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1、积件式智能虚拟摄像机教学系统的开发苏仰娜（韩山师范学院 教育系，广东 潮州 521000）摘 要 针对传统课件整体性、固定性和封闭性等缺点，现有积件发展缓慢、功能简单、缺乏统一规范得不到普及等弊端，以提高课件的重用率、通用性、开放性为目的，应用 Flash ActionScript 3.0 技术，开发出一套具有通用课件功能的积件库，并在已有积件的基础上构建出智能化、高仿真度的虚拟摄像机教学系统，不仅实现了摄像机的录制、变焦、播放等基本功能，且虚拟了斑马图案、白平衡等手动高级功能，体现了积件智能化、仿真化的发展方向。关键词 课件，积件，摄像机，智能，虚拟一、问题的提出随着多媒体课件逐步向智能化、
2、虚拟化发展，课件制作软件的不统一对教师的计算机操作要求越来越高，一个优秀的课件不仅要求开发者具有高水平的软件开发技术，而且需掌握扎实的教学设计理论知识。然而现实中的一线教师或课件开发者往往难以同时具备这两方面的条件。传统的课件不仅开发周期长，成本高，重用率低，通用性、灵活性差， 既不利于用户使用，也不利于维护和管理。其整体性、固定性和封闭性等弊端，不利于教师因时、因地、因材施教，制约了教师、学生的个性发展和创造性发挥，难以适应课堂教学的需要。因而课件的发展面临着“课件危机” 。“积件” 1是解决课件危机的一种方案，但自黎加厚教授提出至今十几年间并没有得到所预言的迅猛发展，教师对于多媒体课件的观
3、念尚未从“课件” 转向“积件” ，对于简单的教学内容不愿意花时间去制作或使用积件，对于复杂的教学内容则精心制作了课件，但在使用完就束之高阁，不愿意共享。目前几乎没有一套正规的积件系统，极少数的积件库也大多以教学资源集合而成，其功能极为简单，缺乏交互性，更谈不上虚拟或智能效果，其形式大多类似于模板，现有积件的应用通常涉及对原代码的修改，需要教师掌握一定的软件开发技术，其操作步骤十分繁琐极不方便，因而不利于推广与普及。二、积件1积件的概念积件（Integrableware）是一个完全开放型的软件系统，是继第一代教学软件 课件（Courseware ）之后的第二代教学软件，它不是教学资源库和多媒体著
4、作工具的简单叠加，而是由教师和学生根据教学需要自己组合运用的教学信息和教学处理策略库与教学工作平台 1 2。2积件的组成（1）积件库： 积件库是教学资料和表达方式的集合，可将大量的知识信息素材提供给教师和学生，在课堂教学中自由使用。积件库的类型包括：多媒体教学资料库，微教学单元库，虚拟积件资源库等。（2）积件组合平台：积件组合平台是供教师和学生使用来组合积件库并最终用于教学使用的软件环境。其基本特点是：无需程序设计，方便地组合积件库各类多媒体资源，面向所有普通教师，易学易用 1。3积件的特点（1）基元性：积件素材是以知识点为基本元素，每一个知识点是一个基元模块，实现分类、检索、构建等功能，教师
5、可方便地组织多媒体信息资源。（2）可积性：积件中知识基元可以根据需要被再次灵活地重组、聚积和变换。（3）通用性：积件面向所有普通教师，无论课程体系、教材版本如何变化，基元信息都可被不同的教师灵活选择、组合应用于实际教学活动中。（4）开放性：积件的使用无需掌握程序设计知识，积件的资源都是以基元方式入库供教师重组使用，因而在任何时候，任何地方，任何教师或学生都可以将最新的信息和自己的作品添加入库，以供他人共享与使用 3。三、本系统的设计理念针对传统课件“整体性、固定性、封闭性”等弊端，利用积件式开发思想，构建出基于积件体系结构的摄像机教学系统，并达到“虚拟仿真效果”与“智能化评价”的功能。从而降低
