飞行类院校在航空理论教学中, 飞机、发动机及机载设备学科的教学占了总教学内容和时间的60%以上, 尤其是新机改装教学, 主要是针对设备的特点和使用方法进行讲解, 因此在教学课件的设计中, 十分强调对设备的真实描述。事实上, 由于飞行类院校教学对象和场所的限制, 在课堂上许多设备课程的讲解都无法使用实物, 或者不能在处于正常工作的状态下对设备进行讲解。随着时代的发展, 采用现代的教育技术手段辅助航空理论教学, 具有形象、生动、灵活和方便等许多优点, 因此在航理教学中采用先进的计算机技术就显得十分必要。
1 虚拟现实建模语言—VRML语言
虚拟现实技术是多媒体技术发展的一个重要方向, 是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果, 为我们创建和体验虚拟世界提供了有力的支持, 从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实技术的特点在于, 创造一个可交互的、虚幻的三维空间场景, 能给使用者一种身临其境的真实感觉, 因而在航空理论教学领域具有极高的应用价值。
虚拟现实建模语言VRML (Virtual Reality Modeling Language) 是唯一的国际Web3D标准, 是一种描述交互式三维对象和世界的文件格式。它可以描述一个现有的或想象的景物, 并将它放入虚拟的三维环境中。因此, 我们在航空理论教学课件的设计中, 采用了VRML作为虚拟现实技术实现的手段。
2 VRML语言在航空理论教学中的设计使用
VRML文件格式为文本格式, 使用解释型脚本语言, 使用文本编辑软件即可打开源代码进行编辑, 可大大缩短程序开发、调试的时间。在VRML场景中通过交互节点可以实现与浏览者的实时交互, 由于VRML场景的渲染是实时的, 完全不同于关键帧三维动画, 且VRML支持雾、立体声、实时灯光渲染等特性, 增加了场景的真实感和用户的切身体验感, 所以, 在航空理论教学中, 对于建立的航空设备模型, 引入VRML技术是完全可行的。从目前我们所掌握的技术上来看, 虚拟现实技术VRML模型的制作, 主要涉及以下内容。
2.1 3D建模 (Modeling) 设计
VRML技术主要是针对于三维显示技术的网络应用开发, 故决定了VRML技术主要特点就是对3D模型的网上三维交互演示, 因此VRML技术自然而然地也就和3D建模联系在一起。要想创作一个令人满意的VRML作品, 在全部内容原创的情况下, 对VRML技术使用者来说, 就需要充分运用你的空间想象力进行作品的空间设计。这里面需要提出的一点是, 一般情况下, VRML的视点 (Viewpoint) 是自由的, 这和以前我们用3D类软件开发的平面图形与视频作品有着一个很重要的区别就是我们设计时不再只满足于从一个固定的角度来展示作品, 不再把作品的欣赏强加给参观者, 而是由参观者主动地从任意角度浏览作品充分体验身临其境的感觉。另外, 和二维图形文件不同, VRML文件的大小其实和模型的精细程度有关, 造型越复杂, VRML文件越大。
2.2 纹理贴图 (Texture) 设计
贴图制作在VRML作品中是最能体现设计能力的。没有贴图的3D模型只能对材质着色, 但加上贴图纹理以后, 就有一种耳目一新的感觉。建模有高下之分, 贴图同样有好坏差别。一般说来, 作为素材, 我们有时候不必花很多时间去做图形开发, 许多真实场景可以用数码相机拍下来供我们直接应用, 这样做出来的效果更自然, 比如飞机座舱中的仪表板, 采用数码照片后的贴图效果就显得十分真实。有时我们所创作的作品可能十分鲜亮, 但要达到最佳的效果, 还必须对作品进行“做旧”处理, 在作品中加入灰尘、划痕、磨损、裂纹等等效果, 这样才能更加接近现实, 更易为人所接受。良好的贴图不但能得到好的视觉效果, 还可以简化模型, 减少多边形的数目, 提高场景的渲染速度。
2.3 交互 (Interaction) 设计
交互设计是VRML的重头戏, 也是它之所以吸引人的地方。如果说建模给VRML创造了一个个世界和一个个形象, 那么交互设计就是给这些世界增加了生气与灵魂。
VRML场景可以提供的常用交互方式有提供飞行、行走、自动导览等浏览方式;碰撞、重力等动力物理学模拟;导航地图;背景音乐、语音提示;场景物体互动 (开、关门等) ;视频文件播放 (支持.swf、.mpg、.rm格式) ;网页链接;三维场景切换等。在三维空间进行交互设什是整个VRML创作中最重要的部分, 包括事件 (Events) 、行为 (Actions) 等涉及人机交互的设计。当然, 要想做出理想的效果, 还应该要有编程的基础。
我们谈到的VRML交互的分类, 只是我们在航空理论教学中, 通过对航空设备制作的VRML模型所进行的一般性控制。实际上, 还可以通过在模型中直接利用各种检测传感器节点 (如平面传感器节点PlaneSensor控制物体平移、圆柱传感器节点CylinderSensor控制转动手柄等) 的方式, 实现各种特殊的交互控制。由于本文篇幅有限, 具体的设计方法在此不再一一赘述。
3 结语
最后要说明的是, 在VRML技术中, 创意永远是第一位的!这也是通常人们所说的虚拟现实技术的一个重要特征, 即想象力 (Imagination) 。同样, 在航空理论教学中, 如何运用好VRML技术, 也需要我们去打破常规, 大胆地思考, 精心的设计。因为虚拟现实不仅仅是一种媒体或用户的高端接口, 而且还是针对某一特定领域, 解决某些问题的应用。为了解决这些问题, 不仅需要了解应用的需求, 了解技术的能力, 而且还需要有丰富的想象力。事实上, 我们在航空理论教学中, 只是在部分教学课件中利用了VRML技术, 就取得了一些出乎意料的教学效果, 这也促使我们要加强这方面的研究, 研制与航空理论学科相配套的教学课件和虚拟教具, 来推动课程建设, 提高航空理论教学的质量。
摘要：现代化的航空理论教学需要引入先进的计算机技术来辅助完成, 由于航理教学存在其自身的特点, 故虚拟现实技术在航理教学中有着广泛的应用前景, 本文简要介绍航空理论教学中虚拟现实建模语言—VRML语言的设计使用。
关键词：VRML语言,航空理论教学,虚拟现实技术
参考文献
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