虚拟现实技术课程设计与教学实践

摘  要：随着科技水平的不断提升，虚拟现实技术已经被应用于多个行业和领域，社会对虚拟现实技术专业人才的需求量也不断增加。文章对虚拟现实技术课程的特点进行了阐述，明确了创新型人才培养背景下该课程的教学内容，研究了面向应用型人才培养的虚拟现实技术课程的实践过程，分析了虚拟现实技术课程的教学效果和改革策略，希望能为相关课程教学活动的开展提供借鉴。

关键词：虚拟现实技术;课程设计;教学设计

中图分类号：TP39;G434                文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）02-0183-05

Abstract： With the continuous improvement of scientific and technological level， virtual reality technology has been applied in many industries and fields， and the social demand for virtual reality technology professionals is also increasing. This paper describes the characteristics of virtual reality technology courses， defines the teaching content of this course under the background of innovative talent cultivation， studies the practice process of virtual reality technology course oriented to application-oriented talent cultivation， analyzes the teaching effect and reform strategy of virtual reality technology course， hoping to provide reference for the development of relevant curriculum teaching activities.

Keywords： virtual reality technology; curriculum design; teaching design

0  引  言

虚拟现实技术作为一门新兴技术，能够借助计算机完成三维虚拟环境的设计，不但具有较强的创新性，而且具有较大的社会需求，因此将此课程开设于高校艺术类本科专业影视方向课程具有较大的必要性。虚拟现实技术在多个行业中得到广泛运用，例如可以运用于数字化的科技馆、体验馆等，实现了科技与艺术的完美融合。虚拟现实技术具有沉浸性和交互性等特点，因此教师应当运用“教学做一体化”的方法开展该课程教学活动，使得学生将自己的想象和创意表现出来，在虚拟化场景中设计和规划项目，激发学生的创新能力和设计水平。

1  虚拟现实技术课程的特点与定位

网络技术和多媒体技术的快速发展，使得虚拟现实技术越来越多地运用于各个行业，并且呈现在人们的工作、学习和生活活动中，对社会发展和进步产生了越来越重要的作用。当前，运用虚拟现实技术的行业主要包括广告、游戏、通讯、影视等行业。为了适应多个行业对虚拟现实技术的需求，很多高等院校陆续开展虚拟现实技术课程，以传播理论和艺术理论为基础，以设计能力和信息技术为主导，实现艺术与科学的融合。具体而言，虚拟现实技术具有以下特点：

第一，教学目标注重创新性。虚拟现实技术本身是一门新兴技术，相关产品的受众对其具有较高的期待和要求，这就需要设计人员不断创新内容，为受众带来全新的体验。虚拟现实技术课程教师应当培养学生的创新能力，使其设计出更多的具有创意的优秀作品。

第二，教学内容具有丰富性。由于虚拟现实技术本身具有融合性和交叉性，因此在教学过程中应当向学生传授三维动画、人机交互、视频处理、图像设计等多方面的知识，此外教师在授课过程中还应当巩固平面设计、色彩选择和美术基础等相关知识内容。

第三，学过程突出实践性。由于虚拟现实技术具有一定的应用性，教师在授课过程中应当给学生提供较多的实践机会，提升学生的动手操作能力。折旧需要教师不断转变教学方法和教学模式，通过运用案例教学法和项目式教学法来实现教、学、做的一体化。

2  虚拟现实技术课程的教学内容设计

虚拟现实技术课程是数字媒体艺术专业与其他艺术类学生的专业方向必修课程。通过本课程的学习，使学生能了解虚拟现实技术的基本概念和术语、系统组成及其应用领域，理解虚拟现实的基本计算机结构，掌握应用系统开发的基本技能，培养学生的创新意识和审美素质，具有场景搭建、美术设计、交互设计的能力。根据本课程的特点，可以将本课程的教学内容分为理论部分和实践部分。

2.1  理論教学内容

理论教学内容主要分为四个部分：第一部分是虚拟现实技术概述，主要讲授虚拟现实技术原理、VR/AR/MR的概念和区别、虚拟现实的技术原理和发展历程等内容，使得学生了解什么是虚拟现实技术，详细深入的学习虚拟现实技术发展史和目前国内外研究现状;第二部分为三维全景技术学习，主要讲授虚拟现实基础平台的输入与输出设备、三维手势交互技术原理、光学定位和运动捕捉系统技术原理、VR全景影像摄录设备的构成和应用等内容，使得学生了解虚拟现实的硬件分类，认识各品牌VR头戴设备及附件，掌握简单虚拟现实基础平台的搭建，掌握动作捕捉和光学定位技术以及三维手势交互技术的基本原理;第三部分为虚拟现实项目开发与制作，主要讲授Unity 3D虚拟现实引擎、虚拟现实场景的搭建、虚拟现实场景的美术设计、虚拟现实场景的交互设计等内容，使得学生了解虚拟现实技术的常用软件，熟悉Unity 3D虚拟现实引擎的基础操作，能够使用Unity 3D虚拟现实引擎进行项目制作，能够搭建简易的虚拟现实环境，进行相应的动画制作以及逻辑编辑，实现人与虚拟环境的交互;第四部分为虚拟现实行业应用，主要讲授虚拟现实技术在航空航天和军事领域的应用、虚拟现实技术在医学和城市规划领域的应用、虚拟现实技术在文娱和教育培训的应用、虚拟现实技术在商务领域的应用等内容，使得学生了解虚拟现实技术在各个行业中的应用现状以及未来发展趋势，能够对涉及VR、AR的影视、游戏、科技、直播、新闻、旅游、房地产、教育、医疗、社交、电商等行业详尽解析。

