基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目(中 文):基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(英 文):The design and implementation of virtual classroom based on VRML 姓 名 學(xué) 號 院 （系）電子工程系專業(yè)、年級電子信息工程 級指導(dǎo)教師 湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本

2、人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 二一 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書課題名稱：基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名： 系 別：電子工程系專 業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師： 湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書1、主題詞、關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬教室；虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML； 2、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容要求： 1) 用VRML建立相應(yīng)的場景模型； 2) 選取合適的VRML瀏覽器； 3) 確立與VRML場景的交互方法。3、文獻(xiàn)查閱指引：1）從學(xué)校圖書館網(wǎng)頁上中國期刊網(wǎng)，檢索相應(yīng)關(guān)鍵詞，查找相關(guān)資料；2）通過百度查找關(guān)鍵詞，搜索相關(guān)資料；3）通過

3、googol查找相關(guān)資料；4）查閱相關(guān)的專業(yè)書籍。4、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排：第一階段：2012年12月前，查閱相關(guān)資料、完成任務(wù)書和開題報(bào)告；第二階段: 2013年3月，進(jìn)行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第三階段：2013年3月，完成系統(tǒng)基本功能模塊；第四階段：2013年4月，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)虛擬教室，撰寫論文；第五階段：2013年5月，論文定稿，答辯。教研室意見： 負(fù)責(zé)人簽名： 注：本任務(wù)書一式三份，由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)教研室審批后一份下達(dá)給學(xué)生，一份交指導(dǎo)教師，一份留系里存檔。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告書論文（設(shè)計(jì)）題目基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作 者 姓 名雷敏所屬系、專業(yè)、年級

4、 電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2009年級指導(dǎo)教師姓名、職稱張文昭 高級實(shí)驗(yàn)師預(yù)計(jì)字?jǐn)?shù)10000開題日期2012.12.22選題的根據(jù)：1）說明本選題的理論、實(shí)際意義2）綜述國內(nèi)外有關(guān)本選題的研究動態(tài)和自己的見解 目前, 遠(yuǎn)程教育這種新型網(wǎng)絡(luò)教育方式日趨成熟, 國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行這方面的研究和嘗試它們多是通過多媒體課件和文字傳輸?shù)姆椒ㄗ寣W(xué)生完成學(xué)習(xí)過程，而這個(gè)過程學(xué)生不但無法體驗(yàn)到正常教學(xué)那種身臨其境的真實(shí)感，而且也缺乏師生之間、學(xué)生之間交流的互動性，因此難以達(dá)到很好的教學(xué)效果, 只能作為正規(guī)教學(xué)模式的一種輔助手段。本論文從這一問題出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬教室,在這系統(tǒng)中，使用者可以在虛擬的

5、三維場景中進(jìn)行漫游，從而使學(xué)生獲得一種親身參與的真實(shí)感，能更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，更有效地達(dá)到遠(yuǎn)程教育的目的。VRML是一項(xiàng)全新的技術(shù)，在很多方面幾乎還是空白。相關(guān)的VRML作品多數(shù)簡單、零散，且從網(wǎng)絡(luò)速度來考慮，以靜態(tài)的場景為主。其他關(guān)于VRML的文章多是介紹基本概念和語言結(jié)構(gòu)。由此可見，VRML在國內(nèi)具有極大的發(fā)展?jié)摿?。在這種背景條件下，從事VRML綜合應(yīng)用系統(tǒng)的建立與研究將是一件很有意義的事情。因此，我們由大學(xué)教室為實(shí)物參考提出了建立虛擬教室的方案，通過對教室的虛擬構(gòu)造，讓更多的人了解這門技術(shù)語言。主要內(nèi)容： 目前遠(yuǎn)程教育日趨成熟，它使位于不同地理位置的人們能夠跨越時(shí)空的限制

6、，共享教育資源，獲得受教育的機(jī)會。國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行這方面的研究和嘗試它們多是通過多媒體課件和文字傳輸?shù)姆椒ㄗ寣W(xué)生完成學(xué)習(xí)過程，但這個(gè)過程中學(xué)生無法體驗(yàn)到正常教學(xué)那種身臨其境的真實(shí)感，因此難以達(dá)到很好的教學(xué)效果，只能作為正規(guī)教學(xué)模式的一種輔助手段而在虛擬教室中，使用者可以在虛擬三維場景中進(jìn)行漫游，從而使學(xué)生獲得一種親身參與的真實(shí)感，為更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，更有效地達(dá)到遠(yuǎn)程教育的目的起到了很大的作用。研究方法：1.理論推導(dǎo)法:利用所學(xué)的理論知識對此虛擬系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.綜合分析法:理論與實(shí)踐相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)虛擬教室。完成期限和采取的主要措施：1、完成期限：（1）2012.12查

