基于 VR 技术的虚拟仿真红色文化教育资源构建研究

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摘   要：红色文化蕴含着丰富的革命精神和厚重的历史内涵，是宝贵的精神财富。应用 VR 技术构建个性化、易融入、可 推广的红色文化展示系统，并充分应用网络技术，推进红色文化线上资源进校园、进课堂、进育人基地，进一步丰富高校红色 文化教育资源，融合立德树人教育，引导和帮助大学生树立远大理想、锤炼品德修为、练就过硬本领、勇担时代责任，以实现 有效提升育人实效的目标。

关键词：VR 技术 ；红色文化 ；虚拟仿真 ；教育资源 ；构建研究

【Abstract】： Red culture contains rich revolutionary spirit and profound his-torical connotation. It is a valuable spiritual wealth. Apply VR technology to build a personalized, easy to integrate and popularized red culture display system, and make full use of network technology to promote the online resources of red culture into the campus, classroom and education base, further enrich the red culture education resources in colleges and universities, integrate morality and human education, guide and help college students establish lofty ideals, cultivate moral character, cultivate excellent skills, bravely shoulder the responsibility of the times to achieve the goal of effectively improving the effectiveness of education.
【Key words】： VR technology;red culture;virtual simulation;educational re-sources;construction research

         作为高校，承担着培育祖国事业发展接班人的重 要任务，挖掘应用好红色资源，融入“传承红色基 因”“赓续红色血脉”教育，落实好立德树人根本任务， 既是时代的要求，更是历史赋予的重要责任。

         红色文化虚拟仿真教育资源的构建正是迎合新时代育 人需求，紧密结合高校育人实际，充分应用虚拟现实技术 和网络技术，实现革命纪念馆虚拟仿真与交互，进一步丰 富红色教育的传播形式，提升红色教育的育人效果 [2]。


1 红色文化虚拟仿真教育资源的构架设计

1.1 构架概述

         随着虚拟现实技术快速发展和普及，多种多样的展示设备层出不穷，打破时空、高效广联优势凸显，在推 进虚拟仿真与真实世界互补的同时，越来越多的虚拟仿 真技术应用于教育教学领域 [3] 发挥着重要的作用。

         本研究从易推广、好融入的角度出发，定位红色文 化纪念馆资源为研究目标，应用 VR 全景技术、3D 建 模技术和 C# 语言技术实现模拟仿真展示系统的整体构 建 ；采用传统的 PC 计算机和触摸显示器作为主要展示 设备，以 VR 头盔作为补充，在没有触摸显示器和 VR 头盔的情况下，依然可以通过传统键盘、鼠标作为输入设备实施虚拟仿真资源的运行操作 ；系统通过网络实现教育资源包的快捷传输，同时确保资源的广泛性。本系统简单易用，兼容性强，无需增加软件学习成本即可供 多人同时学习使用。项目内容如图 1 所示。

本研究采用三层 C/S 架构设计。三层 C/S 功能如下。

表示层 ：是信息系统与用户的接口。它担负着用户 与业务层间的对话功能，是应用程序的输入端和最终数 据处理结果的输出端。此表示层通常不包括业务逻辑， 仅在必需的情况下可包含不涉及安全问题的业务逻辑。

业务层 ：是应用程序的主体。它负责与表示层和数 据层的数据交互接收来自表示层的数据请求，与数 据服务层进行交互，经过获取数据、处理数据，将用户 所需的结果返回到表示层。系统实现表示层与数据层隔 离，通过业务层访问数据库数据，实现数据的绝对安全 和对用户的透明化。

数据层 ：负责数据的维护和管理。它负责管理对数 据库数据的读写，并根据需要将数据移交给业务层，日 常数据处理直接在数据层进行，可有效提高系统的应用 效率。
用户下载客户端并实施安装，通过网络传输内容资 源保存至本地计算机，再次使用时，已经浏览过的资源 可不通过网络下载直接进行查看，能有效减轻服务器压 力和优化提升用户体验。同时，还可以通过架设内网服 务器的方式，同时供多用户使用，有效提升系统资源的 使用率。

1.2 开发工具

        Unity3D 是本研究的主要系统开发工具。三维模型 制作使用 3DSMAX，PhotoShop、Substance Painter 制 作模型贴图，并在 3DSMAX 中赋予材质，导出 FBX 模型 文件为 Unity3D 提供模型支持。C# 语言作为 Unity3D 的 主要开发语言，实现虚拟仿真中的交互系统设计。

        通过 Unity3D 开发发布多种平台应用。Unity3D 集成了虚拟现实开发的所有功能，Asset Store 提供系 统开发所需资源，支持超过十多个主流平台发布 [4]，非 常适合 C/S 构架设计，可以最大程度地节省开发时间， 同时确保研发系统的完整性和实效性。

1.3 交互式设计

        虚拟现实输入方式多种多样。系统实现鼠标键盘、 触摸屏幕、VR 手柄三种形式任意切换，能够实现最大 的硬件兼容性。通过简化 UI 界面，让更多用户简便、 无障碍地使用资源系统。本研究将系统资源中的视频、 图片、音频、文字等嵌入至 3D 虚拟环境中，通过简洁 的 UI 来观看和控制，操作简捷，形象直观，沉浸式教 育效果明显。

