本文作者： 陈敏， 刘晓秋， 伍胜男， Chen Min， Liu Xiaoqiu， Wu Shengnan
眵中目她代树裳各2006年第11期(总第45期)陈敏刘晓秋伍胜男(江西理工大学江西南昌330013)摘要：本文介绍了基于静态图像的虚拟现实技术的工作原理、基本特色、开发系统的组成，以及在各个教育领域中的典型应用。QTVR技术改变这个游戏好强7教学环境的设计的应用，有助于教学创新和提高教学效果，并为多媒体教学系统提供了一个新手段。关犍词：虚拟现实交互性教育教学应用QTVR技术一、引言1．QTVR的发展QTVR是OuickTimeVirtualReality的简称，是美国苹果公司OuickTime技术的拓展，是一种基于静态图像处理的、在微机平台上实现的虚拟现实技术。
QTVR不需要传统的虚拟现实技术需要的特殊硬件和附属设备，如头戴式显示器、数据手套等，用户通过鼠标或键盘的交互式控制，可以观察某一地点周围360度的景像，或者从空间任何角度观察某一物体。它已经成为目前桌面虚拟现实技术中技术含量最高、模拟现实环境最真实、交互性能最好的一种虚拟现实技术。2．QTVR的核心概念QTVR有三个核心概念：全景图像(Panoramas)，对象(Object)，场景(Seene)。(1)全景图像：实际上是空间中一个视点对周围环境的360度的视图，观看者有一种正在该场景中心位置的感觉。用户可在全景图像的360度范围内任意切换视线，也可在一个视线上改变视角，来获得距离远近的视觉效果。(2)对象：QTVR的对象是按拍摄的水平和垂直的偏移角排列成的顺序列，经QTVR系统软件处理后形成用户可观察的各个视点。这种方式对表现空间中的静止物体是非常适合的，可以全方位地对静态的3D物体进行操作与观察。36(3)场景：场景通常是一个集合，其中包括全景图像、对象以及组合到影片中的其他媒体，QTVR场景包含了热区(将节点链接在一起的区域，可以执行操作)。
在场景中，用户可在很多全景图像和对象电影中漫游。
所有这三种形式都可以让用户控制，并允许用户在任何时刻调整视图。二、OTVR的特点1．真实感强QTVR基于对真实图片的制作生成，相比其他建模生成对象更真实可信。
2．交互性能好用户对三维造型的操纵仅用普通鼠标、键盘就可置身于真实感很强的虚幻空间之中。QTVR比,只能按照录制的顺序播放的传统影视媒体相比，用户可以自咱们玩家不容易行控制进程和顺序，可以挑选自己感兴趣的环节进行观看。这是平常的CAI软件难以达到的。3．沉浸感强OTVR利用图像镶嵌(Mosaic)方式来实现复杂环境的实时建模与动态显示的技术，比平面图片能表达更多的图像信息，经过对图像的透视处理模拟真实三维实景，画面质量高，细节表现更加完美，更易给观赏者带来身临其境的感觉。4．生成方便，制作周期短，制作使用成本低QTVR技术是基于图像的镶嵌，拍摄制作比三维制2006年第11期(总第45期)眵中目她代财蓉各作速度快，成本低，容易实现。对播放设备硬件要求低，无需专门工作站用户，大众化电脑均可播放。
在当今流行的操作系统平台上，如Windows3．X，Windows9X等，均有相应的支持版本，免去了繁琐且又费时的建模过程，通过对现实场景的采集、处理和渲染，快速生成所需的场景。与传统虚拟实境技术相比效率提高了十几倍甚至几十倍。
5．文件数据量小，传输方便，非常适合网络使用，发布格式多样，适合各种形式的应用。还可以在Internet上发布。三、QTVR开发系统1．硬件QTVR主要通过静态的图像来构建三维空间与三维模型的，必须要有相应的图象采集设备。(1)数码相机：常用的有NikonCoolpix系列等。
