-3-科技项目可行性报告_基于虚拟现实技术的教育解决方案的研制与开发277400.docx

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1、科技项目可可行性报告告项目编号: K220160001课题名称: 基于虚拟现现实技术的的教育解决决方案的研研制与开发发申请单位: 可视化化计算与虚虚拟现实四四川省重点点实验室二0一六年年二月目 录一、项目提提出的目的的及意义二、与项目目相关的国国内外发展展概况及市市场需求分分析三、主要攻攻关内容及及技术路线线（技术可可行性分析析）四、该项目目的技术创创新点五、现有工工作基础和和条件六、申请的的基础条件件（包括主主要研究成成果）七、进度安安排和实施施方案（包包括运行机机制）八、预期成成果和考核核目标九、推广及及应用前景景十、经费概概算及来源源十一、结论论附件-虚拟现实实沉浸技术术实验室条条件建设

2、需需求 一、 项目提出出的目的及及意义互联网、虚虚拟现实和和人工智能能被喻为改改变人类认认知世界的的三大信息息技术。互联网从少少被社会广泛泛认知，到到今天对社社会生活的的全面颠覆覆与渗透不不过二十余年。如如今互联网网+已为国国家战略。当当互联网在在我们生活活中掀起一一个又一个个骇浪时，虚虚拟现实正正悄然从幕幕后走向前前台。今天天虚拟现实实正演绎着着当年互联联网对人类类生活，从从无足轻重重到全面颠覆的的革命性过过程。科技技以虚拟现现实给人类类生活再创创造出一次次惊喜己为为期不远。虚拟现实技技术与教育育：“虚拟现实实”（Viirtuaal Reealitty，英文文缩写VRR）技术，利利用计算机机

3、硬件+软软件资源+传感器的的一种集成成技术，构构成实时三三维图形生生成的技术术、仿真技技术、多传传感交互技技术以及显显示技术等等，生成实时时的、具有有三维信息息的人工虚虚拟环境，演演练者（操操作人员）根根据需要通通过多种交交互设备（如如头盔、数数据手套和和刚性外骨骨架衣服等等）来驾驭驭该环境，以以及用于操操纵环境中中的对象，如如在真实世世界中一样样地与该环环境中的人人和事物进进行行为和和思想等的的实时交流流，并产生生逼真的身身临其境感感。虚拟现现实技术不不是相关技技术的简单单组合，而而是一种创创新性的综综合，并且且在思想方方式上有质质的飞跃。虚拟现实技技术对教育育产生不可可估量的作作用，主要要

4、理由如下：1.虚拟现现实技术创创建全新的的教育环境 人们普遍认认为，虚拟拟现实技术术将使211世纪的教教育发生质质的变化。虚虚假现实技技术支持下下的教育之之所以会发发生质的变变化，是因因为虚拟教教育环境拥拥有现实教教育培训环环境无可比比拟的优势势。所谓虚虚拟教育环环境，是指指由虚拟现现实技术生生成的一类类适于进行行虚拟现实实技术生成成的一类适适于进行虚虚拟教育的的人工环境境，它可以以是某一现现实世界的的基础或设设施的真实实实现，也也可以是虚虚拟构想成成的世界。在在21世纪纪，可能兴兴办起依托托虚拟现实实技术的各各种新型的的学校教育育，如基础础教育、军事教育育、各类培培训教育，许许多学员在在虚拟

5、环境境中接受各各种教育体体验与训练练。由虚拟拟现实技术术所支撑的的教育系统将将使得人员员可以在虚虚拟环境中中方便地取取得感性知知识和实际际经验。 与现实教教育基地或或设施相比比，在虚拟拟现实技术术支持下的的虚拟教育育环境大致致有如下特特征和优势势： 1.1仿真真性 学生通过虚虚拟设施训训练，与在在现实教学学基地里同同样方便。这这是因为虚虚拟环境无无论对于现现实的环境境或是对于于想象的环环境，都是是虚拟的但但又是逼真真的。理想想的虚拟环环境应该达达到使受训训者难以分分辩真假的的程度（例例如可视场场景应随着着视点的变变化而变化化），甚至至比真的还还“真”（如如实现比现现实更逼真真的照明和和音响效果

