VR虚拟教育项目设计解决方案

VR虚拟教育项目

设

计

解

决

方

案

背景：

随着信息时代的发展，数字化三维虚拟仿真技术以其画面逼真精美、运行高效便捷、功能丰富实用、查询管理信息直观方便等特点逐渐应用在各个领域，国内院校也同样期望着在校园建设成果展示、学校品牌推广、教学辅助与校园资源管理等方面全面实现三维数字化。三维虚拟校园平台系统正是顺应这种需求而产生，在国内迅速普及。

三维虚拟校园平台是指利用计算机虚拟现实技术、网络技术、网络三维技术、数据库技术等对学校的建筑三维数据、建筑室内外结构、建筑相关属性信息、教学设施相关信息和教学资源信息进行处理，建立基于互联网浏览器展示的可交互的三维虚拟校园应用平台，并在此基础上实现学校教学管理所需的各种功能。

三维虚拟校园可以实现三维虚拟校园展示、学校建设成果宣传、楼宇教室查询、自主校园漫游、人机交互体验、网络互动交流、仿真课堂体验、院校设施设备管理等功能，最重要的是其可

以直接在互联网网页浏览器中直接登录使用，使用户能够不受时间和空间的限制，直接在线浏览和使用虚拟校园提供的各种应用。

目前国内越来越多的院校已经逐步建设了三维虚拟校园平台系统，比如北京大学、清华大学、浙江大学、北京师范大学、北京外国语大学、上海同济大学等著名高校，众多高职、中职、中小学院校也正在陆续开展网上三维虚拟校园建设。

随着网络时代的来临，网络教育迅猛发展，尤其是宽带技术和校园网大规模应用的今天。国内一些高校已经开始逐步推广、使用虚拟校园教学模式。虚拟现实技术具有广泛的作用和影响,亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力。主动地去交互，与被动的观看，有质的差别，尤其在虚拟教学、虚拟实验、虚拟仿真校园、科技研究等方面的应用更为广泛性。

虚拟教学系统分为原理教学和动态教学.原理教学主要指的是传统的课件制作,把课件中的图片做成动态三维的形式,改变教育模

式,不用再通过乏味的幻灯片技术教学,将教学步骤完美的融合到教学中,让学生不在死守在书本上面,却又心不在焉的想着自己的事情,不同于传统的教育模式,所有的教育步骤一气呵成,使学生学习兴趣浓厚,教学质量显著提升.动态教学就是把物理化学实验中一些大型不易操作的实验或一些因含有有毒气体学生不能进行操作的实验,

通过虚拟现实技术,学生可以在网上进行操作,丝毫没有束缚之感,

让学生有一种身临其境的感觉.成功案例有

虚拟现实技术划分四类：

1、桌面虚拟现实

桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时参与者缺少完全的沉浸，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面虚拟现实最大特

点是缺乏真实的现实体验，但是成本也相对较低，因而，应用比较广泛。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实QuickTime VR、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实、MUD 等。

2、沉浸的虚拟现实

高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器（见图）或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套（见图）、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。

3、增强现实性的虚拟现实

增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。

4、分布式虚拟现实

如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET，位于德国

的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参

与同一场作战演习。

硬件：

三维空间跟踪定位器是作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置。操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由度之分。

当接收传感器在空间移动时，能够精确地计算出其位置和方位。该设备消除了延迟带来的问题，因为它提供了动态的、实时的六自由度的测量位置(X, Y, 和 Z 笛卡尔坐标) 和方位（俯仰角、偏行角、滚动角），无论在虚拟现实应用领域，还是在控制模拟器的投影机运动时，还是在生物医学的研究中，它是测量运动范围和肢体旋转的理想选择。它是快速、精确、而且容易使用。

位置跟踪器有磁场式。超声波式、红外线式及发光二极管式等，但使用较多的是磁场式及超声波式。

六自由度运动跟踪系统，目前运用最广泛的是美国Polhemus 公司的

FASTRAK位置运动跟踪系统，LIBERTY位置运动跟踪系统，PATRIOT位置运动跟踪系

数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的统，以及最新开发的G4无线位置运动跟踪系统。

抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手

套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，

并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间

定位测试的数据手套被称为"真实手套"，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。

数据手套使用简单，操作舒适，驱动范围广，高数据质量使得它成为虚拟仿真用户

的理想工具。适用于机器人系统、操作外科手术、虚拟装配训练、手语识别系统、教育娱乐、

机器人技术、动作捕捉、虚拟现实、创新游戏、复原、以及对残障人士的辅助等技术领域。

例如：美国宇航局的Ames实验室将数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品，在约翰

逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真。又如美国Boeing公司制造了一架虚拟飞机，运用数据

手套进行控制，从而观察设计结果，考察性能指标。再如NEC公司开发的虚拟现实系统，操作