7、找資料、文獻(xiàn)，寫好開題報(bào)告；（2）2013.1 整理資料，撰寫論文；（3）2013.2 做好虛擬教室各個(gè)模塊設(shè)計(jì)；（4）2013.3 將教室各個(gè)模塊布局設(shè)計(jì)，組成一個(gè)完整的教室；（5）2013.4 完成初稿；（6）2013.5 定稿，答辯。2、主要措施:（1）通過有效途徑查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，引證參考已有的研究成果，確定論文研究主題。 （2）與指導(dǎo)老師和同學(xué)進(jìn)行多層次多方面的交流探討，提煉觀點(diǎn)，吸收建議。主要參考資料：1 湯躍明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用M 北京：科學(xué)出版社，20072 胡小強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)M 北京：北京郵電大學(xué)出版社，20093 孟寧奎基于VRML的交互式虛擬教室建模J 地理空間信

8、息，2009，34 寧志鵬虛擬油泥造型交互方法研究J 計(jì)算機(jī)測量與控制，20095 申蔚虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)M 北京：清華大學(xué)出版社，20096 莊春華 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用M 北京：電子工業(yè)出版社,20107 劉怡虛擬現(xiàn)實(shí)VRML程序設(shè)計(jì)M 天津：南開大學(xué)出版社, 20078 李欣虛擬現(xiàn)實(shí)及其教育應(yīng)用M 北京：科學(xué)出版社,20089 wuxinhuaTeaching and learning in the virtual classroomJ foreign language education，2002指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 教研室意見：簽 名： 年 月 日開 題 報(bào) 告 會 紀(jì) 要時(shí)間

9、2012.12.22地點(diǎn)三教707與會人員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）劉志壯教授徐曉高級實(shí)驗(yàn)師劉愛林副教授陳澤順副教授周玲講師張文昭高級實(shí)驗(yàn)師會議記錄摘要：1. 你為什么要選擇這個(gè)題目作為你的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目？ 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育雖然日益成熟，可它們多是通過多媒體課件和文字傳輸?shù)姆椒ㄗ寣W(xué)生完成學(xué)習(xí)過程，而這個(gè)過程學(xué)生不但無法體驗(yàn)到正常教學(xué)的真實(shí)感，而且也缺乏師生之間、學(xué)生之間交流的互動性，因此難以達(dá)到很好的教學(xué)效果,而基于VRML的虛擬教室可以給學(xué)生呈現(xiàn)3D效果，給人一種身臨其境的感受。2. 你的總體設(shè)計(jì)思路是怎樣的？ 本虛擬教室的設(shè)計(jì)思路是：運(yùn)用VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，在

10、VRMLpad上進(jìn)行編程，運(yùn)用節(jié)點(diǎn)的設(shè)置來組成一個(gè)整體的虛擬教室框架，實(shí)現(xiàn)虛擬教室的設(shè)計(jì)。然后在Cortona 3D瀏覽器上進(jìn)行操作演示。此虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體教室的設(shè)計(jì)涵蓋了室內(nèi)設(shè)計(jì)、編程、材質(zhì)紋理渲染、裝飾布局，創(chuàng)建一個(gè)教室空間、教室內(nèi)的各種立體造型，如門窗、桌椅、投影儀、空調(diào)、電子鐘等，并加入學(xué)生跟老師人物模型以實(shí)現(xiàn)真實(shí)感，最后利用動態(tài)交互感應(yīng)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維動畫場景。會議主持人：記 錄 人：年 月 日指導(dǎo)小組意見負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日系部 意 見負(fù)責(zé)人簽名：年月日注：此表由學(xué)生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導(dǎo)老師和本人各保存一份湖南科技學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題

11、目基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名雷敏學(xué) 號6系 別電子工程專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師張文昭檢查日期2013.4.10指導(dǎo)教師檢查情況記載及修改意見：檢查情況記錄：1 已查閱各種相關(guān)資料，對相關(guān)知識有一定了解和掌握；2 論文內(nèi)容比較合理；3 中英文摘要有語法錯(cuò)誤；4 正文格式有部分不規(guī)范；5 正文中對虛擬教室的介紹過多6 結(jié)論部分太籠統(tǒng)，需重新組織語言；7 虛擬教室還有一些問題，未做出實(shí)物。修改意見：1 修改中英文摘要；2 按照規(guī)范的模板修改不規(guī)范的地方；3 把虛擬教室的介紹刪除一部分；4 修改正文的結(jié)論；5 盡快做出虛擬教室實(shí)物；6 充實(shí)論文內(nèi)容。簽名： 注：此表用于指導(dǎo)教師在學(xué)生

