大學(xué)實(shí)訓(xùn)室虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)VR實(shí)訓(xùn)室方案

大學(xué)實(shí)訓(xùn)室虛擬仿真平臺(tái)VR實(shí)訓(xùn)室

設(shè)計(jì)方案

北京XX科技有限公司

2020年X月

目錄

第1章建設(shè)背景.................................................................4

1.1相關(guān)政策導(dǎo)向.............................................................4

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介.........................................................6

第2章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì).................................................8

2.1系統(tǒng)總體框架.............................................................8

2.2終端應(yīng)用層...............................................................9

2.2.1大型沉浸式終端.......................................................9

2.2.2小型桌面級(jí)終端......................................................11

2.2.3移動(dòng)終端............................................................15

2.3資源共享層..............................................................16

2.3.1編輯端...............................................................16

2.3.2渲染端..............................................................21

2.3.3資源集中管理及共享平臺(tái)3DStore............................................................................28

2.4數(shù)據(jù)接口層..............................................................30

第3章某學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建設(shè)..................................................32

3.1建設(shè)目標(biāo).................................................................32

3.2建設(shè)原則................................................................32

3.3本期項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃........................................................32

3.3.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教室建設(shè)................................................32

3.3.2VR虛擬教學(xué)/實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)...........................................43

第4章信息安全體系建設(shè).......................................................105

第5章施工組織設(shè)計(jì)...........................................................128

第6章裝修布線施工方案.......................................................268

6.1工程人員配置...........................................................268

6.2施工隊(duì)基本情況.........................................................269

6.3環(huán)境建設(shè)施工標(biāo)準(zhǔn).......................................................269

6.4施工設(shè)備清單...........................................................270

6.4.1工程主要測(cè)試設(shè)備...................................................270

6.4.2工程主要施工機(jī)具..................................................271

6.5施工方法和施工程序進(jìn)度................................................271

6.5.1保護(hù)管敷設(shè).........................................................272

6.5.2預(yù)留與預(yù)埋.........................................................277

6.5.3線纜敷設(shè)...........................................................278

6.5.4設(shè)備安裝與調(diào)試.....................................................279

6.5.5施工進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)施.................................................281

6.5.6節(jié)約措施十二條.....................................................282

6.5.7工程資料整理.......................................................283

6.5.8安全施工管理?xiàng)l例...................................................284

6.6流程圖.................................................................285

6.7驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)...............................................................308

6.7.1電氣系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案...........................................308

6.7.2UPS系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案..........................................310

6.7.3機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案......................................312

6.7.4安保系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案..........................................314

6.7.5消防系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案..........................................315

6.7.6機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)程序方案..................................316

第7章VR實(shí)訓(xùn)室后期運(yùn)營(yíng)保障.................................................318

7.1服務(wù)保障...............................................................318

7.2VR應(yīng)用保障............................................................319

7.3校企合作保障...........................................................325

7.4公共平臺(tái)保障...........................................................326

第8章培訓(xùn)服務(wù)方案...........................................................330

8.1培訓(xùn)目標(biāo)................................................................330

8.2培訓(xùn)方式...............................................................331

8.3培訓(xùn)內(nèi)容...............................................................332

8.4培訓(xùn)考核...............................................................335

第1章建設(shè)背景

1.1相關(guān)政策導(dǎo)向

2017年，黨中央國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室組建方案，先行

組建的量子信息科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在籌備；科技部會(huì)同財(cái)政部、發(fā)改

委制定發(fā)布了《國(guó)家科技創(chuàng)新基地優(yōu)化整合方案》，形成三大類7個(gè)

系列的科技創(chuàng)新基地布局。

經(jīng)過(guò)30多年的建設(shè)發(fā)展，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室體系初步形成。

共依托高校、科研院所和企業(yè)等建設(shè)了501個(gè)實(shí)驗(yàn)室，其中，國(guó)家研

究中心6個(gè)，學(xué)科國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室253個(gè)，企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室175

個(gè),省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室32個(gè),軍民共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室17個(gè)，

港澳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18個(gè)。

近年來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視教育信息化工作?！秶?guó)家中長(zhǎng)

