虚拟现实导游系统的开发与应用

摘 要：本文研究虚拟现实导游系统的开发与应用。首先，阐述VR导游系统的硬件配置、软件支持以及已开发的功能。然后，简述VR技术应用于旅游英语教学促进多数学生学习绩效的实现。最后，总结VR导游系统的教学模式与考试模式。

关键词：虚拟现实导游系统；功能开发；教学应用

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454(2012)07-0076-03

上海旅游高等专科学校虚拟现实导游系统（简称为VR导游系统）经历了三年多的建设与升级，至今在硬件配置方面具备柱状环幕、图形计算集群、多视窗无缝显示设备等最优化组合；在软件支持方面具备景观建模、建筑动画、兼容网络等强功能制作；在数据运行方面具备面向多通道并行运算以服务旅游实训等多资源应用。系统运行着西湖、外滩等多个景点，为课堂教学、微格训练、观摩演示创造便捷、有效的平台。

一、VR导游系统的硬件配置

VR导游系统采用180度六通道柱状环幕，创造身临其境的三维视觉体验；采用高性能图形三维引擎以处理频繁并行的数据，追求最佳的画面质量与可控的漫游速度；采用基于Intel架构的集群技术以实现通道间的同步控制，实现显示效果的前后一致；采用边缘融合、几何校正技术，达到图像无缝衔接与完美过渡。

1.投影幕与投影仪

多通道环幕系统包括柱状环幕和球状环幕。根据教学要求以及控制室外的空间范围，一般配置4～12组投影仪，自定义构建120度四通道，180度六通道和360度十二通道等环幕结构。投影仪组合以上、下叠加的方式陈列在环幕前方，恰似人的左、右眼。为了获取栩栩如生的画面并保证长时间的连续运作，一般选择6000流明、2000:1对比度、扩展图形阵列（XGA）标准以上的数字投影仪系列。

2.高性能仿真图形计算集群、多视窗无缝显示设备与扩音设备

真正意义上的集群，不仅实现一个图形计算节点控制一个显示输出，还让多台图形计算节点共同计算以控制一个显示输出，从而真正提高VR应用程序的性能。如图1所示，高性能仿真图形计算集群包含1台主控机和12台节点机，可为3平方公里范围内的普通精度三维场景提供大于25帧/秒的运行速度。多视窗无缝显示设备加载了大屏幕显示控制软件，并内置中控模块。中控模块被用于同步开/关投影仪以及进行信号切换，自动计算每台投影仪的运行时间。计算运行时间是为了提示系统管理者合理、分组地使用投影仪，防止长时间使用一台或一组投影仪后所造成的色度偏差、亮度偏差。图形计算集群、多视窗无缝显示设备在控制12台投影仪的同时，也控制着扩音设备，从而达到声画并茂、音效最佳的状态。扩音设备既要保证声音正常的响度与饱和度，又要实现调频无线扩音的功能。衡量控制室外的空间范围与墙面制材，随后进行声场模拟测试，是决定扩音设备音效最佳设置的关键。

3.偏振眼镜等辅助设备

6组12台投影仪均安装增强型立体偏振镜头，经折射与反射的光线进入至被动立体偏振眼镜，就叠加成立体影像。在佩戴偏振眼镜时，师生只需轻微推、拉、倾斜无线鼠标，或像玩CS游戏一样操作无线键盘，即使远离控制室内的图形计算集群，也能切换场景、自由漫游。

二、VR导游系统的软件支持

VR导游系统的功能开发有赖于三维景观建模、烘培、合成、后期特效制作等软件。运用这些软件，可生成建筑、植物、天地等空间概念上的景观模型，也可生成景观模型流畅播放、声画并茂等时间概念上的建筑动画。以Gvitech CityMaker为例，该软件常用于房地产展示、城市规划、教育培训等领域。CityMaker单机制作版，如图2所示，可合成OSG、MDB等格式文件，并生成环幕演示版所需的IVE格式文件。[1]制作适用于景观模型、建筑动画包括以下三大流程：预备建筑物内外景贴图、CAD平面测绘图，在规范建模贴图、模型命名、制作精度之后，3Ds Max制作导出OSG文件，AutoCAD制作导出MDB文件；导入OSG、MDB文件至CityMaker单机制作版，进行材质修改、场景切换、路径设置、日照分析，并导出序列帧图片；最后，将序列帧图片导入影视后期编辑与特效软件，就能导出多种视频格式的建筑动画。

三、VR导游系统的功能开发

VR导游系统支持立体方式和非立体方式。它们分别演示空间概念上的景观模型、时间概念上的建筑动画，从而在功能开发上互相补充。

开启集群主控机上的“主控精灵”，保证12台节点机正常运行，随后采用立体方式。此时，教师根据教学内容，自主地进行景点漫游、信息查询、资源链接、景点导航、自动讲解、导游考核、事件模拟、课件编辑。[2]如图3所示，立体方式下的主界面包含五个栏目：中国旅游景点、上海旅游景点、导游服务程序、突发事件处理、考评测试。

