基于VRML平台的流星余迹通信三维演示教学及发展方向

师耀+郑建

摘要：当前VR技术发展迅速，其中VRML即虚拟现实建模语言是其技术的代表之一，它提供了三维应用中大多数常见功能，提供了足够的创造空间，利用其建模能力强、有真实感及渲染能力、观察及交互手段、动画可控等功能，可以用于教学、航天、军事、建筑、医疗等领域发展前景广阔。而流星余迹通信作为现代通信手段重要组成，优势众多已经受到较多的关注，是通信工程专业一门非常重要的课程。因此，本文将VRML平台技术与流星余迹通信教学相结合，探究通信教学的新方式。

关键词：VRML；流星余迹通信；教学应用

流星余迹通信作为现代通信手段的组成之一，具有通信隐蔽性和保密性好，通信传输距离远，搭建流星余迹通信平台方便，流星资源众多等优势，具有较广阔的发展前景，但是由于流星余迹通信的相关原理条件复杂，需要学生较强的空间感和立体感去体会通信过程及相关原理，现有的板书式和PPT教学已经不能满足教学的需求。急需一种直观交互的教学手段或者平台的使用，以提高教学的质量和效率。

一、VRML技术及特征

（一）VRML技术

VR即虚拟现实是利用通过视、听、嗅和味觉等感官能力进行实时模拟和交互， 它是计算机技术的进化，特别是计算机自备了交互的功能，也就有了从视觉三维效果、触觉到听觉三维效果、甚至嗅觉的全面模拟。而VRML则是基于VR技术体系下建立起来的建模平台，是用作在网络平台上建立区别于时下二维平面的三维空间而创建的语言标准。具备可编程语言，通过语言节点的编程，实现可视化的模型构建，搭建起用户需要的模拟环境。

（二）VRML特征

VRML被定义为构建3D场景，通过节点完成物体构建，模拟3D空间逼真，具备交流互动、路由控制、编辑程序等各式特征。

（1）构建三维物体及场景，具有占用内存小、便于网络传输的特点，但视觉效果无法与专业的三维软件相媲美；

（2）具备良好的交互性，支持Java、Javascript语言接口，并且配有自己特有的vrmlscript脚本语言，能够自行编程设计，能够灵活控制图形和动画；

（3）有网络功能，可用于浏览Internet网；

（4）有多媒体插入和播放功能，能嵌入图形、动画、声音和视频素材；

（5）建模语言较为简单，容易掌握与开发。

二、流星余迹通信的特征及教学难点

（一）流星余迹通信概念

流星余迹通信（Meteor Burst Communication，MBC）是一种使用流星体射入高层大气层摩擦燃烧后在高空形成的电离余迹，利用VHF无线电波的前向散射作用而时间的远距离突发通信方式。

（二）流星余迹通信特征

信道稳定，受核爆炸、太阳黑子和极光等现象影响小；可靠性高，抗干扰和抗截获能力强，具有较强的保密性；使用地域广；支持全时域、全天候工作；覆盖范围广，可支持大规模组网；设备简单，运行成本低；适合实时性要求不高及噪声较小的场合。，可作为最低限度应急通信的重要手段，在国防和自然灾害等应急通信中发挥特殊的作用。

（三）流星余迹通信教学难点

流星余迹通信作为通信工程专业教学内容重要组成部分，其内容中有部分原理和特征文字表述较为抽象，且对学习者的空间构想能力有较强的要求。其基本的教学难点包括了流星激起离子骚动的变化过程、通信建链成功的相切条件、足迹效应立体展示、不同足迹形成过程、热区模拟、建链通信的全过程模拟，以及综合的流余通信手段的使用等。但其展现过程较为抽象，以装备操作进行教学虽然也能实现教学目的，但耗费大、组织时间长、过程把握不清晰。因此为教学带来了较大的困难。

三、基于VRML平台的流余通信教学应用

基于前文中描述的内容，利用VRML平台与流星余迹通信教学相结合，通过平台的建模用以模拟通信过程，及相关的特征与原理，可实现以下几个教学的优势。

（一）教学原理的可视化

原理的建模可以通过基础的工具包编辑建构，也可以是CAD文件导入或三维数字化仪数据化、三维扫描仪获得。在使用该平台中的几何建模、运动建模、物理建模、行为建模以及模型管理等功能构建模拟后，对原理要呈现的物体、过程进行了可视化，学习者可以较为直观的在搭载平臺的多媒体终端上进行阅读和学习。

（二）演示过程的可操作化

在模型构建成功后，教学者和学习者都可以在教学过程利用平台的交互功能，多演示过程进行操控。该平台具备动态的演示过程，而使用者可以通过模拟的环境达到身临其境的感受，在理解过程中随意停止演示过程，也可以及时变换视角，从不同的方位、角度观看演示过程。提高了原理演示过程的多维学习。

（三）建模的模块化

整个基于平台的教学模拟可以通过使用者初次建模后，将构件的模块打包整合，而用于后期不同教学原理或者教学模拟环境的模块化构建，也就是说使用者可以像叠加方块一样，整模块的往新的构建中任意添加，而无需再次重复的编程建模。该平台这一优势，极大的提高了使用者的使用效率，方便了整个教学过程。

（四）教学资源的网络化

基于平台的网络功能，可用于浏览Internet网。也就是说使用者在构建好模型及整合好教学资源后，可将其挂载互联网，制作成网站或者打包网页，使得其余使用者可随时在网络上获取该教学资源，达到了教学资源的网络化，也适用于现在流行的网络远程教学。并且在此过程中，还可不断加入新的资源，提高了教学资源的流通与完善。

四、基于VRML平台的教育发展方向

VRML非常注重于与人的交互体验，故而在教学使用上更加具有发展前景。它所具备的网络可传输性，可以让更多的学生在网络课堂上进行学习，提高了教学资源的利用率，弥补了其视觉效果上的缺陷。同时，它的语言编程能力使得模型的构建能够打包添加，增强了授课内容模块的添加删除能力，使用灵活，非常符合教学的特点。

在今后的通信教育中，VRML平台可广泛应用于各类通信手段的教学过程中，如散射通信、中长波通信等不便于经常开展实验或者教学展开的教育内容上，以弥补并提高教学质量和内容。在其他教育领域，使用VRML技术虚拟抽象的代数几何概念，使其更加立体形象。或开发基于VRML的“虚拟物理实验室”，合成现实中不可实现或者难以实现的物理变量，并能控制、改变、设定这些变量（引力、静电力、时间膨胀等），使学生更生动的理解物理概念。并结合网页技术，还能让更多的学生利用网络资源进行学习，解决了传统课堂的局限性。

基于上述内容，VRML技术平台在未来的教育领域中具有较强的发展前景。

参考文献：

[1] 李赞.流星余迹通信与应用[M].电子工业出版社.2011.4.

[2] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].高等教育出版社.2004.3.

[3] 倪聃.基于网络的虚拟实验系统的开发与应用[D].浙江师范大学.2009.