期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出，“信息技術(shù)對(duì)教

育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”，并把“加快教育信息

化進(jìn)程”單獨(dú)作為一部分進(jìn)行了專門的闡述。在全國(guó)教育信息化工作

電視電話會(huì)議上，進(jìn)一步全面深刻地闡述了教育信息化的重要性，指

出教育信息化是改革教育理念和模式的深刻革命，是促進(jìn)教育公平、

提高質(zhì)量的有效手段，是建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)的必由之路。國(guó)家發(fā)改委、

工信部等部門在''寬帶中國(guó)2013年專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃”、“信息惠民工程”

等一系列國(guó)家重大工程中，都把教育信息化列為重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。

其中比較有代表性的政策條款有：

1、《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教

高司函[2013]94號(hào)）中的：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建

設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度

融合的產(chǎn)物。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享

資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高高

校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心,

以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，分年度建設(shè)一批具有示范、引領(lǐng)

作用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)，推動(dòng)

高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和

網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在

虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以

完成的教學(xué)功能。在涉及高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，

高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時(shí)，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)

的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互

補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則。

2、《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020)》(教技[2012]5號(hào))

中的：以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，是我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選

擇。制定和實(shí)施《規(guī)劃》，建設(shè)覆蓋城鄉(xiāng)各級(jí)各類學(xué)校的教育信息化

體系，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享，推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融

合，實(shí)現(xiàn)教育思想、理念、方法和手段全方位創(chuàng)新，對(duì)于提高教育質(zhì)

量、促進(jìn)教育公平、構(gòu)建學(xué)習(xí)型社會(huì)和人力資源強(qiáng)國(guó)具有重大意義。

各級(jí)教育行政部門和各級(jí)各類學(xué)校要高度重視，把教育信息化擺

在支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略地位，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)《規(guī)劃》實(shí)施工作的

組織領(lǐng)導(dǎo)，廣泛組織開展學(xué)習(xí)，深刻理解教育信息化工作的重大意義

和《規(guī)劃》確定的指導(dǎo)思想、工作方針、發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展任務(wù)、重點(diǎn)

項(xiàng)目和政策措施，進(jìn)一步增強(qiáng)加快教育信息化進(jìn)程的責(zé)任感、緊迫感

和使命感。要加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，制定政策措施，加大資金投入，有力、

有序推進(jìn)《規(guī)劃》的組織實(shí)施。要廣泛開展宣傳，動(dòng)員全社會(huì)關(guān)心和

支持教育信息化工作。要落實(shí)工作責(zé)任，嚴(yán)格督查考核，切實(shí)把《規(guī)

劃》提出的各項(xiàng)任務(wù)落到實(shí)處。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與

信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。在國(guó)家的諸多政策導(dǎo)向的影響下，開始重

視“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)

思想，以全面提高學(xué)生實(shí)踐能力為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為

核心，以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化

建設(shè)，推動(dòng)學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality,VR),是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬

世界(VirtualWorld)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以形成一種“人能沉浸其中、

超越其上、進(jìn)出自如、交互作用的多維信息空間二VR技術(shù)利用計(jì)算

機(jī)生成的交互式三維環(huán)境，不僅使參與者能夠感到景物或模型十分逼

真地存在，而且能對(duì)參與者的運(yùn)動(dòng)和操作做出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)。虛擬

現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)，在藝術(shù)、建筑、設(shè)計(jì)、新媒

體、教育等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中的

結(jié)晶和反映，它具有以下主要特征：

(1)依托眾多專業(yè)學(xué)科的高度綜合化；

(2)用戶的沉浸感、交互感；

(3)系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化;

（4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大容量、數(shù)據(jù)傳

輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化；

（5）滿足眾多用戶和關(guān)鍵用戶的學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新。

作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的載體，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有縝密的組成和較高

的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，歸結(jié)來(lái)說(shuō)，可將其分為兩大部分：以數(shù)字軟件為基礎(chǔ)

的虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，及以硬件為基礎(chǔ)的人機(jī)交互系統(tǒng)。

（1）虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主體部分，它依托于

數(shù)碼工作站式的計(jì)算機(jī)硬件，主要涵蓋虛擬現(xiàn)實(shí)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)及三維數(shù)

