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基于虚拟现实技术的课程管理系统开发

发布时间:2019-06-24
  摘 要
  
  如今,虚拟现实作为一种新兴技术正在飞速发展,各大高校和培训机构纷纷开设相关课程,其教学方式与传统学科有所不同,但却依然采用传统形式,由于虚拟现实的学习需要大量 Unity 场景制作的实践,这就给老师审阅学生作业带来不便,而传统的课程管理系统不能满足虚拟现实这种特有性的需求,因此,该虚拟现实课程管理系统就是为解决这一特有性而设计的。

基于虚拟现实技术的课程管理系统开发
  
  针对虚拟现实和其内容的特有性,该系统专门设计了在线的 Unity 作业批改、VR 相关微信推文管理、VR 资源展示等功能来解决这些问题。首先,Unity 作业批改模块,通过使用 Unity WebGL 工程并结合网页特点,完成老师在线对学生 Unity 作业场景和脚本的审阅工作,同时通过 Unity 与网页的交互,实现二者信息互通,同时,审阅结束可直接录入评语和成绩;其次,VR 相关微信推文管理模块,实现使用 python语言对微信公众号内容资源的爬取与整合,并通过网页进行更直观的展示,使师生更加便捷的获取学习资源;最后,VR 资源展示模块实现在 PC 等大屏幕上,通过佩戴价格低廉的观屏镜便可体验虚拟现实效果的功能,同时该模块还提供左右立体资源的制作教程以及资源的自主上传和下载。
  
  通过对需求进行分析,对各功能模块进行详细的设计,并对模块中的关键点做进一步阐述,之后进行开发工作,最终成功的实现了虚拟现实课程管理系统,并在Windows10 操作系统和 Chrome 浏览器的测试下正常运行,满足了师生的需求,达到了预期的目的。最后对该系统有待完善的地方进行阐述,并对其今后的发展进行展望。
  
  关键词:  虚拟现实 Unity3D 课程管理系统 Unity WebGL 微信爬虫。
  
  Abstract
  
  Nowadays, virtual reality is developing rapidly as an emerging technology. Universities and training institutions have set up relevant courses. Although their teaching methods are different from traditional disciplines, there is still no difference in the systems used in curriculum management. Realistic learning requires a lot of practical operations of Unity scene production, which brings inconvenience to teachers to review student work, and the traditional course management system can not meet the unique needs of virtual reality. In order to solve this problem, we design this virtual reality course management system.
  
  For the unique characteristics of virtual reality and its content, the system features Unity job correction module, WeChat tweet crawling and display module, and VR resource display module. First, the Unity job correction module, through the use of Unity WebGL project and combined with the characteristics of the webpage, completes the teacher's online review of the student's Unity job scenarios and scripts, and through the interaction of Unity and the webpage, the information exchange between the two is realized. At the same time, the review can be completed. Directly enter comments and grades; Secondly, WeChat tweet crawling and display module, to achieve the use of python language to crawl and integrate the WeChat public content resources, and through the webpage for more intuitive display, so that teachers and students can easily learn Finally, the VR resource display module can realize the effect of virtual reality on a large screen such as a PC. It only needs to wear a low-cost view mirror, and also provides a tutorial for the production of left and right stereo resources and independent uploading and downloading of resources.
  
  Detailed analysis and detailed design of the requirements, and further elaborate the key points of each module, and then carry out development work, and finally successfullyrealized the features of the virtual reality course management system, and in the Windows 10 operating system and Chrome browser The normal operation under the test satisfies the needs of teachers and students and achieves the intended purpose.
  
  Key Words:   Virtual Reality Unity3D Course management system Unity WebGL WeChat crawler。
  
