VR教育應用硬件解決方案

一、方案背景

傳統的虛擬仿真實驗室都是建立在機房上的,通過PC機操作各種虛擬仿真軟件,缺乏沉浸感,特別是對某些需要臨場感學科(如機械、心理學、藝術、醫學等)的實驗實訓,而這些學科的實踐教學通常存在實驗危險系數高、實驗設備及器材昂貴、實驗受時空限制等因素影響。緊跟時下虛擬現實技術裝備的發展趨勢,結合高校、職業院校、中小學實訓實踐教學需求和企業培訓需求,打造沉浸感更強、交互更為豐富,同時兼具單人、多人、分角色實驗實訓考核、軟硬件環境于一體的虛擬仿真實驗實訓環境迫在眉睫!

二、建設思路

VR教育應用硬件系列產品整合了虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、混合現實(MR)、擴展現實(XR)、物聯網(IOT)、大數據(DB)、人工智能(AI)、互聯網+等行業尖端技術,采用音視頻處理、仿真交互、圖形圖像處理等配套硬件設備,提供全方位的、服務于實踐教學、科學研究與形象展示的”124“立體化虛擬現實教育應用解決方案,即一個中心、兩個基地、四個實驗室。讓使用者從視覺、聽覺、觸覺高度沉浸在虛擬實訓、實驗環境中,通過在三維虛擬環境進行操作交互來模擬、還原真實實驗操作,并通過大尺寸屏幕顯示設備提供資源展示平臺,可以提升實驗中心的整體形象及激發使用者的學習興趣。為客戶在虛擬現實應用領域創造集教學、科研、實驗多功能一體化平臺。

具體建設內容包括虛擬現實創新教學實驗室、全息教學實驗室、沉浸式VR實驗室、創新課程研發實驗室四大虛擬現實專業教室,由LED小間距3D顯示系統、動作捕捉系統、桌面級VR交互系統、MR互動教學系統、AR互動教學展示系統等十大部分構成。 

圖1 “124”立體化虛擬現實教育應用硬件解決方案

三、解決方案

1.虛擬現實創新教學實驗室

圖2 虛擬現實創新教學實驗室效果圖

虛擬現實創新教學實驗室為實驗實踐教學提供了一個大視野的立體化教學環境,通過數字建模技術還原現實場景,教師采用VR交互設備進行互動教學,學生佩戴眼鏡觀看,如同置身于真實的操作環境中,具有直觀、立體、生動、體驗式教學的特點。該實驗室可用于公共安全災害應急展示、大型工程施工現場的工況運作模擬、復雜設備內部立體顯示、虛擬工廠實訓等。

2.全息教學實驗室

圖3 全息教學實驗室效果圖

全息教學實驗室主要由多套桌面級VR交互系統組成,全息成像技術能將抽象、晦澀難懂的知識以更生動、直觀、立體的方式呈現在受眾眼前,并實現虛擬與現實的融合,系統適合應用于大型、貴重設備儀器的展示、加強學生對微觀世界原理的認知,學習方式新穎有趣,加深學習者的印象與學習理解。

3.沉浸式VR教學實驗室

圖4 沉浸式VR教學實驗室效果圖

沉浸式VR教學實驗室主要由VR頭戴設備和圖形工作站組成,能夠給學習者提供一個完全虛擬的世界,通過視覺、聽覺、觸覺等全方位環境的營造,給學習者帶來一種身臨其境的現場感,增強現場帶入感和學習專注度,大幅提升學習興趣和效果!

4.創新課程研發實驗室

圖5 創新課程研發實驗室效果圖

創新課程研發實驗室提供了一套開放式研發平臺,并搭建了高端圖形工作站、開發平臺,頭戴式VR設備、數據手套等設備環境,采用校企合作共建的靈活方式,讓學生掌握VR課程開發能力,提高創新創業實踐能力,由使用者跨越式升級為研發者。

四、方案特點

1、可靈活定制設計:根據客戶實際需求進行專業設計,通過靈活的軟件硬件搭配來滿足客戶的不同需求。

2、開放性:整套硬件系統基于開放性設計,適用于目前各類主流虛擬現實開發平臺,可滿足不同虛擬仿真技術開發的軟件顯示與操作交互。

3、可擴展性:可在現有硬件環境中添加各類虛擬現實交互設備。

4、整體性:提供軟硬件一體化的VR虛擬仿真實驗實訓環境解決方案,包括VR硬件和配套軟件資源。

五、成功案例

截至2020年2月,北京潤尼爾已與500多所教育類客戶建立深度合作關系,同時雙方校企合作建設50多個虛擬現實實驗室,幫助院校、企業打造軟硬件一體化的實驗教學環境。

1.四川美術學院藝術實驗教學中心項目

該實驗教學中心主要由沉浸式虛擬交互系統、增強現實虛擬交互系統、桌面式虛擬交互系統、全息投影演示系統、擬音室和拍攝區六大部分構成。建設完成后,該中心服務于全校的視覺傳達設計、數字媒體藝術、環境設計、服裝與服飾設計、工業設計、藝術設計等多學院多專業的虛擬仿真實驗教學。同時,還為全校的專業課題科研、成果展示提供專業化的展示孵化平臺。

圖6 四川美術學院藝術實驗教學中心效果圖

圖7 沉浸式虛擬仿真交互環境實景圖

圖8 沉浸式VR教學系統實景圖

2.商丘學院虛擬仿真綜合實驗室

該實驗室主要由沉浸式VR交互系統、LED小間距立體顯示系統、MR互動教學系統、全息投影演示環境、音響系統五大部分構成。該實驗室針對土木專業、機電專業、機械專業等多個學科提供專業的虛擬仿真實驗教學。該實驗室承擔了全校的課程實訓責任,提高了學生實習效率。 

圖9 商丘學院虛擬仿真綜合實驗室效果圖

圖10 LED小間距立體顯示系統和動作捕捉系統實景圖

圖11 多人仿真平臺實景圖

3.北海中學VR實驗室

濱州北海中學是濱州北海經濟開發區內的唯一一所公辦高中。學校采取與省內名校山東省北鎮中學聯合辦學的方式,實現區域高中教育優質發展,于2019年秋季正式開學。按照新建學校高標準和高起點要求打造VR創新功能教室。該教室配備16套沉浸式VR交互系統,配有8套六邊形桌椅、VR創新功能教室為中學生提供了心理拓展訓練類實驗8個、創意思維拓展訓練類實驗5個。使學生在學習之余增加了課外拓展訓練,培養學生的自信、自理、自學能力,對學生進行以心理素質教育為主的VR體驗訓練,磨煉意志、開拓視野、增強毅力,為學生的學習生活奠定良好的基礎。 

圖12 北海中學VR實驗室效果圖

圖13 北海中學VR實驗室實景圖

4.虛擬現實教育應用研究院

虛擬現實教育應用研究院在2017年由教育部裝備中心牽頭成立,主要服務于教育裝備領域發展,為教育事業發展提供支持,通過現場參觀、體驗、交流等形式,讓更多學校從中便捷的獲取經驗。
北京潤尼爾與虛擬現實教育應用研究院聯合共建了VR綜合展示中心,該展示中心主要由沉浸式虛擬交互系統、桌面式虛擬交互環境、LED小間距立體顯示系統、AR互動教學系統、MR互動教學系統、全息教學系統、音響系統七大部分構成。

圖14虛擬現實教育應用研究院效果圖

圖15研究院領導VR展廳參觀合影

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