CN109035395A - 一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机教学软件技术领域，公开了一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统及方法，包括：解剖采集模块、图像预处理模块、图片导出模块、三维建模模块、模型导出模块、贴图模型导入模块、互动制作模块、虚拟现实模块、信息发布模块。本发明对昆虫从生活环境、形态特点、行为以及昆虫生理结构等各方面用相机及摄像机等进行图像采集以及视频制作并整理成库，通过三维形式对昆虫进行识别与鉴定，在实验课堂教学中展示给学生，既可以提高教学效果，帮助学生更好的掌握昆虫知识，又可为野外实习打下坚实的基础。

Description

一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统及方法

技术领域

本发明属于计算机教学软件技术领域，尤其涉及一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

普通昆虫学又称基础昆虫学(basic entomology)，偏重于对昆虫本身生命形式及生命规律的探索，昆虫在地球上已记录的为1百多万种，昆虫作为科学研究材料，揭开了很多自然之谜，最突出的例子就是以果蝇(Drosophia melanogaster)为材料发展起来的遗传学。以昆虫为研究材料的优点：昆虫易于饲养，生活周期短，能在较短时间内获取大量昆虫个体；昆虫是开放循环的动物，器官和内分泌腺的移植比较容易，无脊椎动物的生理问题很多都是以昆虫为实验材料研究的，昆虫作为研究材料不像灵长类动物容易受到社会和道德约束。随着人类的生产活动和科学试验，以及其他基础学科的发展和学科间的交叉渗透，昆虫学已由描述阶段、实验阶段进入分子生物学阶段，正朝着宏观和微观两个方面发展，在学科发展过程中，昆虫学逐渐形成了自己的许多分支学科，这也说明了昆虫实验教学在本科教学中的重要性，目前，国内外高校的昆虫实验教学普遍与其它教学环节如野外实习联系不够紧密，部分教学内容和手段也不尽完善，尤其是在昆虫分类学的实验教学中，所用标本多采用干制或浸渍法，干制标本针插法一般用于保存成虫标本，而浸渍法常用于保存幼虫、蛹和卵.干制标本针插法由于与空气接触，受气候的影响大，在空气湿度较大的情况下，昆虫标本容易生霉，且容易受到虫蛀，且干制标本一般也较为脆弱，容易损坏，影响标本的完整性.浸渍法则因浸渍液致使标本褪色，挥发后则使标本干瘪，以上两种方法要用瓶装、盒装、橱藏，用的设备多，占用空间大，这两种制作方法均不利于昆虫标本的长期保存。贵州属亚热带湿润季风气候，降水较多，雨季明显，阴天多，日照少。常年相对湿度70％。与北方地区相比昆虫标本保存更为不易，每学期我学科在保存标本方面需花费5000元，每学期需替换已损坏标本3000元。昆虫的解剖过程较为细致，实验体一般较小，各类器官很难辨别清楚，课后学生学习主动性不高，学习互动性较差。野外实习是昆虫学教学的一个重要组成部分，它与课堂教学、实验教学既有密切联系又有明确分工，是不可缺少亦不能互相代替的教学活动，国内很多高校都很重视野外实习的教学，但随着高校招生规模的扩大，野外实习的人力、财力、物力资源严重不足，加之学生对昆虫分类学知识掌握不够牢固，使实习效果大打折扣，实习期间采集的昆虫标本也因保存方法简单，损坏严重。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)昆虫的解剖过程较为细致，实验体一般较小，各类器官很难辨别清楚，课后学生学习主动性不高，学习互动性较差。

(2)野外实习的人力、财力、物力资源严重不足，加之学生对昆虫分类学知识掌握不够牢固，使实习效果大打折扣，实习期间采集的昆虫标本也因保存方法简单，损坏严重。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统及方法。

本发明是这样实现的，一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统，所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统包括：