6、课件的开发周期与成本，提高课件开发效率、重用率与通用性。1积件式构架基于积件式思想构建二次开发的积件组合平台，素材积件库、SWC 组件积件、FLA 原代码积件、影片剪辑积件以及 SWF 积件。并在积件组合平台的基础上生成用户层面的基本功能模块，再对各功能模块进行修改、整合与完善。2虚拟仿真不仅虚拟摄像机的各种基本功能，包括录制与变焦操作、播放录像带操作，手动设置功能包括聚焦、变焦、曝光、景深、快门、光圈、AE 变换、斑马图案、白平衡、ND 滤光镜等功能，以及逼真的视频效果，为达到视觉的虚拟仿真立体效果，利用 3D MAX 仿照真实图片对部分素材进行建模、渲染并输出，再导入到 Flash 中利用
7、基础动画技术生成虚拟仿真动画。3智能评价教育信息化的重点任务是开发智能型的网络课件，如数据输入型课件，开发虚拟仿真实验型课件，如实验装置，实验操作，数据采集实验结果等 4。本系统的智能评价功能体现在对各种功能的虚拟过程中，学生对随意、动态地改变系统参数，系统能对学生的不同操作以及根据输入的参数进行智能的判断、反馈与纠正，并对操作结果进行正确、合理的评价。主要利用 Flash 最新版本的脚本语言 ActionScript 3.0 开发而成。 ActionScript 3.0 是一种强大的面向对象编程语言，利用它不仅可以编写高性能的响应性代码，实现系统的智能评价功能。四、开发层积件组合平台的构建如
8、图 1 所示，本系统的积件组合平台主要有 5 种类型：素材积件库、SWC 组件积件、FLA 原代码积件、影片剪辑积件以及 SWF 积件。1素材积件库主要利用 Flash 中的库面版与公用库存放开发系统过程中需要用到的所有图像、声音、按钮与元件等素材。Flash 中的元件是基于面向对象的方法类，其实例的重复引用不会增加文件的容量，因此把素材转换成 Flash 中的图形、按钮或影片剪辑元件，可以大大节省存储空间。在场景中引用元件实例时，还可以改变实例的属性如颜色、透明度、大小等，且同一个元件可以有不同属性的实例，不同的实例可以添加不同的动作。2 SWC 组件积件利用 Flash 自定义组件功能，把
9、常用的导航栏、菜单、界面、片头等具有通用性功能的部分生成SWC 自定义组件，把可修改、增删的变化部分设置成动态文本或变量，再根据实际应用的需要，将 SWC组件拉到场景，通过改变组件的属性，并对动态文本与变量进行赋值从而生成最终文件。利用组件积件开发界面、菜单可使界面风格统一、优化管理与维护。3 FLA 积件FLA 原代码积件其形式类似于模板，但与模板的区别就是代码的封装性，只需要简单的修改操作便可完成。主要类型有：拖曳配对积件，键盘响应积件等。摄像机各部分器材的安装，以及显示屏的移动都是利用拖曳配对积件完成。如图 2 所示，分别利用影片剪辑设置“被拖动对象” 、 “拖动目标对象”以及拖动全过程
10、各状态的逐帧动画，每帧的内容为一个状态，可用图像序列导入。可根据不同的步骤次数对帧进行复制或者对影片剪辑进行复制，复制影片剪辑时只需要改变实例名即可。在提示文本框中输入各步骤的提示文本即可完成。拖曳配对的主要算法思路为：当“被拖动对象”的坐标与“拖动目标对象”坐标一致时，把“拖动目标对象”坐标赋值给“被拖动对象”的坐标，否则，让“被SWC 组件积件片头 界面 菜单 习题库 游戏测验拖曳配对 键盘响应素材积件库曝光/景深图片 声音 按钮FLA 积件 SWF 积件图 1 积件组合平台结构图变焦/录制影片剪辑积件积件组合平台图 2 拖曳配对交互积件界面图拖动对象”的坐标又回到起点位置。主要通过 Ac
11、tionScript3.0 中的拖动函数 startDrag(),stopDrog()控制拖动与停止拖动，利用 hitTest()函数检测对象碰撞。键盘响应积件可通过动态改变键盘键控代码从而改变不同按键的响应方法。4影片剪辑积件摄影机与摄像机中有些共同的功能如：变焦、录制功能，曝光、景深效果，快门与光圈系数等。这些功能在系统中重复出现，因此可将这部分的功能制作成影片剪辑积件，教师在应用时只需要直接拉入对应功能的影片剪辑即可。4.1 录制与变焦功能积件录制功能积件是通过把一段视频放在影片剪辑中虚拟拍摄场景，开始录制可用 mc.play()控制视频影片剪辑播放播放，暂停录制可用 mc.stop()
