基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維教學(xué)環(huán)境研究論文
摘 要：素描作為藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，學(xué)生要想更好的觀察和繪畫，需要控制好燈光、明暗等因素。用虛擬現(xiàn)實(shí)方法構(gòu)建的場景能夠更輕松的進(jìn)行交互控制進(jìn)而成為學(xué)生素描教學(xué)中重要的觀察手段。作者在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上開發(fā)的的素描學(xué)習(xí)
關(guān)鍵詞：當(dāng)代藝術(shù)理論論文,文藝?yán)碚撜撐陌l(fā)表,文學(xué)理論論文投稿
素描作為藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，學(xué)生要想更好的觀察和繪畫，需要控制好燈光、明暗等因素。用虛擬現(xiàn)實(shí)方法構(gòu)建的場景能夠更輕松的進(jìn)行交互控制進(jìn)而成為學(xué)生素描教學(xué)中重要的觀察手段。作者在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上開發(fā)的的素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能起到豐富教學(xué)手段、改進(jìn)教學(xué)方法和提高教學(xué)效率的作用。
介紹
虛擬現(xiàn)實(shí)是從英文Virtual Reality一詞翻譯過來的，簡稱VR技術(shù)。Virtual是虛擬的意思，Reality是真實(shí)的意思，合并起來就是虛擬現(xiàn)實(shí)。這一詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾(Jaron Lanier)在20世紀(jì)80年代提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，國內(nèi)也有人譯為“靈境”或“幻真”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，它在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身歷其境的沉侵感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，做為一種新的管理方法和技術(shù)，虛擬系統(tǒng)在項(xiàng)目管理進(jìn)程中正發(fā)揮著越來越重要的作用。首先，由于硬件設(shè)備投入非常昂貴，虛擬系統(tǒng)通常被用于那些在現(xiàn)實(shí)生活中比較危險(xiǎn)的教學(xué)活動(dòng)諸如軍事、醫(yī)療、工程等等。隨著技術(shù)的更新和發(fā)展，在基礎(chǔ)教學(xué)中，越來越多人使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來講授科學(xué)、物理、藝術(shù)等等學(xué)科。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)長期以來被用于教育和培訓(xùn)工作。Hratman進(jìn)一步的使用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境來檢測學(xué)生的空間認(rèn)知能力。Park et al發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的地圖能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的空間想象能力。美國芝加哥大學(xué)的電子可視化實(shí)驗(yàn)室和交互計(jì)算環(huán)境實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出了一個(gè)名為“美妙(NICE)”的兒童教育作品，它是“敘述性、身歷其境感、合作互動(dòng)環(huán)境”的簡稱，其宗旨是“讓我們在虛擬世界里一起學(xué)習(xí)和成長”。因此，我們非常有必要開發(fā)一個(gè)教育系統(tǒng)，它能夠幫助教師減少教學(xué)壓力。同時(shí)這個(gè)教學(xué)系統(tǒng)還能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，給學(xué)生提供一種直觀的交互學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而能很好的完成我們的最終教育目標(biāo)。
研究目的
在傳統(tǒng)的素描教學(xué)中，有很多相互影響的因素。教師通常需要去發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生的種
種問題，這會(huì)增加教師的工作量。同時(shí)因?yàn)閷W(xué)生經(jīng)常被動(dòng)的接收建議，這也會(huì)降低他們主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題的能力。為了有效的解決上述問題，我們研究應(yīng)用3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了此款交互式素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)。
在本次研究中，我們希望通過開發(fā)素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)最終達(dá)到下列研究目標(biāo)：
(1)通過應(yīng)用素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互技術(shù)，有效減少教師的教學(xué)壓力，也能夠在一定程度上彌補(bǔ)中學(xué)美術(shù)教師短缺的問題。
(2)通過展現(xiàn)素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)的趣味性和交互教育功能，能夠有效的吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
(3)素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)功能能打破時(shí)間和空間的限制，同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在空間、陰影、材質(zhì)表現(xiàn)等方法具有很大的優(yōu)勢，這些都能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)媒體在互動(dòng)交流方面的不足。
系統(tǒng)構(gòu)建
本系統(tǒng)由以下三部分組成：
1.第一部分：模型
根據(jù)課程目標(biāo)和課程內(nèi)容的需求，為了訓(xùn)練學(xué)生基礎(chǔ)的素描造型能力，我們通常將各種各樣的物體細(xì)分成一個(gè)個(gè)基本的單元。這些虛擬模型通常由平面和曲面構(gòu)成。例如圓錐體、球體、圓柱體是由曲面構(gòu)成的三維物體，而正方體、四棱錐、六棱柱是由平面構(gòu)成的三維物體。眾所周知，這兩類物體是最基本的`幾何體。使用幾何體的目的在于將復(fù)雜的物體分解成簡單基本單元，比如人頭就可以看做是由球體、圓柱體、長方體等基本單元構(gòu)成的復(fù)雜對象。
學(xué)生依靠所學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)，將真實(shí)生活的物體分解成簡單的幾何體并進(jìn)行重構(gòu)。這種訓(xùn)練可以增強(qiáng)學(xué)生在素描繪畫中的觀察和分析能力。
2.第二部分：構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)交互操作環(huán)境
為了順應(yīng)在線學(xué)習(xí)的新趨勢，我們可以將素描學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)成網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可以通過因特網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，它可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法在時(shí)間和空間方面的不足。我們希望通過消除學(xué)生在自然觀察過程中所遇到的各種相互干擾的因素，同時(shí)給學(xué)生提供互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
我們所開發(fā)的系統(tǒng)屬于桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這套人機(jī)交互系統(tǒng)的硬件設(shè)備是屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤。在軟件方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能特供特殊的空間概念，實(shí)時(shí)三維圖片的燈光/陰影計(jì)算功能、紋理貼圖計(jì)算功能能夠?yàn)樗孛杞虒W(xué)提供一種非常真實(shí)的交互學(xué)習(xí)環(huán)境。
3.第三部分：紙質(zhì)練習(xí)
我們的研究采用探究式的學(xué)習(xí)策略：研
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