QTVR技術(shù)在物理實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中的應用
摘要：本文就QTVR(QuickTime Virtual Reality)技術(shù)在物理實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中的應用問(wèn)題作了初步探討。首先就其教學(xué)優(yōu)勢作了分析。接著(zhù)以虛擬儀器為例，說(shuō)明在物理實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中如何應用QTVR技術(shù)。
關(guān)鍵詞：QTVR技術(shù)，全景，對象，場(chǎng)景，虛擬世界，虛擬實(shí)驗室，虛擬儀器
正文：
QTVR是QuickTime Virtual Reality 的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國蘋(píng)果公司Quick Time技術(shù)的拓展。它是新一代的、基于靜態(tài)圖象處理的初級虛擬現實(shí)技術(shù)①。它不需要傳統虛擬現實(shí)技術(shù)所要求的特殊硬件和附屬設備，在普通的PC機或Macintosh機上就可產(chǎn)生相當程度的虛擬現實(shí)的體驗。它不需要進(jìn)行任何幾何造型，只需通過(guò)圖像采集系統采集真實(shí)世界的圖像、QTVR系統軟件處理離散的圖像，即可完成三維空間、三維物體的造型;操縱普通鼠標、鍵盤(pán)即可實(shí)現對三維造型的全方位觀(guān)察。
QTVR有三個(gè)核心概念：全景圖像(Panoramas)，對象(Object)，場(chǎng)景(Scene)。全景圖像：是空間中的一個(gè)視點(diǎn)對周?chē)h(huán)境的360度視圖，用戶(hù)可在全景圖像的360度范圍內任意切換視線(xiàn)，也可在一個(gè)視線(xiàn)上改變視角，來(lái)獲得距離遠近的視覺(jué)效果。對象(物體)：是從分布在以一件物體為中心的立體360度的球面上的眾多視點(diǎn)來(lái)看一件物體，從而生成的對一件物體全方位的圖像信息。經(jīng)QTVR系統軟件的處理，形成用戶(hù)可觀(guān)察的各個(gè)視點(diǎn)。場(chǎng)景：利用熱點(diǎn)手段將一個(gè)或多個(gè)全景圖像或對象電影進(jìn)行連接，從而生成的有序集合體。在場(chǎng)景中，用戶(hù)可在很多全景圖像和對象電影中漫游。
雖然是初級的虛擬現實(shí)技術(shù)，但是QTVR以其獨特的技術(shù)特色與獨特的優(yōu)勢，開(kāi)創(chuàng )了多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結合的新途徑，為虛擬現實(shí)技術(shù)的大眾化鋪平了道路。尤其重要的是，它的出現使得建立網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室有了廣闊的前景②。
身處網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，作為物理教學(xué)論實(shí)驗物理方向的學(xué)生，我們所關(guān)注的問(wèn)題是QTVR技術(shù)能為物理網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)做些什么? QTVR技術(shù)在物理教育領(lǐng)域中已有了廣泛的應用，例如虛擬固體物理中的晶格結構、虛擬核物理中的核反應堆等，在這些理論教學(xué)中，QTVR技術(shù)都有了極為成功的應用范例;但是在網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)方面，國內的QTVR技術(shù)應用基本上還處于探索階段。因此，我們想就這個(gè)問(wèn)題做些探討。
1978年，在英國牛津召開(kāi)了一次國際物理教學(xué)委員會(huì )，討論的主題是“實(shí)驗室在物理教育中的作用”。會(huì )議認為實(shí)驗課的作用之一就是學(xué)會(huì )使用儀器③�？墒�，傳統的物理實(shí)驗教學(xué)存在著(zhù)不重視儀器使用的問(wèn)題。有的實(shí)驗室因為某些實(shí)驗儀器價(jià)格昂貴而無(wú)力購買(mǎi)，因此無(wú)法開(kāi)設一些實(shí)驗;有些儀器不可能拆卸開(kāi)讓學(xué)生熟悉內部構造;有些實(shí)驗因為樣品存在危險性，由老師演示學(xué)生觀(guān)摩。以上因素造成學(xué)生不能動(dòng)手實(shí)驗，這顯然是與開(kāi)展實(shí)驗的目的相悖的。另外，實(shí)驗室大多數實(shí)驗都是采用菜譜式教學(xué)方式，也就是給出具體實(shí)驗步驟，學(xué)生依樣畫(huà)葫蘆，這就導致學(xué)生不重視儀器的構造、功能、和使用方法、參數指標、誤差范圍等。再者，多數實(shí)驗的數據采集、數據處理已由計算機系統完成，實(shí)驗過(guò)程比較枯燥，只是機械地重復對幾個(gè)按鈕的操作，學(xué)生的興趣普遍不高。
此外，目前的物理網(wǎng)絡(luò )教學(xué)實(shí)驗僅提供計算機二維仿真系統，真實(shí)感不夠強，不能給人以身臨其境的感覺(jué)。因此，綜合以上幾個(gè)方面的因素，我們考慮在網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)中引入QTVR技術(shù)，以期能在一定程度上解決以上問(wèn)題。