“中国旅游景点”栏目与“上海旅游景点”栏目包含中国各省市、自治区的著名景点。进入景点之后，要么选择不同路径、不同语言，观察与聆听系统自动讲解的内容，要么操纵鼠标、键盘，进行不同视角、不同速度的漫游。“导游服务程序”栏目有助于学生认知不同场合下的导游业务，即迎接、招待、欢送等过程的知识与技能。“突发事件模拟”栏目旨在通过模拟自然灾害与人为祸患，考查学生解决“不可预料的境遇”的能力。考查主要是靠链接图片、文字与声音，使场景与突发事件相关联，以互动方式增加现场真实性。点击“导游考核与考试”栏目，会看到许多测试题。在考试时，系统所录制的学生即兴朗读解说词，可用来辅助教师评估，并帮助学生纠正现场讲解的不足之处。[3]

从立体方式切换到非立体方式，师生看到的是为多视窗无缝显示设备而设计的FreeWindow应用软件，如图4所示。启动FreeWindow，可实现媒体播放、图片显示、多路显示等。

四、VR导游系统的教学应用

将VR导游系统用于本校导游实务、现场解说、旅游英语等学科的教学，有益于师生获得优于传统课堂教学的效果。于是，愈来愈多的学生乐于沉浸在这套系统中，在教师的引导下，陆续通过上海市英语导游证考试。笔者以2010级旅游英语专业3个班级作为实验对象，完成了前测PPT辅助教学、后测VR辅助教学的对照研究，结果发现大多数学生的期末考阅读部分的平均成绩高于期中考时的平均成绩。另外，统计分析配对样本的t检验值，验证了VR技术应用旅游英语教学促进学习的假设；具体地说，就是结合微格教学，设计师生互动环节并利用VR导游系统，对提高成绩产生明显的效果。[4][5]为了使新技术深入人心、植入课堂，以下总结VR导游系统促进学习的两种模式。

1.教学模式

进入立体方式下的任一景点后，可看到左、右两侧的控制面板，如图5所示。

左侧控制面板有助于自动讲解，即进行路径自动导航，根据教学需求添加课件、链接物体。在点击“路径自动导航”卷展栏之前，预先设定漫游速度等参数，选择导游词的语言种类。教师关闭声音，选择漫游路径的起点，让学生沿着自动播放的路径，进行全程讲解。运用“课件”卷展栏，添加特定场景或自动导航路径，或添加备注信息，以提示学生讲解所指定的场景或路径。运用“物体链接”卷展栏，使图片、文字与物体（建筑、牌匾等）相关联。当讲解至该物体时，点击鼠标，系统立刻弹出图片及文字链接，从而引导讲解、加强认知。

右侧控制面板有助于定位讲解，即根据课程章节确定导航图中的场景位置，根据教学重点与难点确定场景，或根据讲解视角确定漫游状态。教师通过控制室外的无线鼠标与键盘，在不同的特定场景间切换、转移。在切换、转移之时，特定场景的缩略图会被高亮度地圈画彰显。在选择“碰撞”是否响应之后，选择“步行”、“飞行”、“巡航”或“缆车”等状态下的漫游。此时，适宜教师进行一对一的技能考核，分场景、按秩序地提问学生，使他们沿着漫游路径进行解说。建议用摄像机记录学生解说全过程，在课后回放视频，使他们纠正言辞上或姿势上的缺点。

2.考试模式

在“物体链接”卷展栏下方，默认的状态为“教学模式”。点击“教学模式”，系统自动切换至“考试模式”。考试题目的类型包含地陪业务知识、全陪业务知识、突发事件处理、散客服务等。只要选择题目类型，点击“出题”按钮，系统就自动弹出题目对话框。在“考试模式”下，教师从系统中随机调用题目，考核学生对专业知识与技能的掌握程度。如图6所示，在“自动导航”卷展栏下方，点击“”按钮之后，系统自动录制来自麦克风的解说词；点击“”按钮之后，系统自动保存解说词，从而方便教师在课后进行集中评分。

参考文献：

[1]Gvitech Technologies.CityMaker――国际领先的3D GIS平台[DB/OL]. www.省略/

[2]贾铁飞，郝影利.旅游教育与教学[M].北京：中国旅游出版社，2011：268-277.

[3]庄惠阳,陈能.如何建设虚拟现实导游教学实验室?[J].中国教育技术协会信息技术教育专业委员会第七届学术年会,2011.7.22.

[4]庄惠阳，陈能，赵宝国.虚拟现实导游系统在旅游英语教学中的应用研究[J].软件导刊,2012(2).

[5](美)杰克・莱文(Jack Levin)，(美)詹姆斯・艾伦・福克斯(James Alan Fox) 著,王卫东译.社会研究的基础统计学（第九版）[M].北京：中国人民大学出版社，2008：234-237.