12、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）初稿完成后對學(xué)生執(zhí)行任務(wù)書情況進(jìn)行中期檢查時(shí)用，由指導(dǎo)教師填寫。湖南科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)過程記錄表畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名雷敏學(xué)號6專業(yè)班級電子信息工程 2009級指導(dǎo)教師張文昭職稱高級實(shí)驗(yàn)師系（教研室）電子工程指導(dǎo)過程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(一)查找資料及討論選題。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(二)確定標(biāo)題，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄（三)設(shè)計(jì)可行性分析及開題報(bào)告的寫作。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽

13、名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(四)論文的構(gòu)思及基本框架。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)過程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(五)設(shè)計(jì)中的硬件開發(fā)方案程序設(shè)計(jì)思路的討論。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(六)中期檢查，內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的合理性。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(七)論文內(nèi)容修改。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(八)論文格式修改。學(xué) 生 簽 名： 20 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日答辯小組組長意見

14、(對情況是否屬實(shí)做出意見)組長(簽名)： 20 年 月 日注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評審表論文題目基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者姓名雷敏所屬系、專業(yè)、年級物理與電子工程 系 電子信息工程 專業(yè) 2009年級指導(dǎo)教師姓名、職稱張文昭 高級實(shí)驗(yàn)師字 數(shù)10000定稿日期2013.5.8中文摘要 虛擬現(xiàn)實(shí)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，它利用電腦模擬三維空間，提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，可以和現(xiàn)實(shí)世界一樣體驗(yàn)三維空間內(nèi)的事物。本論文運(yùn)用VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，結(jié)合Java設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)虛擬教室系統(tǒng)。此教學(xué)系統(tǒng)具有良好的教與學(xué)的交互功能，用戶可以對虛擬教

15、室進(jìn)行任意角度的觀察和自由操作；它提供了一個(gè)生動逼真的教學(xué)環(huán)境，將學(xué)習(xí)者“放在”與現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境相似的場景中，有助于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，具有較高的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)涵蓋了室內(nèi)設(shè)計(jì)、編程、裝飾和布局，創(chuàng)建房屋建筑、教室內(nèi)的各種三維立體造型，利用動態(tài)交互智能感知節(jié)點(diǎn)和路由成功實(shí)現(xiàn)三維場景，完成了虛擬遠(yuǎn)程教育3D化的突破。關(guān)鍵詞（3-5個(gè)）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬教室；虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML英文摘要 The virtual reality is a new technology in recent years, it uses computer to simulate three-dimensional spac

16、e, provide visual, auditory, haptic simulation of sensory, it can experience the three-dimensional space the thing like the real world. A virtual classroom has been developed based on VRML and java. The system has good interaction between teaching and learning. Users can observe it from any angle an

17、d operate it, and it is a vivid educational environment, which puts learners in scene like real classroom, It is good for students to learn independently, and can be applied rather well. The design covers the interior design, programming, decoration and layout, a variety of three-dimensional modelin

18、g of buildings creating in a classroom, the successful implementation of 3D is based on dynamic interactive intelligent sensor nodes and routing, completed a major breakthrough virtual remote education based on 3D.關(guān)鍵詞(3-5個(gè))virtual reality ; three-dimensional virtual classroom; VRML指導(dǎo)教師評定成績評審基元評審要素評審

19、內(nèi)涵滿分指導(dǎo)教師實(shí)評分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合訓(xùn)練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價(jià)值符合本學(xué)科的理論發(fā)展，有一定的學(xué)術(shù)意義；對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的應(yīng)用性研究中的某個(gè)理論或方法問題進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)際價(jià)值。10選題恰當(dāng)題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。5能力水平40%查閱文獻(xiàn)資料能力能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運(yùn)用知識能力能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。10研究方案的設(shè)計(jì)能力整體思路清晰；研究方案合理可

20、行。5研究方法和手段的運(yùn)用能力能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點(diǎn)鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作規(guī)范符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標(biāo)準(zhǔn)。10論文篇幅10000字左右。5實(shí)評總分 成績等級 指導(dǎo)教師評審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級，實(shí)評總分