12、控制视频影片剪辑停止。变焦原理是通过控制影片剪辑大小缩放而成，可用影片剪辑的 xscale 与 yscale 属性乘以倍数 s 进行控制，当 s 大于 1 时为放大效果即广角拍摄，当 s 小于 1 时为缩小效果即望远拍摄。4.2 曝光与景深效果积件曝光原理是利用在图像上层增加一个由白色过渡到黑色的影片剪辑，再通过控制影片剪辑的 Alpha透明度与 visible 显示/隐藏属性而获得。当曝光正常是，影片剪辑处于中间帧，且 visible=0 即影片剪辑被隐藏，当出现曝光过度则显示影片剪辑，且影片剪辑向白色方向帧跳转，而当出现曝光不足则向黑色方向帧跳转。景深的效果的设计可利用 Photoshop
13、 模糊工具对图片进行局部模糊，处理成不同程度的景深效果场景，再将其按次序导入影片剪辑中生成逐帧动画影片剪辑，根据光圈系数值进行帧跳转。 105. SWF 积件SWF 积件是完全代码封装的积件，包括习题积件与游戏积件。习题积件为适应于所有科目任意知识点的习题积件库，分别有选择题、判断题、填空题、连线题与操作题等不同题型的积件。传统的习题模板未对代码封装，应用时也要对其原代码进行修改而极不方便。习题积件与游戏积件均采用“题型”或“游戏类型”与“文本内容”分离的方法，即把各种题型的习题或游戏做成通用积件，在积件中设置动态文本与变量，通过改变不同的文本内容而生成习题，通过“运行时加载”或“外部导入”两
14、种方法加载习题文本内容。运行时加载：如图 3 所示，利用输入文本框获取并传递习题文本内容到题型积件变量中。外部加载：把习题的文本内容用 TXT 文本文档存放，利用LoadVariables()函数加载外部文本，并将文本内容赋值给习题模块中的变量。五、用户层各功能模块设计1. 用户层总框架利用二次开发的积件库、积件组合平台生成具有基本功能的教学系统，通过对系统进行修改、完善，利用 LoadMovie()函数加载链接各模块从而构建用户层系统总框架。如图 4 所示，系统主要模块包括结构认识、拍摄前准备、基础操作、进阶功能以及练习测验等，下面将对主要模块的设计与实现过程进行探讨。2. 主要模块功能设计
15、与完善2.1 拍摄前准备拍摄前准备模块主要涉及拍摄器材的安装，包括安装电池、录像带、麦克风、三脚架等。其实现方法都是利用拖曳配对积件生成基本功能进行修改。如图 2 所示，在安装录像带模块中，在“被拖动的对象”维护常识练习测验逆光与聚光手动设置调整增益调整快门调整光圈AE 变换ND 滤光镜斑马图案白平衡手动聚焦选择题判断题填空题连线题操作题游戏测试片头主界面教学内容结构认识拍摄前准备基础操作进阶功能教学目标拍摄前安装安装麦克风安装电池安装录像带拍摄前检查检查麦克风检查电池检查电量拍摄姿势安装三脚架三脚架操作手持式操作基础录制显示屏参数录制与变焦拍摄结束播放录像带教学视频使用说明图 4 用户层系统
16、总框架结构图图 3 运行时加载习题积件界面图影片中放入“录像带”图片， “拖放的目标区域”影片中放入“录像带舱”图片，把安装录像带的过程的每一状态图片序列导入成逐帧动画，当录像带与录像带舱发生碰撞时，则自动跳转到下一帧状态。从而产生模拟真实的安装效果。2.2 基础操作（1）录制与变焦 录制与变焦操作是摄像机最基本、最重要的操作，如图 5 所示，系统不仅虚拟了三个不同位置的录制与变焦方法，而且逼真地模拟出三种方法效果的区别。由于不同位置的录制操作都是同样的效果，因此可在每个录制按钮处直接引用录制功能积件。而三种不同方法的变焦虽原理相同但其变焦速度与效果不同，如手柄变焦杆上的变焦选项就有三种“快速变焦，慢速变焦与关闭变焦” ，机箱上的变焦按钮是动力学变焦，变焦环上的按钮是微调变焦。通过应用上述的“变焦”积件，改变变焦倍数 s 值而获得，如快速变焦的倍数设为s=1.2 倍的话，慢速变焦的倍数可设为 s=1.05 倍，变焦环微调变焦可设为 s=1.02 倍，动力学变焦可在影片中多次调用变焦动作，让
