VR虚拟实训教学中心整体建设方案.docx

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1、VR实训教学中心解决方案第一章VR实训教学中心概述31.1 VR技术简介31.2 VR技术优势41.3 VR技术在教育中的应用71.1.1 内高校、职业教育实验室教学状况71.1.2 VR+教育应用趋势81.1.3 VR实训教学中心可实施性101.4国家政策支持错误!未定义书签。第二章VR实训教学中心设计方案112.1 系统初步设计122.2 系统拓扑示意图132.3 系统组成142.4 系统分区功能介绍错误!未定义书签。241教学区错误!未定义书签。2.4.2 VR协同学习区错误!未定义书签。2.4.3 多人沉浸式体验区错误!未定义书签。244、MR虚拟与现实混合课程录制区错误!未定义书签。

2、2.5 VR实训教学课程建设偌误!未定义书签。第三章主要软硬件系统介绍错误!未定义书签。第四章设备配置及预算错误!未定义书签。第一章VR实训教学中心概述1.1 VR技术简介虚拟现实(VR-VirtualReality)也称虚拟实境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中，与之产生互动，

3、进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想(即启发思维，获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。图一：虚拟现实交互概念图虚拟现实技术的先进特性使得该项技术应用于各行各业的模拟仿真研究中，并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大的经济、军事和社会效益。虚拟现实技术在不远的将来就会像当年的计算机一样应用于社会生产实践的各个

4、领域,它与网络、多媒体将并称为21世纪最具应用前景的三大技术。图二：增强现实交互场景图虚拟现实技术作为当下最前沿的高新技术，已经在教育领域得到了初步应用，并显示出巨大优势，为学校降低教学成本，提高学生竞争力带来了新的机遇。科技根据贵校在“VR+教育方面的需求，以虚拟现实技术特点和科技在虚拟现实领域的优势，提出用虚拟建模的方式，定制化开发虚拟现实软件，以此建设VR虚拟现实实训教学实验室，优化现有专业，探索多样化人才培养模式，提高教学质量与科研水平，建设全国一流水准的学科专业，推动教学现代化，培养应用型高级人才，解决学生就业难问题，让学生的能力充分得到社会认可，以期提升学校教学水平。1.2 VR技

5、术优势（一）沉浸感是指用户感受到被虚拟世界所包围，好像完全置身于虚拟世界之中一样。虚拟现实技术最主要的技术特征是让用户觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界中的一部分，使用户由观察者变成参与者，沉浸其中并参与虚拟世界的活动。沉浸性来源于对虚拟世界的多感知性，除了常见的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知、嗅觉感知等。理论上来说，虚拟现实系统具备人在现实世界中具有的所有感知功能。图三：沉浸式视觉图（二）交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。交互性的产生,主要借助于虚拟现实系统中的特殊硬件设备（如数据手套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方

6、式，产生同在真实世界中一样的感觉。虚拟现实系统比较强调人与虚拟世界之间进行自然的交互，交互性的另一个方面主要表现了交互的实时性。（三）构想性指虚拟的环境是人想象出来的，同时这种想象体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。所以说虚拟现实技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面，同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。虚拟现实技术的应用，为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段，可以使人类跨越时间与空间，去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的事件；可以使人类突破生理上的限制，进入宏观或微观世界进行研究和探索；也可以模拟因条件限制等原因而难以实现的事情。图

7、四：沉浸式远程多人互动图1.3 VR技术在教育中的应用1.3.1 国内高校、职业教育实验室教学状况图五：VR教学应用趋势高校、职业教育实验室开展教学在以往的实训和实验环节大都采用实物形式来进行学生技能教育，这种形式让学生能够对教学内容有比较深的感性认识，同时也存在如下问题：（1）实验室建设费用高昂。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护、更新费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力限制等问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。（2）实验内容较为陈旧。在科学、经济飞速发展的今天，传统的实验教学内容往往跟不上新知识和新技术的产生，不能让学生及时了解前沿的

8、知识和技术，学生仅仅是机械的按照教材上的实验流程在走，自身的思维得不到拓宽。（3）实验教学形式单一，教学手段落后。实验教学依附于理论教学，一般都是老师讲，学生听的传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多,设计性、综合性、创新性实验少，大大抑制了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到培养，个性得不到发展。（4）实验学时少。实验学时与总学时的比例不到20%,甚至有些专业的不到13%,远远不满足实验教学的要求。再加上教师除了上实验课外很少进实验室，教师和学生对实验的重视不够，学生的动手机会大大减少，动手能力、独立分析问。(5)不能实行因材施教。高校规模的不断扩大，学生数量的不断增加