2.2  实践教学内容

本课程的实践教学内容可以依据理论教学内容的第三个部分虚拟现实项目开发与制作进行设计，将实践教学内容设计为四个项目：第一项目是古代花瓶——文物3D展示，通过项目设计来实现720°展示古代文物的面貌，使得学生认识我国历史文物并且主动保护文物;第二个项目是北海公园景区——场景漫游，通过项目设计来实现景点的虚拟旅游，使学生了解虚拟现实技术的应用范围，提升学生的动手操作能力和设计水平;第三个项目是汽车——3D交互，通过项目设计实现关于汽车的3D交互设计，使得学生能够对产品细节进行3D设计，培养学生的精益求精精神;第四个项目是天宫空间站——模型拼装，通过项目设计实现空间站的模型拼装，使学生认识太空并激发学生探索太空的欲望。

3  Unity 3D软件操作教学内容

3.1  Unity 3D安装与注册步骤

讲授Unity 3D的安装步骤：第一，打开Unity 3D的安装文件，找到Unity 3D.exe并双击开始安装Unity软件;第二，Unity开始进行资源配置;第三，进入Unity欢迎界面后点击Next按钮;第四，Unity提示是否接受安装协议，点击I Agree即可;第五，选择所要安装的组件，选中Example Project、Unity Development Web Player和Mono Develop后点击Next按钮;第六，点击Browse选择Unity的安装路径，默认安装在C：＼Program Files＼Editor中，选好路径后点击Install进行安装。第七，Unity软件安装后会弹出安装成功对话框，点击Finish按钮即完成Unity安装。

讲授注册账号的过程：第一，双击打开Unity 5.4.1，会看到一个“License Error（授权错误）”的界面;第二，需要点击该界面右上角的“SIGN IN（登录）”，弹出登录面板，在这个面板上填写自己在Unity官网注册的账号;第三，账号填写完毕后，点击“Sign In”按钮，登录自己的账号，然后点击“Re-Activate（重新激活）”;第四，点击“重新激活”后，现实激活界面，选中“Unity Personal”;第五，点击“Next”，进入下一步，弹出“License agreement（授权协议）”窗口，选种第三个单选框;第六，点击Next，进入下一步，进入“Survey（问卷调查）”，直接将界面拉到最下方，点击OK按钮完成注册。

3.2  Unity 3D界面

Unity 3D拥有强大的编辑功能，开发者在创建项目过程中可以通过可视化的编辑界面创建游戏及虚拟现实环境。Unity 3D的基本界面主要包括菜单栏、工具栏以及五大视图，这5个视图分别为Hierarchy（层次）视图、Project（项目）视图、Inspector（检视）视图、Scene（场景）视图和Game（游戏）视图，而每种视图都有指定的用途。

点击Layouts按钮可以改变视图模式，在下拉列表中看到很多种视图，其中有2by3、4Split、Default、Tall、Wide等，如图1、图2所示。

层次视图包含了当前场景中的所有游戏物体。我们在游戏开发中所创建的Game Object都会出现在Hierarchy视图中。当我们想寻找场景中的某个物体时，只要在Hierarchy视图中找到对应物体的名称并进行双击即可，此外还可以选中物体点击鼠标右键轻松地实现Game Object的复制、删除等操作。

项目视图相当于一个资源仓库，包含了所有项目资源，其主要作用就是管理用户的项目资源。项目视图左侧是一个层次面板，打开后可以看见多个文件夹，选中其中一个文件夹，相应的内容就会显示在右侧的面板中。

Unity中的游戏是由多边形物体、脚本、声音或其他图形元素组成的，在Hierarchy视图中选中某一个物体后，右侧的Inspectror视窗会显示当前选择物体的详细信息，包括物体上当前连接的所有Componens（组件）和属性。

Scene视图为Unity的编辑面板，是创建游戏的主要场所。用户所创建的所有灯光、物体、资源都会显示在场景视图中，同时用户可以在场景视图中进行选择和定位环境物体、角色物体、摄像机、敌人角色等，构建游戏中所有的虚拟景象，如图3所示。

