多媒体电子教室辅助软体模组之研发.docx

「多媒體電子教室輔助軟體模組之研發」
產學合作計畫
吳家麟、陳文進、黃肇雄、歐陽明
臺灣大學資訊工程學系通訊與多媒體實驗室
一、前言
自從90年代初期多媒體開始出現在個人電腦上之後，這項技術的進步已經逐步對個人的生活產生影響，而不再單純被視為一種娛樂的型態。在這二十世紀的最後五年，人們開始思考如何將電腦和電腦之間連接起來，達成資料的共享的目的。截自目前為止，全球資訊網（World Wide Web，WWW）已經成為網際網路（Internet）上資料傳輸量最大的網路資訊傳輸服務工具；而美國柯林頓政府大力提倡的國家資訊基礎建設（National Information Infrastructure， NII）計劃也正顯示多媒體通訊（Multimedia Communication）的時代已經來臨。我國也由行政院召集成立推動小組，主導NII計劃的進行。更重要的是，這種技術的進步將會深入到每一個家庭，每一部電腦，因此每個人只要經由電腦即可和全世界連接，達成“資訊在彈指之間”（Information at your fingertips）的夢想。隨著網路地球村的成形，需要重新定義的，不只是工作和生活形態，還有“教育”。

二、研究過程
基於本研究群對於虛擬實境相關技術多年的研究發展成果，因此不同於一般的多媒體應用，而將本研究計劃定位於具有虛擬實境特色的多媒體電子教室。
本計劃的主要目的即在於研究如何整合多媒體網路、電腦繪圖、多媒體資料庫以多媒體資料壓縮等技術，建構一個友善的、有效的、不受區域及時間限制的多媒體電子教室。我們規劃的方向乃是參考時下的學習模式，因此在此環境中特針對電子教室（Digital Classroom）研發相關的教學輔助軟體模組，包括：多媒體網路模組、多媒體文件瀏覽器、多媒體筆記工具、音訊會議系統、夢幻美術館系統以及虛擬實境系統等。圖一顯示的即是本計畫所提出的電子教室之系統架構圖。

圖一 多媒體電子教室系統架構圖
在多媒體電子教室中，老師可透過電腦和位於不同地點的學生作雙向性的溝通，以達到傳道、授業、解惑的目的。在授課工具方面，老師可以經由使用共享多媒體文件瀏覽器，透過全球資訊網（WWW）作精彩的解說，並且使用共用白板來書寫資料。而學生可在網路環境下、透過多媒體筆記系統，一面學習，一面作筆記，並經由音訊會議系統和老師作雙向的溝通。此外，夢幻美術館系統及虛擬實境系統可使學生處於一個預設的虛擬環境中，自在的悠遊其間參觀美術品或進行日常生活會話演練等，提供了一個生動、活潑的教學環境。此一多媒體電子教室的開發，確可突破時空的限制，達到教育資源共享，並提供符合網際網路時代的學習環境。

　　電子教室之概念乃是如圖二所示，由教務處、老師、以及學生三大部份所組成。教務處乃是一管理電子教室系統資源之程式，它負責系統資源之分配，並儲存各種課程之相關資料，如上課時間、授課老師、修課學生資料等。當上課時間到了時，教務處程式會產生此課程之虛擬教室（Virtual Classroom Object），以供老師及學生做報到的動作，當老師及學生都報到之後，此系統便會建立此課程之群播頻道（Multicast channels），使得所有的課程參與者彷彿在同一教室上課一樣。

圖二 電子教室概念圖
電子教室的操作模式可分為下列幾種：
(一)、 正常教學：在此模式下，老師透過網路將教學材料傳送給學生，教學材料可能包括老師的聲音、投影片、白板、教科書等。
(二)、 學生發問：學生可經由按發問鈕通知老師，經老師認可後，學生即可透過群播頻道（Multicast channel）發問，而其它學生亦能聽到問題。
(三)、 實況演練：學生可利用結合虛擬實境（Virtual Reality）及虛擬角色合成（Announcement）技術之實況演練工具，在自己的電腦上做諸如英語教學之實況練習，並將練習結果的評估傳給老師。
(四)、 進行表決：在有些時候，老師必須徵詢學生們對一議題的看法，以便做決定；因此，系統中亦提供了類似投票功能的表決工具，讓老師可以透過這項工具，收集學生的意見。