(2)鱼眼镜头：一种特殊的外接镜头，采用鱼眼镜头拍摄到图片的水平和垂直视角都达到180度，在1米的距离以上景深可达无限远，整个场景只需要拍摄两张图片既可，减少了工作量，简化制作过程。常见的鱼眼镜头有Nikon的FC-E8鱼眼镜头等。(3)云台：是一种可以旋转安装在三角架上全景摄影专业设备。云台可以保证在拍摄鱼眼照片时，相机绕着节点转动即镜头的“节点”正好位于转动轴上，消除缝隙，保证全景拼合的成功。(4)三角架：为保证图片的质量，一般采用专用的三角架，以拍摄出轴心统一、真实感强的全景，拍摄过程也简单。如用传统相机必须将冲洗出来的底片扫描到电脑里将照片数字化，形成图像文件，但是花费较多的时间和费用。用摄像机拍摄，则需要一个图像采集卡，将连续动态的视频离散成一幅幅图像文件。
拍摄全景的相机有如意大利曼富图全景摄影系统、日本富士SUPERVR系列、中国凤凰PHENIX2000旋转式140／120片幅全景相机等，但价格昂贵。如只需将3D软件所制作出来的场景作成全景图像影片，可以直接利用3D软件来产生适当的图档。2．软件组成件。QTVR软件包括两大组成部分：创作软件与播放软(1)创作软件：创作软件主要功能是将离散的图像拼合成全景图像，再将全景图像制作成QTVR格式的文件。常用的QTVR的创作软件有APPLE公司的QTVRAu-thorStudio软件，美国IPIX全景软件以及台湾友立公司的QTVRAuthorStudio软件(如U1eadcool360)等。
对于噪声和杂色处理可以用NeatImage，DCEnhancer等软件，用Photoshop进行图像的曝光调节、色彩平衡和对图像信息修改。用专业的全景拼合软件来进行处理，如造景师全景软件，可保证全景图较高的质量。(2)播放软件：QTVR制作成功后，利用一个QTVR播放软件来体验它所提供的虚拟环境，进入虚拟的空间，操纵虚拟的物体。播放软件可运行于Macintosh和Windows的环境。与其他插件如JavaApplet，Shockwave3d等相比，QTVR的t图像质量最好，所需下载插件QuickTime使用极为普遍，可与其他WEB3D或视频播放共用插件。
四、QTVR在教育领域的应用教育过程中的很重要的一个过程就是呈现知识信息。虚拟现实技术在教育教学中有令人鼓舞的应用前景，QTVR独特的技术特色，很强交互性功能，学生可以在仿真过程中经历不同的时间和空间、可以与各种仿真物体接触、还可以与虚拟境界的各个部分接触。其技术独特的优势，可以在广泛的科目领域提供无限的VR体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程，因此它在教育领域的有着十分广泛的应用前景。
，在CAI教学中，QTVR在画质上非常的出色，更为专业，在色彩的显示上，特别的亮丽，而且制作非常方便，被国内外多媒体技术人员广泛的应用到多媒体的制作中。QTVR典型的教育应用包括：1．建筑工程学：参观各种房屋模型，研究结构，学习建筑原理，找寻装饰的构思。参观世界各地经典建筑，寻找建筑设计的灵感。QTVR使用户可以在画面上拖动鼠标来浏览拍摄的场地，就像在现场一样。
如城市设计与规划的学生利用QTVR系统可以创建一座逼真的虚拟城市，当学生改变城市场景的视图时，新开传奇被观察的场景仍能正确保持并能使人产生环绕该城市浏览观光的真实幻觉，城市中的各种物理实体(如建筑物、道路、桥梁、37’眵中国她代树装备2006年第11期(总第45期)地形等)可以用鼠标任意拾取并进行操纵，从而对设计或规划及时作出修改或补充。显然按这种方式设计与按传统的图纸设计或按CAD设计，其效率和质量将有天壤之别。2．历史和考古学：学生们可以游历一个虚拟的“艺术博物馆”，可以自主的选择参观路线，观赏、研究那些难看到的文物藏品，对珍贵文物和档案进行检索和分析。