■  项目建设背景

● 国家及地方政府大力发展虚拟现实技术

● 虚拟现实对产业的冲击及颠覆

● 虚拟现实技术高速发展推动教学环境创新

■  项目建设目标

● 建设虚拟现实沉浸互动教学实训环境，支持创新教学，支持传统知识难点教学，探索教学新方法新形态。

● 借助虚拟现实技术，开展沉浸式认知体验、交互式实训实操、异地多人协同教学，创新教学模式

● 全面推进虚拟现实体验课的全专业实验教学，提高学生对虚拟现实教学的认知，提升学校在VR教学上的影响力

■  项目建设内容

● 虚拟现实开放实验室简介

虚拟现实开放实验室是基于虚拟现实技术软件系统及VR一体机整体设计的VR大场景多人交互，多人同步，实时互动的虚拟现实教学与实训环境。该实验室由HTC FOCUS虚拟现实一体机、高性能服务器、教师定制化触碰交互集控台、虚拟现实内容与设备管理系统、高性能企业级路由器、高密度无线网络设备以及教室整体空间设计与布局于一体，支持学校开展虚拟现实沉浸式认知教学、交互式实训实操训练，创新课堂教学模式，解决传统教学不能支撑的高成本、高风险、宏观、微观教学难题，提升教学质量。

● 虚拟现实开放实验室教学设备

虚拟现实开放实验室教学设备包括虚拟现实一体机，无线控制手柄，高性能中控服务器，触控交互集控台，虚拟现实内容与设备管理系统，高性能企业级路由器以及高密度无线网络设备等

●  虚拟现实一体机

虚拟现实一体机是一种整合显示单元，计算单元和定位设备的一体化设备，体验者只需佩戴即可进行体验。

①双目前置摄像头②主动散热风扇窗口③PID调节按钮④柔性头带⑤皮革面部衬垫⑥扬声器⑦菲涅尔透镜⑧可调硬质头带

●  无线控制手柄

无线控制手柄作为体验者在虚拟现实空间内进行操作的一种外设设备，采用3自由度设计，配备了多功能触摸板，双阶段触发器，高精度9轴传感器等，能够准确的在虚拟现实中反映手柄的所指方向和用户的按键操作，满足用户自由探索并与虚拟环境进行互动。

①主页键②菜单键③触控板④双段式扳机

●  中控服务器

中控服务器作为多人协同课堂教学的服务器和老师的教学用计算机，其配备强大的Intel® Xeon®处理器，提供新一代单路性能，可以快速处理要求苛刻的交互式应用程序。借助戴尔独有的Intel®vPro™扩展功能进行远程BIOS管理和硬盘擦除实施一次更新即可实现处处更新，即使系统处于脱机状态也不例外。

●  高密度无线网络设备

高密度无线网络设备采用特殊设计，相较普通双频AP接入客户端数翻倍；自动选择适宜信道，网络流畅稳定；专业双频天线，提升覆盖区域信号质量；简易吸顶式安装，标准PoE网线供电。

●  触摸交互集控台

触摸交互集控台采用钢构造，整体设计符合人体力学原理。集控台内嵌标准多媒体中央控制系统，中控采用金属外壳，坚固耐用，薄膜式防尘面贴，有效防尘防水，且具有LED灯指示工作状态，前面板提供了多种IO接口输出，能够实现对教室的多个设备的一键式控制。桌子正面可根据客户需求丝印学校LOGO。

●  虚拟现实内容与设备管理系统

虚拟现实内容与设备管理系统采用铝合金框架结构，符合工业化设计要求；虚拟现实内容与设备管理系统分为主配电柜和副柜，能实现一体机头显数据的快速存储、分发和同步。

■ 虚拟现实开放实验室课堂教学系统

●  系统概述

虚拟现实多人协同教学管理系统由教师PC机客户端兼教师中控服务器系统，以及师生的VR一体机客户端组成。该系统用于实现虚拟现实课堂教学中的教学资源推送播放、师生互动、教学流程管理等功能，其特点是支持师生多人在同一虚拟空间中的协同互动，使得教师讲解、师生互动研讨等教学需求在虚拟现实中成为可能。