6、果）。 1.2开放放性 虚拟教育环环境有可能能给任何受受训者在任任何地点任任何时间里里广泛地提提供各种培培训的场所所。事实上上，虚拟教教育环境的的内涵是广广泛的，它它不同于传传统中的教教育环境，它它具备可以以进行类似似于传统教教育项目的的环境，但但它的擅长长更是那种种使学员置置身于项目目对象之中中的逼真环环境。凡是是受训者可可以通过有有关器具操操作来学习习或掌握某种知识与与技能的虚虚拟环境，都都可以归之之于虚拟教教育环境。 1.3超时时空性 虚拟教育环环境具有超超时空的特特点，它能能够将过去去世界、现现在世界、未未来世界、微微观世界、宏宏观世界、宇宇观世界、客客观世界、主主观世界、幻幻想世界等

7、等拥有的物物体和发生生的事件单单独呈现或或进行有机机组合，并并可随时随随地提供给给受教育者者。比如，学学生需要身身临超越现现实时空的的环境（如如历史事件件，探索太太空），那那么虚拟教教育环境就就可以提供供历史环境境及虚拟太太空。 1.4可操操作性 学生可通过过使用设备备，用人类类的自然技技能实现对对虚拟环境境（无论它它模拟的是是真实环境境还是想象象环境）的的物体或事事件进行操操作，就象象在现实环环境里一样样。可操作作性是虚拟拟教育环境实实际运用的的必备特性性，它使学学生得以在其其中学习中中获得需要要实际知识识与技能课课程，也使使远程教育育真正实现现。 1.5对应应性 教育内容与与虚拟环境境密切

8、相对对应的。例例如，学生生要学习化学学实验操作作，那么虚虚拟环境就就是化学实实验室的模模拟环境。另另外，虚拟拟现实技术术能按每个个学生的基础和和能力，对对应性地开开展个别化化的教育。 2、虚拟教教育培训的的广泛性 未来社会是是一个学习习化的社会会，为了求求得自身知知识结构和和能力体系系的完善与与发展，达达到学会生生存并进而而实现自我我价值的目目的，接受受终身教育育是人们的的当然选择择。而在终终身化教育育体系中，自自然包括了了各种各样样的教育项目。由由于用虚拟拟环境代替替现实环境境，学习和和实练效果更更好；而且且利用虚拟拟环境进行行训练，也也使一些在在真实环境境下难以实实现的项目目成为可能能，因

9、而虚虚拟现实技技术会给未未来教育带带来根本性性的改革。由由虚拟现实实技术支持持下的教育育方式将发发挥强大的的优势，大大显身手地地运用于各各方面的教教育项目中中去。 3、虚拟教教育的优越越性 作为教育技技术和工具具的虚拟现现实技术的的优势，给给教育体系系带来了与与众不同的的、全新的的教育特点点。它不仅仅仅对于教教育场所或设施施的设计人人员和教育育业务的指指导人员提提供了实践践其教育价价值的途径径和方式，而而且从受教教育者的角角度来说，它它在解决学学习和实训的困难难、提高学学员汲取知知识和掌握握技能的效效率、从而而改善教育育的效果等等方面，也也呈现了相相当有利的的特征。这这些特征可可大致概括括为：

10、 3.1临场场性 指学生可以以感到自己己处于虚拟拟环境的体体验，产生生一种逼真真的存在感感，学员觉觉得自己真真的存在于于某环境中中，是该环环境的一部部分，而不不是它的旁旁观者。学学生可自由地地在这环境境中与有关关的虚拟物物体或事件件相互作用用，如同在在现实世界界中一样。临临场性的意意义，在于于使学生将远程、虚虚拟认知或感觉如现场与真实中。此外，由由于这种临临场性一方方面是使学学生进入虚拟拟环境，另另一方面是是运用交互互设备把学学员的视觉觉、听觉和和其他感觉觉封闭起来来，使他暂暂时与真实实环境隔离离，因此不不会受到虚虚拟环境外外的现实环环境的干扰扰，易于集集中学员的的注意力，使使他全身心心投入到