  1、 绪论。
  
  1.1、 研究背景、目的和意义。
  

  作为新生代的信息交互技术——虚拟现实(也称作 VR:VirtualReality),正在高速的发展当中,它的兴起和发展是我国科学技术的一个巨大飞跃。伴随着 2016 虚拟现实元年的爆发,越来越多的人开始了解和接触虚拟现实这个领域[1-2],同时也刮起了不小的 VR 跨界龙卷风[3],这就需要更多的虚拟现实内容去填充这块大拼图。作为人才培养和不断输出的众多高校自然不甘落后,紧跟时代的发展趋势,都纷纷开设了与虚拟现实有关的一系列课程,不仅是高校,很多教育培训机构也抓住机遇,开办许多虚拟现实培训课程。现如今,虚拟现实的主流开发软件为 Unity3D(U3D,本文简称为 Unity)和 Unreal Engine 4,由于 Unity 具有很强的易用性、多功能性而被较多数的高校采用作为学习虚拟现实相关课程的开发软件[4]。虚拟现实的课程与以往其他普通课程不同,它需要学生更多的去实践虚拟的场景内容,以及探索更多高用户体验的交互模式,但其使用 Unity 所完成的课下作业需要指导老师进行复杂的查看、修改,这无疑给老师审阅作业带来困扰。但目前专门为虚拟现实课程而设计的课程管理系统还没有在市面上应用,因此针对这一需求,设计出了虚拟现实课程管理系统,为所有开设虚拟现实课程的师生服务,使他们更好的完成虚拟现实内容的学习和交流。
  
  2018 年影片《头号玩家》上映,引起不少观影者对影片给人们勾勒出虚拟现实游戏未来蓝图的惊叹,同时也更好的证明虚拟现实的未来是一片光明。我国虚拟现实起步较晚,至今没有一个比较完善的培养机制,各高校在开设虚拟现实相关课程的时候,大多也都处于初期的尝试阶段,因此,对于虚拟现实课程来说,没有一个具有针对性的学习交流和课程管理的系统,依然是采用传统的课程管理模式。但虚拟现实是一个全新的领域,它需要更具切合性的学习交流模式,这也正是本行业正面临的问题。由于虚拟现实产业刚刚起步,各公司以及研究人员都在努力摸索中,学习交流和成果发布的平台不统一,比较零散,寻找相关内容比较困难,尤其是一些虚拟现实相关的微信公众号发布的推文,更是不便于查找,这就给学习虚拟现实的学者带来困扰。而本系统就是深入问题所在,解决老师审阅学生作业的难点,同时,获取各微信公众号发布的与虚拟现实相关的内容,整合微信公众号推文,便于学习和交流,提供一个让大家学习的平台。
  
  许多人都把虚拟现实内容的创作形容为西部大开荒,虚拟现实已经在全世界掀起一阵热潮[5]。加快虚拟现实人才培养的孵化,是推进全球虚拟现实产业发展的必要途径[5]。本系统集教务与学习于一体,提高老师工作和学生学习的效率,加快虚拟现实内容迭代更新的周期,加强对培养方式的完善。
  
  1.2、 国内外研究现状。
  
  1.2.1、 国外研究现状。

  
  虚拟现实技术的起源地是在美国,同时美国也一直领导着国际上虚拟现实技术的发展,虚拟现实技术在 20 世纪中期就已经有学者在研究[6-7]。虚拟现实技术原是用于美国军方对宇航员或者飞行驾驶员的训练模拟,之后随着科技和社会的逐渐发展,该技术也慢慢转变为民用[8-9]。欧洲一些发达国家都在积极的进行虚拟现实技术的研究和应用,将该项技术应用在改造传统产业、转变产品演示和体改培训效率等方面。欧美各国家的虚拟现实虽发展快速,但对于虚拟现实培养方面的教务管理系统,暂未有专门的软件进行应用。虽有基于虚拟现实应用的教学系统,但其只是使用该技术去教学,并未对该方面课程设计教务管理系统,因此国外市场在虚拟现实课程管理上面也是空缺的状态。
  
  1.2.2、 国内研究现状。
  
  与发达国家相比,在对于虚拟现实技术的研究时间及成果上我国是比较落后的。在我国各项技术迅速发展的同时,国家各行业越来越关注虚拟现实技术,该技术在国内的研究和影响也愈发深远[10]。在我国科委国防科工委部的要求下, 虚拟现实技术已经成为国家科研工程项目中的核心内容,VR 技术的研究工作也得到了各大科研机构及高校的认可和助力,其研究成果也极其显着[10]。在今年的世界 VR 产业大会上,向我们展现了虚拟现实技术同其他领域结合的效果,展现了实施“VR+”战略的重要性,拓展了人类对空间的感知,改变了各类产品的形态、增强了产品功能、丰富了服务内容,创造了更大的市场[11]。与此同时,国家还将制定《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》,从战略的高度来规划虚拟现实产业的发展方向和目标,人们的生活将因虚拟现实技术的应用而变得更加美好[11]。
  