三、研究成果
本計畫之具體成果可歸納如下：
（一） 多媒體文件共享瀏覽工具
多媒體文件共享瀏覽工具（圖三）是一套適合教學模式下，進行網際網路上文件瀏覽與共享的瀏覽器。可提供老師在課堂上，當作投影片，教科書或參考資料的顯示區，也可由學生在課後複習使用。此系統具備功能：（1）支援HTML 3.0的多媒體超鏈結文件標準。（2）支援VRML 2.0的虛擬實境模型語言標準。（3）具備中文字型顯示能力。（4）支援四種影像格式（GIF，JPEG，PPM與PGM），三種聲音格式（MPEG LAYER-II Audio，Wave，Audio），及二種視訊格式（Frame-Based Animation及MPEG-I Video）的多媒體播放能力。

圖三 多媒體共享瀏覽器

圖四 語音會議工具

（二） 語音會議工具
語音會議工具（圖四）允許老師與學生直接以聲音溝通，以彌補文字表達之不足。老師可以掌握上課的狀況，學生也可以隨時向老師提出問題，使教學達到事半功倍之效。此系統功能：（1）可允許許多人同時討論。（2）可在不同平台上執行。

（三） 筆記工具和考試工具
1. 筆記工具（圖五a）（圖五b）
在遠距教學的環境中，筆記工具可提供學生隨時記錄上課內容與心得，或拷貝教材片段，製作上課筆記。課後可存取筆記內容，並加以編排整理。

圖五a 筆記記錄工具

圖五b 筆記播放工具

2. 考試工具（圖六）
提供老師針對某議題或上課內容，收集學生意見，或評量學習成果。並以DES與RSA加密，確保考試之公平性。

圖六 考試工具

(四) T.120系統
T.120為ITU所制定的網路通訊協定標準， 其制定目的乃是對於跨平台之網路架構 (ISDN、CSDN、PSDN、PSTN)， 制定網路堆疊中各層的標準， 提供不同使用者實作出符合T.122 / T.125（MSC）及T.124（GCC）等標準的上層使用者服務程式。
(1) 提供多點通訊的模組（MSC）中可提供可靠的多點資料傳送， 以支援上層所有標準與非標準的應用程式協定。
(2) 在網路控制台(圖七)這個模組中（GCC）提供系統管理會議及終端機控制的功能， 並提供node controller（NC）來提供會議系統的管理的人機介面。
(3) 在T.126的部份， 本系統提供一個共享視窗(圖八)的功能， 其中包括共享視窗工作區的開啟與關閉， 讓使用者可在工作區中作圖、修改等功能， 並提供Bitmap圖檔載入、儲存與移動的功能。
(五) T.120分析儀
為了解所發展的T.120系統是否真正符合國際標準，還必須要做與其他相關產品的互通性測試，而T.120分析儀(圖九)就是一個必要的輔助工具。T.120分析儀是用來分析網路上所傳各式封包的內容，以輔助網路程式設計者分析資料及發展系統。
(1) T.120分析儀除了可以收取網路上所有的資料外，還可以分析T.120各協定的功能（包含T.123，MCS，GCC，T.126 Share Board）， 並能動態的展示T.120各層次的傳輸情形與結果， 以分析各產品的協定差異， 達到對協定標準的落實。
(2) 目前著重分析的產品以Farsite為主， 此產品為目前世界上被使用最廣泛的T.120軟體; 藉由與此產品的互通成功， 可以更容易地達成與其它產品的互通。
(4) 目前發展的T.120分析儀可以分析網路上的資料， 分別以Ethernet Frame、IP Packet， 和TCP Stream各層通訊協定表示其header各欄位與內容， 其餘各層次模組將陸續完成。

圖七 T.120 網路控制台

圖八 T126 共享視窗

圖九 T.120 分析儀之輸出畫面

(六)夢幻美術館
夢幻美術館的主要功能在於提供使用者一個三度空間的環境漫遊系統，以及可以360度觀賞物體的工具，讓使用者真正感受到行走於美術館內的經驗。

此系統所使用的工具可分為兩大項：
1. PhotoVR全景影像編輯展示工具（圖十）
(1) 可接合照片，以合成一JPEG格式之全景影像環。(2) 可連接數個全景影像環及設定ObjectViewer連結點。(3) 支援Win95單機版及Netscape 3.0 plug-ins，可在WWW漫遊。(4) 可讀取商業產品PanoVR之檔案。(5) 具anti-aliasing功能，以提昇影像品質。
2. Object Viewer 物品編輯展示工具（圖十一）
(1) 可消除物件以外之背景，並產生一連串的物品360度影像。(2) 支援Win95單機版及Netscape 3.0 plug-ins，可在WWW瀏覽。(3) 已與PhotoVR整合。

