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一、虚拟现实技术

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。

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实验室。

例如：

1、清华大学：数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心

2、北京交通大学：轨道交通通信与控制虚拟仿真实验教学中心

3、北京航空航天大学：空天电子信息虚拟仿真实验教学中心

4、北京理工大学：大学计算机虚拟仿真实验教学中心

5、天津大学：精密仪器与光电子虚拟仿真实验教学中心

6、同济大学：建筑规划景观虚拟仿真实验教学中心

7、上海交通大学：医学院虚拟仿真实验教学中心

8、厦门大学：医学虚拟仿真实验教学中心

9、华中科技大学：生命科学与技术虚拟仿真实验教学中心

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二、虚拟现实实验室的使用

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。

虚拟现实实验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。

1、院校教学科研。

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。

2、建议学院发挥学校学科专业优势，开展实验教学。

发挥学校学科专业优势，积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合学校信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源，提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。

虚拟现实技术实验是为本科教学而设计和实现的。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，学生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、相互补充的原则。

3、校企合作的实训环节使用。

建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现学院与企业的实验教学资源共享，满足学院的多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索校企共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。

实训环节带领学生重点研究虚拟环境的快速三维建模与高效绘制、自然灾害现象模拟与仿真、多种数字媒体融合、增强现实等关键技术，并研究这些关键技术在公共安全事件模拟分析、影视产品制作、游戏动漫生成、数字媒体的生成、展示、管理、发布等方面的应用。

4、组织相关专业及有意向的学生，以兴趣小组的模式进行组建团队来进行虚拟现实的研发制作。

由企业方派专业技术工程师进行学生的培训指导，除带领团队对虚拟现实技术的研发工作外，还带领学生承接相关的虚拟现实技术项目进行实战演练。

三、虚拟现实实验室的组成部分

1、虚拟现实应用开发引擎（Unity 3D）

2、沉浸式环境（数字头盔、投影、3D立体显示器）

3、VR交互系统 （数据手套、力反馈、动作捕捉等）

4、内容制作（场景设计周期及预算费用、内容复杂程度、达到效果）

四、虚拟现实实验室的建设

为了更好的应用虚拟现实技术，使其更好的应用于教学、科研和生产实践活动，推出全面的虚拟现实实验室整体系统建设方案。以下方案供参考：

（一） 虚拟现实应用开发引擎

1.Unity3D PRO 虚拟现实、跨平台应用程序开发引擎

Unity3D是一软专业3D游戏引擎，其备跨平台发布、离效能优化、高性价比，AAA级游戏画面演染效果等特点。目前Unity3D应用范围广泛，从手机游戏到联网的大型游戏，从严肃游戏到电子商务，再到虚拟现实VR均可完美呈现。

2.MiddleVR for Unity插件

Unity为一款3D应用程序开发工具，设计为使您能够专注于创造令人惊叹的3D应用。”Middle VR是一个完美的插件，可在几分钟内为你的Unity应用程序带来身临其境的性能！Middle VR为Unity增加了以下功能：提升了以用户为中心视角的可视化级别 、支持3D交互设备，如3D跟踪器、S3D - 主动，被动...、适用于更高分辨率和令人印象深刻的VR系统的多屏幕/多台计算机同步。

（二）沉浸式环境-单通道投影

立体投影系统有被动式立体投影和主动式立体投影，被动式立体投影是通过光的偏振原理来实现的，即采用两台投影机同步放映图像，将两台投影机前的偏光片的偏振方向互相垂直，让产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。而偏振光投射到专用的投影幕上再反射到观众位置时偏振光方向须不改变，观众通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，从而在视觉神经系统中产生立体感觉；主动式立体投影需要内置液晶（LCD）快门的眼镜来交替地空白左右眼信息。一个分离的IR发送器发送同步信息到眼镜。这种方法在技术上更耐用，且投影机必须配备空白间隔的与快门速度相匹配。主动式立体投影的优点是可在任何投影屏幕上来实现。

（三）VR交互系统 （5DT数据手套、ART光学定位追踪系统）

1. 5DT Data Glove 14 Ultra数据手套：1只

5DT Data Glove 14 Ultra可测量手指弯曲的程度与手指间的外部肌肉(每只手指上有2个传感器)，是5DT公司为现代动作捕捉和动画制作领域的专业人士专门设计的一款数据手套产品，可满足最为苛刻的工作要求。该产品具有佩戴舒适、简单易用、波形系数小、以及驱动程序完备等特点。超高的数据质量、较低的交叉关联、以及高数据频率使该产品成为制作逼真实时动画的理想工具。

2．A.R.T smARTtrack 光学跟踪系统

smARTtrack是一款全集成独立红外光学跟踪系统，专门用于小空间内（约2立方米）的目标跟踪。典型的应用领域包括： 工作台上的工程或设计审查 、使用立体电视或者头盔显示器进行的员工培训 、在上述应用中，该产品是头部跟踪或者与互动装置配合使用的理想产品。在有源立体应用当中，可以安装外部同步系统。smARTtrack经过预先校准，所以使用前不必进行校准。

3. A.R.T.Flystick2 交互设备

Flystick2是一款用于虚拟现实应用领域的无线式交互设备，是以往Flystick的更新产品。该产品升级为6个按钮并配有模拟操纵杆。DTrack软件用于控制Flystick2按钮和操纵杆，并使用6自由度输出数据使其相互关联，从而使得全部数据的匹配过程变得简便而轻松。

（四）内容制作（N万元资金）

虚拟现实技术适用于军事模拟训练、CAD/CAM（虚拟制造、虚拟装配）、建筑设计与城市规划、虚拟生物医学工程、科学可视化、教学演示等等诸多领域。内容制作需根据场景设计周期及预算费用、内容复杂程度、达到效果等，确定投入资金，具体需面谈。

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