那么，在物理網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)中應用QTVR技術(shù)有哪些優(yōu)勢呢?首先，由于QTVR獨特的技術(shù)特色，使得它在立體空間的展示、立體物體的展示、展品的介紹、虛擬空間的營(yíng)造與構建、虛擬場(chǎng)景的構造等方面有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。教育過(guò)程的很重要的一個(gè)過(guò)程就是呈現知識信息，而QTVR在呈現知識信息方面有著(zhù)獨特的優(yōu)勢④。我們可以為某些儀器創(chuàng )作配以解說(shuō)詞和文字說(shuō)明的三維旋轉體圖片，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)驗室中對虛擬儀器進(jìn)行隨意地旋轉和任何視覺(jué)角度的觀(guān)察，以便學(xué)生詳盡了解儀器的構造、功能和使用方法，同時(shí)達到預習實(shí)驗、復習實(shí)驗的目的。更重要的是，教師和學(xué)生在QTVR創(chuàng )造的虛擬現實(shí)環(huán)境中，可以沉浸其中，全身心地投入教與學(xué)，既生動(dòng)了課堂教學(xué)，又提高了學(xué)生的學(xué)習效率與積極性。
QTVR制作簡(jiǎn)單，制作周期較短，制作的可控性也很強，對于物理教師這類(lèi)非計算機專(zhuān)業(yè)人士來(lái)說(shuō)，比較容易掌握其技術(shù);要開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗教學(xué)軟件應用于網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中，也不至于難度太大。
我們初步的工作是制作虛擬儀器，在網(wǎng)上為學(xué)生提供真實(shí)儀器的各種資料;第二步的工作是構建虛擬實(shí)驗室，使教師與學(xué)生在網(wǎng)上身臨其境般地完成教學(xué)任務(wù)。由于時(shí)間有限，目前暫時(shí)沒(méi)能完成第二步的工作，所以在此僅介紹制作虛擬儀器的工作。
接下來(lái)要陳述的是我們制作虛擬儀器的工作。
首先，選擇實(shí)驗儀器。我們選擇密立根油滴儀、γ能譜儀等儀器。(我們以密立根油滴儀為例，說(shuō)明制作過(guò)程)。
其次，用數字相機獲取密立根油滴儀圖像。我們使用的是Epson PhotoPC 850Z相機，選擇800*600的分辨率，拍下儀器360度自轉的照片，總共拍攝二十四張。在拍攝相片的過(guò)程中，可為相片配解說(shuō)詞。Epson PhotoPC 850Z相機有在拍攝過(guò)程中為相片配錄音的功能。
上傳圖像。用USB電纜(Epson相機自帶)連接相機和計算機，使用Epson Photo !3 Ver.1上傳圖像，并保存。
編輯圖象。我們使用Picture Works公司的Spin PhotoObject軟件來(lái)編輯圖像。
具體步驟如下：
Browse
將所有圖片按順序編號(一般需三位以上數字)后放在同一目錄下，在Browse中選中該目錄，此時(shí)會(huì )將目錄中所有文件列出。
Insert
如果需要目錄中所有圖片，選Insert All，否則選定所需文件后選Insert Selection
Align
觀(guān)察每一張圖片的位置，使之盡量重合。關(guān)鍵是每一張圖片的尺寸大小(長(cháng)和寬)必須一致，如原圖片太大需要切割，則每一張圖片切割的位置必須完全一致
Crop
調整八個(gè)句柄圍成的范圍大小，其中包含的內容是最后顯示的內容
Create
建立輸出文檔。注意選擇播放的尺寸。輸出文檔可以是QTVR Object Movie(mov)格式、Quicktime(mov)格式、Movie AVI格式、Animated GIF格式等等。其中最常用是mov格式文件，可用Quicktime Player播放器觀(guān)看(含交互性)，若插入頁(yè)中，則需要Quicktime Player的插件(Plug In)支持。我們把它插入頁(yè)中，用Microsoft FrontPage制作網(wǎng)頁(yè)。包含虛擬儀器的HTML文件的地址A:\VRinstruments.files\VirtualInstruments.htm，打開(kāi)它，可以瀏覽我們所制作的虛擬儀器。
Picture Works公司的Spin PhotoObject軟件制作三維旋轉物體，過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，很容易就可在網(wǎng)上實(shí)現360度觀(guān)看儀器的目的。
以上陳述的是我們在網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)中應用QTVR技術(shù)的一部分工作。寫(xiě)出來(lái)，希望得到同行們的好建議和批評指正。我們下一步的工作是利用VR Worx(VR Toolbox 公司的軟件)制作擺放虛擬儀器的虛擬實(shí)驗室，以期能在網(wǎng)上教學(xué)中使師生充分體驗虛擬現實(shí)的身臨其境感。
【QTVR技術(shù)在物理實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中的應用】相關(guān)文章：
計算機網(wǎng)絡(luò )畢業(yè)論文-QTVR技術(shù)在物理實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中的應用03-03
淺析信息技術(shù)在中學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中的應用03-15
微課在初中物理實(shí)驗中的應用論文11-13
淺談物理實(shí)驗在物理教學(xué)中的意義06-21
初中物理教學(xué)中的應用論文05-21
現代信息技術(shù)在固體物理教學(xué)中的應用論文04-23