CN113935868A - 一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统 - Google Patents

一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及虚拟教学演示技术领域，尤其是一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，包括云服务器、课件管理器和授课软件，其具体步骤为：(1)创建云端数据库及对象存储；(2)课件管理；(3)课件下载；(4)课件解析及演示，本发明实现了集多格式课件为一体的教学演示系统，同时支持多种格式课件，在一个系统中进行教学演示，减少教师在教学演示过程中切换不同软件的情况。

Description

一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统
技术领域
本发明涉及虚拟教学演示技术领域，具体领域为一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统。
背景技术
在人类的发展历史中，演示一直是人们进行教学、信息交流的重要手段。从远古时期的肢体动作，到实物展示，到现代的幻灯投影技术，到多媒体技术，演示的手段越来越先进，演示的效果不断增强。通过演示，可向传播对象提供大量直观，形象的视听信息。
近20多年，随着多媒体教学发展，课堂从以前的图文演示逐渐融合图、文、音视频组合演示，提升教学效果。
在目前以PPT作为主流教学演示尚存不足之处：
(1)在传统实践教学中，尤其在职教领域，面临复杂结构认知的难题。较大部分学生因个人理解能力的不同、对空间想象力的认知不同，从而对传统平面化的理论教学得到的学习效果差异甚大；
(2)在当下的多媒体教学中，不同课件之间的教学演示，只能通过不断的切换软件来达到不同类型课件的切换，影响教学效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，解决3D模型无法植入PowerPoint，达到三维教学的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，包括云服务器、课件管理器和授课软件，
其具体步骤为：(1)创建云端数据库及对象存储；
(2)课件管理；
(3)课件下载；
(4)课件解析及演示；
步骤(1)的具体步骤为：
在云服务器中创建云数据库并设置课件对象存储空间；
步骤(2)的具体步骤为：
(2.1)通过课件管理器从本地硬盘添加课件对象；
(2.2)通过课件管理器上传课件对象或关联web服务地址，将课件对象存储到对象存储空间中，并在云数据库生成数据索引；
步骤(3)的具体步骤为：
(3.1)通过授课软件选择需下载的课件对象；
(3.2)下载课件对象至本地硬盘；
步骤(4)的具体步骤为：
通过课件解析对下载的课件进行解析，并给予Unity3D引擎进行演示。
优选的，步骤(2.2)中课件上传为基于web服务，通过FTP文件传输协议，将本地课件上传至课件对象存储空间。
优选的，步骤(3.1)中通过授课软件勾选所需演示课件对象，根据数据库索引从对象存储中下载到本地硬盘，若本地已存在该文件，不再重复下载。
优选的，步骤(4)中课件解析及演示包括3D课件解析演示模块、.html内容解析演示模块、.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块、.mp4文件解析演示模块、.pdf课件解析演示模块、课件窗口页面切换模块和电子白板功能模块。
优选的，所述的3D课件解析演示模块用于演示三维模型课件，3D课件解析演示模块包括模型注解、模型展开和模型动画，基于Unity资源管理系统中的Assetbundle机制将适用于Unity引擎的图片纹理、模型、音频文件、视频文件和文本文件资源按照Assetbundle的压缩算法Lz4整合成资源包，通过WebRequest类进行远程或者本地加载、解压、使用、及演示。
优选的，所述的.html内容解析演示模块用于演示网页资源、在线视频资源、在线虚拟仿真资源的课件，.html内容解析演示模块为基于谷歌浏览器内核WebKit、结合Uinty的UI系统和用户输入系统，实现模拟浏览器的功能。
优选的，所述的.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块和.pdf课件解析演示模块为用于解析对应的.ppt、.doc、.pdf类型课件；
.ppt课件演示模块用于演示PowerPoint软件文件，包括.ppt、.pptx类型文件；
.doc课件演示模块用于演示WORD软件文件，包括.doc、.docx类型文件；
.pdf课件演示模块用于演示PDF格式文件；
.ppt、.doc、.pdf类型课件通过加载原始pdf、ppt或doc文件字节流，通过字节流中的特殊符号解析文件组成构造，然后转换成像素保存至图片中，通过Unity的UI系统进行演示，每一页保存一张图片；
特殊符号包括但不限于换行符、换页符。
