【虚拟演播室系统与网络课程资源建设的研究】大学网络课程

　　摘 要：虚拟演播室技术以其全新的视频节目制作理念开拓了网络课程建设领域的新视野。虚拟演播室也以其便捷性、高仿真和高效率等独特魅力逐渐被应用于各高校的课堂教学以及远程教学中，在改善远程教学的教学质量、提升网络课程资源建设等方面更能发挥其独特的作用。
　　关键词：虚拟演播室；课程云模式；网络课程资源
　　中图分类号：G250.73 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)01-0023-03
　　
　　一、虚拟演播室系统
　　虚拟演播室的实质是将计算机制作的虚拟二维或三维场景与摄像机现场拍摄的人物活动图像通过色键技术进行数字化的实时合成，使人物与计算机生成的虚拟背景能够融为一体，虚拟演播室可以把一些难以看见、摸不着、拍不到的景象形象地表现出来。例如，要表达某些天体运行情况、史前生物的生活情况等。它还可以移动场景，而移动场景这一功能非常适合讲授型教育节目的制作，它可以一改以往屏幕以教师头像为主的画面风格，很方便地将教师讲授的内容同实例通过移动场景在画面上结合起来。
　　虚拟演播室可以实现虚拟人物表演的功能。计算机技术的高速发展使得实时人物动画表演成为可能，如在真人身上各重要关节处加装传感器，传感器的各组数据传到服务器中用于控制已制成的虚拟动画人物的关节活动，使它完全实时地模仿表演者的动作，它会给节目带来新奇感和神秘感，这在已往的传统演播室制作过程中是无法想象的。
　　二、虚拟演播室系统在高校中的应用
　　随着计算机图形处理技术、多媒体技术、视频数字化的发展，不仅虚拟演播室技术日趋完善，已经达到了实际应用的程度，而且虚拟演播室系统的性价比得到大幅提升，加快了虚拟演播室在教育领域的应用推广。虚拟演播室在教育领域中的应用，越来越引起全国各高校的重视。目前已有部分高校建设了虚拟演播室，并在教育电视节目制作、远程教育和新教学模式的探索等方面取得了一些可喜的成绩。
　　1.虚拟演播室在高校电视节目中的应用
　　虚拟演播室首先是被广泛应用于电视节目的制作，全国各地的传媒大学或学院是较早将虚拟演播室用于实验教学中的。这些大学一般都开设有文艺编导、影视节目制作、播音与主持等多个专业。他们在实践中不断通过对演播室系统的完善和改造来丰富实验内容，拓展教学实验项目，摸索教学经验。因而，演播室就需要经常更换实物场景或者把大演播室划分为若干小区域，再在小区域进行灯光布置以满足学生上课的需要，但结果往往是众口难调，管理和调试都很麻烦。现在使用虚拟演播室，学生可以根据自身条件和要求自主挑选背景，场景切换方便，不受真实条件的约束，这种教学实验方式很受师生欢迎，也有利于拓展学生的创造空间。虚拟演播室具有制作成本低、制作周期短、制作效率高、所用场地小和实验教学灵活等诸多优势，将会成为未来实验教学的重要途径和方式 。
　　2.虚拟演播室在高校远程教育中的应用
　　电视大学是主要开展远程开放教育的大学，经过多年的发展建设，已经形成了以中央电大、省电大为中心、地市级电大分校为主干的远程教育网络系统。广西电大较早论证采用将虚拟演播室和双向视频会议系统应用于远程教育中，目前已在积极建设中。而据报道，清华大学、第四军医大学、北京电大等高校已有将虚拟演播技术应用于教学的案例。在远程教育课程的制作过程中，虚拟演播室表现出许多的优势：
　　（1）虚拟演播室具有虚拟列席功能。可将远地演播室中专家的实况视频与本地演播室中教师的场景视频实时结合在一个虚拟场景中，两人可以在虚拟场景中面对面交谈、演讲，学生觉察不到他们是身处异地，可以大大增强教学的现场感和参与感。这可以充分挖掘各地区教育领域的人才资源，实现人才教育资源的共享，如邀请大学教授、专家学者共同参与对某一问题的讨论，或者开展对某一节课的点评。
　　（2）提高教学的生动性与效率。在虚拟演播室创设的教学环境下，那些以往不便于远程教学的动作技能类教学内容可以通过虚拟演播室的三维建模来实现，这大大丰富了远程教学内容的呈现手段。同时，由于授课的教师身处虚拟的讲台上，通过后台三维或两维设计，其环境不仅可以是静止的，也可以是活动的，且可以结合课程内容变换贴切场景，产生超现实的效果，解决了在普通演播室难以解决的许多问题。
　　（3）激发学生听课兴趣。虚拟演播室画面变化多样，教师的授课方式十分灵活，不仅可以激发学习者的兴趣、提高学习的效率，还有助于提高远程教育课程的现场感和真实性,有效保持学习者的注意力，增强课程的传播效果,也吸引了学生学习兴趣。
　　（4）可以实现虚拟演播室网络化。虚拟演播室是与计算机数据压缩、传输和网络技术紧密结合的。通过这种技术，可以将图文信息、摄像机、话筒等前端信号直接转为数字信号，并可按照一定格式进行压缩，然后通过视频会议系统或网络传输给各地终端服务器设备。当设备距离较近时，也可以选择不压缩而直接通过网络传输，迅速传递讲课内容。
　　三、虚拟演播室与课程制作的系统架构与关联性
　　在虚拟演播室创建的教学环境中，教师端和学生端可以通过虚拟演播室的视频进行融合，可以实现虚拟的教师和学生同处一室的教学过程，教师可以直观地呈现教学内容，学生会感到仿佛是在与教师面对面交流，可以获得教师的当面指导，教师也可以得到学生的反馈信息，根据学生的需求及时调整教学内容和方式，使教学活动达到最佳效果。