11、训训练中去。 3.2自主主性 学生能自主主地选择或或组合虚拟拟场地或设设施。这样样，学生能在任何何时间、任任何地点选选择学习内容、学习习设施、学习习信息资料料、以及取取得学习结果的的评估，并并具有完全全的自由度度。此外，对对于学习后没掌掌握的知识识与技能过过程或片断断，学生可以自自己多次重重复。这样样，学生始终处于于教育中的主导地地位，真正正掌握学习习的主动权权，大大增增强了学习习效果，减减少了学习习时间。 3.3多感感受性 学生在虚拟拟环境中接接受教育时具有有多种感知知能力，如如视觉、听听觉、力觉觉、触觉、运运动觉、味味觉等。理理想的虚拟拟环境应当当可以让学学生具有在现现实世界中中的一切感感

12、知能力。多多感受性使使学员得以以运用自己己所有感知知能力，在在一个极其其生动活泼泼的环境里里进行实时时的、全方方位的学习习。 3.4功能能替代性 在虚拟现实实技术帮助助下，学生生在虚拟环环境中还可可以用一种种感知能力力代替另一一种感知能能力来进行行操纵环境境、汲取信信息或交流流。这样，残残疾人能通通过自己的的形体动作作与他人进进行交谈（如如残疾人戴戴上数据手手套后，就就能将自己己的手势翻翻译成讲话话的声音），或或通过声音音来操作器器械，等等等。这种感感知功能替替代性使残残疾学生可以接受受过去自己己无法做的的项目。 3.5交互互性 学生可以采采用多种交交互手段如如语言、手手势、数据据手套及触触觉

13、等，与与虚拟环境境交流信息息，并得到到实时反馈馈。这种特特性使学员员与物体、学学员与事件件、学员与与其他人（如如指导人员员、别的学学员）之间间的双向实实时反馈，在在远程状态态下成为可可能，并犹犹如近距离离或面对面面交流一样样。 3.6安全全性 虚拟环境中中学习远比在在现实环境境里安全。如具危险的化学实验，军事学生可以重演战争，消防队员可以重演扑灭火灾。每个人都可以在这种虚拟环境中试验各种方案，即使闯下“大祸”，也不会引起任何“恶果”。安全性不仅是对于学生而言的，它也包括周围环境中的事物，这一点对于技能性学习特别重要和特别有意义。 （一）项目目概要1.虚拟现现实的应用用层次可分分为：1.1 初初

14、级应用：桌面虚拟拟现实系统统-非非沉浸式体体验系统，计计算机+软软件即可实实现1.2 中中级应用：桌面虚拟拟现实系统统-沉沉浸式虚拟拟现实系统统，计算机机+软件+数据头盔盔+数据手手套。1.3高级级应用：分分布式虚拟拟现实系统统，它建立立在沉浸虚虚拟现实系系统和分布布式交互仿仿真（diistriibuteed innteraactioon siimulaationn）的基础础上1.4高级级应用：+增强现实实，于虚拟拟现实的基基础上加入入真实的物物具（现实实中的，非非建模的），实实现虚拟世世界与真实实世界的交交互。2.基于虚拟拟现实技术术的教育解解决方案主主要包括以以下：2.1初高高中实验类类课