21、90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。評閱教師評定成績評審基元評審要素評審內(nèi)涵滿分評閱教師實(shí)評分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合訓(xùn)練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價(jià)值符合本學(xué)科的理論發(fā)展，有一定的學(xué)術(shù)意義；對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的應(yīng)用性研究中的某個(gè)理論或方法問題進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)際價(jià)值。10選題恰當(dāng)題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。5能力水平40%查閱文獻(xiàn)資料能力能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運(yùn)用

22、知識能力能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進(jìn)行整理和運(yùn)用；能對其科學(xué)論點(diǎn)進(jìn)行論證。10研究方案的設(shè)計(jì)能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的運(yùn)用能力能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點(diǎn)鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作規(guī)范符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標(biāo)準(zhǔn)。10論文篇幅1

23、0000字左右。5實(shí)評總分 成績等級 評閱教師評審意見： 評閱教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級，實(shí)評總分90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。湖南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表論文題目基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者姓名雷敏所屬系、專業(yè)、年級電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2009年級指導(dǎo)教師姓名、職稱張文昭 高級實(shí)驗(yàn)師答 辯 會 紀(jì) 要時(shí)間2013.5.18地點(diǎn)三教707答辯小組成員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）劉志壯教授徐曉高級實(shí)驗(yàn)師陳澤順副教授周玲講師

24、劉愛林副教授張文昭高級實(shí)驗(yàn)師答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄：1. 在你的論文中，你的設(shè)計(jì)是否已作出實(shí)物了？ 是的，由于我的設(shè)計(jì)本就是虛擬存在的，所以我所演示的虛擬教室就是實(shí)物。2. 在你的論文中，你認(rèn)為虛擬教室能應(yīng)用到什么方面？ 我所設(shè)計(jì)的虛擬教室主要運(yùn)用在遠(yuǎn)程多媒體教育方面。3 在你的論文中，你覺得你的創(chuàng)新點(diǎn)在哪里？ 由于現(xiàn)在市場上所有的遠(yuǎn)程教育都只是很普通的文件傳輸之類，而我所設(shè)計(jì)的虛擬教室具有3D 的效果，更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。4 在你的設(shè)計(jì)中，能不能設(shè)置上下課時(shí)間的響鈴？ 暫時(shí)沒有這個(gè)設(shè)置，不過教室前面有時(shí)鐘，可以和電腦時(shí)間相對應(yīng)。這確實(shí)是一個(gè)值得改進(jìn)的地方，謝謝老師的指

25、出。會議主持人：記 錄 人：年 月 日答辯小組意見評語：評定等級： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日系學(xué)位委員會意見評語：論文（設(shè)計(jì)）最終評定等級：負(fù)責(zé)人（簽名）： 系部（公章） 年月 日校學(xué)位委員會意見評語：評定等級： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年月 日目 錄緒論11 虛擬現(xiàn)實(shí)與VRML語言21.1 VRML概述21.2 VRML文件的瀏覽31.3 VRML適合設(shè)計(jì)虛擬教室的原因31.4 VRML中的交互處理機(jī)制42 虛擬教室系統(tǒng)分析與總體設(shè)計(jì)52.1 虛擬教室的系統(tǒng)分析52.2 虛擬教室的總體設(shè)計(jì)52.3 虛擬教室中細(xì)節(jié)的構(gòu)建62.3.1 教室背景62.3.2 教室墻壁62.3.3 自由開關(guān)的門72.

26、3.4 黑板與投影屏幕82.3.5 學(xué)生課桌92.3.6 電子鐘與電風(fēng)扇92.3.7 壁畫與窗簾102.3.8 3D模型：學(xué)生、空調(diào)、風(fēng)扇、垃圾桶、飲水機(jī)、投影儀112.3.9 多媒體模塊132.4 教室內(nèi)燈光、視點(diǎn)與導(dǎo)航的設(shè)計(jì)13結(jié)論15參考文獻(xiàn)16致 謝17基于VRML的虛擬教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 虛擬現(xiàn)實(shí)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，它利用電腦模擬三維空間，提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，可以和現(xiàn)實(shí)世界一樣體驗(yàn)三維空間內(nèi)的事物。本論文運(yùn)用VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，結(jié)合Java設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)虛擬教室系統(tǒng)。此教學(xué)系統(tǒng)具有良好的教與學(xué)的交互功能，用戶可以對虛擬教室進(jìn)行任意角度的觀察和自由操作；它

