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文檔簡介
1、2017年VR虛擬教育項(xiàng)目設(shè)計(jì)解決方案二I匕日背景:隨著信息時(shí)代的發(fā)展,數(shù)字化三維虛擬仿真技術(shù)以其畫面逼真精美、運(yùn)行高效便捷、功能豐富實(shí)用、查詢管理信息直觀方便等特點(diǎn)逐漸應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域,國內(nèi)院校也同樣期望著在校園建設(shè)成果展示、學(xué)校品牌推廣、教學(xué)輔助與校園資源管理等方面全面實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化。三維虛擬校園平臺(tái)系統(tǒng)正是順應(yīng)這種需求而產(chǎn)生,在國內(nèi)迅速普及。三維虛擬校園平臺(tái)是指利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)三維技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等對學(xué)校的建筑三維數(shù)據(jù)、建筑室內(nèi)外結(jié)構(gòu)、建筑相關(guān)屬性信息、教學(xué)設(shè)施相關(guān)信息和教學(xué)資源信息進(jìn)行處理,建立基于互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器展示的可交互的三維虛擬校園應(yīng)用平臺(tái),并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)校
2、教學(xué)管理所需的各種功能。三維虛擬校園可以實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園展示、學(xué)校建設(shè)成果宣傳、樓宇教室查詢、自主校園漫游、人機(jī)交互體驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)交流、仿真課堂體驗(yàn)、院校設(shè)施設(shè)備管理等功能,最重要的是其可以直接在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁瀏覽器中直接登錄使用,使用戶能夠不受時(shí)間和空間的限制,直接在線瀏覽和使用虛擬校園提供的各種應(yīng)用。目前國內(nèi)越來越多的院校已經(jīng)逐步建設(shè)了三維虛擬校園平臺(tái)系統(tǒng),比如北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、北京師范大學(xué)、北京外國語大學(xué)、上海同濟(jì)大學(xué)等著名高校,眾多高職、中職、中小學(xué)院校也正在陸續(xù)開展網(wǎng)上三維虛擬校園建設(shè)。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨,網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展,尤其是寬帶技術(shù)和校園網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的今天。國內(nèi)一些高校
3、已經(jīng)開始逐步推廣、使用虛擬校園教學(xué)模式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響,親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力。主動(dòng)地去交互,與被動(dòng)的觀看,有質(zhì)的差別,尤其在虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真校園、科技研究等方面的應(yīng)用更為廣泛性。虛擬教學(xué)系統(tǒng)分為原理教學(xué)和動(dòng)態(tài)教學(xué).原理教學(xué)主要指的是傳統(tǒng)的課件制作,把課件中的圖片做成動(dòng)態(tài)三維的形式,改變教育模式,不用再通過乏味的幻燈片技術(shù)教學(xué),將教學(xué)步驟完美的融合到教學(xué)中,讓學(xué)生不在死守在書本上面,卻又心不在焉的想著自己的事情不同于傳統(tǒng)的教育模式,所有的教育步驟一氣呵成,使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚,教學(xué)質(zhì)量顯著提升.動(dòng)態(tài)教學(xué)就是把物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中一些大型不易操作的
4、實(shí)驗(yàn)或一些因含有有毒氣體學(xué)生不能進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn),通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),學(xué)生可以在網(wǎng)上進(jìn)行操作,絲毫沒有束縛之感,讓學(xué)生有一種身臨其境的感覺.成功案例有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)劃分四類:1、桌面虛擬現(xiàn)實(shí)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站進(jìn)行仿真,將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互,這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo),追蹤球,力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備,通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界,并操縱其中的物體,但這時(shí)參與者缺少完全的沉浸,因?yàn)樗匀粫?huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn),但是成本也相對較低,因而,應(yīng)用比較廣泛。常
5、見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有:基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)QuickTimeVR、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)、MUD等。2、沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn),使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器(見圖)或其它設(shè)備,把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來,并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間,并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套(見圖)、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有:基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。3、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿
6、真現(xiàn)實(shí)世界,而且要利用它來增強(qiáng)參與者對真實(shí)環(huán)境的感受,也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器,它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上,它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù),從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡睢?、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)如果多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起,同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷,那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界,這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,多個(gè)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作,以達(dá)到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是SIMNET,SIMNET由坦克仿真器