字模型生成軟件等，能夠根據(jù)產(chǎn)品功能或者展示要求產(chǎn)生所需的、具

有6個(gè)自由度的場(chǎng)景和設(shè)計(jì)實(shí)例，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽器可全方位觀看

其造型、材質(zhì)、色彩及結(jié)構(gòu)等。虛擬環(huán)境模型的建立既可以通過(guò)三維

軟件進(jìn)行數(shù)字建模，還可以通過(guò)逆向工程（RET）進(jìn)行環(huán)境的反求。

（2）人機(jī)交互技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的顯著特征，集中體現(xiàn)在視

覺、聽覺、觸覺三大方面。人機(jī)交互系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)不再是單方向強(qiáng)制

性地傳遞給用戶，用戶可以借助外延設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境的雙向信息

交流，并將用戶的口令或者所做修改以實(shí)時(shí)的方式顯示出來(lái)。虛擬現(xiàn)

實(shí)中的人機(jī)交互系統(tǒng)依靠顯示設(shè)備、位置追蹤設(shè)備、操作控制設(shè)備等,

使處于虛擬環(huán)境之中的使用者產(chǎn)生立體式“沉浸感”，使用戶的動(dòng)作

和操作更加真實(shí)與自然，體現(xiàn)出人機(jī)交互系統(tǒng)的多通道屬性。

第2章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體框架

整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分為三個(gè)層級(jí)。其中，終端應(yīng)用層為用戶提供

了應(yīng)用于各種教學(xué)場(chǎng)所的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備，是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源最

終得以交互操作的載體；資源共享層為用戶提供了針對(duì)各種形式的虛

擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的管理平臺(tái)，方便用戶集中調(diào)用；數(shù)據(jù)接口層將虛擬

現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與學(xué)校的教學(xué)平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)接口開發(fā)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源、

課程管理、學(xué)生成績(jī)等信息的互通。如下圖所示：

終端應(yīng)用層

資源共享層

數(shù)據(jù)接口層

教務(wù)管理平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)室管理鋁

—?

整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

(1)終端應(yīng)用層中不同體量的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備，均有成熟的

標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，硬件性能穩(wěn)定，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較小。

(2)資源共享層中的各種形式的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，均能由虛

擬仿真設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)制作并調(diào)用，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，同時(shí)能與終端應(yīng)用

層的硬件設(shè)備無(wú)縫兼容，直接運(yùn)行。

(3)整體架構(gòu)體系考慮到了后期的硬件升級(jí)以及軟件內(nèi)容的擴(kuò)

充，具有很強(qiáng)的可延展性。

(4)該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于全國(guó)眾多高校的虛擬仿真類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，

覆蓋率較高，有利于學(xué)校間的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源成果的共享。

2.2終端應(yīng)用層

為滿足不同場(chǎng)合不同功能的應(yīng)用，終端應(yīng)用層共分為三種形式,

分別是：大型沉浸式終端、小型桌面級(jí)終端、以及移動(dòng)終端。

2.2.1大型沉浸式終端

大型沉浸式終端，主要由多臺(tái)工程級(jí)主動(dòng)立體投影機(jī)，或小間距

主動(dòng)立體顯示屏，組成多通道的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。大型沉浸式終

端，可安裝在面積較大的階梯教室，滿足在課堂教學(xué)中對(duì)較大虛擬場(chǎng)

景的交互體驗(yàn)的應(yīng)用需求，例如機(jī)械類專業(yè)中的大型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、建

筑類專業(yè)的樓板墻板搭建施工等等。老師在講臺(tái)運(yùn)用交互手柄，對(duì)沉

浸式終端中的三維場(chǎng)景進(jìn)行漫游、拆裝、標(biāo)注等操作，通過(guò)這種全新

的演示手段來(lái)輔助自己的課堂講解；學(xué)生佩戴立體眼鏡，緊跟著老師

的講解思路，沉浸在虛擬的教學(xué)場(chǎng)景中，達(dá)到前所未有的上課體驗(yàn)。

大型沉浸式終端主要由以下幾部分組成:

(1)立體顯示子系統(tǒng)：作為整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)大型沉浸式終端的顯