27、提供了一個(gè)生動逼真的教學(xué)環(huán)境，將學(xué)習(xí)者“放在”與現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境相似的場景中，有助于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，具有較高的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)涵蓋了室內(nèi)設(shè)計(jì)、編程、裝飾和布局，創(chuàng)建房屋建筑、教室內(nèi)的各種三維立體造型，利用動態(tài)交互智能感知節(jié)點(diǎn)和路由成功實(shí)現(xiàn)三維場景，完成了虛擬遠(yuǎn)程教育3D化的突破。【關(guān)鍵詞】：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬教室；虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRMLThe design and implementation of virtual classroomAbstractThe virtual reality is a new technology in recent years, it uses computer t

28、o simulate three-dimensional space, provide visual, auditory, haptic simulation of sensory, it can experience the three-dimensional space the thing like the real world. A virtual classroom has been developed based on VRML and java. The system has good interaction between teaching and learning. Users

29、 can observe it from any angle and operate it, and it is a vivid educational environment, which puts learners in scene like real classroom. It is good for students to learn independently, and can be applied rather well. The design covers the interior design, programming, decoration and layout, a var

30、iety of three-dimensional modeling of buildings creating in a classroom, the successful implementation of 3D is based on dynamic interactive intelligent sensor nodes and routing, completed a major breakthrough virtual remote education based on 3D.Key words: virtual reality ; three-dimensional virtua

31、l classroom; VRML緒論隨著通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及個(gè)人計(jì)算機(jī)的迅速普及，遠(yuǎn)程教育這種新型教育方式日趨成熟，它通過文本下載、視頻傳輸?shù)燃夹g(shù)，使位于不同地理位置的人們能夠跨越時(shí)空的限制，共享教育資源，獲得受教育的機(jī)會1。因而這種教育方式受到了普遍歡迎。虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合性集成技術(shù)，涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域，它運(yùn)用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維場景，使人通過適當(dāng)裝置自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互2。在虛擬現(xiàn)實(shí)理論的指導(dǎo)下,采用3DSMAX和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言,參照現(xiàn)實(shí)教室,構(gòu)建了具有真實(shí)感的大學(xué)虛擬教室場景;并討論了常見的教室場景交互模式

32、,研究其實(shí)現(xiàn)方法,實(shí)現(xiàn)了對大部分教室場景對象的感知與交互控制3。以前的虛擬現(xiàn)實(shí)大多是采用Java或Flash實(shí)現(xiàn)的，屬二維的，交互性少，缺乏真實(shí)性，這使得其教學(xué)質(zhì)量大受限制。VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言）具有分布式、三維、交互性、多媒體集成、環(huán)境逼真等眾多優(yōu)越的特征，用它來實(shí)現(xiàn)虛擬教室三維場景，因其強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)能力而具有很強(qiáng)的真實(shí)性。虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計(jì)算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作以及實(shí)時(shí)交互的環(huán)境。與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面相比，虛擬現(xiàn)實(shí)無論在技術(shù)上還是思想上都有質(zhì)的飛躍4。目前，國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行這方面的研究和嘗試。國外將C

33、SCL（Computer Supported Collaborative Learning）計(jì)算機(jī)協(xié)同學(xué)習(xí)的思想逐漸被引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的應(yīng)用中，它的優(yōu)點(diǎn)是打破了“背靠背”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式引發(fā)的交流障礙，在充分繼承和發(fā)揚(yáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)老師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間各種教學(xué)信息的實(shí)時(shí)交互性和學(xué)習(xí)的協(xié)同性，從而將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢充分地結(jié)合起來。其缺點(diǎn)是在這個(gè)過程中學(xué)生不僅無法體驗(yàn)到正常教學(xué)那種身臨其境的真實(shí)感，因此難以達(dá)到很好的教學(xué)效果。 本論文從這一問題出發(fā)，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬教室三維場景模型,在這個(gè)模型中，使用者可以在虛擬三維場景中進(jìn)行漫游，從而使學(xué)生

34、獲得一種親身參與的真實(shí)感，為更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，更有效地達(dá)到遠(yuǎn)程教育的目的起到了很大的作用。用戶可以使用瀏覽器利用鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)在范圍內(nèi)從各個(gè)角度、對各個(gè)角落進(jìn)行動態(tài)觀察，教室中有講臺、桌椅、投影儀、電燈、壁畫和地板等現(xiàn)代多媒體教室應(yīng)具有的各種物品，通過接觸按鈕實(shí)現(xiàn)電腦投影儀視頻的播放切換等，真正實(shí)現(xiàn)讓用戶在虛擬的環(huán)境中有一種身臨其境的感受。1 虛擬現(xiàn)實(shí)與VRML語言1.1 VRML概述 VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言。是一種用于建立真實(shí)世界的場景模型或人們虛構(gòu)的三維世界的場景建模語言，也具有平臺無關(guān)性。是目前I