2 红色文化教育资源虚拟仿真平台的系统实现

2.1 虚拟漫游实现

        漫游三维场景通过“第一人称摄影机”技术来实 现。第一人称漫游能够强化用户在虚拟现实中的沉浸式 体验，用户可通过方向控制产生与现实中极为相似的视 觉转移甚至是视觉模糊，同时还通过听觉体验和视觉体 验相结合的方式，提供沉浸式地身临其境真实参观体验 感。本项目实践创新实施漫游设计理念，在提高用户视 听觉体验和感受等方面取得了一定实效。

        本研究以“保定留法勤工俭学运动纪念馆”为例， 构建如图 2 所示的虚拟仿真 3D 纪念馆。虚拟纪念馆设 计不仅仅局限在室内场景，我们还根据不同的教育需求 和场馆内容进行深入分析研究，增加内容重塑、场景虚 构设计等内容，构建更加贴切、更加符合展示内容的场 景。同时，探索实现让用户在虚拟的环境中以第一人称 视角任意选择行走参观路径方向，并当用户在 3D 环境 中接近某一展区时，自动启动解说程序，智能化得到凸 显。同时，用户还可以在展区的特定位置，利用鼠标或 者 VR 输入设备点击虚拟展品进行多角度观看，还可以 在 UI 界面中点击播放展示视频、图片、文字等教育资 源，进行学习研讨。

        对于一些特殊的文物展品，通过 3DSMAX 建模， 构建三维文物模型，在虚拟展示中实现通过界面中的 “三维查看”功能进行文物展品的各个角度观看，并配 有相应藏品解说，使体验者更清晰、更直观地从多方位 了解文物，切实通过文物感受历史积淀和文化内涵。其查看界面如图 3 所示。


2.2 红色资源构建

        红色文化资源构建重点是素材。素材包括图片、视 频、音频、三维模型等，这些是虚拟仿真平台必不可少 的资源要素。在资源构建的过程中，既要保证素材的客 观、真实，又要保证素材的精细、清晰，是项目构建的 重点和难点。为实现以上目标，一方面通过使用高分辨 率照相机、摄影机进行拍摄取材，保证素材的清晰度、 精细度 ；另一方面，通过与红色纪念馆工作人员合作和 广泛查阅考究历史资料，提升素材的客观性和真实性， 以此提升和确保红色文化资源素材的展示实效。

        红色文物是纪念馆的重要组成部分，其三维模型构 建是系统研究的重点任务。我们通过实地取材获得照 片、 视频， 利用 3DSMAX 进行建模， 按照 512×512 像素尺寸使用Photoshop、Substance Painter 绘制贴 图，在一般配置的 PC 设备上流畅运行，有效保证了三 维模型与实物的一致性。

3 虚拟现实技术在构建红色立体资源体系中的优势

        近年来，虚拟展馆、虚拟课件、虚拟博物馆等在红 色文化教育中广泛应用，推进了红色文化传播方式的丰 富创新，并取得良好教学效果。在构建立体化资源体系 中，虚拟现实技术作用具体表现如下 ：

3.1 虚拟现实技术提供全新的体验和不同的视角

         随着计算机图像和图形处理技术的发展和硬件技术 的不断升级更新，虚拟世界与现实世界之间的视觉效果 通过 VR 技术两者之间的差距越来越小 [5]。一些虚拟现实技术终端产品比如虚拟头盔、VR 显示器、VR 控制手 柄、VR 手套等硬件的出现更是带来了全新的学习体验。

3.2 虚拟现实技术有效激发学习兴趣

        体验用户在应用虚拟现实技术学习过程中，身临其 境、代入感强，实现充分调动学习积极性和主动性，以 达到红色文化教育实效。

3.3 虚拟现实技术有助于实现自主学习

         应用多平台移动终端设备为受教育者自主学习创造 条件。在立体化红色资源体系构建中实现资源形式多样 化，普及资源网络共享，打破时空限制，为激发学习者 的主观能动性创造条件，为传播红色文化和激发爱国主 义情怀奠定基础。

4 结语

        基于 VR 技术的虚拟仿真红色文化教育资源的构建 实施融合了专业技术人员、纪念馆工作人员、参与师生 的智慧结晶，在设计实现过程中能够有效推动了信息技 术与红色文化、实践教学的深度融合，对于丰富红色文 化传播形式、充实教学育人资源、促进课程思政深入推 进、提升高校育人效果，将起到积极的推动作用。

参考文献

[1] 王爱军,李中永,颜世波.基于VR技术的红色文化教育平台系 统设计与实现[J].湖北科技学院学报,2019,39(1):112-115.
[2] 常虎强,巨敏.基于VR技术的红色文化实践教学系统研究[J]. 微型电脑应用,2021,37(8):43-45.
[3] 刘晓峥,徐司琪.嵩山地区三维虚拟漫游旅游人才培育系统开 发:基于Unity3D平台的设计[J].区域治理,2019(29):173-178.   
[4] 许兴鹍.虚拟现实技术在教育领域的应用与研究[J].科技视界,2016(27):318.


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