习状态，这样可以使学生恢复到起始状态，重新开始学习。

②课外资源链接。在Virtools中还可以通过对三维场景和二维页面的链接设置，添加丰富的课外学习资源。

7）输出虚拟场景。最后通过Create Web Page，将虚拟学习场景生成vmo和html文件，并且把vmo嵌入到html中，最终以网页的形式发布。■

[1]赵玉英.基于虚拟情境的教学资源的开发与实践[D].石家庄:河北师范大学,2012.

[2]曾令菊.基于Virtools的三维虚拟实验的研究与实现[D].武汉:华中师范大学,2011.

[3]徐之路.基于Virtools的虚拟图书馆的设计与开发[D].上海:华东师范大学,2011.

[4]赵守凯,张金刚,段红娟.基于Virtools的虚拟校园漫游系统实现技术[J].微型机与应用,2014(23):89-91.