示部分，顯示系統(tǒng)效果的好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)的影響非常大。采用多

臺(tái)工程級(jí)的主動(dòng)立體投影機(jī)，提供高分辨率、高亮度的投影顯示，提

供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的可視化效果。

(2)圖形圖像處理子系統(tǒng)：由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所采用的軟件為

實(shí)時(shí)渲染的方式，占用較大空間資源，因此對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求隨之

提高，當(dāng)前虛擬系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)硬件以高性能圖形工作站為主流，特

別是針對(duì)多通道的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，由多臺(tái)圖形工作站組成一個(gè)分布式

渲染系統(tǒng)，確保流暢的實(shí)時(shí)渲染效果。工作站中安裝虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平

臺(tái)，可直接打開調(diào)用資源庫(kù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)工程文件。

(3)交互子系統(tǒng)：大型沉浸式終端中的人機(jī)交互設(shè)備包括動(dòng)作

捕捉系統(tǒng)、操作手柄等，可以使設(shè)計(jì)者和觀察者實(shí)時(shí)地對(duì)多通道顯示

屏幕上的內(nèi)容進(jìn)行綜合操控(如360度全方位漫游、測(cè)距、剖切、標(biāo)

注等)，實(shí)現(xiàn)用戶與三維模型的瀏覽漫游和交互操作。

(4)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)：大型沉浸式終端的整體機(jī)械框架決定了該系

統(tǒng)的沉浸體驗(yàn)形式，洞穴式的框架無(wú)疑是沉浸感最強(qiáng)的。設(shè)計(jì)良好的

機(jī)械結(jié)構(gòu)，不僅能方便投影設(shè)備、動(dòng)作捕捉設(shè)備等的安裝調(diào)試，更要

考慮到后期的維護(hù)、搬遷、擴(kuò)充升級(jí)等因素。

2.2.2小型桌面級(jí)終端

桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，用于在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程中，讓學(xué)生進(jìn)行自主

的交互操作，完成實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容?，F(xiàn)階段規(guī)劃的小型桌面級(jí)終端主要

有三類設(shè)備可供選擇，分別是桌面交互一體機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、虛擬

工作臺(tái)/全息臺(tái)。

?桌面交互一體機(jī)

桌面交互一體機(jī)整合了高保真的立體顯示屏、低延遲的追蹤系統(tǒng)

和軟件系統(tǒng)，可通過(guò)6自由度的觸筆進(jìn)行自然的人機(jī)交互。例如國(guó)內(nèi)

中視典公司的桌面版全息臺(tái)、國(guó)外InfiniteZ公司的ZSpace虛擬

現(xiàn)實(shí)交互一體機(jī)。

＞虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔

虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，也稱VR頭顯，是一種虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備。

它一般通過(guò)以下三個(gè)部分致力于給使用者提供沉浸式體驗(yàn)：一個(gè)頭戴

式顯示器、一套手持控制器、一個(gè)能于空間內(nèi)同時(shí)追蹤顯示器與控制

器的定位系統(tǒng)。例如OculusRift、HTCVIVE和索尼PlayStationVRO

＞虛擬現(xiàn)實(shí)工作臺(tái)/全息臺(tái)

虛擬工作臺(tái)（也有稱全息臺(tái)）也是一種輕量級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)工作終

端，它也集成了立體顯示屏、小型光學(xué)式動(dòng)作捕捉設(shè)備，適用于工業(yè)

產(chǎn)品、機(jī)械設(shè)備的虛擬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配、檢修等操作，使用戶擁有置

身于真實(shí)工作臺(tái)般的完美操作體驗(yàn)，是一種實(shí)用又高科技的移動(dòng)虛擬

工作臺(tái)。例如國(guó)內(nèi)曼恒數(shù)字的G-Bench、中視典的HoloStation全息

臺(tái)。

關(guān)于三類桌面級(jí)終端設(shè)備的對(duì)比，詳見下表。

桌面級(jí)交互一虛擬工作臺(tái)/全

虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔

體機(jī)息臺(tái)

