虚拟现实课程在数字媒体技术专业中的教学实践.doc

虚拟现实课程在数字媒体技术专业中的教学实践 本文首先介绍数字媒体技术专业的特点以及在该专业中开设虚拟现实课程的必要性，然后结合笔者在数字媒体技术专业中讲授虚拟现实课程的实际经验，对该课程的定位、教学内容、实验环节、考核方式进行深入分析和探讨，最后提出了提高教学效果的努力方向。 1数字媒体技术专业的特点 随着计算机互联网和多媒体软硬件技术的飞速发展，与数字媒体相关的产业开始在人们的生活中产生越来越重要的影响，而且还在不断有新的行业涌现出来。目前，与数字媒体相关的行业已经非常广泛，包括影视、出版、新闻、展览、移动通信、数码产品、娱乐游戏、广告等行业。具体的产品内容包括动画、网络游戏、手机游戏、数字电影、数字电视、手机电视、数字出版物、数字教育、数字博物馆、数字展览馆等。 为了适应数字媒体技术的发展所产生的各种社会需求，国内各个院校已经相继开办了数字媒体技术专业。从专业角度来讲，数字媒体技术专业1是以信息科学和数字技术为主导，以大众传播理论为依据，以现代艺术为指导，将信息传播技术应用到文化、艺术、商业、教育和管理领域的科学与艺术高度融合的综合交叉学科。它具有如下一些特点。 1) 该专业的知识结构非常丰富，并且具有交叉性。媒体技术方面，它融合了计算机图形图像、数字音视频处理、人机交互、二维三维动画、网站开发等多项技术。艺术设计方面，它包括了美术基础、色彩素描、平面立体设计、视听语言等内容。 2) 该专业的培养目标强调创新能力的培养2。因为数字媒体内容的消费是一种精神的消费，这就需 要数字媒体产品具有优秀的创意。 3) 该专业的定位面向实践和应用。该专业需要为学生提供尽量多的实践机会，这样才能使学生具有扎实的理论基础和丰富的创新能力，从而满足社会需求。 由此可见，数字媒体技术专业的知识面广，社会需求丰富，特点鲜明。因此，各个学校可以根据自己的教学资源和教学特色进行课程设置，选择性地重点突出一个或几个方面，而无需追求大而全的办学模式。 2虚拟现实课程的必要性 虚拟现实技术3是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，并通过传感设备与之交互的新技术。作为一门新兴的学科，它已经被众多高校纳入计算机科学与技术专业的选修课范畴，但是却没有在数字媒体技术专业中普遍开设。其实无论从技术特点，还是从社会需求来讲，虚拟现实技术都与数字媒体技术有着非常密切的关系，具体体现在如下几个方面。 1) 虚拟现实是一门典型的交叉学科，它所涵盖的知识结构与数字媒体技术具有非常大相似性，例如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、视音频技术等。除此之外，它还涉及了仿真技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传感器技术等内容。虚拟现实强调这些技术的综合应用。 2) 虚拟现实强调技术创新性和应用创新性。从技术上来讲，虚拟现实在不同学科的交叉融合中，能够不断产生新思想和新方法，例如近几年出现的各种人机交互新方法，各种立体显示新技术等；从应用上来讲，虚拟现实具有强烈的“身临其境”的沉浸感和发人想象的刺激性。因此，利用虚拟现实技术，学生们能够将自己的任何创意和想象进行实践，在虚拟场景中进行规划、设计和测试，从而激发出新的创意。 3) 虚拟现实的社会应用越来越广泛。例如，在教育方面，已经出现了各种虚拟教学平台，学生能够身临其境的进行学习实践，从而加深学习效果；在娱乐方面，已经出现了各种新式的游戏交互方式，例如任天堂出品的Wii、微软出品的Xbox360等；近几年在广告展览方面，各种数字体验馆、数字展览馆、数字科技馆也在不断涌现，这些场馆都或多或少的应用到了虚拟现实技术，进而使参观者达到身临其境的享受。另外，正在逐渐普及的3D电视机也是虚拟现实领域中立体显示技术的应用体现。如今，虚拟现实的应用需求也越来越强调技术与艺术的结合，要求作品即具有交互体验性，也具有艺术欣赏性。 