远程实时授课交互功能的优化.doc

远程实时授课交互功能的优化 摘要: 为改进远程实时授课交互方式提出一个新的解决方案,即运用运动捕捉技术捕捉人物行为和表情,抽象出运动数据以驱动人体三维模型 替身 进行实时运动。这一方案的设计充分体现以教师为主导, 以学生为主体的教育理念,通过改进现有的实时虚拟现实课堂系统的方式,最终实现远程实时授课系统师生以及生生之间最大程度的交互。 关键词: 实时授课系统;运动捕捉技术; 实时虚拟课堂;师生交互; 替身 现有远程实时授课系统交互功能不足及原因分析 远程教育实时授课指的是授课时教师与学生处于同一时间不同地点, 即异地同时授课, 它克服了时间上的差异。在远程教育实践中先后出现了两种相对成熟的远程实时教育解决方案: 基于流媒体技术的视频实时授课系统和基于虚拟现实技术的网络虚拟教室。 1 视频实时授课系统的不足及原因分析 简单的视频实时授课主要利用 QQ 视频或其他能够实时交流的工具完成, 教师利用这些交流工具的多人视频功能将授课画面传送给学生, 只要网络提供保证, 教师端发送的视频流、 音频流、 数据流与学生接收的信息流相一致就可以达到实时授课的效果。这种实时授课一般会根据实际需要分成两个不同的构成方式。第一种形式是一个教师同时教授不同地方的学生, 即一个教师端面对多个学生端, 各个学生同时不同地。第二种形式是一个教师端面对一个学生端, 但是学生端是所有学生, 即师生异地, 但所有学生同时同地。而不管哪一种都存在一个缺点就是交互困难, 教师的主导作用不能体现, 学生的主体性得不到满足。造成这个问题的主要原因有:①教师方面。由于窗口数量和学生端数量的限制, 教师无暇顾及所有同学的反应, 无法看清学生的上课表情, 就不能判断学生的听课效果, 从而忽略了学生反应, 严重缺乏课堂上师生互动的环节。②学生方面。一种情况, 学生面对的是计算机里没有丰富肢体行为表现的半身 教师形象, 教师动作表情的单一性容易引起学生的视觉疲劳, 实时课堂因此变得枯燥和乏味, 不利于师生之间的交流。另一种情况, 虽然学生面对的教师不再是 半身 形象, 教师有课堂风格表现, 但是学生与学生之间主??通过话语来完成信息传递, 不能让自己的动作和行为得到体现, 交互方法因此显得单调。 1. 2 现有网络虚拟教室的不足及原因分析 为实现良好的交互,人们开始致力于对网络虚拟教室系统的开发。网络虚拟教室就是在网络空间中建立一个虚拟的可交互的教学系统, 通过模拟传统的课堂教学功能, 为分处各地的师生提供一个可共享的虚拟学习环境。目前有较强影响力的就是基于计算机支持的协同工作理论( ComputerSupported Cooperative Work. CSCW)所创建的虚拟教室. 它是以BBS、 聊天室和电子白板之类的交流工具为教学的主要形式. 教学内容可以多种媒体形式呈现。这种类型的虚拟教室是以二维界面作为交互接口, 交互单调。随即, 三维虚拟分布式虚拟学习环境、 分布式智能教学系统、 智能虚拟环境也产生了, 但是它们存在另一个不足: 教师和学生在网络虚拟教室中需要通过控制鼠标和键盘等外界设备来实现自身的运动,其运动状态不是由人物自身表现的, 运动缺乏真实性和自由性, 让人觉得很机械。因此笔者探究了新的解决方案以实现一个具有一定真实感的、 能够进行高效交互的实时授课系统。 2 远程实时课堂交互功能优化模型 笔者所提供的新型的解决方案,是利用远程捕捉技术和虚拟现实技术相结合实现的。 2. 1 运动捕捉技术基本概念 笔者所介绍的运动捕捉技术指的是实时运动捕捉。实时运动捕捉技术是指在确定运动体位置后, 利用视频捕捉设备将运动体的运动轨迹以图像的形式记录下来, 然后利用计算机将其转化为抽象的运动数据,并根据这些运动数据驱动虚拟模型运动,最后实时反馈给现实和控制系统的一门新型运动控制技术。 到目前为止, 常用的运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、 声学式、 电磁式和光学式, 不同原理的设备各有其优缺点。同时随着技术的不断发展, 不依赖于专用传感器而直接识别人体特征的运动捕捉技术也走向应用, 如多视点非接触式运动捕捉技术。微软公司所开发的“ Project Natal ”项目采用的就是这种非接触式的运动捕捉, “Project Natal ”是微软Xbox 360 动作感应控制器的名称, 它是一个让游戏玩家无需任何游戏控制器的游戏控制方式, 它可以检测到玩家的行动。它的运动捕捉设备有 RGB 摄像机, 深度传感器和多向麦克风, 并有专门的软件支持, 这些设备和软件提供了全身体立体动作抓取, 面部识别和语音识别。 2. 2 模型要素分析 为优化远程实时授课系统的交互功能, 笔者提出了以下构想: 借助运动捕捉技术, 3D 技术以及其他技术的支持, 构建一个虚拟的教学场景,