35、nternet上基于 WWW的三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。 VRML是虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言（Virtual Reality Modeling Language）的簡稱，本質(zhì)上是一種面向web，面向?qū)ο蟮娜S造型語言，而且它是一種解釋性語言。VRML的對象稱為節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)的集合可以構(gòu)成復(fù)雜的景物。節(jié)點(diǎn)可以通過實(shí)例得到復(fù)用，對它們賦以名字，進(jìn)行定義后，即可建立動態(tài)的VR（虛擬世界）。 節(jié)點(diǎn)是VRML文件中最基本的要素。節(jié)點(diǎn)是對客觀世界中各種事物、對象的抽象描述。在VRML中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)一般都有兩種事件，即入事件(eventIn)和出事件(eventOut)?？梢酝ㄟ^路由連接一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出事件和另一節(jié)點(diǎn)的入

36、事件。路由的作用是將各個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，使虛擬空間具有更好的交互性、立體感、和靈活性5。(1)幾何造型節(jié)點(diǎn)在虛擬教室中，需要擺放桌椅、黑板、門窗等物品，VRML利用幾何造型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造它們。(2)組合虛擬對象的群節(jié)點(diǎn) 由于虛擬教室是一個(gè)復(fù)雜的三維系統(tǒng)，制作過程中需要制作天花板、投影儀、門窗、座椅等不同元素，不可能將每個(gè)元素都放到主程序中。為此，我們將每個(gè)功能制作成獨(dú)立的程序，然后通過眾多群節(jié)點(diǎn)Group將它們聯(lián)接起來。例如，在虛擬教室中有12排學(xué)生座椅，那么我們先制作一排座椅，然后通過inline內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn)和Transform坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)將其嵌入到虛擬教室中。(3)造型和外觀節(jié)點(diǎn) 在虛擬教室中

37、，將講臺、座椅、天花板、地板等設(shè)計(jì)好后，為了達(dá)到現(xiàn)實(shí)效果，我們還需要為其進(jìn)行紋理包裝，讓其有圖案和色彩，這里用到ImageTexture圖像紋理節(jié)點(diǎn)。在播放視頻時(shí)，需要用到MovieTexture電影紋理節(jié)點(diǎn)。在播放音樂時(shí)，需要用到sound聲音節(jié)點(diǎn)。(4)創(chuàng)建音響效果在VRML場景中，利用Sound節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建聲場；設(shè)置聲源的位置及聲音播放的方式。AudioClip和MovieTexture節(jié)點(diǎn)是Sound節(jié)點(diǎn)的source域的域值，用于創(chuàng)建聲源，即具體引入聲音文件。還可以設(shè)置聲音的衰減空間等功能。VRML環(huán)境中的音響播放采用橢球模式，瀏覽者相對于音源所處的空間位置不同，所聽到的聲音強(qiáng)度也就不同

38、。VRML支持瀏覽器實(shí)現(xiàn)空間音效，如左右立體聲和3D音效。(5)VRML動畫控制節(jié)點(diǎn)與造型的交互功能 動畫就是物體隨時(shí)間發(fā)生變化的動態(tài)效果。VRML創(chuàng)建動畫效果的基本方法是：由時(shí)間傳感器控制動畫的時(shí)鐘，包括動畫開始的時(shí)間、停止的時(shí)間、循環(huán)的周期等；然后將時(shí)間控制參數(shù)作為事件傳送給各種插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，插補(bǔ)器依據(jù)事先設(shè)計(jì)好的時(shí)間關(guān)鍵點(diǎn)和動畫關(guān)鍵點(diǎn)，在瀏覽器渲染時(shí)形成連續(xù)變化的動畫效果。 在虛擬教室中門的開與關(guān)、燈的開與關(guān)、投影屏幕上升和下降過程、電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動、窗簾的合開、時(shí)鐘的正常行走等都要用到時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)(TimeSersor)、觸摸傳感器節(jié)點(diǎn)(TouchSensor)、碰撞傳感器節(jié)點(diǎn)(Colli

39、sion)等。 如門的開關(guān)程序door.wrl的路由如下：ROUTE Knob_Touch.touchTime TO DoorSwitch.touchTimeROUTE Knob_Touch.touchTime TO Door_Time.set_startTimeROUTE Door_Time.fraction_changed TO Door_RotInterp.set_fractionROUTE DoorSwitch.doorSwing_Changed TO Door_RotInterp.set_keyValueROUTE Door_RotInterp.value_changed TO Do