Game视图面板是用来渲染场景面板中景象的，该面板不能用作编辑，但却可以呈现完整的动画效果，如图4所示。

3.3  Unity新建項目文件

在Unity 3D创建项目，在项目中创建场景，然后在场景中创建地面，在地面上创建立方体来搭建简单游戏场景步骤。

步骤1：启动Unity 3D后，在弹出的对话框中，单击New创建一个新的工程，可以设置工程的目录，然后修改文件名称和文件路径。

步骤2：在Project name下（项目名称）中输入项目名称，然后在Location（项目路径）下选择项目保存路径并且选择2D或者3D工程的默认配置。

步骤3：设置完成后，单击Create project按钮完成新建项目。Unity 3D会自动创建一个空项目，其中会自带一个名为Main Camera的相机和一个Directional Light的平行光。

步骤4：创建好新项目后新建场景。场景新建的方法是：选择Unity菜单File（文件）—New Scene（新建场景）命令即可新建场景。

步骤5：选择Game Object（游戏对象）—3D Object（三维物体）—Plane（平面）命令创建一个平面用于放置物体，如图5所示。

步骤6：选择Game Object（游戏对象）—3D Object（三维物体）—Cube（立方体）命令创建一个立方体，如图6所示。

步骤7：使用场景控件调整物体位置，从而完成游戏物体的基本创建。

步骤8：在弹出的保存场景对话框中输入要保存的文件名，此时在Project（项目）面板中能够找到刚刚保存的场景。

4  Unity 3D软件操作的教学实践过程

4.1  课前

教师可以借助于线上学习平台完成课前教学活动，将课前的预习课件和引导视频等内容推送至网络教学平台，使得学生提前完成相关课程内容的学习，而教师可以在教学平台中了解学生的课前学习情况，也可以在网络學习平台上发布课前测试来了解学生的学习效果，根据学生的学习效果及时调整课堂教学内容。

4.2  课中

结合虚拟现实技术的特点，教师应当在课堂上采用案例式教学法、项目式教学法等多种教学方法开展教学活动。教师重点讲解教师课前学习效果较差的内容，激励学生通过项目制作等参与式活动完成课程内容，有效调动学生的动手能力和学习兴趣。在理论教学和实践教学过程中教师可以融入多个思政要素，实现思政育人的效果。通过项目式教学法，学生自主探究并完成对项目任务，任务完成过程截图如图7所示。

图7  学生自主完成项目过程截图

4.3  课后

教师根据课堂教学内容和学生对课程内容的掌握情况布置作业，完成相关项目的修改和完善，可以借助于网络学习平台完成对学生作业完成情况的检测和评价，也可以采取课堂汇报和学生互评的方式达到相互学习的目的。对于学生的学习和项目完成情况，教师应当进行及时总结，例如可以邀请学生阅读延伸文章、学习总结汇报、观看学习视频等活动，加深学生对相关知识的掌握程度。教师在听取学生项目汇报后进行评价，得分情况直接录入网络学习平台。

5  虚拟现实技术课程教学效果和改革策略

5.1  虚拟现实技术课程的教学效果

通过教学内容和教学方法的不断改革，本课程的教学效果得到明显的改善。首先，学生的考试成绩得到了很大程度的提升，学生的考试成绩从68.42分提高到80.57分，考试成绩的优秀率从5.3%提升到11.8%，这说明教师的教学质量和学生的学习效果得到明显提升;其次，学生的积极性得到了较大程度的提高，通过调查得知，学生课下自主学习习惯得到培养、自主学习时间有所提升，学生上课回答问题的积极性更强，学生对教学内容和教学方法的满意程度得到提高。

5.2  虚拟现实技术课程的改革策略

教师应当不断更新教学理念，用设计学的思维和理论引导学生开展设计活动，培养学生的审美能力和设计水平;应当不断创新教学内容，依据本课程的教学目标和学生的知识水平理清教学脉络，循序渐进地向学生传授课程知识，通过实体项目训练来引导学生用专业知识来发现和解释社会问题和现象，通过理论与实践教学相结合实现“教学做”一体化;应当不断改善教学方法，借助于网络学习平台提升学生的自主学习能力，通过信息化教学手段调动学生的学习兴趣，运用项目式教学法和探究式教学法提升学生的知识运用能力，提高学生的动手操作能力。

6  结  论

虚拟现实技术作为一门理论性与实践性相结合的课程，在教学改革过程中教师应当不断提升自身能力，严格把握教学目标、着重突出课程特色、不断激发学生兴趣，注重理论教学与实践教学的结合，实现课程内容与实际生活的紧密结合，不断探索更加适合学生发展的教学内容和教学方法，通过教学质量的不断提升，培养出更多更优秀的应用型人才。

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作者简介：闫鹏（1987.08—），男，汉族，山东德州人，教师，硕士，研究方向：新媒体、数字媒体艺术。