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虚拟现实技术在微课制作中的应用

范文

方程+袁亚兴

摘要：微课是一种新的教学形式，是对传统教学模式的改革。虚拟现实技术则是一门多技术交叉型技术。将虚拟现实技术应用在微课制作中，不但能够丰富教学内容，还能够激发学生的学习积极性。该文首先阐述了虚拟现实技术，然后分析了虚拟现实技术在微课制作中的优势，最后讨论了虚拟现实技术在微课制作中的应用。

关键词：虚拟现实技术；微课；微课制作

1概述

微课是以微型教学视频来进行教学的课程，由于学生在学习时如果时间过长，就会出现注意力不集中的情况，因此，微课是根据学生的认知特点和规律，以某个知识点或教学环节来开展教学。微课具有教学时间短、教学内容相对较少、资源容量较少、情景化教学和主体突出等特点。微课的核心是教学视频，因此，要制作微课，其最核心的部分也是教学视频的制作。但是，由于微课教学视频要求情景化教学，因此，在录制微课视频时，需要搭建摄录场景，这种方式成本高而且时效很低，因此，也成为制约微课进一步发展普及的重要因素。而且由于某些学科的教学内容比较抽象，有些教学内容的场景也难以布设情景，这些客观因素也限制了微课的制作，进而影响了教学。

随着信息技术的飞速发展，虚拟现实技术也取得了极大的进步。虚拟现实技术是仿真技术的重要方向，是仿真技术与多媒体技术、人机接口技术、网络技术、传感技术、计算机图形学等多种技术和学科结合和交叉在一起的技术。利用虚拟现实技术，可以让实际中不存在或者以传统的录制手段难以实现的教学场景在微课视频中得以实现，从而让微课的制作水平提升到了一个新的层次。

2虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种仿真技术，可以利用计算机生成一种模拟环境，让人们体验虚拟世界。虚拟现实技术是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，让人们可以沉浸人所构建的虚拟环境中。虚拟现实技术涵盖了多种技术，包括实时三维计算机图形技术、立体显示技术、网络技术和传感技术等，目前虚拟仿真技术在包括医学、娱乐、军事、工业、教育等很多的行业和领域得到了应用。在教育领域中的虚拟现实技术应用主要体现在虚拟实训基地、虚拟仿真校园以及虚拟演播室。其中，虚拟演播室与微课制作息息相关。

在微课制作中运用虚拟现实技术，其原理是将摄像机摄制的真实影像与计算机设计的三维虚拟背景和空间相融合，从而形成新的视频图像，在微课制作中运用虚拟现实技术，其关键是将虚拟背景与实际录制的前景相融合，主要包含了三维虚拟场景制作、摄像机跟踪、虚拟背景生成和图像合成等关键技术。

2.1虚拟场景的建模

虚拟背景的生成需要进行建模，微课制作人员应该要在构建虚拟背景时对各个物体进行建模，可以利用多种三维建模软件来实现，包括3DMax、Flame等软件都是常用的三维建模软件。这些软件都能够提供物体精确的几何描述，让构建的模型能够与实际对象的相似度极高，而且可以从形态、光照和质感等多个方面进行调节，从而更加贴近实际对象。

2.2摄像机的跟踪

目前，在虚拟现实技术中，要对摄像机进行跟踪，主要有两种方式，一种是機械式的传感技术，另一种是图形识别技术。机械式的传感技术是利用摄像机上装备的电子传感器来获取摄像机的相关参数，而图形识别技术则是利用摄像机获取的图像信息来确定摄像机的位置信息。另外，还有一些当前相对较少应用的技术也可以实现对摄像机的跟踪，比如说通过激光、超声波和红外线来确认摄像机的位置和位移。

2.3背景生成

要构建一个三维的虚拟场景，需要对运动场景和背景图像进行处理，这就需要用到大量的计算。在微课教学视频的播放过程中，需要色键控制器中的跟踪和图像合成都要及时准确的完成，从而保证画面的质量和效果，这种计算量相对巨大，需要利用高级建模工作站才能够顺利完成。

2.4图像合成

在图像合成之前，需要对摄像机摄取的前景图像中的相关图像进行提取，将其与摄取的背景图像进行分离，这就需要运用抠像技术。由于前景图像需要与最终的虚拟三维背景图像相融合，在融合之前必须要考虑到前景图像的深度信息。所谓的深度信息是指背景和前景的各个像素到摄像机的距离，如果前景深度值小于背景深度值，则会输出前景图像，如果前景深度值大于背景图像，则会输出背景图像，因此，这种合成也称之为深度合成。

3虚拟现实技术在微课制作中的优势

微课的出现和发展是信息技术飞速发展的具体体现，作为课堂教学的一种新形式，微课由于其人性化特征和良好的教学效果，已经得到了广泛的认可。微课的核心是微型教学视频，教学视频的质量与教学效果息息相关，虚拟现实技术的应用，让微课视频的质量提升到了一个新的层次，让视频质量和教学效果都发生了翻天覆地的变化，让情景化教学成为了现实，也极大地推动了教学资源的开发与传播。具体而言，虚拟现实技术在微课制作中主要有以下几点优势。