40、or_Tran.set_rotation 由觸摸傳感器的啟動觸發(fā)時(shí)間傳感器的啟動，從而使預(yù)先設(shè)置好的門的始末坐標(biāo)在時(shí)間傳感器的觸發(fā)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行變換，而達(dá)到開門關(guān)門的效果。1.2 VRML文件的瀏覽 瀏覽VRML的一般方法是使用VRML瀏覽器，也可在IE等通用瀏覽器上通過安裝VRML瀏覽器插件VRML文件進(jìn)行瀏覽。常用的VRML瀏覽器有CosmoPlayer瀏覽器和Cortona瀏覽器。本虛擬場景采用的是Cortona瀏覽器，它提供一些漫游方法和不同的視角類型，使用戶在虛擬世界中移動視點(diǎn)的位置，達(dá)到不同位置觀察的效果。1.3 VRML適合設(shè)計(jì)虛擬教室的原因按照Web 3D協(xié)會的定義，VRML(Vi

41、rtual Reality Modeling Language)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的開放式語言標(biāo)準(zhǔn)。這是迄今為止，惟一可在網(wǎng)上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的開放式語言的國際標(biāo)準(zhǔn)。因此要設(shè)計(jì)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的虛擬教室只能選用VRML。 本虛擬場景采用VRMLPaD為主進(jìn)行VRML文件的編寫，以3Ds MAX為輔助，實(shí)現(xiàn)虛擬教室各物件模型。直接使用文本編輯器VRMLPAD直接進(jìn)行VRML文件的書寫。這樣做的不足之處是只能創(chuàng)建比較簡單的物體和場景。創(chuàng)建復(fù)雜場景的時(shí)候，幾乎不可能使用文本編輯器來直接編寫6。 下圖為VrmlPad的編程界面。 圖1 V

42、RMLpad編程界面1.4 VRML中的交互處理機(jī)制 要讓制作的虛擬教室能夠交互，必須理解路由和事件。VRML中的動畫就是通過綁定指令，讓各節(jié)點(diǎn)綁定在一起7。綁定兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之后，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過路徑傳送給第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息叫事件。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)事件時(shí)，它根據(jù)節(jié)點(diǎn)的特征開始動畫或者其它事情。通過綁定多個(gè)節(jié)點(diǎn)，用戶可以創(chuàng)建許多路由，從而使空間具有動感。交互性實(shí)際上是對事件的產(chǎn)生、處理、傳遞的過程。本系統(tǒng)使用傳感器節(jié)點(diǎn)來產(chǎn)生事件，使用ROUNTTO來傳遞事件和生成動態(tài)的場景。另外將行為添加到VRML場景必須要利用Script節(jié)點(diǎn)，Script節(jié)點(diǎn)本身沒有任何動作，其動作是由程序腳本來實(shí)現(xiàn)的。腳本通常

43、可VrmlScript、JavaScript或Java等外部語言來編寫。這是目前采用最多的一種VRML和Java結(jié)合實(shí)現(xiàn)交互的方法。(1)通過EventIn將事件傳至Script節(jié)點(diǎn)中的腳本。(2)在Script節(jié)點(diǎn)中的腳本中調(diào)用相應(yīng)的Java類進(jìn)行處理。(3)通過EventOut將結(jié)果送回以實(shí)現(xiàn)動畫或交互。另外，如果要使制作的空間具有交互性，也可以給一個(gè)具體模型附帶一個(gè)傳感器，該傳感器使用一個(gè)定點(diǎn)設(shè)備來感知觀察者的動作8。當(dāng)觀察者點(diǎn)擊到一個(gè)附帶有傳感器的造型時(shí)，傳感器就輸出一個(gè)事件，這個(gè)事件就被路由到其它的節(jié)點(diǎn)從而開始一個(gè)動畫。2 虛擬教室的實(shí)現(xiàn)2.1 虛擬教室的結(jié)構(gòu)構(gòu)建此虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體教室