优选的，所述的.mp4文件解析演示模块用于演示视频课件，.mp4文件解析演示模块基于unity内置视频播放器VideoPlayer实现的拉流播放、结合Unity的UI系统封装视频播放器，实现视频的播放、暂停、停止、视频时间和视频流位置信息的进度条播放功能。
优选的，所述的课件窗口页面切换模块用于在教学演示过程中切换不同的课件，通过Unity输入系统，以左右按键控制页面的切换，以上下按键控制窗口切换。
优选的，所述的电子白板功能模块用于教学演示过程中基于Unity用户输入系统的鼠标输入，功能启用实时记录鼠标光标在屏幕中的平面坐标，连点成线并扩充线条宽度，再把这些点位数据转换成像素信息保存至图片，使用Unity的UI系统展示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过3D模型拆解展示，有效演示复杂知识的结构和原理，尤其对于机械、电路、天体、生物、医学等学科有显著效果。
(2)本发明支持当下计算机环境下所有传统多媒体教学演示所用课件类型，解决当下实际教学过程中频繁切换软件的问题。
(3)本发明具备可兼容性，支持的.html演示模块，可以接入基于Web的教学资源。
(4)本发明具备可扩展性，可与其他系统交互，实现在课堂中师生互动答题、点名等功能，提升教学效果。
附图说明
图1为本发明的系统模块流程图，
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个用于创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具；
Unity3D引擎架构设计使用基于组件的对象模型；
在传统的设计中，我们一般会使用“派生”来描述对象之间的关系。子类通过派生父类，来获得父类的功能。在设计游戏对象时，会根据游戏本身的需要而为游戏对象添加各种功能支持，比如渲染，碰撞，刚体，粒子系统等等。这些通用功能为了能够为各种派生类提供服务，都必须实现到基类中。这样就导致了游戏对象基类变得非常庞大臃肿，即难使用，又难维护。
“基于组件”的对象模型就是把所有需要提供给游戏对象的基础功能都独立成单独的”组件模块“(Component)，一个具体的游戏对象可以将它需要的功能模块组合到一起使用。所有”功能“不再是父类中的接口，而变成子对象实例，为游戏对象提供服务。这样既保证了功能代码的可重用性，又增加了整个对象体系的模块化和灵活度。
在Unity中，GameObject除了作为Component的容器之外，基本上没有其他功能。所有需要的功能都要通过组合Component来实现。脚本本身也是Component，用来在GameObject上通过控制其他Component来实现自定义的功能。虽然这些Component在物理上是完全并列的关系，但是他们之间还是会有一定的层次关系的。在设计一个游戏对象的具体功能时，组件一般会被分为三个层次。
引擎的基础组件
Unity本身提供的各种内部功能组件。比如渲染组件，物理组件，声音组件等等。这些组件实现了所有引擎提供的基础功能，会被脚本使用来组合高级功能。
模块功能脚本组件
通过脚本实现的一些相对独立的通用模块功能的组件。这类组件的设计是脚本可重用的关键，需要仔细分析游戏对象中哪些功能可以被独立出来成为一个可重用的功能模块组件，并且在实现上应该尽量降低与其他组件的耦合性。比如在设计一个角色游戏对象时，需要为他设计换装功能。换装功能其实就是对显示子对象进行分组管理，切换显示状态。这个功能相对独立，与其将他实现到角色中，不如独立成一个功能模块组件。角色游戏对象和其他所有需要换装功能的游戏对象都可以通过包含这个模块组件来实现换装功能。
模块功能组件之间还可能有依赖关系，也就是一个功能模块组件可能依赖与另一个功能模块组件，从而在这个组件层次上形成更多的子层次。
高层的胶水代码脚本
这些脚本用来真正将引擎基础组件和模块功能组件组合到一起实现最终游戏对象逻辑。用“胶水代码”来形容这些脚本非常的贴切，就是把所有这些子功能“粘”在一起。比如设计一个Player脚本，将所有需要的组件功能组合起来，实现一个玩家的具体游戏逻辑。因为这一层次代表的都是最高层的游戏行为控制对象，是具体的游戏逻辑的“胶水”代码，不会再为更上层提服务，所以本身的可重用性并不高。但是这些对象之间按照类型区分，往往会有一些功能上的重合，所以反而可以继续使用派生关系来实现功能的重用。比如在Character中实现所有的基础功能(这些功能又是通过组合基础组件来实现的)，而Player和NPC都从Character派生，来继承所有Character的功能，并继续实现自己特殊的功能。一个功能到底应该用组件实现还是用派生实现并没有非常明确的界限，应该根据需要灵活运用。
在使用Unity的过程中，如果要实现的是demo级别的小工程，并不需要考虑很多，直接用脚本实现功能就可以了。但是如果要有效地组织复杂的工程，提高代码的重用性，充分理解和合理的利用“基于组件”的对象模型设计思想还是很重要的。
基于上述Unity3D引擎的说明，请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，包括云服务器、课件管理器和授课软件，