9、，学生层次多样化更加显著。以往的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，能力较差者又感到吃力，实验教学目的很难达到。(6)某些特定场合特定人物的特定动作发生后无法还原，而如体育等专业则需要反复模拟分析著名运动员在某些比赛中的特定动作以期达到学习和分析的目的，传统教学数段难以满足要求图六：虚拟实训应用场景1.3.2 VR+教育应用趋势VR应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。当前许多高校和众多的职业院校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟

10、现实与系统仿真的实验室和教学应用中心，将科研成果迅速转化实用技术,如航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；同济大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；清华大学在人机交互方面的应用；大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物

11、理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势，达到“进得去、看得见、动得了、易再现”的要求：(1)节省成本通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制。许多实验都无法进,行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。(2)规避风险真实实验或操作往往会带来各种危险，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。(3)打破空间、时间的限制利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。一些需要几十年甚至上百年才能观察

12、的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。(4)反复模拟特定事件，详细分析结果或者提供学生模仿，通过技术手段记录学生模仿的效果，以便达到传统教学手段难以达到的目的。和1.3.3 VR实训教学中心可实施性随着近两年VR技术应用爆发，大量新技术新设备不断涌现，新技术不仅大大提高了虚拟现实系统的运行效率，其成本也逐步走下神坛接近百姓，例如：十年前一套头盔显示器需要15000美元，而目前只需6000人民币左右；虚拟现实内容开发平台也向少编程甚至零编程方向发展，经过科技多年积累和努力，内容跨平台、云共享、云交互这样之前无法想象的技术已经有所突破，使得软件内容制作成本大大降低，使得虚

13、拟现实教育应用初现曙光。更可喜的是，国家正在大力推进虚拟现实技术在教育行业应用，为教育行业建立虚拟现实实验室、虚拟现实实训室开辟了广泛的前景。图七：虚拟拆装实训场景在虚拟现实实验室里学生的视觉、听觉与外界隔离，完全排除了外界干扰，全身心地投入到虚拟现实中去，获得身临其境的感觉。学生可借助专用的VR设备从视觉、听觉和触觉上获得与真实世界相同的感受，跨越时间空间的限制，将抽象化概念具象化，体验高度开放、可交互、沉浸式的三维学习环境。教师可以利用VR实训室上一果的教学目的。第二章VR实训教学中心设计方案实训教学中心突破传统的教育信息化模式,可同时满足多专业、多学科、多数据等沉浸式教学、自主学习、创新

14、学习以及协同教学、虚拟训练、成果转化等一体化多功能综合性应用，在高校及职业教育领域树立了新的旗帜。图八：VR实训中心示意图凭借多年的技术积累和对教育领域的深层次理解，将虚拟现实、多媒体、互联网、及三维人机交互与三维感知技术作为信息化教学手段运用于传统教育领域，我们根据教学内容的三维式、情景式、沉浸式、交互式、体验式等综合为一体，打造出了全新的教学模式：“VR实训教学中心整体解决方案”。图九：VR实训中心概念图在将方案结合学校专业课程体系（例如：机电工程、汽车制造、医疗护理、养老服务、建筑规划与设计、设计艺术、管理工程城市建设及交通工程、设备工程、计算机与信息管理、城市管理等），通过专业的教学设

15、备及强大的师资课程，为社会培养新一代高素质、高技能人才。2.1 系统初步设计预计把实验室规划分为三大区域: 教学区 VR协同学习区 多人沉浸式体验区 MR虚拟与现实录制区学生VR协同学习区教学区IuUIOoOgl多人沉浸式体验图十：VR实训中心平面布局图2.2系统拓扑示意图ARVRMR全息系统展示通过增强现实产品展示软件开发内容.VR虚拟现实交互设计蕉础开发I模型贯海VR云平台上传下骤能源下载用户可下我平台资源用于学习教育系统平台展示通过沉浸式系优展示软件开发内容通过系共开发软件功能,最绛发布可执行程序.运行文件可扩展移动端展示软件内容可旷展至移动三展示专业知识州!口：教学资源、放学课件、效学讲义、专业去材.楼单数据.冢整设计等可用于多饵体、教学授课奥示.f1展示沉浸式虚拟现实系统图十一：系统拓扑图2.3系统组成硬件软件VR协同学习区与传统学习的区别：传统多媒体教室与智慧教室交