●  系统应用范围

该系统支持各种虚拟现实日常课堂教学的需求，不但包括了以虚拟模型、场景、全景图片/视频展示为中心的展示型虚拟现实教学，还包括了以教师演示操作、学生上手训练为中心的实操型虚拟现实教学，为医护、金工、设计等多种学科提供低成本、安全、环保的实训替代方案。

●  主要功能模块

•  课件下载推送服务

教师使用虚拟现实内容制作工具制作的课件，上传至虚拟现实课件构建内容云后，可以一键下载至本地，并推送至每一台VR一体机中。

•  一键开启/关闭课件

教师在PC端里可以一键开启和关闭所有VR一体机中的客户端，并进入指定课件，无需师生逐个完成一体机进行启动运行。

•  师生分组互动

针对多人的虚拟现实教学场景，学生被按照物理座位分组，教师同时给所有组的学生讲解，也可以学生进行小组讨论，教师单独指导。

•  教学资源播放控制

系统支持在虚拟现实教学场景中播放 3D模型、3D场景、全景图片/视频、2D视频、第三方VR内容、传统PPT等多种类型的教学资源。教师可以在VR内控制这些教学资源的播放进度。

•  实操性VR教学

系统还支持诸如机械拆装、医疗护理手术、设备操作等多种形式的实操性VR教学，并且教学过程可以以教师演示操作、学生上手训练等多种方式进行，为医护、金工、设计等多种学科提供低成本、安全、环保的实训替代方案。

•  会议研讨

系统支持会议研讨模式，可事先安排定好流程，让多个人在VR里依次发言，展示自己制作的模型作品，开展有序讨论，从而满足课程设计展示、毕业答辩、科研研讨等需求。

•  VR内画面传输

系统支持将VR里的场景画面传输出来，显示在PC机上和投放到投影仪上，让没有戴上VR一体机的人看到VR里正在发生的事情，以满足各种观摩、展示的需求。

■ 虚拟现实开放实验室布局效果图

■  虚拟现实体验教学可选课程

为切实结合教学需求，计划基于常规的教学课程打造100门虚拟现实课件，全面普及高校高职的教学需求。现第一季度的课程如下：

•  半导体基础知识

电子技术专业；选取“半导体基础知识”，讲解本征半导体结构、其载流子的形成、杂质半导体的形成、PN 结的结构及导电性能。

•  基因转录和翻译

生物类各专业；呈现基因中心法则转录和翻译过程的触发条件、环境条件、碱基配对的原则及整体的动态过程。

•  汽车风洞实验

车辆工程专业；模拟烟流法风洞试验，通过室内环境、可控气流直观地展示从车体不同角度的烟流状态，供学生切身观察研究。

•  逆作法施工过程

土木工程专业；沉浸式展示讲解逆作法施工的整体基本操作流程，包含东边桩施工、地下一层施工、地下二层施工等的步骤。

•  中国古建木构—榫卯斗栱

建筑设计专业；以中国古建木构历史为引子，讲述从新石器时代到近现代的木构榫卯和斗栱的发展。

•  仓储技术装备

物流管理专业；以仓储配送中心为环境，模拟月台、托盘、叉车、立体货架、重型货架、阁楼式货架等多种物流技术设备，讲解各种设备的特性、作用等。

•  DNA复制基本过程

生物工程专业；基于已了解了DNA复制的重要意义，进一步了解细胞分裂周期中S期DNA的存在形式、双向半保留复制基本过程以及参与其中的各类酶。

•  铁碳相图

材料科学与工程专业；通过铁碳相图这一研究铁碳合金的工具，研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能间关系。

