VR实训室设计方案

虚拟现实技术实训室 二〇一九年三月 目录

一、 虚拟现实技术实训室概述 . ................................................. 2 （一） 虚拟现实技术实训室原理 . .......................................... 2 （二） 虚拟现实技术实训室的使用......................................... . 3 二、 虚拟现实技术实训室的组成部分. .......................................... 4 三、 虚拟现实的意义 . ............................................................. 4 （一） 教育意义 ........................................................... 5 （二） 实习实训意义 . .................................................... 6 四、 建设内容 ..................................................................... 7 （ 一 ）VR 实训室的组成部分 ............................................ 8 1、 VR软件应用系统 .................................................... 8 2、沉浸式虚拟三维显示系统. .......................................... 8 3、沉浸式虚拟现实交互系统. .......................................... 8 （ 二 ）VR 实训室建设 ................................................... 13一、 虚拟现实技术实训室概述 （ 一 ） 虚拟现实技术实训室原理

虚拟现实（ VR-Virtual Reality ） , 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，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。 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， 它已经在城市建设规划、 军事模拟、 先进制造、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。 随着虚拟现实技术的成熟，人们开始认识到虚拟现实在 教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在 实训体验教学方面也具有利用率高，易维护等诸多优点。近 年来，国内的许多重点高校都根据自身科研和教学的需求建 立了虚拟现实技术实训室。 （ 二 ） 虚拟现实技术实训室的使用

利用虚拟现实技术，以数字化信息为基础，对学校的教 学、科研、管理和生活服务等所有信息资源进行全面的数字 化，最终实现教育的信息化，提高学校的办学水平和管理水 平。 虚拟现实技术实训室主要从事虚拟现实技术、可视化技 术、计算机网络、图形系统工具、图像信息处理、分布式系 统和人工智能等领域的科学研究和技术开发。 建设教学、科研、技术人员结构合理的虚拟仿真实验教 学团队，形成一支教育理念先进，学术水平高，教学科研能 力强，实践经验丰富，勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理 队伍。 虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学 示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合 的产物。虚拟仿真实验教学建设工作坚持“科学规划、共享 资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，以全 面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实 验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，分 年度建设一批具有示范、引领作用的虚拟现实技术实验教学 中心，持续推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教 学改革与创新。 二、 虚拟现实技术实训室的组成部分 1、虚拟现实应用开发平台（包括软件开发平台和硬件

研发平台） 2、高性能图像生成及处理系统（高性能数字图像即时

演算系统） 3、沉浸式沉虚拟三维显示系统（头戴式虚拟现实显示

器） 4、沉浸式虚拟现实交互系统 （数据手套、体感座椅、

交互控制器等） 5、数字化教学系统（投影、电子白板等）

三、 虚拟现实的意义 利用虚拟现实技术，以数字化信息为基础，对部队的教 学、科研、管理和生活服务等所有信息资源进行全面的数字 化，最终实现训练的信息化，提高部队的训练水平和管理水 平。 （一） 教育意义 虚拟仿真实验教学是信息化建设的重要内容，是信息技 术深度融合的产物。虚拟仿真实验教学建设工作坚持“科学 规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导 思想，以全面提创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实 验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，建 设一批具有示范、引领作用的虚拟现实技术实验教学中心， 持续推进实验教学信息化建设，推动教学改革与创新。 在传统教学中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示 非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形 成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图 形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但 这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、 知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。 虚拟现实技术的发展为我们克服这一困难提供了极其 有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示 虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的 约束，做到能“超越现实” ；在表示虚拟世界时，又能使其 中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受， 最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互 作用的三维信息空间” 。VR 技术为用户提供了一种新型的人 机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者 能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和 操作做出实时准确的响应。 引入 VR 实训室建设，将其沉浸性、交互性、自主性、 多感知性等特性融入教学过程中， 以实训室为依托， 基于“互 联网 +”的手段实现教学模式创新、教学方法创新、教学内 容与实际同步。 （二） 实习实训意义

VR实训室建设将极大程度上解决实训、 课堂教学以实

际 相互衔接，培养基础知识与专业职业技能的融合。同时一体 化的思路引入，将使得教学的深度、系统化更强，培养职业 管理型人才及综合素质较高的专业技术人才的目标将更加 有利。 虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、 数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和 实验对象，在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的 教学效果。 虚拟仿真实验教学中心建设任务是实现真实实验不具 备或难以完成的教学功能。在涉及高危或极端的环境、不可 及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情 况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。虚拟仿真实验教 学中心建设应充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原 则。 四、 建设内容（一） VR实训室的组成部分

1、VR软件应用系统

定制开发型 2、沉浸式虚拟三维显示系统

在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备， 比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维 投影显示系统，而头盔显示器则是目前应用最为广泛的系 统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些 所有的显示系统或设备中，头盔显示器是最能满足这项功能 要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢 迎。头盔显示器是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿 真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的 投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高 度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间 的信息交流与现实构想。 3、沉浸式虚拟现实交互系统 多自由度实时交互是

虚拟现实技术最本质的特征和要 求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现 实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与 三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应 用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们 主要