顯示屏幕略頭盔能為操作顯示面積較大，

示效小，只適用于小型者提供最佳的沉浸使用一塊或兩塊55

果的機(jī)械部件虛擬交感，并可配套大屏英寸以上液晶屏顯

互，沉浸效果一般，顯示輸出，能清晰示，形成較好的立體

且不方便多人同時(shí)地觀摩操作者所看效果,能方便多人同

觀摩到的畫面以及其做時(shí)觀摩

出的操作

集成自帶光學(xué)

式動(dòng)作捕捉設(shè)備配

專用觸筆，與頭盔專用無(wú)線

套的無(wú)線控制手柄，

一體機(jī)有線/無(wú)線控制手柄，通過(guò)自

按鈕可控自定義，操

互性連接，交互范圍較帶的定位器追蹤手

作靈活方便,配合光

小柄空間位置

學(xué)動(dòng)捕相機(jī),追蹤交

互范圍最廣

支持Unity3D

車內(nèi)容通過(guò)各廠支持Unity3D等主流虛擬現(xiàn)實(shí)平

件兼商自有平臺(tái)引擎進(jìn)等主流虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)和各廠商自有平

容性行開發(fā)臺(tái)臺(tái)，可直接調(diào)用資源

庫(kù)中的內(nèi)容

2.2.3移動(dòng)終端

移動(dòng)終端以智能手機(jī)、智能平臺(tái)、筆記本電腦為主，方便學(xué)生隨

時(shí)隨地可以訪問(wèn)到資源庫(kù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容。目前僅支持在移動(dòng)終端

打開錄制的VR視頻。對(duì)跨平臺(tái)的支持后續(xù)可支持發(fā)布在安卓、iOS、

Web等平臺(tái)，學(xué)生通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備直接打開，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的交互操

作，滿足課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的要求。

WebPlayerFlashiOSAndroid

Fullqualitygamesinatab.UsedbyReachthewidestpossibleaudienceMeetthe#1gamedevelopmentTheleadingdevelopmenttoolmeets

globalbrandslikeEAandDisney-withGPU-accelerated3DcontentonplatformforiPhoneandiPadthefastestgrowingmobileplatform

aswellasthousandsofsmallertheweb

teams

2.3資源共享層

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源由三維模型素材庫(kù)、VR工程文件庫(kù)、VR視頻

庫(kù)組成，均依托虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)作為載體，支持在不同的終端應(yīng)用

層調(diào)用。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)可以直接實(shí)時(shí)獲取多種三維模型數(shù)據(jù)，自

由地搭建教學(xué)所需要的3D虛擬場(chǎng)景，輸出VR工程文件到沉浸式終端

和桌面級(jí)終端進(jìn)行交互操作，同時(shí)可將操作的過(guò)程錄制成VR視頻，

在移動(dòng)終端播放。

2.3.1編輯端

2.3.1.1數(shù)據(jù)導(dǎo)入整合

計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)為各行業(yè)帶來(lái)新的技術(shù)表現(xiàn)手段，在數(shù)字化設(shè)計(jì)、

規(guī)劃、評(píng)審、培訓(xùn)、教學(xué)科研等方面，首先需要解決的是三維數(shù)據(jù)來(lái)

源。對(duì)使用CAD的客戶群體和沒(méi)有數(shù)據(jù)的客戶，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)提

供了完美的解決方案。

(1)支持導(dǎo)入常用VR三維數(shù)據(jù)格式，如fbx、obj>3ds、dae

(2)協(xié)同設(shè)計(jì)，高效數(shù)據(jù)整合

快速獲取不同建模軟件的設(shè)計(jì)成果，整合多個(gè)設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)成

果到同一個(gè)三維場(chǎng)景，無(wú)需格式轉(zhuǎn)換，避免數(shù)據(jù)損壞或丟失。數(shù)據(jù)整

合直觀、高效；提高跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同工作效率，提交溝通效率，

減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

(3)直接導(dǎo)入CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，提高設(shè)計(jì)效率

除了支持fbx、obj、3ds、dae等眾多常用三維模型數(shù)據(jù)，還支

持直接導(dǎo)入Catia、ProE、UG、SolidWorks等眾多三維建模程序的三

維模型數(shù)據(jù)，保留完整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖形信息、幾何信息、PMI信息,