解剖采集模块，利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄；

图像预处理模块，用于实现贴图的透视关系矫正准确，一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感；

图片导出模块，用于实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式；

三维建模模块，用于实现贴图的三维模型建立；

模型导出模块，用于导出三维模型的Fbx格式；

贴图模型导入模块，用于将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤；

互动制作模块，用于将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动；

虚拟现实模块，用于建立虚拟现实的互动环境；

信息发布模块，用于教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

本发明的另一目的在于提供一种所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法，所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法包括：

步骤一，利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄；

步骤二，实现贴图的透视关系矫正准确，所有贴图的纹理保持横平竖直，清晰可见，干净漂亮；一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感；

步骤三，实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式；

步骤四，实现贴图的三维模型建立；导出三维模型的Fbx格式；将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤；将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动；

步骤五，建立虚拟现实的互动环境；教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：通过制作标本，“人工琥珀”昆虫标本处理及制作，一些重要目的代表种、常见经济种类昆虫成品标本鉴定及多媒体资料赏析等实验内容；对实习期间采集到的昆虫标本采用制作成人工琥珀包埋的方法长期保存，并对贵州省境内昆虫从生活环境、形态特点、行为以及昆虫生理结构等各方面用相机及摄像机等进行图像采集以及视频制作并整理成库，昆虫鉴别通过三维形式对昆虫进行识别与鉴别，在实验课堂教学中展示给学生，既可以提高教学效果，帮助学生更好的掌握昆虫知识，又可为野外实习打下坚实的基础。在课下，学生也能够复习课堂上遗漏的知识点，增加对知识的理解和巩固。同时，将虚拟现实和增强现实设备作为载体采用“翻转课堂”或“微课导学”教学模式组织教学，为学生提供自主学习条件，减轻教师的工作压力，有针对性地为学生答疑解惑，有助于推动传统教学方式的变革。虚拟现实与增强现实技术为学生提供了更加真实的教学情景，使知识的传输通过文字、图片、声音、动画和视频的形式呈现，能够将较复杂的、很难用语言描述的知识点表达得非常清晰、直观、具体，能够带给学生身临其境的感受和自然丰富的交互体验，能极大地激发了学习者的学习积极性。虚拟现实和增强现实技术的应用还能促进优质资源均衡化，有利于缓解教育资源两极分化，扩大优质资源的分享范围，能通过整体优化教育资源配置，来缩小城乡差距，能够实现教育公平，同时也是教育扶贫的较佳途径。

附图说明

图1是本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统结构示意图；

图中：1、解剖采集模块；2、图像预处理模块；3、图片导出模块；4、三维建模模块；5、模型导出模块；6、贴图模型导入模块；7、互动制作模块；8、虚拟现实模块；9、信息发布模块。

图2是本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法流程图。

图3是本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法实现流程图。

图4是本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的开发流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统包括：解剖采集模块1、图像预处理模块2、图片导出模块3、三维建模模块4、模型导出模块5、贴图模型导入模块6、互动制作模块7、虚拟现实模块8、信息发布模块9。

解剖采集模块1，利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄。

图像预处理模块2，用于实现贴图的透视关系矫正准确，所有贴图的纹理保持横平竖直，清晰可见，干净漂亮；一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感。

图片导出模块3，用于实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式。

三维建模模块4，用于实现贴图的三维模型建立。

模型导出模块5，用于导出三维模型的Fbx格式。

贴图模型导入模块6，用于将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤。

互动制作模块7，用于将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动。

虚拟现实模块8，用于建立虚拟现实的互动环境。

信息发布模块9，用于教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

如图2所示，本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法包括以下步骤：

S201：利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄；

S202：实现贴图的透视关系矫正准确，所有贴图的纹理保持横平竖直，清晰可见，干净漂亮；一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感；

S203：实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式；

S204：实现贴图的三维模型建立；导出三维模型的Fbx格式；将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤；将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动；