　　1.虚拟演播室的基本架构
　　虚拟演播室一般由计算机3D和2D处理系统、现场摄像机、摄像机跟踪器、图形图像发生器、色键控制器、视／音频切换特技台和调音台构成的节目制作系统组成。
　　系统的组成框图如图所示。摄像机拍摄的授课教师在带识别标志的蓝屏前授课的视频图像信号一路送摄像机位置识别控制器，实时获取运动摄像的内外参数，另一路输出送数字色键器，从带识别标志的教师图像中去掉识别标志和蓝背景部分，再送视频信号校正处理单元，以保证前景与虚拟背景在合成时严格同步；并给出描述前景与虚拟背景融合比例的键信号。三维虚拟场景制作既能根据节目需要制作虚拟场景，又能借助三维加速卡在摄像机运动参数控制下实现变换场景。
　　2.在虚拟演播室下的课程制作过程
　　在带蓝箱（或蓝背景）的演播室里，教师或演员做着各种授课或表演，摄像机对其进行拍摄，以蓝色屏幕为背景拍摄的摄像机图像，通过色键控制器去“背景”，经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行合成，实时产生一个组合的图像。
　　（1）由于计算机图形技术的迅速发展，计算机实时绘制各种复杂仿真的三维场景越来越普遍，如用3DMAX、Softimage、Photoshop等三维或二维图形图像制作软件来创建模型进行仿真设计。这些场景可以与摄像机摄制的视频信号完美地合成在一起，后台控制人员只需把与授课内容或表演内容相关联的仿真三维场景调到系统合成，这使授课的空间得到扩展。
　　（2）在课程录制中，现场的教师和学生可以在虚拟演播室中与三维背景呈现出真实的透视关系，同时允许插入视频片断。这些效果是在课程拍摄过程中根据课程内容或遵照后台编导现场决定来完成的，我们能感觉到，现场视频信号及三维场景是由同一台摄像机拍摄的，并且它们来自同一个源。把这些合成的课程视频信号与三分频录播系统进一步整合可以得到更完美的课程资源。
　　（3）虚拟演播室的实时反馈性。在节目制作中，教师的现场动作与计算机场景能实时地合成，合成后的场景能及时地反馈给摄影师和教师，以便帮助摄影师调整拍摄焦距和景别，帮助教师调整授课动作。
　　四、虚拟演播室引入下网络课程资源建设的发展趋势
　　网络课程是一种基于计算机多媒体信息技术、网络技术的教学资源，对于国家积极推进的信息化教育建设、优质资源建设共享和人才培养模式改革与创新，都有积极的推动作用。
　　1.教师在实施网络课程建设中教学手段的多样性
　　虚拟演播室可以连接多种教学媒体和教学资源，在虚拟演播室创设的教学环境下，那些以往不便于远程教学的动作技能类教学内容可以通过虚拟演播室的三维建模来实现，这样不仅大大丰富了课程教学内容的呈现手段，还增加了教学过程本身的趣味性。在虚拟演播室的环境下，一些教学活动的组织方式和呈现方式可以更加灵活，例如：在网络课程教学中有好多工程师在以前做过的网络路由配置实验，通过虚拟模拟处理，把不同的参数设置对应不同的虚拟直观输出方式展现，教师在教学过程中可以作适当的引导，通过回放效果或者教师扮演的方法当面呈现给学生，把教学课程中复杂的问题通过虚拟现实逐一分解，这激发了学生的学习兴趣，培养学生科学的思维方法。
　　2.网络课程建设中师生的共同参与
　　网络课程要建成特色，应该突破传统单一的教师独唱模式，从发展的趋势看，将会转换成教师、学生多人参与建设的课程云模式，所谓课程云模式就是在课程资源建设中，不论是本地的还是远程的教师和学生，通过互联网络组成一个课程建设团队，教师和学生均可将教学成果、教学过程、教学创新亮点、学习技巧与体会以互动的形式发布到课程资源库，建构课程知识体系的空间，逐步完成课程建设。
　　虚拟演播室能为教师和学生提供一个可以自己建构知识体系的空间。在网络课程建设中，一些传统经典的学习内容可以从平面的文字形式转化为空间的结构形式，教师可以将一些抽象的理论、复杂或繁琐公式的推导等用图形显示的方式和虚拟场景的方式展示在学生面前，并可进行很好的虚拟互动交流，帮助学生更好地理解和掌握教学内容，起到事半功倍的教学效果。然而，虚拟演播室创设的空间结构形式又不同于一般的多媒体形式，它是一个可以多人直接参与的立体空间。无论是教师的教学过程还是学生的学习过程，无论人在本地还是在异地，都可以充分融入计算机创设的虚拟学习环境之中。这也是课程云模式建设的具体要求。
　　五、小结
　　虚拟演播室技术已受到越来越多的网络课程资源建设者的关注。它既可以仿真传统演播室，又可以超越传统演播室，极大地丰富了网络课程资源建设的手段。它既可以用于多媒体教室课堂教学，又可以用于网上讲座的远程教学；既可实现实景教学与课堂教学相结合创建的情境教学，又可创设虚拟现实和超现实的课程云模式。它在教育领域的应用也切实地解决了其他教学手段难以解决的参与性不强、不能及时交互、不利于教师潜移默化地进行课程启发教育等问题。从长远来看，虚拟演播室将会越来越多地参与教育教学和课程资源建设中，其制作的视频与仿真效果更能真实和贴切地反映课程内容。因此，如何更好地运用这方面的新技术为教学和科研服务是值得我们研究的新课题。
　　参考文献：
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　　(编辑：杨馥红)