15、程方案案，涉及化化学、物理理（仿真实实验室，物物体与规则则重建）2.2初高高中认知类类课程方案案，涉及自自然（地理理、生物）、历历史（事件件重建）2.3.高高中水平类类课程方案案，涉及外外语（事件件重建）、语语文（意境境重建）、数数学(几何何规则与逻逻辑重建).2.4职业业学校技能能培训方案案，如装配配、修理、维维护开发上述产产品，一类类基于“桌面虚拟拟现实-非沉浸浸式体验系系统”技术，另另一类基于于“桌面虚拟拟现实-沉浸式式体验系统统”技术。上述产品以以通用教材材课标为依依据，以教教育心理学学、名师教教学方式为为逻辑，以以时间进度度排序，加加入知识与与技能要点点考察和水水平评价，贯贯穿整个教

16、教学过程。项项目开发的的理念、构构成、内涵涵与体系均均属国内首首创，为行行业应用的的重大创新新。社会公公司，包括括独立的教教师因条件件所限，从从事的开发发均以课件件、资源类类为主，难难以开展如如我们这种种体系化的的构建。此此构建的可可性行来自自我们的业业界优势，即是川师大大数十年的的教育背景景与教育资资源+技术术背景与技技术资源，极极其宝贵、极极其难得的的组合，他他人难以复复制。3. 项目目目标3.1总体体目标该解决方案案融合虚拟拟现实最新新硬件设备备以及先进进的教学理理念，构建建完全实时时的、高保保真的、用用户高度介介入的学习习环境。其其特点是具具有丰富的的环境、丰丰富的接口口、操作与与数据

17、双重重驱动，从从而实现虚虚拟现实的的教学功能能，对教与与学产生极极大的效用用。3.2技术术目标包括括五个方面面：3.2.11开创虚拟拟现实在国国内教育领领域系统化化应用的先先河,于教教学上实现现普通数字字教育资源源(如多媒媒体、电子子课件、文文字、例表表、影视动动画资料)的替代。解决方案首要的目标是构建快速、协同的VR资源平台，资源的迭代演化保持一定领先性且遥应未来技术发展要求，体现业务创新、技术创新特征，突出与满足教学及教学管理的现代化需求。3.2.22 采用分分层设计，强强调统一的的同时兼顾顾风险与效效率，达到到规范性与与个性化相相结合的目目的，增加加系统灵活活性，满足足不同学科科、不同层

18、层次课程的的需求。在在实际设计计过程中，遵遵循现有网网络课程（如如川师4AA网课）课课程分类规规划设计，并并与校园其其它网络教教学平台有有效衔接。3.2.33保证高性性能、高可可用性，提提供动态扩扩容、应急急处理、备备份等手段段实现系统统的可靠性性、增进用用户体验。3.2.44组件化、可可配置的指指标、参数数策略，适适应不断增增加与调整整的系统需需求变化。适适配不同种种类与配置置的虚拟现现实硬件设设备。3.2.55 数据驱驱动。构建建VR场景景知识库、参参数化模型型库以及学学习者学习习行为轨迹迹库，形成成个性化学学习成果反反馈技术应应用。4. 项目目应用主目目标，完成虚拟现现实教育解解决方案系

19、系统框架设设计5. 项目目应用次级级目标启动期目目标： 5.1完成成非沉浸性性与沉浸性性中学化学学实验教学学系统，并并在学习者者中推广，以以达到体验验和验证。5.2完成成沉浸性中中学化学实实验教学系系统5.3完成成中学物理理、历史、地地理、语文文、数学、英英语需求设设计5.4职业业学校需求求调研（二）立项项的必要性性及意义虚拟现实技技术被普遍遍认为是继继计算机技技术、网络络技术后，在在21世纪最最有潜力的的技术。虚虚拟现实技技术具有的的沉浸、交交互、构想想三大特征征使得虚拟拟现实技术术在教育领领域应用有有其独特而而明显的优优势。随着资本对对虚拟现实实的持续关关注、硬件件成本降低低、设备的的普及