S205：建立虚拟现实的互动环境；教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

如图4所示，本发明实施例提供的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的开发流程包括以下步骤：

第一步，功能需求分析；

第二步，三维建模，常用的三维建模软件有3dMax、ZBrush、Maya等；模型要导入到虚拟现实开发软件中进行编程开发。在Unity 3d中模型的导入要以.FBX的格式，3ds Max软件可以将模型转换成.FBX格式。3ds Max不仅仅承担格式转换，还要完成模型贴图、动作、视频等操作；

第四步，格式转换，导入3ds Max中的模型需要以特定的格式.FBX导入Unity3d中去，此步骤需要在3ds Max中完成格式转换过程，.FBX是KaydaraFiLMBOX文件格式，KaydaraFiLMBOX是用于创建、编辑和混合运动捕捉和关键帧动画的系统。在格式转换界面需要注意的是其中Animatio选项的勾选决定了是否将在3ds Max中制作的动作导入至Unity 3d中，选项中也包含着选择序列帧的帧数；勾选Embed Media可以使得贴图导入Unity 3d中用以调试果；

第四步，模型导入，将格式转换好的.FBX格式模型导入Unity3d中有两种方法：1、点击Protject菜单栏中Asset的import New Asset；选择.FBX格式模型，选择导入；2、在Unity3d中”protject”中“Assets”右键选择import New Asset”选择.FBX格式模型，选择导入。导入中的模型需要对其进行简单的调试，保证在3ds Max制作的动作能够顺利导入；

第五步，渲染，在Unity3d中Shader的建立方式：在Peoject中Assets右键选择Create点击Shader可以建立4种不同类型的Shader.同时Unity中自己很多Shader，用户可以根据自己的需求选择内部的Shader进行运用；

第六步，编写代码，Unity3d持两种代码输入：C#和JavaScripts。建立脚本的方式和建立Shader的方式类似：在“Project”中“Asset”右键选择“Create”点击“JavaScript”或者“C#”。代码必须依附物体才可以实现其功能；

第七步，软件测试和软件发布，编写完代码实现预期功能后Unity3d可以不用发布而在内部测试，经过软件测试后的系统可以发布成不同的版本以满足不用用户之间的需求。除了一些发布的基本设置外，发布界面还包含着三种可以发布的形式：网页版，单机版和手机安卓版三种形式，根据需求可以发布成不同的版本。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统，其特征在于，所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统包括：

解剖采集模块，利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄；

图像预处理模块，用于实现贴图的透视关系矫正准确，一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感；

图片导出模块，用于实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式；

三维建模模块，用于实现贴图的三维模型建立；

模型导出模块，用于导出三维模型的Fbx格式；

贴图模型导入模块，用于将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤；

互动制作模块，用于将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动；

虚拟现实模块，用于建立虚拟现实的互动环境；

信息发布模块，用于教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

2.一种如权利要求1所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法，其特征在于，所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学方法包括：

步骤一，利用显微镜对昆虫进行解剖，使用拍摄视频或者照片全程记录解剖过程；对昆虫进行360°全方位照片拍摄；

步骤二，实现贴图的透视关系矫正准确，所有贴图的纹理保持横平竖直，清晰可见，干净漂亮；一张贴图内不能出现两个或多个相同的重复元素，只能一个重复元素为一张贴图，重复贴图的前后左右的色调，亮度要统一，不能出现重复贴图的拼接感；

步骤三，实现贴图按照jpg格式导出，带有透明通道的贴出导出png格式；

步骤四，实现贴图的三维模型建立；导出三维模型的Fbx格式；将贴图模型导入到unity中，并完成相对应的实验流程步骤；将导入生成的贴图模型与unity3d场景结合，实现互动；

步骤五，建立虚拟现实的互动环境；教学内容发布到阿里云服务器或者学校内部服务器。

3.一种实现权利要求1所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的计算机程序。

4.一种实现权利要求1所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统的信息数据处理终端。

5.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1所述琥珀包埋标本实验教学虚拟教学系统。