上述这些方面都充分说明，虚拟现实技术与数字媒体技术有着非常密切的关系，两者对技术和能力的要求有很多共同点，如图1所示。从某种意义上讲，虚拟现实是数字媒体技术在实际应用中的一种综合体现。因此，在数字媒体技术专业开设虚拟现实课程能够将其他课程所讲述的技能统一起来，进行综合训练，同时它对于培养学生的项目实践能力和创新能力具有非常重要的作用。北京语言大学信息科学学院在创办数字媒体技术专业之初，就把虚拟现实课程规划为该专业的核心课程，并对虚拟现实实验室进行重点建设。 图1虚拟现实技术和数字媒体技术在三个方面的相似性 3虚拟现实课程的定位与教学条件 作为一门典型的交叉学科，虚拟现实课程的教学内容比较烦杂，覆盖面广，因此各个院校都根据自身特点对课程的目标进行定位。例如，北京航空航天大学计算机学院突出基本理论、基本方法、基本算法的讲授4；北京林业大学信息学院更偏重于某种软件平台的应用能力5。 从数字媒体技术专业的培养目标来讲，我们不能照搬其他专业虚拟现实课程的教学内容，而需要对该课程进行重新定位。经过深入的教学实践和探索，笔者认为，虚拟现实课程在数字媒体技术专业中应该作为高年级课程开设。它的定位应该体现如下几点 1) 强调各种媒体技术的综合应用能力。该课程可以通过一个完整的虚拟现实作品的创作，让学生体验项目开发所涉及的各项工作。例如媒体素材的创作和搜集，代码的开发和维护，以及后期的测试和修改。 2) 强调理论联系实际，注重创新能力的培养。虚拟现实技术包含很多抽象的理论和方法，只有通过实践的锻炼，学生才能深入理解并产生新的思维。 3) 面向应用，注重创意素质的培养。在教学过程中，应该针对各向技术阐述现有的社会需求和应用产品，同时激发学生探索新的面向社会应用的创意需求。 4) 强调团队协作能力。该课程可以通过团队协作，锻炼学生的沟通协调能力，发挥每个学生的特长，从而激发学生的学习热情。 为了达到上述的课程定位，虚拟现实课程的开设需要有专业的教学环境，其中至少需要一定的硬件交互设备，以及一个专业的软件开发平台。这样才能确保学生能够发挥创意，相互合作，完成一个完整的团队项目。 我校数字媒体专业从软硬件两个方面对该课程的教学条件进行了重点建设。硬件方面，我校建设了一个专业实验室。该实验室配备了各种虚拟现实交互设备，包括双通道立体现实设备、Fastrak运动跟踪设备、Sensable触觉建模设备、Logitech方向盘等。软件方面，教学机房的每台机器配备了一个专业的虚拟现实开发平台Vizard3.0(www.worldviz.com)。该平台采用Python脚本语言进行开发，支持各种常见的媒体素材和交互硬件，这使得学生能够在较短时间内迅速展开项目。目前，国内已经有数家高校开始采用该软件进行教学。 4虚拟现实课程的教学实践 我校将虚拟现实课程在大四上学期开设，每周3学时，共18周，课时总计54学时。其中，教学36学时、实验18学时。 在授课方式上，本课程的教学和实验全部在机房进行，通过边讲解边实践的方式，来加深学生的理解。在教学设计上，本课程采用项目驱动的方式展开。教师在第一次课上对优秀虚拟现实作品进行展示，激发学生的热情，然后通过自由结合的方式让学生分组并选择本课程的项目任务。下面对教学内容、实验设计和考核方式分别进行讨论。 4.1教学内容 本课程在教学内容上减少了理论细节的讲述，增加了对软件平台开发方法的学习，并通过为学生提供课外阅读材料的方式弥补理论课时的不足。这样能够充分利用有限的课时来锻炼学生的实践能力。具体的教学内容可以分为如下三个部分。 第一部分虚拟现实技术概论(3学时) 主要讲述虚拟现实技术的基本概念及其特点；虚拟现实系统的组成和分类；虚拟现实的历史；虚拟现 实技术的研究与发展等。另外，利用视频短片的方式展示各种虚拟现实技术的应用案例，以及往届学生的优秀作品。 第二部分虚拟现实的硬件设备(6学时) 这部分内容分为两次课讲述。第一次课主要讲述各种交互设备的原理和特点。