飛行類院校在航空理論教學中, 飛機、發動機及機載設備學科的教學占了總教學內容和時間的60%以上, 尤其是新機改裝教學, 主要是針對設備的特點和使用方法進行講解, 因此在教學課件的設計中, 十分強調對設備的真實描述。事實上, 由于飛行類院校教學對象和場所的限制, 在課堂上許多設備課程的講解都無法使用實物, 或者不能在處于正常工作的狀態下對設備進行講解。隨著時代的發展, 采用現代的教育技術手段輔助航空理論教學, 具有形象、生動、靈活和方便等許多優點, 因此在航理教學中采用先進的計算機技術就顯得十分必要。
1 虛擬現實建模語言—VRML語言
虛擬現實技術是多媒體技術發展的一個重要方向, 是20世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、人工智能、多媒體技術、傳感器、網絡以及并行處理技術等多個信息技術分支的最新發展成果, 為我們創建和體驗虛擬世界提供了有力的支持, 從而大大推進了計算機技術的發展。虛擬現實技術的特點在于, 創造一個可交互的、虛幻的三維空間場景, 能給使用者一種身臨其境的真實感覺, 因而在航空理論教學領域具有極高的應用價值。
虛擬現實建模語言VRML (Virtual Reality Modeling Language) 是唯一的國際Web3D標準, 是一種描述交互式三維對象和世界的文件格式。它可以描述一個現有的或想象的景物, 并將它放入虛擬的三維環境中。因此, 我們在航空理論教學課件的設計中, 采用了VRML作為虛擬現實技術實現的手段。
2 VRML語言在航空理論教學中的設計使用
VRML文件格式為文本格式, 使用解釋型腳本語言, 使用文本編輯軟件即可打開源代碼進行編輯, 可大大縮短程序開發、調試的時間。在VRML場景中通過交互節點可以實現與瀏覽者的實時交互, 由于VRML場景的渲染是實時的, 完全不同于關鍵幀三維動畫, 且VRML支持霧、立體聲、實時燈光渲染等特性, 增加了場景的真實感和用戶的切身體驗感, 所以, 在航空理論教學中, 對于建立的航空設備模型, 引入VRML技術是完全可行的。從目前我們所掌握的技術上來看, 虛擬現實技術VRML模型的制作, 主要涉及以下內容。
2.1 3D建模 (Modeling) 設計
VRML技術主要是針對于三維顯示技術的網絡應用開發, 故決定了VRML技術主要特點就是對3D模型的網上三維交互演示, 因此VRML技術自然而然地也就和3D建模聯系在一起。要想創作一個令人滿意的VRML作品, 在全部內容原創的情況下, 對VRML技術使用者來說, 就需要充分運用你的空間想象力進行作品的空間設計。這里面需要提出的一點是, 一般情況下, VRML的視點 (Viewpoint) 是自由的, 這和以前我們用3D類軟件開發的平面圖形與視頻作品有著一個很重要的區別就是我們設計時不再只滿足于從一個固定的角度來展示作品, 不再把作品的欣賞強加給參觀者, 而是由參觀者主動地從任意角度瀏覽作品充分體驗身臨其境的感覺。另外, 和二維圖形文件不同, VRML文件的大小其實和模型的精細程度有關, 造型越復雜, VRML文件越大。
2.2 紋理貼圖 (Texture) 設計
貼圖制作在VRML作品中是最能體現設計能力的。沒有貼圖的3D模型只能對材質著色, 但加上貼圖紋理以后, 就有一種耳目一新的感覺。建模有高下之分, 貼圖同樣有好壞差別。一般說來, 作為素材, 我們有時候不必花很多時間去做圖形開發, 許多真實場景可以用數碼相機拍下來供我們直接應用, 這樣做出來的效果更自然, 比如飛機座艙中的儀表板, 采用數碼照片后的貼圖效果就顯得十分真實。有時我們所創作的作品可能十分鮮亮, 但要達到最佳的效果, 還必須對作品進行“做舊”處理, 在作品中加入灰塵、劃痕、磨損、裂紋等等效果, 這樣才能更加接近現實, 更易為人所接受。良好的貼圖不但能得到好的視覺效果, 還可以簡化模型, 減少多邊形的數目, 提高場景的渲染速度。
2.3 交互 (Interaction) 設計
交互設計是VRML的重頭戲, 也是它之所以吸引人的地方。如果說建模給VRML創造了一個個世界和一個個形象, 那么交互設計就是給這些世界增加了生氣與靈魂。
VRML場景可以提供的常用交互方式有提供飛行、行走、自動導覽等瀏覽方式;碰撞、重力等動力物理學模擬;導航地圖;背景音樂、語音提示;場景物體互動 (開、關門等) ;視頻文件播放 (支持.swf、.mpg、.rm格式) ;網頁鏈接;三維場景切換等。在三維空間進行交互設什是整個VRML創作中最重要的部分, 包括事件 (Events) 、行為 (Actions) 等涉及人機交互的設計。當然, 要想做出理想的效果, 還應該要有編程的基礎。
我們談到的VRML交互的分類, 只是我們在航空理論教學中, 通過對航空設備制作的VRML模型所進行的一般性控制。實際上, 還可以通過在模型中直接利用各種檢測傳感器節點 (如平面傳感器節點PlaneSensor控制物體平移、圓柱傳感器節點CylinderSensor控制轉動手柄等) 的方式, 實現各種特殊的交互控制。由于本文篇幅有限, 具體的設計方法在此不再一一贅述。
3 結語
最后要說明的是, 在VRML技術中, 創意永遠是第一位的!這也是通常人們所說的虛擬現實技術的一個重要特征, 即想象力 (Imagination) 。同樣, 在航空理論教學中, 如何運用好VRML技術, 也需要我們去打破常規, 大膽地思考, 精心的設計。因為虛擬現實不僅僅是一種媒體或用戶的高端接口, 而且還是針對某一特定領域, 解決某些問題的應用。為了解決這些問題, 不僅需要了解應用的需求, 了解技術的能力, 而且還需要有豐富的想象力。事實上, 我們在航空理論教學中, 只是在部分教學課件中利用了VRML技術, 就取得了一些出乎意料的教學效果, 這也促使我們要加強這方面的研究, 研制與航空理論學科相配套的教學課件和虛擬教具, 來推動課程建設, 提高航空理論教學的質量。
摘要：現代化的航空理論教學需要引入先進的計算機技術來輔助完成, 由于航理教學存在其自身的特點, 故虛擬現實技術在航理教學中有著廣泛的應用前景, 本文簡要介紹航空理論教學中虛擬現實建模語言—VRML語言的設計使用。
關鍵詞：VRML語言,航空理論教學,虛擬現實技術
參考文獻
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