20、以及及互联网信信息技术对对教育融合合的深入，迫迫切需要虚虚拟现实技技术改造传传统教育模模式，甚至至是刚刚开开始流行的的基于互联联网的教育育模式（如如MOOCC）。基于于互联网的的教育模式式虽然解决决了传统教教育的大部部分“痛点”(如不能跨跨时空共享享优质教育育资源，互互动性差等等)，但是学学习者的体体验没有得得到实质的的提升，缺缺乏虚拟现现实技术（如如沉浸式虚虚拟现实技技术）带来来的强烈的的体验感、逼逼真的现在在感与強大大的可交互互性。1.把握历历史机遇，珍惜最佳进入期长期以来，虚虚拟现实硬硬件成本的的居高不下下成了其实实际应用的的最大障碍碍，行业应应用处于33/4的休休眠状态。近近两年因技技

21、术突破性性进步，成成本直线下下降，其行行业应用处处于爆发前前夜，越来来越清晰地地呈现出一一个科技应应用热点。在在市场尚未未完全被唤唤醒时进入入，无疑为为最佳时期期。以游戏头盔盔式显示器器为例，22013年年美国当地地报价5万万美元到117万美元元，到20015年降降到70000美元到到8万美元元间，非游游戏头盔则则降价幅度度更大，早早几年还需需数万人民民币的体感感头盔目前前市场价普普遍在1千千到3千人人民币不等等。进入22015年年，硬件价价格的下降降趋势仍在在加速，以以乐视为例例，20115年111月向市场场推出有售售价仅1449元的VVR头盔。随随硬件成本本的快速平平民化，虚虚拟现实技技术

22、走向广广泛社会应应用的闸门门已经打开开。从资本本市场看，22015年年6月以来来，中国AA股历经了了三次股灾灾，资本市市场一片哀哀歌，但虚虚拟现实概概念股却逆逆势上涨，成成为A股独独特的亮丽丽风景。据据惠特资本本分析，这这是一个尚尚未有巨型型企业出现现的蓝海市市场。2.开启重重大行业应应用技术创创新，树立立行业科技开开发优势地位 虚虚拟现实技技术在教育育行业的运运用，除非非沉浸式的的一些三维维交互课件件外，尚没没有更多运运用，基本本处于未开开垦状态。做做好这一块块并不太容容易，不但但要熟知教教育，而且且要熟知技技术。我们们两者皆具具，这是我我们的背景景优势。纵纵观社会，两者皆具具的开发者者很少

23、，珍珍惜历史给给予的难得机会。背景景优势将很很好支持我我们开展这这一项具有有行业重大大应用创新新的研发，进进而树立其其行业科技技开发优势势。3.形成行行业应用级级产品，占占领行业科科技应用的制高点若衡向与兄兄弟院校在在科技实力力上对比，川师大的弱处还在缺少对社会、对行业、对企业不能提出解决方案级别的成果，科研产出缺乏对国民经济起重要推进作用的、应用级别的创新。本项目的推进有利于突破困局。二、 与项项目相关的的国内外发发展概况及及市场需求求分析2016年年被公认为为虚拟现实实的应用元年年。虚拟现实近近10年来，随着计算算机技术的的快速发展展，其行业应用用愈来愈清清晰而备受受社会各行行业关注。目目

24、前在发达达国家中, 虚拟现现实技术在在教育领域域的应用，其表现之之亮丽，令令人震惊。如美国很多多学生已经经开始使用用 zSppace STEMM实验室。学学生们已经经探索了虚虚拟火山和和构建了先先进电路板板。这个系系统为学生生提供了真真实的学习习环境和个个性化学习习体验，且且符合美国国新世纪科科学标准（ NGSSS）、基础础课和各州州标准。虚虚拟全像图图像可以从从屏幕中“取出来”并使用触触笔去操控控。一些应应用则提供供多感官反反馈。比如如，学生在在和一个虚虚拟心脏互互动时，可可以看到、听听到并感觉觉到它在跳跳动。我国目前的的虚拟现实实技术在教教育领域的的应用主要要侧重在科科学研究、虚虚拟试验的