具体内容包括视觉显示设备、听觉显示设备、跟踪设备、触觉与力觉显示设备等。通过各种视觉素材的展示以及原理的描述，让学生对各种设备有一个初步的认识。 第二次课需在专业实验室进行，让学生亲自动手操作各种设备，亲身体验它们的交互效果，如主动和被动立体现实效果，交互设备的力反馈效果等。学生通过这种实际体验加深对相关原理的理解。 第三部分虚拟现实开发软件Vizard3.0(27学时) 这部分是重点内容。本课程采用9次课来分别讲解vizard3.0的各个模块。每次课都设计两三个编程题目进行实践。在讲解每个模块的过程中，老师可以穿插讲解相应的理论细节。9个模块的具体内容如表1所示。 4.2实验设计 本课程的课内实验时间为6次课，共18学时。要求学生利用Vizard3.0开发平台和实验室的交互设备完成一个完整的虚拟现实项目。在实验过程中，本课程注重如下环节的把握。 1) 实验题目的选择。教师提供一个实验题目的列表供学生选择。另外，为了鼓励学生自主创新，允许学生自己提出实验题目，教师可以对题目的可行性提出建议。在学生自选题目的时候，教师应该强调题目的选择应体现新意，面向社会应用，并具有推广的可行性。 2) 实验团队的组成。实验项目的完成需要各方面的技能，因此教师可以鼓励不同特长的学生组成团队，这样可以实现优势互补，提高项目的完成质量。例如，美工特长的学生进行媒体素材的创作和编辑，编程特长的学生可以进行程序的设计和开发。 3) 实验进度的监督。由于学生在其他课程中很少涉及周期较长的团队项目，因此教师需要对本课程的实验过程进行详细把握，确保项目的顺利完成。为此，本课程按照软件工程的规范对学生的实验进度进行监督每次实验课要求学生提交进度说明文档；每次实验课要求学生提交相应阶段的成果，例如总体设计、详细设计、原型系统等；教师在每次实验课对学生的项目完成情况进行点评，并对项目难度进行及时调整；教师每次实验课给学生的表现进行打分，从而起到督促的作用。 4.3考核方式 本课程的重点是强调学生的实践能力和创新能力，因此没有设置期末的闭卷考试，而是采用了如下的考核方式。 1) 课堂表现占总成绩的10%。采用提问、讨论的方式考察学生的学习积极性，主动性。 2) 实验表现占总成绩的30%。通过观察学生实验课上的积极性，检查实验项目进度的方式进行评价。 3) 项目演示占总成绩的40%。从项目的创意、应用性、完成情况、遗留问题等内容进行综合评价。 4) 项目答辩占总成绩的20%。教师针对学生的项目内容以及本课程的基础知识进行提问，根据学生的回答情况进行评价。 5虚拟现实课程的教学思考 本课程已经在北京语言大学数字媒体技术专业讲授了一个学期。从教学效果来看，由于采用项目驱动的方式授课，学生们在学习过程中具有明确的目的性，因此学习的积极性较高。另外，教师在实验过程中不断鼓励学生发挥自己的创意，充分激发了学生的主观能动性。学生们也从项目设计中获得了很强的成 就感和自信心。这些成功的教学经验，将来可以进一步推广到其他课程中。另外，通过项目实践也产生了很多优秀的虚拟现实作品，例如虚拟汽车驾驶游戏，虚拟拳击游戏，虚拟足球游戏等，这些都是宝贵的教学成果。 从最终的综合成绩来看，学生们实现了对数字媒体知识的综合应用，所以该课程达到了教学要求，起到了核心课程的作用。但是，本课程将一部分理论知识的学习交给学生课下自学，这就需要学生有很强的自主性。从最终的答辩环节能够看出，有一大部分学生并没有认真自学，只是简单应付，这是未来教学中需要改进的地方。 6结语 通过分析数字媒体技术和虚拟现实技术的特点，不难发现在数字媒体技术专业中开设虚拟现实课程的必要性。针对数字媒体技术专业的培养目标，我们对课程的教学内容、实验环节、考核方式进行了精心的设计，并取得了良好的效果。当然，虚拟现实技术的内容丰富，发展迅速，我们对该课程的教学需要不断的总结和改进。笔者认为可以进一步从社会实践的角度对该课程进行改进，例如组织学生参观各种虚拟现实技术展览；到虚拟现实相关的企业进行体验；如果有条件可以和相关企业进行合作，建立实践基地等。 第 11 页