3.1实现了情景化教学、提高了教学效率

传统的课堂教学是以教师的口头讲授和板书为主，随着科技的发展，逐步引入了多媒体的方式来辅助教师教学，当虚拟现实技术的出现以及在教育领域的应用，让情景化教学真正得到了应用。传统的课堂中情景化教学都是通过教师的语言描述，然后由学生进行想象而实现，然而，虚拟现实技术应用在微课制作中，让学生可以通过声音、影像来感受相应的情景，通过这个平台，让学生可以在设置好的情景中进行学习，让学生能够更加深刻的领会到其中的内涵，从而更好的消化和吸收相关知识点，发挥他们的想象力和创造力，在学习中真正做到了举一反三，提高了教师的教学效率和学生的学习效率。

3.2增强了可视性、营造了现场感

相对于语言和符号而言，微课视频能够让学生更加直观的理解所学知识点，微课教学视频的特点是短小精悍，其画质要求很高，画面要求精美。而虚拟现实技术能够让微课视频的质量得到有效保证，虚拟现实技术运用在微课教学视频中，让视频的可视性大大增强，也会营造出现场感，有效吸引学生的注意力，也让学生在轻松愉快的学习环境中充分掌握和吸收知识。

3.3增加课堂密度，营造课堂氛围

传统的课堂都是40分钟到45分钟一节课，这种课堂时间明显不符合学生的认知规律和认知特点，学生很难坚持在一整节课中都保持高度集中的注意力。而微课的时间一般都是在3-5分钟左右，利用虚拟现实技术，可以让课堂教学大部分都以视频的形式来呈现，这种多场景和多动画的形式，让传统课堂中的“板书”变得更加的生动，也增强了课堂的密度，让学生的学习变得更加生动活泼，营造出了一种更加良好的课堂氛围，有利于激发学生的创造力。

4虚拟现实技术在国家开放大学微课制作中的应用

虚拟现实技术是一门多技术融合的新技术，其在微课中的应用，改变了传统的视频教学课程的局限性，让空间和时间都不再受到限制，是微课制作水平的重大突破。然而，如何有效的应用虚拟现实技术，让其在微课制作中发挥出最佳水平，不但是国家开放大学教师，也是技术人员所面临的一道难题。虚拟现实技术在微课制作中的应用，主要有以下几个方面。

4.1虚拟现实技术实现移动终端学习

虚拟现实技术若切入国家开放大学在线教育的端口，那么“VR+在线教育”就可以带学生进人场景式学习体验新时代，弥补在线教育空间距离难交互与生动不足的短板。由于移动终端设备的性能不断加强，教师已经可以利用移动终端设备来完成图像的采集和处理以及课件的制作。教师可以直接把移动终端设备接人微课课件系统，让移動终端设备取代了教室，成为了教师传授知识的舞台，这种方式不但能够有效降低虚拟场景的制作成本，也能够降低教师的备课难度，提高了教学效率。同时学生戴上VR眼镜，进人虚拟现实的空间里，与教师互动交流、学习，达到实训教学的目的。

4.2构建实训场景

国家开放大学专业中需要进行实训类和操作类的教学，特别是理工科，几乎大部分专业课程都需要进行实训教学。对于实训类和操作类的微课课程，应用虚拟现实技术，可以直观的将虚拟场景呈现在学生面前。比如说，教师在计算机操作知识时，先可以录制讲授理论知识的场景，然后再录制演示操作方法的场景，在后期的制作中，教师可以利用虚拟现实技术，将这两部分剪辑在一起，将教师的口头讲解以及实际操作画面融合在一起，这样，学生就可以准确的理解教师的授课内容。

4.3基于偏振式3D立体虚拟现实技术的微课设计

目前3D立体效果的实现方式有偏振式3D、红蓝眼镜、主动式3D三种。偏振式3D实现原理（图1）通过光线的“振动方向”原理来组织图像，利用偏振显示屏，向观看者输送两幅偏振方向不同的图像。图像通过VR眼镜成像原理，每个镜片只接受一个偏振方向传输的图像，左右眼同时接收两组有视差的图像，再经过大脑合成，达到显示3D立体影像的效果。

基于偏振式3D立体虚拟现实技术的微课设计：技术人员通过3D摄像机来录制教师授课的3D立体视频，通过Photoshop来处理采集的图像信息，3DMAX对实物的进行建模，导出可被Unity3D识别的模型，然后用Pre-mier来处理采集的视频信息对图像进行深度合成，在利用Unity3D进行集成，实现交互式微课的制作。学生戴上VR眼镜，将手机放置在VR眼镜中，通过3D播播等软件打开微课，在虚拟现实的空间里，直接与教师交流，虚拟与现实只在一镜之间，这种情景化教学，让教师和学生之间实现了良好的互动，突破了空间和时间的限制，让教师可以通过微课视频来将一些不可见的因素和规律直观地呈现在学生面前，让学生去发现规律和总结规律，不但加深了学生对知识点的理解，也让教师与学生之间的良性互动得以加强。

5结束语

虚拟现实技术是一门相对新颖的技术，其在教育领域虽然已经得到了初步的应用，但是应用范围并不广泛。然而，虚拟现实技术作为一门足以引领互联网新浪潮的技术，其后续的发展不容忽视。由于微课的人性化特点和良好的教学效果，其应用日益广泛，已经成为当前教育改革和课堂教学中的重要组成部分。将虚拟现实技术应用在微课制作中，不但能够极大地丰富教学内容，也能够增强教学的趣味性，提高了学生的学习兴趣和学习积极性，也体现了人性关怀。

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