無(wú)需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，與用戶三維建模程序無(wú)縫結(jié)合，避免格式轉(zhuǎn)換過(guò)程中

的數(shù)據(jù)丟失或損壞；千萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)量?jī)?yōu)化，根據(jù)視覺顯示效果調(diào)整優(yōu)化

比重，提高系統(tǒng)承載能力和實(shí)時(shí)運(yùn)行效率。

2.3.1.2場(chǎng)景編輯制作

在三維模型導(dǎo)入之后，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)提供了一系列的模塊化

編輯功能，方便用戶便捷的搭建出效果出色的三維視景場(chǎng)景，編輯制

作所需的虛擬現(xiàn)實(shí)交互應(yīng)用內(nèi)容。并支持快速發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行瀏覽,

或是發(fā)布到沉浸環(huán)境（即渲染端）進(jìn)行交互體驗(yàn)。

（1）三維視景快速搭建

豐富的預(yù)設(shè)場(chǎng)景（沙漠、海洋、山體、工廠等）可以快速應(yīng)用搭

建出各種配景環(huán)境，襯托設(shè)計(jì)模型的展示效果；支持快速地形編輯實(shí)

現(xiàn)山體繪制，并且可以在場(chǎng)景中添加天氣系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)植被、動(dòng)態(tài)水體、

3D場(chǎng)景音效等，提高設(shè)計(jì)效果。

預(yù)設(shè)材質(zhì)庫(kù)中支持60個(gè)以上的材質(zhì)球，對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行材質(zhì)添

加，實(shí)現(xiàn)金屬、玻璃、皮革、凹凸、反射等效果，寫實(shí)效果模擬。

為模型創(chuàng)建標(biāo)注，并可修改、刪除。在沉浸式環(huán)境中進(jìn)行人機(jī)交

互觸發(fā)控制，加強(qiáng)方案評(píng)審或虛擬培訓(xùn)時(shí)對(duì)于特殊信息的顯示需求。

（2）動(dòng)畫編輯及裝配邏輯設(shè)定

動(dòng)畫編輯功能，可以自定義包括模型部件的裝配路徑、漫游相機(jī)

的路徑、可以控制部件的材質(zhì)效果切換、控制部件節(jié)點(diǎn)及其標(biāo)注信息

是否隱藏等。同時(shí)支持爆炸動(dòng)畫功能，能夠快速生成爆炸動(dòng)畫。

虛擬裝配編輯功能，可在三維場(chǎng)景中，選中任意多個(gè)模型節(jié)點(diǎn)進(jìn)

行裝配邏輯順序的編輯，通過(guò)圖形化的界面，采用連線的方式，直觀

易懂。編輯完成的裝配預(yù)案，可在沉浸式環(huán)境中進(jìn)行調(diào)用，從而進(jìn)行

虛擬裝配的交互訓(xùn)練。

2.3.2渲染端

2.3.2.1可視化管理

基于PC設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)原型的三維模型桌面級(jí)可視化，視覺感官受

限；無(wú)法實(shí)時(shí)直觀輸出沉浸式立體畫面，需借助中間軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

換，操作繁瑣；并且CAD的設(shè)計(jì)成果顯示效果單調(diào)，功能局限；無(wú)法

逼真、精準(zhǔn)的了解項(xiàng)目開發(fā)成果，難以做出準(zhǔn)確判斷。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件

平臺(tái)通過(guò)編輯器端進(jìn)行場(chǎng)景編輯、效果調(diào)整之后，可以一鍵發(fā)送到渲

染端，渲染端的立體顯示可視管理功能，讓設(shè)計(jì)成果以高質(zhì)量畫面、

超強(qiáng)沉浸式的體驗(yàn)效果呈現(xiàn)出來(lái)。

(1)立體展示可視化

支持三維模型及數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實(shí)硬件系統(tǒng)中1:1沉浸式立體展

示，體驗(yàn)者需要佩戴立體眼鏡進(jìn)行觀看，同時(shí)使用虛擬現(xiàn)實(shí)外設(shè)與立

體環(huán)境進(jìn)行交互操作，為可視化管理提供逼真的立體展示環(huán)境。

(2)支持大型沉浸式終端

渲染端支持分布式集群渲染，可由多個(gè)渲染端程序同時(shí)運(yùn)行，通

過(guò)硬件顯示終端設(shè)備拼接成多通道的沉浸式顯示環(huán)境，例如虛擬現(xiàn)實(shí)