25、的开发以及及虚拟校园园的开发方方面，与发发达国家相相比，我国国虚拟现实实教育应用用的规模差差距不少, 但是已已经引起政政府有关部部门和科学学家的高度度重视。九九五计划、国国家自然科科学基金会会、国家高高技术发展展计划等都都把虚拟现现实技术列列入了研究究项目。（一）目标标市场的分分析与预测测1、市场分分布整体上看，我我国虚拟现现实技术处处在起步期期。它的发发展与上世世纪80年年初的微型型计算机、990年代中中期的互联联网相似。以虚拟现实实硬件设备备为例，22015年年全球虚拟拟现实设备备的销量己己达14000万部，22020年年的全球销销量会提高高至88000万部；BI IIntellligee

26、nce的的报告预测测，虚拟现现实硬件市市场的规模模将在未来来几年迅猛猛增长，未未来5年的的复合年增增长率将高高达2999%；美国国知名的第第三方调研研机构Maanattt 5Diigitaal Meedia和和投资银行行Digii-Cappitall也发布报报告称，全全球虚拟现现实市场规规模将在55年内、即即20200年达到55200亿亿美元。可可见，针对对消费者的的虚拟现实实商业化时时代已经来来临，虚拟拟现实产品品对市场的的渗透将会会是“一场必胜胜的持久战战”。从国内内外发展比比较看，目目前国内外外发展方向向出现分化化，但重大大分水岭尚尚未形成。国内产品、技技术与市场场需求的深深度融合处处于

27、摸索期期，以出售售产品和服服务为目标标，有近2200家公公司介入VVR领域，从从硬件产品品到内容制制作几乎全全部覆盖；国外并非非单纯以出出售产品为为目标，以以Ocullus和SSony公公司为例，除除了研发头头戴显示器器、交互设设备、输入入设备、动动作识别设设备，更在在着手制定定各自的行行业标准，意意图统治全全球市场。 以以上不难看看出，随着着虚拟现实实关键设备备制造的成成本大幅下下滑，我们们己站在了了一个以虚虚拟现实技技术为手段段，以行业业应用为开开发内容的的门坎，门门内拥有一一个不低于于数千亿级的的市场体量量。2、市场需需求与发展展前景的分分析和产品品市场空间间预测2.1市场场份额至201

28、44年末，四川川省初中共计39001所，在校生2258.33万人；普普通高中共共计7322所，在校校生1499.0万人人；教师共共计约300万人; 职业学校校500所所，在校生生20万人人。按人均均100元元/年信息息消费，年年消费量约约4亿元。若项项目进入国国家教育扶扶贫工程，有有望获得政政府基金的的支持。2.2市场场选择将目标市场场锁定在中中等基础教教育与职业业教育，以以省内为重重点。2.3市场场运作以产学研结结合为理念念，以服务务社会、社社会应用为为目标。自自主开发，并并在进程中中吸引资本本加入。导导入效率化化管理机制制。虚拟现实进进入现代教教育，并发发挥重大影影响绝对是是不争的事事实。

29、发达达地区，但但不限于，都都将因此受受益。我国国教育资源源分布不均均，边远地地区师资队队伍落后，名名师空缺。近近十多年来来，国家对对这类地区区的教育投投入逐年增增加，但多多限于基础础条件的改改善，如何何提高教学学质量，让让这类地区区的学生与与内地学生生一样享有有较高质量量的教育水水平，显然然己摆在面面前。这是是一个重大大的教育问问题， “教育公公平”涉及全社社会的良知知，不仅仅仅引发政府府的思考、全全社会有识识之士也在在思考并追追求解决方方案。虚拟拟现实在这这方面可发发挥出重大大作用，为为公平教育育发挥出不不可替代的的作用。因因为基于虚虚拟现实的的教育解决决方案可以以将名师的的教育方法法，先进