  但对于虚拟现实相关课程的学习,大多是网络论坛、相关培训机构或者编辑软件的学习文档,对于教学辅助工具,也都是使用 U3D、U4E 的原生编辑模式,没有一个针对 Unity3D 虚拟现实课程专有的课程管理系统。现今微信在我国盛行,其普及的广度与及时性,使得各微信公众号推文中存在大量有价值的学习文章[12],但不便于整合学习。将推文爬取并进行整合,融入虚拟现实教务系统中,极大提高了资源利用率和学习效率。这种课程系统模式也是提供一种全新的学习、管理平台,打破传统的课程系统模式,结合当下融入现代元素,体现虚拟现实带给人们不同的变化。
  
  1.3、 论文内容及结构安排。
  
  全文的结构安排如下:
  
  第一章为绪论,分析虚拟现实的发展状况,虚拟现实课程管理系统的重要性以及本课题的目的和意义。
  
  第二章介绍该系统所需要的关键技术,如 Unity 与 Web 交互的原理,爬取公众号推文的方法以及 PC 端体验 VR 立体资源效果所需的技术和设备。
  
  第三章对虚拟现实课程管理系统进行需求方面的分析,包括该系统的用户特点分析,针对虚拟现实课程所需要的功能性分析等。
  
  第四章描述该系统的设计,具体描述各主要功能模块的设计方法以及与主要功能相关的数据库表的设计。
  
  第五章描述系统的实现,主要对虚拟现实课程管理系统中关键功能实现的实现进行具体描述,对实现环境进行简要描述,并对系统及其主要功能模块进行测试用例的设计和测试。
  
  第六章总结和展望,对全文总结,并对下一步的工作内容进行展望。
  
  【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】
 
  
  2 相关技术介绍

  
  2.1 Unity3D 开发引擎
  2.2 微信公众号爬虫
  2.3 VR 设备简介
  2.4 本章小结
  
  3 系统的需求分析
  
  3.1 总体需求概述
  3.2 系统用户及用例
  3.3 系统功能性需求分析
  3.4 非功能性需求分析
  3.5 本章小结
  
  4 系统的设计
  
  4.1 系统架构设计
  4.2 系统模块设计
  4.3 系统数据库设计
  4.4 本章小结
  
  5 系统的实现与测试
  
  5.1 系统开发环境
  5.2 系统主要模块的实现
  5.3 系统的测试
  5.4 本章小结

  6 总结

  虚拟现实产业发展迅速,各大高校和培训机构纷纷开展对虚拟现实内容的学习,但对于这门新兴的课程,却一直延用传统式的管理系统进行辅助教学。由于该课程与传统学科课程差距较大,导致传统管理统系统并不能很好的解决虚拟现实课程特有性的问题。因此,针对虚拟现实课程特点,专门设计和开发虚拟现实课程管理系统,该系统旨在解决老师批改学生虚拟现实 Unity 作业难的痛点,以及虚拟现实学习和交流资源匮乏的痒点。

  本文通过对虚拟现实课程的了解以及对师生在该课程中活动的观察,从中提取出主要需求,并对需求进行透彻的分析,之后对系统进行设计,最后对设计的需求进行实现与测试。

  首先,对虚拟现实产业发展现状进行了解,熟悉该领域目前的趋势,以及在发展过程中遇到的阻碍,并通过在日常中观察师生学习虚拟现实课程所遇到的困难,分析这些阻碍及困难产生的原因,从中提炼出需求并进行详细的需求分析。

  其次,将需求转化为实际的功能进行设计,对系统的软件架构和数据库进行合理的设计,对系统进行设计和说明,对于主要功能模块中的关键点进行更为具体的阐述,并配以模块图、流程图、活动图等图示辅助。

  最后,对系统和各关键功能模块进行实现。在 Unity 作业批改模块中,具体的阐述了在线作业批改功能的实现流程和关键技术操作。VR 相关微信推文管理模块中,列出爬虫程序的算法流程图,并对关键函数加以说明。VR 资源展示模块中,对左右立体 VR 资源的制作进行细致的实现说明,对重要操作步骤进行图示阐述。设计测试用例,对系统及其关键功能模块进行测试,均达到理想的测试结果。

  参考文献

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