Cave系統(tǒng)。

(3)支持桌面級(jí)終端

支持與HTCVive等虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔顯示器對(duì)接，實(shí)現(xiàn)將渲染端的

顯示內(nèi)容同步顯示到頭盔顯示器中。

支持與虛擬現(xiàn)實(shí)工作臺(tái)\全息臺(tái)對(duì)接，帶來(lái)的最佳的桌面級(jí)立體

顯示效果，以及流暢的交互操作體驗(yàn)。

2.3.2.2實(shí)時(shí)交互

在沉浸式立體環(huán)境中，通過(guò)傳統(tǒng)的鼠標(biāo)鍵盤方式無(wú)法很好滿足數(shù)

字內(nèi)容的交互操作；通過(guò)交互外設(shè)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜人機(jī)交互，仿真模擬真實(shí)

的各種操作。

（1）多元外設(shè)即裝即用

支持VRPN虛擬外設(shè)接口，兼容多元化追蹤系統(tǒng)，能夠追蹤用戶

當(dāng)前視角和各種外設(shè)，無(wú)需定制開發(fā)，簡(jiǎn)單的參數(shù)配置后即可使用。

(2)漫游功能

包含兩種漫游模式：自由漫游是指通過(guò)外設(shè)自由控制視角移動(dòng);

重力漫游則是在自由漫游的基礎(chǔ)上模擬帶重力效果的視角移動(dòng)。

(3)測(cè)量功能

對(duì)帶有幾何結(jié)構(gòu)的三維模型進(jìn)行空間距離測(cè)量，先設(shè)定一個(gè)主測(cè)

量節(jié)點(diǎn)，再設(shè)定多個(gè)其它測(cè)量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。執(zhí)行測(cè)量后，可以選擇

顯示主測(cè)量節(jié)點(diǎn)到所有其它測(cè)量節(jié)點(diǎn)的距離，也可以選擇顯示所有距

離當(dāng)中的最大距離或最小距離，同時(shí)可支持隱藏或顯示場(chǎng)景中未被選

中的節(jié)點(diǎn)。

(4)剖切功能

能夠準(zhǔn)確的查看模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以使用搖桿和按鍵來(lái)進(jìn)行剖

切，并支持剖切面的自動(dòng)修復(fù)。

(5)多視角功能

多視角功能方便用戶在大場(chǎng)景中漫游切換所在位置。可以在若干

用戶方便的位置保存攝像機(jī)位置，然后通過(guò)輪詢的方式切換攝像機(jī)到

已保存的位置。

（6）虛擬拆裝功能

能夠選擇和移動(dòng)3D模型中的任何一塊零部件，根據(jù)預(yù)先編輯的

裝配邏輯順序進(jìn)行拆裝。精確的幾何結(jié)構(gòu)的干涉檢查，實(shí)時(shí)基于網(wǎng)格

的方式實(shí)現(xiàn)模型部件之間的物理碰撞，能模擬真實(shí)世界中的重力、阻

力、彈力等作用效果。能夠依據(jù)模型的幾何信息精確的測(cè)出模型之間

的碰撞情況，支持動(dòng)態(tài)干涉和靜態(tài)干涉。動(dòng)態(tài)干涉：用于檢測(cè)物體在

運(yùn)動(dòng)中是否與其他物體發(fā)生干涉；靜態(tài)干涉：用于檢測(cè)靜止物體之間

的干涉情況，并將干涉區(qū)域的形狀、體積等信息表現(xiàn)出來(lái)。

支持吸附裝配，將待裝配部件移動(dòng)到正確裝配位置附近一定微小

距離時(shí)，會(huì)以動(dòng)畫的方式將部件自動(dòng)吸附到規(guī)定位置，先進(jìn)行位置吸

附，調(diào)整角度后再進(jìn)行角度吸附。

支持裝配錄制，在裝配進(jìn)行的同時(shí)，將裝配的過(guò)程錄制并輸出，

生成tracker文件。

(7)動(dòng)畫播放功能

支持控制播放在編輯器端設(shè)置的關(guān)鍵幀動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)流程