弥补文物的因受多种因素限制而不能实物实地观看的缺陷，清楚地看到其细节。目前世界上规模最大的一部基于虚拟实境技术而完成的计算机作品一《紫禁城·天子的宫殿》，就是建立在网络上的虚拟博物馆。3．医学：利用虚拟人体开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学来学习解剖学，学习各种结构、分析各种病变组织。如在美国达特茅斯医学院开发的“交互式多媒体虚拟现实系统”，可使医务工作者体验并学习如何对各种战地医疗的实际情况作反应，实习者可以感受各种伤病员的危险症状，从系统中选择某种操作规程对当前的伤病情况进行处理，并可立即看到这种处理所产生的后果。4．新开传奇机械工程：可以参观各种虚拟工厂，观察机床、模具、汽车的立体结构和局部细节，了解各种机械和特种加工的过程，对设计的产品进行评估。
利用QTVR技术对机械构件、零件、刀具等破损表面进行定性分析，使学生和培训人员提高感性认识。5．生物学：操纵分子模型，观察不同生物的立体结构图象对各种生物进行立体观察，了解其详细的特点。6．化学和物理教育：昂贵实验仪器的介绍与展示，用户可进入不可能进入的实验空间，如核反应堆，粒子对撞空间等等。7．社会教育：参观世界各地的社会风情，了解各地风土人情等。8．旅游教育：让学生参观世界各地虚拟的风景名胜，了解名胜的历史、特点、文化内函等。高清晰度全景三维展示景区的优美环境，给观众一个身临其景的体验。QTVR是旅游景区、旅游产品宣传推广的最佳创新手法。9．虚拟校园：在网上发布以介绍校园风光为主的虚拟校园，用户可通过鼠标等交互设备浏览校园内的建筑和风景，从而了解校园的概貌。真实、互动、情节化38的特点是虚拟现实技术独特的魅力所在。三维全景虚拟校园，可以随时随地的参观优美的校园环境，展示学校的实力，吸引更多的优秀的学生。10．虚拟实验室：可以创建虚拟实验室甚至开放的实验室，用鼠标与可视化实验对象进行交互，让学生在虚拟的实验室中对虚拟仪器进行随意地旋转和任何视觉角度的观察和操作，同时达到预习实验、复习实验的目的。
虚拟实验室具有传统仪器、传统电子实验无法比拟的优势，为学生创造良好的实验环境，彻底打破空间、时间的限制，有利于构建以学生为主体的教学模式，有利于学生知识的建构和创新能力的培养。更重要的是，教师和学生在QTVR仓,]造的虚拟实境环境中，可以沉浸其中，全身心地投入教与学，既使课堂教学生动，又提高了学生的学习效率与积极性。五、结束语一随着QTVR技术研究和开发的深入进行，在教育领域中的应用也会随着这个过程而进一步加深和拓宽。
虚拟实境技术应用于教育领域可促进教学观念、教学内容、教学场所的变化，节省教育投资，提高教学效果，有利于学生创新精神、创新能力、协作意识的培养，优越性显而易见。参考文献[1】汪成为等．灵境技术的理论、实现与应用【M】．北京：清华大学出版社，1996【2】庞文尧，丁金婷．远程实验技术发展现状【J】．科技通报，2004，4【3】姚顾波，车皓阳．NetWOrkCOursewareAuthoringSystemBasedOnQTVR【R】，ICCE99[4】钟力，胡晓峰．基于虚拟现实的全景视频技术【J】．小型微型计算机系统，1996，传奇12【5】何克抗．运用新一代VR技术建立高质量教育与培训系统的研究[R1．1997年度国家自然科学基金申请书【6】姜学制，李忠华．国内外虚拟现实技术的研究现状【J】．辽宁工程技术大学学报，2004，2[7】胡圣武，潘正风．虚拟现实技术的应用及其需要解决的问题[J】．矿山测量，2004，1。
本文《ＱＴＶＲ技术及其在教育教学中的应用》 --- 作者： 陈敏， 刘晓秋， 伍胜男， Chen Min， Liu Xiaoqiu， Wu Shengnan