太阳系虚拟仿真教学系统的设计与开发

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太阳系虚拟仿真教学系统的设计与开发

作者：魏利戴佳佳王小雅黄慧敏

来源：《数字教育》2017年第05期

摘要：在传统的中小学科学课程教学中，教师常用文字图片、视频或实物来表示太阳系

模型，而这些教学资源又往往在直观性、趣味性、交互性及灵活性等方面表现欠佳。为了改善上述教学资源的不足，本文研究开发了一个动态的太阳系虚拟仿真教学系统。该系统基于Windows开发平台，以Visual C++6.0为开发环境，以OpenGL为图形设备接口，实现了星体仿真、三维漫游、运动控制等功能，其较为明显的特点是简单、直观、可灵活使用及交互性良好。

关键词：太阳系；模型仿真；OpenGL

中图分类号：G4 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2017）05-0075-06

一、引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中指出“加快教育信息化进程”的任务之一就是要“加强优质教育资源的开发与应用”[1]。因此在我国教育信息化发展进程中，数字教育资源不仅作为其发展产物，同时也作为其发展阶段的重要体现[2]。目前在教育资源

建设中，具有漫游、演示及互动等功能的三维仿真现已成为第三代热点技术[3]。其教学效果

较为乐观，杨程等人设计了基于虚拟现实的数据结构三维动态教学系统，实验数据表明三维仿真系统有趣直观，大大提高了学生对课程学习的积极性[4]。

太阳系相关知识是小学六年级科学课中的重要教学内容，但由于太阳系远离生活实际，想要采用直接观察的学习方式了解太阳系则有很大的困难。太阳系模型主流教学方式为二维多媒体（如图片、视频、动画、模型等） [5]，其存在交互性差、趣味性低，以及难以直观形象展示等诸多不足。因此，本文中将三维仿真引入太阳系教学中，旨在构建仿真度更高的太阳系模型辅助学生学习。目前，三维仿真应用于教学中已成为常态，其中有值得借鉴和改进的地方。如耿维忠[6]等人提出的基于OpenGL的虚拟现实技术在教学场景中的开发框架为本文提供了参考，而孙明[7]提出基于3DS MAX和虚拟现实建模语言构建虚拟太阳系模型，但因3DS MAX 上的材质无法通过wrl文件（虚拟现实文本格式文件）显示，材质出现问题，因此天体仿真度不高。张三川[8]提出基于OpenGL的三维动画课件的设计与制作，其注重技术实现，未满足教学知识完备性的需求。

趋于这种需求之下，本文设计并实现了一种在Windows平台下，基于OpenGL图形设备

接口和