圖十 PhotoVR全景影像編輯展示工具

圖十一 Object Viewer 物品編輯展示工具

（七）夢幻劇場
夢幻劇場的主要功能在提供使用者學習語言的互動環境。透過提供的語音辨正技術，讓使用者反覆練習發音；而臉部表情合成技術，則提供了更人性化的人機介面。
在夢幻劇場中所使用的工具可分為兩項：語音學習工具及表情語調編輯工具。
一、 語音學習工具
(1) 可由老師預錄數句片語。（2）學生可針對這些片語重覆練習發音，此工具會自動將學生和老師的發音作比較，藉此給定學生一個分數。(3) 主要是判斷發音上的音調是否準確。(4) 對不同個人間的聲音差異作normalization處理，以降低因人而異的影響。
二、 表情語調編輯工具
(1) 在一張靜止的臉部照片上，應用肌肉模型，加入控制線，藉由修改控制線以產生不同的表情。(2) 已和語言學習工具整合，在老師發音時，可配合作出相對應的表情，增加使用者學習的興趣。

圖十二 表情編輯工具
四、檢討與評估
在國外相關領域的發展現況方面，近來電腦界的龍頭之一微軟公司（Microsoft）推出NetMeeting系統，其所著重的也是在網際網路上作多方面的通話和軟體共享，再配合共用白板，其目的與本計畫大致相符。唯其所採用的共享模式為圖形共享，需要較大的頻寬，無法透過電話線作連接，而且所能共享的程式亦限於個人電腦上，無法在其他平台達成共享的效果。而本計畫所實作出來的多媒體文件瀏覽器採用的共享模式為訊息共享，故僅需極小之頻寬便可達到共享功能，而且採用Java為發展工具，具有跨平台之特性，一舉解決上述兩大難題。除了上述兩項差別外，最重要的是本計畫所研發的系統是一套完整的教學工具，可瀏覽由HTML所製作的教材。
在國內方面，交通大學資訊科學系所發展的CORAL（cooperatively remotely accessible learning）系統亦可作到瀏覽教材的功能。惟本計畫所發展的系統可透過共享環境使老師與學生同時瀏覽一份文件，達成線上教學的目的；而CORAL系統則是強調離線教學，亦即學生自己上站瀏覽老師所作的教材，但亦可透過視聽視窗（audiovideo window）或白板（whiteboard）與線上他人作即時的溝通，或利用共同筆記本（share notebook）留言給他人。在未來系統發展上，CORAL的許多功能，尤其在教材的設計及學生間的討論等，都值得我們借鏡。

五、結語
本計畫除了專為電子教室所需特性量身定做之外，尚有下列特點：
(1) 在共享文件瀏覽器及其輔助工具方面，以Java為開發的程式語言，具有跨平台的執行能力，也能展示多媒體文件（包括視訊）於不同的作業平台上。
(2) 除了語言會議及共享瀏覽器之外，也提供學生筆記工具，以利學習。
(3) 提供漫遊美術館及實況演練功能，使學生以互動的方式，身歷其境地學習以加深印象。
(4) 所有工具為國內自行開發，可發揮的空間大且修改時較有彈性。
整體而言，本計畫所可能遭遇到的問題除了技術上的研發外，最大的壓力將是來自國外功能相似的產品可能於近年出現，如微軟公司全力推動的Microsoft ActiveX計畫，其主要且較完整的規格及產品可望在一九九八年完成，這個產品預計將會對網路相關市場有相當大的衝擊。本計畫之產品也不例外，但經本研究群仔細分析觀察比較本計畫和ActiveX及其衍生產品，雖然在底層架構上兩者採取同一標準，但是設計理念上有較大的區隔，在市場定位上亦如是。區隔如下：
(1) ActiveX不是專為電子教室而設計的產品，並不能對電子教室的功能作最佳化。
(2) ActiveX加上微軟Explore 3.0所成之共享瀏覽器，並不會對共享程式及瀏覽器此二程式作最佳的溝通，而共享瀏覽器卻是電子教室中極重要的一環。
(3) ActiveX的視訊會議將來可能可以跨平台使用，使其共享程式部份卻因依賴大量的視窗的視訊傳送而不可能跨平台使用。

誌謝
本計畫得以順利進行，首先要感謝行政院國家科學委員會，尉台企業股份有限公司，及台灣大學資訊工程系所的大力支持。
台大資訊工程系「通訊與多媒體實驗室」近六十位博、碩士班研究生及參與計畫的多位研究助理是本計畫有目前成果的真正功臣。一方面我對再一次順利完成為期三年的產學合作計畫感到振奮，另一方面也為再次為國家多媒體人才的培育盡了一份心力感到欣慰。