44、的設(shè)計(jì)涵蓋了室內(nèi)設(shè)計(jì)、編程、材質(zhì)紋理渲染、裝飾布局，創(chuàng)建一個(gè)教室空間、教室內(nèi)的各種立體造型，如門窗、桌椅、投影儀、空調(diào)、電子鐘等，并加入學(xué)生跟老師人物模型以實(shí)現(xiàn)真實(shí)感，最后利用動態(tài)交互感應(yīng)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維動畫場景。 虛擬教室設(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。 虛擬教室設(shè)計(jì)教室布局設(shè)計(jì)教室室內(nèi)設(shè)計(jì)自動門設(shè)計(jì)投影儀設(shè)計(jì)講臺設(shè)計(jì)黑板設(shè)計(jì)壁畫設(shè)計(jì)音響設(shè)計(jì)桌椅設(shè)計(jì)飲水機(jī)設(shè)計(jì)空調(diào)設(shè)計(jì)垃圾桶設(shè)計(jì)電子屏幕設(shè)計(jì)電子鐘設(shè)計(jì)圖2 虛擬教室設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)2.2 虛擬教室的總體設(shè)計(jì) 用VRML來構(gòu)建虛擬教室，主要分以下幾個(gè)步驟：(1)用VRML建立相應(yīng)的場景模型這是整個(gè)場景構(gòu)建的基礎(chǔ)，我們可采用專門的工具VrmlPad來編寫VRML

45、文件。但易出錯(cuò)且效率低。可選用三維軟件3DS MAX來搭建基本場景，其優(yōu)勢是能夠快速構(gòu)造復(fù)雜的三維模型，如空調(diào)、飲水機(jī)。另外3DS MAX提供設(shè)定材質(zhì)、光效和動畫，相應(yīng)的名稱導(dǎo)出為擴(kuò)展名為wrl的VRML文件，最后以適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)和比例用VRML的內(nèi)聯(lián)結(jié)點(diǎn)(Inline結(jié)點(diǎn))導(dǎo)入到教室中。(2)選取合適的VRML瀏覽器 由于VrmlPad編寫的Web模型具有其特殊的格式(wrl)，必須采用專有的瀏覽器來觀看，我們采用Cortona瀏覽器對生成模型進(jìn)行演示。(3)確立與VRML場景的交互方法VRML本身只提供比較簡單的交互行為。所以要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的交互行為時(shí)，僅僅采用VRML將難以勝任，目前可以借助于第

46、三方語言來補(bǔ)充如Java。本課題主要采用VRML的內(nèi)建節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。也用Java來實(shí)現(xiàn)了電子鐘。2.3 虛擬教室中細(xì)節(jié)的構(gòu)建虛擬教室的三維建模有如下部分：a：教室場景背景；b：環(huán)境建筑造型設(shè)計(jì)；c：窗簾設(shè)計(jì)；d：投影墻幕布設(shè)計(jì)；e：投影儀設(shè)計(jì)；f：光源設(shè)計(jì)；2.3.1 教室背景為了使虛擬教室與真實(shí)世界更加接近，在場景中我們添加了背景的設(shè)置，以呈現(xiàn)出有光線顏色變化的全景空間。采用Background背景節(jié)點(diǎn)，具體程序如下：Background groundAngle1.57079groundColor 1 0.8 0.6, 0.6 0.4 0.2 skyAngle 0.2, 1.57079 sky

47、Color 1 1 0, 1 1 1, 0.45 0.45 0.45 2.3.2 教室墻壁由于教室左右對稱，所以我們將墻壁的設(shè)計(jì)分為前墻、側(cè)墻、后墻三個(gè)部分。以前墻的部分程序?yàn)槔?，下面的程序編碼實(shí)現(xiàn)了一個(gè)底為61高為24.5厚為3的顏色為RGB系數(shù)為0.86 0.86 0.86的墻壁。詳見圖3。代碼如下：DEF wall_front Transform children Transform childrenShape appearanceAppearance materialMaterial ambientIntensity .095diffuseColor .86 .86 .86geomet

48、ryBox size61 24.5 3translation0 11 29 圖3 虛擬教室的墻壁2.3.3 自由開關(guān)的門 通過建立門的外沿，左右兩扇可以開合的主板以及手柄構(gòu)成門的整體造型。然后對手柄設(shè)置觸發(fā)傳感器，經(jīng)過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊就可以將門打開關(guān)上。如圖4： 圖4 自由開關(guān)的門 觸發(fā)路由部分程序如下：DEF wall Group children DEF DoorSwitch Script eventIn SFTimetouchTimeeventOut MFRotationdoorSwing_Changedfield SFInt32switchState1field MFRotationopen 0 0 1 0,0 1 0 1.5 field MFRotationclose 0 1 0 1.5,0 0 1 0 urlvrmlscript:function touchTime(value, time) if (switchState = 1) doorSwing_Changed = open;else doorSwing_Change