7、通過網(wǎng)絡(luò)連接而成,用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET,位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運(yùn)行在同一個(gè)虛擬世界,參與同一場作戰(zhàn)演習(xí)。硬件:三維空間跟蹤定位器是作用于空間跟蹤與定位的裝置,一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用,如:數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等,使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn),不局限于固定的空間位置。操作更加靈活、自如、隨意。產(chǎn)品有六個(gè)自由度和三個(gè)自由度之分。當(dāng)接收傳感器在空間移動(dòng)時(shí),能夠精確地計(jì)算出其位置和方位。該設(shè)備消除了延遲帶來的問題,因?yàn)樗峁┝藙?dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的六自由度的測量位置(X,Y,和Z笛卡爾坐標(biāo))和方位(俯仰角、偏行角、滾動(dòng)角),無論在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域,還是在控制
8、模擬器的投影機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí),還是在生物醫(yī)學(xué)的研究中,它是測量運(yùn)動(dòng)范圍和肢體旋轉(zhuǎn)的理想選擇。它是快速、精確、而且容易使用。位置跟蹤器有磁場式。超聲波式、紅外線式及發(fā)光二極管式等,但使用較多的是磁場式及超聲波式。六自由度運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng),目前運(yùn)用最廣泛的是美國Polhemus公司的FASTRAK位置運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng),LIBERTY位置運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng),PATRIOT位置運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng),發(fā)的抓取、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作,也可以利用它的多模式性,用作一種控制場景漫游的工具。數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn),為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段,目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測手指的彎曲,并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結(jié)合手指
9、彎曲度測試和空間定位測試的數(shù)據(jù)手套被稱為真實(shí)手套,可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段。數(shù)據(jù)手套使用簡單,操作舒適,驅(qū)動(dòng)范圍廣,高數(shù)據(jù)質(zhì)量使得它成為虛擬仿真用戶的理想工具。適用于機(jī)器人系統(tǒng)、操作外科手術(shù)、虛擬裝配訓(xùn)練、手語識(shí)別系統(tǒng)、教育娛樂、機(jī)器人技術(shù)、動(dòng)作捕捉、虛擬現(xiàn)實(shí)、創(chuàng)新游戲、復(fù)原、以及對殘障人士的輔助等技術(shù)領(lǐng)域。例如:美國宇航局的Ames實(shí)驗(yàn)室將數(shù)據(jù)手套工程化,使其成為可用性較高的產(chǎn)品,在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真。又如美國Boeing公司制造了一架虛擬飛機(jī),運(yùn)用數(shù)據(jù)手套進(jìn)行控制,從而觀察設(shè)計(jì)結(jié)果,考察性能指標(biāo)。再如NEC公司開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),操作者通過使用數(shù)據(jù)手
10、套可以處理三維CAD中的形體模型。國內(nèi)的研究也取得了一批成果等等。頭盔式顯示器是最早的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器,利用頭盔顯示器將人的對外界的視覺、聽覺封閉,引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺。其顯示原理是左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像,人眼獲取這種帶有差異的信息后在腦海中產(chǎn)生立體感。頭盔顯示器作為虛擬現(xiàn)實(shí)的顯示設(shè)備,具有小巧和封閉性強(qiáng)的特點(diǎn),在軍事訓(xùn)練,虛擬駕駛,虛擬城市等項(xiàng)目中具有廣泛的應(yīng)用。頭盔顯示器可單獨(dú)與主機(jī)相連以接受來自主機(jī)的3DVR圖形圖像信號(hào)。使用方式為頭戴式,輔以三個(gè)自由度的空間跟蹤定位器可進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)輸出效果觀察,同時(shí)觀察者可做空間上的自由移動(dòng),如;自由行走、旋轉(zhuǎn)等,沉浸感極強(qiáng),在虛
11、擬現(xiàn)實(shí)硬件觀察設(shè)備中,頭盔顯示器的沉浸感優(yōu)于顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)觀察效果,遜于虛擬三維投影顯示和觀察效果,在投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,頭盔顯示器作為系統(tǒng)功能和設(shè)備的一種補(bǔ)充和輔助。位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套高清數(shù)字頭盔交互式觸摸屏又稱之為觸摸一體機(jī),是最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式,它賦予了多媒體以嶄新的面貌,是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。它以觸摸屏為交互窗口,通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù),運(yùn)用文字、圖像、音樂、解說、動(dòng)畫、錄像等多種形式,直觀、形象地把各種信息介紹給人們,給人們帶來極大的方便,也給人們帶來了全新的互動(dòng)體驗(yàn)。面向用戶進(jìn)行指揮預(yù)案、技術(shù)研討、互動(dòng)演示、教育培訓(xùn)等需求推出的交互式觸摸屏,
12、完全替代傳統(tǒng)的由投影機(jī)、計(jì)算機(jī)、幕布、音響等組成的交互式電子白板。和其他類似產(chǎn)品不同的是,紅外技術(shù)能夠提供超強(qiáng)的畫質(zhì)。在簡單的安裝后,顯示器可以用手指或者任何普通的筆來直接操作屏幕。紅外觸摸屏的無漂移,防刮擦,防水,防塵,防眩光等特點(diǎn)使得成為互動(dòng)演示、電腦白板、指揮中心、公共場所一體機(jī)、信息查詢和所有互動(dòng)應(yīng)用的理想選擇。交互式觸摸屏一個(gè)高度集成的互動(dòng)顯示設(shè)備交互式觸摸屏的外形極其簡潔,LCD/LED屏幕內(nèi)置具備全高清藍(lán)光DVD播放器、藍(lán)牙、Wi-Fi功能的內(nèi)置電腦主機(jī),使觸摸屏成為天然的高清影院和高清電腦顯示器,采用共同電源和全數(shù)字圖像內(nèi)部鏈接,因而極大地提升了產(chǎn)品的整體感并徹底解決了以往和外
13、部電腦連接時(shí)圖像可能出現(xiàn)的波紋和模糊問題;吸入式的藍(lán)光DVD光驅(qū)和USB接口被設(shè)計(jì)在用戶非常便于操作的位置,使用通用的無線遙控器可以方便地遙控LCD/LED屏幕和內(nèi)置電腦主機(jī)的開關(guān);如果用戶選配2.4G的無線遙控鍵盤鼠標(biāo),那么交互式觸摸屏幾乎成為您的筆記本電腦,為您帶來更加暢快和便捷的操作感受。交互式觸摸屏是一個(gè)功能卓越的互動(dòng)顯示設(shè)備交互式觸摸屏內(nèi)置的高性能電腦具備Wi-Fi和有線網(wǎng)絡(luò)功能,隨時(shí)接入INTERNET,瀏覽網(wǎng)頁,影音下載,游戲互動(dòng);內(nèi)置的高性能電腦配備了高清藍(lán)光DVD,能夠直接播放全高清的藍(lán)光DVD影片,此時(shí)的交互式觸摸屏就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的影院;交互式觸摸屏的內(nèi)置電腦采用InterCorel引擎,輕松進(jìn)行課件播放,PPT演示、圖片瀏覽,CADCAM等等;交互式觸
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