课件管理器和授课软件均设置于本地终端上，通过本地终端与云服务器进行通信，实现课件管理器和授课软件对云服务器中的课件进行管理及解析演示；
在实际应用工程桩，其具体步骤为：(1)创建云端数据库及对象存储；
(2)课件管理；
(3)课件下载；
(4)课件解析及演示；
步骤(1)的具体步骤为：
在云服务器中创建云数据库并设置课件对象存储空间；
步骤(2)的具体步骤为：
(2.1)通过课件管理器从本地硬盘添加课件对象；
(2.2)通过课件管理器上传课件对象或关联web服务地址，将课件对象存储到对象存储空间中，并在云数据库生成数据索引；
步骤(3)的具体步骤为：
(3.1)通过授课软件选择需下载的课件对象；
(3.2)下载课件对象至本地硬盘；
步骤(4)的具体步骤为：
通过课件解析对下载的课件进行解析，并给予Unity3D引擎进行演示。
教学演示时，在授课软件下载课件对象至本地硬盘，并根据课件文件格式类型解析，在基于Unity3D引擎开发的视图中演示。
步骤(2.2)中课件上传为基于web服务，通过FTP文件传输协议，将本地课件上传至课件对象存储空间，并在云数据库生成数据索引。
步骤(3.1)中通过授课软件勾选所需演示课件对象，基于Unity资源管理系统，根据数据库索引从对象存储中下载到本地硬盘，若本地已存在该文件，不再重复下载。
在课件解析及演示步骤中，根据不同文件格式，通过不同的解析模块解析，并在基于Unity3D引擎开发的视图中演示，步骤(4)中课件解析及演示包括3D课件解析演示模块、.html内容解析演示模块、.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块、.mp4文件解析演示模块、.pdf课件解析演示模块、课件窗口页面切换模块和电子白板功能模块。
所述的3D课件解析演示模块用于演示三维模型课件，3D课件解析演示模块包括模型注解、模型展开和模型动画，基于Unity资源管理系统中的Assetbundle机制将适用于Unity引擎的图片纹理、模型、音频文件、视频文件和文本文件资源按照Assetbundle的压缩算法Lz4整合成资源包，通过WebRequest类进行远程或者本地加载、解压、使用、及演示。
3D课件是一个自主定义的文件格式，3D课件包括模型注解、模型展开和模型动画等功能，由.fbx格式模型在Unity引擎中定制化制作，对模型部件进行名称标注，增加按中心点向四周展开功能，并关联相关针动画，达到知识讲解目的。
所述的.html内容解析演示模块用于演示网页资源、在线视频资源、在线虚拟仿真资源的课件，.html内容解析演示模块为基于谷歌浏览器内核WebKit，结合Uinty的UI系统和用户输入系统(鼠标、键盘)，把C#语言解释成JavaScripts语言实现模拟浏览器的功能。具备网址输入、前进、后退、刷新等基础功能，最后网页内容渲染拷贝至图片并实时更新图片内容，最终通过UI进行演示。
所述的.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块和.pdf课件解析演示模块为用于解析对应的.ppt、.doc、.pdf类型课件；
.ppt课件演示模块用于演示PowerPoint软件文件，包括.ppt、.pptx类型文件；
.doc课件演示模块用于演示WORD软件文件，包括.doc、.docx类型文件；
.pdf课件演示模块用于演示PDF格式文件；
.ppt、.doc、.pdf类型课件通过加载原始pdf、ppt或doc文件字节流，通过字节流中的特殊符号，比如换行符、换页符等来解析文件组成构造，然后转换成像素保存至图片中，通过Unity的UI系统(包含图片的缩放、拉伸等)进行演示，每一页保存一张图片；
特殊符号包括但不限于换行符、换页符。
所述的.mp4文件解析演示模块用于演示视频课件，.mp4文件解析演示模块基于unity内置视频播放器VideoPlayer实现的拉流播放、结合Unity的UI系统封装视频播放器，实现视频的播放、暂停、停止、视频时间和视频流位置信息的进度条播放功能；
基于unity内置视频播放器VideoPlayer，实现的拉流播放，结合Unity的UI系统封装视频播放器，除了VideoPlayer本身就具备的播放、暂停、停止播放功能之外，通过视频时间和视频流位置信息拓展了视频的进度条播放功能。
所述的课件窗口页面切换模块用于在教学演示过程中切换不同的课件，通过Unity输入系统，以左右按键控制页面的切换，以上下按键控制窗口切换。
所述的电子白板功能模块用于教学演示过程中基于Unity用户输入系统的鼠标输入，功能启用实时记录鼠标光标在屏幕中的平面坐标，连点成线并扩充线条宽度，再把这些点位数据转换成像素信息保存至图片，使用Unity的UI系统展示，为可视化视图增加画笔、擦拭、删除画笔、画笔调色等功能，起到标记课件重点，批注等作用。
通过本技术方案，在3D课件教学演示中，展示模型内部结构，达到结构认知和原理认知教学效果，模型采用fbx格式，内置动画，在教学过程中播放动画；
本系统提供一体化集成，支持多种格式课件演示，涵盖当下多媒体教学演示课件，在Unity3D引擎支持下，植入解析PPT、Word、PDF、视频、模型、网页等格式教学资源；
