基于虚拟现实技术的知识树构建及研究

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虚拟现实技术因其强可交互性、高沉浸感和多感知性,被广泛的应用在各类教学场景中。然而教育信息资源迅速增长容易引发知识内容过载,复杂、无序的碎片化知识容易导致学生在学习过程中产生知识负荷的问题,传统教学模式又存在交互性差、安全系数受限等问题。因此,本文提出构建知识树系统平台,通过虚拟现实技术实现知识树内容三维可视化,将原有教学知识内容多维度关联展示,辅助添加课程内容实验,有效加强学生知识感知能力,提升学习效率。本文完成的主要工作及结论如下:(1)研究了知识图谱在虚拟现实场景下应用的可行性,提出了虚拟现实知识树系统的功能需求,设计了系统整体架构、信息数据库和操作界面,功能涵盖场景漫游、知识树展示、内容学习、实验模拟、系统发布等模块。(2)基于3ds Max和Unity3D构建虚拟现实场景模型,利用PLSA算法自动构建三维知识树,树干的层次布局表示知识结构分布,通过对树干-树枝-果实预制件的实例化,结合插值算法可根据资源数目、关系自动生成知识树模型,并自动调整参数使得树模型达到平衡状态。(3)提出了改进的Resource.Load动态加载资源方法,用以调取资源库知识内容数据,形成课程知识树;并引入知识树内容展示场景,用于沉浸式体验学科内容学习和实验模拟。通过多线程Thread类方法异步加载场景资源,降低场景打开延时,保证系统运行稳定性。(4)通过Unity3D引擎设计并研发了虚拟现实知识树系统,完成多门课程知识树的可视化,并通过大量的用例测试,从功能性和非功能性角度对系统进行了验证。
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