的可視化及工藝原理的模擬。

(8)標(biāo)注功能

渲染端觸發(fā)標(biāo)注功能后，畫面上就會(huì)顯示事先在編輯器端已經(jīng)設(shè)

置好的標(biāo)注信息。

2.323視頻錄制

視頻錄制提供了視頻錄制和設(shè)置的功能

通過(guò)視頻錄制功能，能夠?qū)⒃阡秩径说牟僮鬟^(guò)程錄制輸出VR視

頻，從而讓更多的用戶通過(guò)播放這些VR視頻就能了解到整個(gè)虛擬交

互操作的流程。

在錄制設(shè)置中，可以選擇錄制2D或者3D的視頻，同時(shí)可選擇是

否錄入音頻（錄制音頻需要連接好耳麥等輸入設(shè)備）。錄制的3D視頻

保存為左右眼格式，可以使用第三方立體播放器（比如StereoPlayer）

進(jìn)行播放。

2.3.3資源集中管理及共享平臺(tái)3DStore

在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)軟件平臺(tái)中，以插件的形式嵌入資源管理及

共享平臺(tái)3DStore,3DStore包含三維模型庫(kù)、VR工程文件庫(kù)、VR

視頻庫(kù)，這些資源亦可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的形式直接訪問(wèn)3DStore

的網(wǎng)址。

（1）三維模型庫(kù)

用戶可通過(guò)3DStore賬號(hào)直接下載調(diào)用模型素材庫(kù)中的三維模

型，實(shí)現(xiàn)快速搭建3D場(chǎng)景。提供眾多行業(yè)（包括建筑、家居、電子

產(chǎn)品、車輛、武器、工業(yè)、科學(xué)等)的模型下載，減少重復(fù)建模的工

作量。目前，該三維模型庫(kù)中已包含多種行業(yè)共20萬(wàn)個(gè)三維模型素

材。

*

(2)VR工程文件庫(kù)

VR工程文件即為通過(guò)DVS3D編輯端制作的場(chǎng)景內(nèi)容，每一個(gè)實(shí)

驗(yàn)項(xiàng)目可單獨(dú)制作成一個(gè)VR工程文件，這些VR工程文件按學(xué)科專業(yè)

分類管理，并設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，學(xué)生通過(guò)自己3DStore賬號(hào)只能訪問(wèn)

到各自專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，并通過(guò)桌面級(jí)終端打開這些VR工程文

件后，進(jìn)行交互操作。當(dāng)每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作完成之后，系統(tǒng)會(huì)記錄并輸出

每個(gè)學(xué)生的操作流程等客觀測(cè)試結(jié)果，并由服務(wù)器端的考核打分工具

完成成績(jī)的打分評(píng)判，輸出成績(jī)分?jǐn)?shù)。

(3)VR視頻庫(kù)

老師在DVS3D渲染端錄制的交互操作視頻，可上傳到3DStore

平臺(tái)進(jìn)行集中管理，同樣按照學(xué)科專業(yè)進(jìn)行分類，學(xué)生通過(guò)移動(dòng)終端

設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)并播放，直觀了解到每個(gè)實(shí)驗(yàn)交互操作內(nèi)容的整個(gè)過(guò)程,

這些VR視頻主要用于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，讓學(xué)生即使沒(méi)有虛擬現(xiàn)

實(shí)相應(yīng)的硬件設(shè)備在身邊，也能進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的學(xué)習(xí)。

2.4數(shù)據(jù)接口層

通過(guò)數(shù)據(jù)接口層，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與學(xué)?，F(xiàn)有教務(wù)管理平臺(tái)、

實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)等結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一整合到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的門

戶網(wǎng)站中。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心門戶網(wǎng)站

實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)

實(shí)

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)

室開

理

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)

動(dòng)

前

實(shí)驗(yàn)

互

果

結(jié)

過(guò)程

教學(xué)

放預(yù)

教

報(bào)告

流

務(wù)

知

論

教學(xué)

交

動(dòng)

自

智能

資源

約管

管

管理

知

理

通

管理

學(xué)

識(shí)

改

批