•  光电效应

理工科专业；该体验课分为两部分，一是光电效应原理，二是光电效应实验。

•  雷诺实验

水利类专业；该体验课分两部分，一展示平流、紊流的状态。二模拟雷诺实验。

•  曲面体与曲面体相交

机械类专业；该体验课用六组常见相贯体，形象展示其相贯线所在位置，帮助学生深刻理解如何寻找共有线和共有点。

•  原子轨道

园林园艺、化工化学、药学等多种专业；该体验课有两部分组成，展示不同的原子核及其电子的运动状态，展示 S、P、D 三个简单原子轨道。

•  二级减速器

机械类专业；展示了带式传输机的工作原理、二级减速器三视图的对照学习以及二级减速器内部零部件的基本结构及工作原理。

•  高斯投影

地理类专业；形象展示了高斯投影的投影全过程，细致展现了高斯投影中投影形变的六大特点，讲解了常用的投影分带。

•  计算机组装与实训

计算机应用专业；该体验课分为学习模式和测验模式，学习模式帮助学生了解PC 的基本硬件组成部分、主要功能及装机流程；测验模式可以让学生进行装机实训操作并通过实时打分系统对装机流程进行评分。

•  链表

计算机相关专业；讲解单向链表的基本结构、存储意义和增删改查操作。

•  价键理论

园林园艺、化工化学、药学等多种专业；价键理论 valence-bond theory，一种获得分子薛定谔方程近似解的处理方法，又称电子配对法。

•  递归算法（汉诺塔实验）

编程基础；汉诺塔（又称河内塔）问题是源于印度一个古老传说的益智玩具。

•  照相物镜

物理光学；照相物镜是物理光学的重要组成内容，通过结合实际应用与理论知识，介绍照相机结构和工作原理，讲解照相物镜基本光学性能的主要参数表征、测量原理及课程实验，让学生掌握物理光学基本原理。

•  身体顺应实验

应用心理学专业；认知风格是个体对信息进行加工过程中所偏爱的个体差异，是人格表现形式的一种。

•  大气稳定度与逆温

环境科学；讲解在外力作用后大气稳定、不稳定、中性三种情况，逆温层大气层，和不同大气稳定度下烟流扩散的形状和特点。

•  金属液态成形

材料科学与工程；比如轴承座的砂型铸造、圆柱管的离心铸造等几种比较常见的铸造方法。

•  三重积分

理工科专业；介绍三重积分概念和性质，讲解利用直角坐标系、柱面坐标系和球面坐标系计算三重积分的方法。

•  X射线

临床医学；X 射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。

•  野兽派画作欣赏

几乎所有专业；野兽派画家热衷于运用鲜明、浓重的色彩，往往用直接从颜料管中挤出来的颜料，以直率、粗放的笔法，创造强烈的画面效果，充分显示出追求情感表达的表现主义倾向。

•  轴承的结构和工作原理

机械类专业；借助 VR 的丰富的展示手段，学生可以认识轴承的复杂装配结构，以及它们的工作原理。

•  简单行星齿轮工作原理

机械类专业；行星齿轮是指除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着行星架绕其它齿轮的轴线转动的齿轮系统。

•  固体晶体

物理；晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。

•  中国美术史

几乎所有专业；讲解了各个时期美术特点、审美水平的发展和差异。

•  航空航天概论

航空航天类专业；航空航天概论VR课程从航空航天基本概念、航空航天发展历程出发，使学生对航空航天的基本知识和相关的科学技术有一个全面的了解。 

■  项目案例介绍

项目名称：虚拟现实开放云教室

应用方向：主要通过虚拟现实内容云的构建，在虚拟现实云平台上实现虚拟现实教学的课堂教学、场景体验、实操反馈、数据分析等环节，以沉浸式、交互式和体验式的手段达到提高教学质量、减轻教师负担的目的，利用虚拟现实这一新的技术手段实现教学模式的创新及改革。

项目名称：教学实训中心/虚拟现实开放实验室/虚拟现实金工实训中心/虚拟现实设计中心/复杂对象快速建模及应用实验室/虚拟现实广域追踪实验室

应用方向：应用于虚拟现实课堂教学与实训，旨在创新教学模式、实现教学改革，培养虚拟现实领域专业人才。

虚拟现实开放实验室                虚拟现实设计中心

虚拟现实金工实训中心              复杂对象快速建模及应用实验室

标准版VR开放实验室