30、的的教学理念念，科学的的认知体系系以及严格格的技能训训练导入系系统，且传传播无地域域限制，成成本低廉。成成本低廉，以以计算机为为列，以22013年年配伍的普普通计算机机已足够承承载系统运运行，性能能价格以今今天市价计计，不过30000千元元左右/台台。数据头头盔，其普普及型以今今天市价计计，8000元左右/件(五年年前一个普普通的数据据头盔不低低于10万万元/件)，据赛德德数据，在在未来2-3年可降降至数十元元左右/件件。按这种种推算，低低成本的虚虚拟现实装装备进入边边远中学为为期不远。我我们所做的的就是为此此做好准备备，做好内内容开发，为为迎接虚拟拟现实爆炸炸性需求的的来到做好好准备。虚拟现

31、实桌桌面非沉浸式式系统推广广阶段包装宣传为为本阶段首首要任务。本本阶段需要要营造亮点点，营造新新闻热点。以以社会效益益为述求，并并发挥到极极致。基于于此目标，需需寻找一个个即能切合合国家需求求，又有社社会关注热热点与道德德制高点的的入口，进进而演绎为为社会的突突出事迹。经经调研认为为， “教育扶贫贫”无疑是最最佳方式。为为此，本阶阶段主打教教育扶贫牌牌，即能满满足需求，又又可为进入入国家教育育扶贫工程程做准备。具具体做法是是，选一批批学校下线线的计算机机+制成的的虚拟现实实桌面系统统，找一个个边远/贪贪困地区中中学，调动动当地政府府与之一道道建示范点点。以三个个月为调试试与试用期期，一切正正常

32、后，对对示范点全全面包装，组组织新闻宣宣传，营造造社会形象象，大力将将宣传效果果发挥到极极致。利用用其稀有性性：最前沿沿的高科技技教学手段段与最边远远/贫困地地区教育现现状所存在在的极大反反差，及一一个基于这这种反差，又又预想不到到的融合(这本身就就是一件反反常规的事事列)，加加入教育公公平、社会会正义、良良知、责任任与道德的的因素造出出新闻热点点，将宣传传做足。这这个设计可可容易达到到几个目标标：突出学学校的社会会形象，不不花巨额广广告费的产产品宣传，为为进入国家家教育扶贫贫工程打下下基础。 一旦进入国国家教育扶扶贫工程系系列，在政政府基金的的支持下，可可全面推进进桌面虚拟拟现实非沉沉浸式方

33、案案的应用实实施，同时时加速沉浸浸式解决方方案的深度度开发，做做好在较发发达地区的的试用推广广。实现产产品的由农农村向城市市，从边远远到内地的的战略调整整。3.产业融融资与扩张张阶段基于良好的的社会声誉誉与产品的的独特性吸吸引资本注注入，融资资额度不少少于10000万，构构建不限于于教育类虚虚拟现实产产品的开发发。解决的的主要难点点技术与运运用领域如如下：数据驱动动模型的机机制与方法法动态与时时实仿真产产业级技术术运用分布式虚虚拟现实系系统的开发发与运用基于以上成成果，进入入虚拟现实实的高级运运用期，形形成教育、数数字娱乐、军军事、公共共安全、医医疗、制造造业等领域域的优秀解解决方案，进进而全

34、面服服务社会并并获得很好好的经济效效益。4.市场竞竞争力分析析虚拟现实的的内容开发发，或称虚虚拟现实的的行业应用用解决方案案，从目前前的国内开开发应用看看，基本以以“桌面虚拟拟现实非沉浸式式体验”与“环幕非沉浸式式体验”的解决方方案为主，主主要用来效效果展示；沉浸式虚虚拟现实于于专业行业业有应用，如如航空制造造业。但从从社会的层层面讲，其其应用仍处处于初期的的起步阶段段；分布式式虚拟现实实系统与增增强现实大大多还停留留在专门的的研发机构构。 客观分析如如下：4.1具备备比较完善善的从事虚虚拟现实教教育与研发发的学科队队伍与条件件：早在20007年为配配合重点实实验室的发发展，支撑撑新的学科科与

