生物学野外实践视听融合VR全景教学资源设计与应用

论文摘要

随着VR技术的不断发展,作为其分支的全景技术在诸多领域得到广泛应用。VR技术构建的生物学野外实践教学资源,能突破时间和空间的限制,师生足不出户,就能身临其境地开展野外实践教学,而且可无限重复练习,直至达到熟练掌握程度,可有效解决生物学野外实践教学中面临的诸多困难。然而,当前VR全景资源在满足生物学野外实践教学实际需求方面还存在诸多缺陷,譬如VR全景视频虽能展现动物之间的社交、繁殖等行为的视觉画面,但很难向学习者传达其发声机制、声音信号特征等隐喻的信息。因此,亟需探索一种视、听觉融合的VR全景资源构建方案,营造出一种更加逼真的沉浸式学习环境。针对生物学野外实践生境考察、动植物识别教学中存在的相关问题,本文在VR全景资源中融入视、听同步方法,逼真地模拟实际野外场景中相关视听体验。首先总结和分类不同种类动物的声音行为,依据人耳听觉原理设计虚拟环境中声音效果;然后基于双耳实时渲染、音视频同步原理,设计并构建了一个在室内开展生物学野外实践教学活动VR全景系统;最后以神农架川金丝猴野外实践教学为例,分析并评价VR视听融合全景资源的实际教学成效。具体研究内容主要包括:(1)针对野外动物的声音特征及其行为,结合双耳实时渲染技术,设计一种VR全景资源的声音可听化方案,包括动物声音的数字化、真实感声音合成、双耳定位设计、声音动态变化效果等内容。(2)通过融合可视化和可听化的方式,构建一种生物学野外实践VR教学资源。首先依据教学需求,划分系统功能;其次,构建野外实践区域三维景观地形图,并探究实践点的规划路线及其切换关系;最后基于虚拟场景坐标变换,实现学习者头耳同步。(3)选取神农架川金丝猴野外教学实践为例,通过小范围适用和样本分析形式展开VR全景资源的评价工作,分析视、听觉实时同步的实际成效。结果表明,该全景资源能够增强学习者的沉浸感体验,提升教学资源的真实感,提高学生的学习兴趣。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 论文的研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容与主要工作
•   1.4 论文组织结构
• 第二章 相关理论与技术基础
•   2.1 野外实践教学中声音行为的作用
•     2.1.1 声音特征
•     2.1.2 动物声音行为
•   2.2 VR环境中声音表现形式
•     2.2.1 听觉原理
•     2.2.2 立体声效表示
•   2.3 VR全景资源中视听通道融合
•     2.3.1 野外环境多声源融合
•     2.3.2 VR中视、听通道同步
•   2.4 本章小结
• 第三章 声音可听化设计
•   3.1 动物声音数字化
•     3.1.1 动物声音采集
•     3.1.2 动物声音处理
•   3.2 真实感声音合成
•     3.2.1 声音合成
•     3.2.2 声音音量级调整
•   3.3 声音渲染
•     3.3.1 声音动态变化
•     3.3.2 双耳定位设计
•   3.4 本章小结
• 第四章 视听通道融合设计
•   4.1 虚拟视听融合系统设计
•     4.1.1 设计框架
•     4.1.2 总体设计
•   4.2 VR场景可视化设计
•     4.2.1 景观地形模型重建
•     4.2.2 虚拟场景设计
•   4.3 虚拟场景视、听觉同步
•     4.3.1 学习者头、耳同步
•     4.3.2 视、听融合设计
•   4.4 本章小结
• 第五章 案例应用
•   5.1 VR全景教学资源应用
•     5.1.1 VR全景教学资源简介
•     5.1.2 场景内容设计
•     5.1.3 场景内容实现
•   5.2 VR全景资源评价
•     5.2.1 样本数据预处理
•     5.2.2 讨论与分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间个人成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史会芳

导师: 钟正

关键词: 野外实践教学,全景资源,声音可听化,视听融合

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,社会科学Ⅱ辑,信息科技

专业: 生物学,教育理论与教育管理,计算机软件及计算机应用

单位: 华中师范大学

分类号: G434;Q-4

DOI: 10.27159/d.cnki.ghzsu.2019.000818

总页数: 72

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