电子白板在实时教学会议系统中的应用

电子白板在实现时可采取两种方式：软件实现的白板允许多个用户通过网络在某文档中进行工作，该文档会同时显示在所有用户的屏幕上，就如同这些用户在同时使用一块硬件的白板一样；硬件实现的白板是把普通白板与计算机技术相结合，具有存储功能和触摸屏功能。

电子白板无论从硬件方式还是软件方式上都最大限度地考虑了教学的需要和方便，使用方法简单，几乎与传统的黑板没有太大的差别。但由于电子白板以其生动、灵活的演示功能，使电子课件的表达能力得到充分的展示，使教师的教学艺术与电子课件的制作技术达到完美的结合，从而提高了教学效率，进一步推动了课堂教学与远程视频会议的数字化进程，进而促进整个教学与会议研讨方式现代化水平的提高。在实时网络教育（或会议）中，教师和学生（或与会者）可利用电子白板进行课堂教学、专题讨论等活动。

系统通过白板信号接收器记录电子笔的轨迹，经过转换成为白板命令，然后通过Media Encoder同步插入脚本到wmv文件中。经网络传输，在远端学生机上提取该脚本，通过ActiveX白板控件绘图，从而完整地重现教师授课时的实时板书。系统充分发挥板书这一传统工具的优势，给教师一个教学发挥的空间，也弥补了普通电教手段的不足。其工作原理图如图1-3所示。

图1-3　电子白板直播工作原理框图（邓飞等，2006年）

在电子白板直播工作前要初始化设置与校准白板。在使用电子笔书写阶段，首先将从感应器中收集到的白板数据进行数据解析，使之成为系统自定义格式的白板命令，同时在教师端根据白板命令进行本地绘图。然后，将白板命令通过Media Encoder同步插入脚本到视频直播资源中。视频直播资源通过网络传输到达学生客户端，经过播放器解码后，提取白板命令。最后，在学生网页端，使用嵌入ActiveX控件的方式实现了白板绘图。该ActiveX白板控件使用C++的ATL（Active Template Library）编写，体积小、效率高，同时摆脱了使用VB语言编写引起的运行虚拟机不兼容的缺点。

1.4.1 电子白板命令数据插入视频资源

该设计方案（邓飞等，2006年）实现起来比较简单，主要是将白板命令转换成为相应的可以解析的脚本命令，但是在插入视频过程中有一些细节需要注意。

（1）在编码器的配置文件（Profile）中，需要将脚本功能打开。

（2）使用SourceGroup.AddSource方法为编码器增加脚本源对象。

（3）使用编码器对象的SendScript方法发送脚本命令。

AddSource和SendScript方法的具体使用方式，可以参考微软Media Encoder 9 Series SDK中的详细说明。在播放器端，需要使用事件机制来处理自定义的脚本命令，当播放器检测到一个脚本命令后，会触发ScriptCommand事件，重写该事件的响应代码即可实现自定义控制。

1.4.2 电子白板绘图

白板绘图包括教师界面的本地白板绘图，也包括学生端网页部分的远程白板绘图。考虑到白板数据频繁获得并且前后两点的距离只差一个像素，所以在不影响图形质量的情况下，采用记数方式，每得到三个点才进行一次画线方法。由于要将白板命令插入到Media Encoder中，为减轻编码器的负担，不频繁插入脚本，同时如果采用画过多的线为一组，则学生端会出现断续现象，因此采用每画五次线为一组才插入一次数据，通过实践证明，取得了良好的效果。在白板绘制中需特别处理的主要问题是：

（1）需要维护一个指令队列，以方便重绘。

（2）绘制时，需要保持与实际图形的大小比例。

（3）网页端要封装成为标准的绘图控件，以对象的形式嵌入网页。

1.4.3 电子白板的具体实现

该电子白板系统基于Microsoft.NET平台，采用B/S结构，运用JavaScript、ActiveX等技术，确保了系统的开放性，使之能快速地与已有系统整合，提供系统的无限扩充能力，适应功能的不断变化。

1.4.3.1 电子白板数据的插入

首先，定义白板数据结构，其中WB_COLOR是枚举类型，表示点的颜色，x和y分别为白板点的坐标。

其次，将电子白板坐标点数据对象转换为直线结构，使之能够进行图形的绘制。通过记录前一次坐标点的位置，将连续两点的坐标转换为WBLineArg对象，其中Start.X和Start.Y是起始点坐标，Finish.X和Finish.Y是结束点坐标，DrawingColor是颜色。

接着，将WBLineArg对象arg转换成为脚本命令格式，即字符串StringBuilder的对象实例CommandBuffer，其目的在于能够在Media Encoder中插入脚本。

然后，定义插入编码器的脚本结构，包括白板命令、脚本序号、脚本标题和记录脚本时间。

进行相关Encoder的设置后，向白板脚本Scripts对象s赋值，其中将白板命令CommandBuffer赋给s.content，最后，在WMEncoder对象encoder中插入白板命令脚本。

1.4.3.2 电子白板图形的绘制

微软在它新一代软件开发平台.NetFramework框架中，提供了一套相应的功能强大的GDI+图形类库，为图形程序的开发提供了极大的便利，因此，该系统采用GDI+来进行白板图形绘制。同时，在ActiveX控件开发中使用GDI+与在标准窗口应用程序中使用GDI+大体上一致，只是为减少白板绘图控件对运行环境的依赖性，同时减小白板控件的体积，需要将白板绘图生成的.DLL文件打包为.CAB包文件并进行代码签名。

在电子白板绘图过程中，需要根据绘图控件大小，通过缩放矩阵对图元进行坐标变换。其中panelCanvas为白板显示区对象，wbWidth和wb Height为实际电子白板区域的宽和高。

1.4.3.3 电子白板系统总体的实现

实时教学系统是在传统的课堂授课活动基础上，引入了大量的最新科技手段，替代了传统的电教设备。其采用基于B/S/C（浏览器/服务器/客户端）结构的系统，其教师端是独立应用程序，学生端则使用普通Internet浏览器，自动下载ActiveX控件，无须安装，降低了系统使用成本。

实时教学系统支持的素材广泛，包括常用的Word文稿、PowerPoint演示文档、HTML网页，以及各种图片、视频文件，充分满足教师教学的需求。同时，整合了教师教学现场的视频、音频，给学生以身临其境的感受。系统也可以向远端学生机器直播教师端电脑的桌面操作情况，从而进行桌面直播，并且结合同步教学控制命令以及电子白板来重现教师授课时的实时板书，形成完善的教学资源流。为了增强互动性，该系统还提供了文本交流区，教师和学生间、学生与学生间可以进行文本方式的交流，在不占用宝贵的网络带宽同时，充分体现课堂的氛围。在教学同时，教师所有语言、动作、对教学素材的引用命令、板书等信号，系统都可以记录下来，同步生成一个视频教学课件。该课件符合国家和国际教育资源标准，可直接在教育资源网络上发布。

电子白板系统是一类基本的CSCW系统工具，是模拟现实工作中黑板工具的计算机实现。