通过服务器上传下载，在本系统中解析，达到异地备课等应用需求，解除教师课件携带，提供便利；
以窗口化形式演示不同课件，可通过键盘上下键进行快速切换。具备多页的课件，以翻页形式展现，可通过键盘左右键进行快速切换，实现不同课件之间无缝切换，单一课件翻页切换；
本系统提供了一种支持多种格式课件同时导入加载的功能，通过一键勾选，批量导入，同时解析、演示，提升教学演示时课件加载效率，节约等待时间。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：包括云服务器、课件管理器和授课软件，
其具体步骤为：(1)创建云端数据库及对象存储；
(2)课件管理；
(3)课件下载；
(4)课件解析及演示；
步骤(1)的具体步骤为：
在云服务器中创建云数据库并设置课件对象存储空间；
步骤(2)的具体步骤为：
(2.1)通过课件管理器从本地硬盘添加课件对象；
(2.2)通过课件管理器上传课件对象或关联web服务地址，将课件对象存储到对象存储空间中，并在云数据库生成数据索引；
步骤(3)的具体步骤为：
(3.1)通过授课软件选择需下载的课件对象；
(3.2)下载课件对象至本地硬盘；
步骤(4)的具体步骤为：
通过课件解析对下载的课件进行解析，并给予Unity3D引擎进行演示。
2.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：步骤(2.2)中课件上传为基于web服务，通过FTP文件传输协议，将本地课件上传至课件对象存储空间。
3.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：步骤(3.1)中通过授课软件勾选所需演示课件对象，根据数据库索引从对象存储中下载到本地硬盘，若本地已存在该文件，不再重复下载。
4.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：步骤(4)中课件解析及演示包括3D课件解析演示模块、.html内容解析演示模块、.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块、.mp4文件解析演示模块、.pdf课件解析演示模块、课件窗口页面切换模块和电子白板功能模块。
5.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的3D课件解析演示模块用于演示三维模型课件，3D课件解析演示模块包括模型注解、模型展开和模型动画，基于Unity资源管理系统中的Assetbundle机制将适用于Unity引擎的图片纹理、模型、音频文件、视频文件和文本文件资源按照Assetbundle的压缩算法Lz4整合成资源包，通过WebRequest类进行远程或者本地加载、解压、使用、及演示。
6.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的.html内容解析演示模块用于演示网页资源、在线视频资源、在线虚拟仿真资源的课件，.html内容解析演示模块为基于谷歌浏览器内核WebKit、结合Uinty的UI系统和用户输入系统，实现模拟浏览器的功能。
7.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的.ppt课件解析演示模块、.doc课件解析演示模块和.pdf课件解析演示模块为用于解析对应的.ppt、.doc、.pdf类型课件；
.ppt课件演示模块用于演示PowerPoint软件文件，包括.ppt、.pptx类型文件；
.doc课件演示模块用于演示WORD软件文件，包括.doc、.docx类型文件；
.pdf课件演示模块用于演示PDF格式文件；
.ppt、.doc、.pdf类型课件通过加载原始pdf、ppt或doc文件字节流，通过字节流中的特殊符号解析文件组成构造，然后转换成像素保存至图片中，通过Unity的UI系统进行演示，每一页保存一张图片；
特殊符号包括但不限于换行符、换页符。
8.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的.mp4文件解析演示模块用于演示视频课件，.mp4文件解析演示模块基于unity内置视频播放器VideoPlayer实现的拉流播放、结合Unity的UI系统封装视频播放器，实现视频的播放、暂停、停止、视频时间和视频流位置信息的进度条播放功能。
9.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的课件窗口页面切换模块用于在教学演示过程中切换不同的课件，通过Unity输入系统，以左右按键控制页面的切换，以上下按键控制窗口切换。
10.根据权利要求4所述的一种基于Unity3D引擎的多课件教学演示系统，其特征在于：所述的电子白板功能模块用于教学演示过程中基于Unity用户输入系统的鼠标输入，功能启用实时记录鼠标光标在屏幕中的平面坐标，连点成线并扩充线条宽度，再把这些点位数据转换成像素信息保存至图片，使用Unity的UI系统展示。
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