35、研究方方向我们以以产学研的的理念建议议学校开建建数字媒体体专业，在在学校领导导的带领下下，我们花花费了大量量精力从论论证到实施施做了很多多事。专业业的成立为为虚拟现实实工作的开开展奠定了了人才基础础、学科基基础。4.2具备备开发优势势：技术与教育育背景的深深度融合，有有一支即懂懂技术又知知教育的开开发队伍：虚拟现实教教育类的应应用，市场场呈现的均均为“桌面虚拟拟现实非沉浸式式体验”方式开发发的教育类类产品，且且基本以课课件为主，几几乎没有基基于教材的的完整解决决方案（仅仅仅“课件”，有极大大的应用局局限，正如如一个汽车车制造厂，不不能提供整整车，只能能提供零件件，其适用用性可想而而知）。这这个

36、现象与与这些公司司或群体的的行业地位位有关，因因为这些公公司或群体体：或者懂懂技术，却却身在教育育之外，不不懂教育，没没有体系，无无论从理念念还是方法法没有教学学的支撑，注注定了只能能以课件的的方式存在在。如软件件公司；或或者做教育育又缺失技技术，只好好借用他人人开放工具具软件，局局限于做课课件。如教教师群体。;两者合二二为的团队，即即做教育也也做技术的的少之又少少。与我们们本质不同同。4.3具备备多年从事事教育仿真真软件系统统的经验积积累：我们的背景景优势使我我们在架构构同类方案案时可以跳跳过课件的的束缚，以以基于教材材的理念，融融入教育心心理学、名名师的教育育方法与教教学经验，开开发集教学

37、学、操作、考考点、评价价为一体的的解决方案案，并将开开发的系统统走入学校校中期试用用、座谈，再再改进，使使之完全符符合教学过过程，力求求完整、规规范，简单单易用。我们对开发发教育类产产品慎之又又慎，如中中学化学方方案，先以以平面交互互为框架，用用于弄清教教学仿真内内涵。目前前已做成完完整的方案案-面面向初、高高中化学教教学的二维维仿真交互互软件平台台一套，学学校试用己己达三年，各各方反应效效果良好。通通过这一案案件，我们们基本弄清清了教育仿仿真软件开开发设计的的内在精髓髓。由此我我们深知，这这是一个内内涵远胜于于技术的开开发，非多多资源的教教育资源组组合背景，不不可能开发发出适合用用户需求的的

38、产品。因因为现实需需求不是一一堆课件可可实现。通过多年的的探索，我我们这类产产品的开发发，其理念念、方法及及技术均在在国内同行行的前列。4.4具备备从事虚拟拟现实大型型仿真应用用系统开发发成果的积积累：本实验室于于20099年建立后后，于20010年启启动了以 “桌面虚拟拟现实-非沉浸浸式体验系系统”为主的起起步型建设设，取得了了如大型化化学仿真教教学平台、大大型数字博博物馆、公公安仿真训训练平台、大大型园区+地理位置置信息的产产品级技术术成果。遗遗憾的是， “沉浸式虚拟现实建设方案”至今仍未落地。4.5限制制因素科研需要落落地，科技技创新、服服务社会、服服务产业，不不局限于学学术，满足足于论

39、文，尤尤其对计算算机技术这这类应用性性很强的学学科，需要要真刀真抢抢，而非脱脱离应用的的些纸上谈谈兵。4.6 遇遇稍纵即逝逝：虚拟现实随随着硬件成成本的快速速平民化，系系统平台的的不断升级级换代，其其步入社会会应用的步步伐愈来愈愈快，加之之近年来受受到资本的的追逐，一一个崭新的的时代已为为期不远。随随着应用与与市场的逐逐渐明朗化化，必然吸吸引大批的的加入者，拖拖得越久，竞竞争就愈激激烈，我们们也会再一一次丧失历历史曾给予予过我们发发展的重要要良机。唯唯有建设才才有发展。即即使困难不不少，但我我们在桌面面虚拟现实实的研究还还是取得了了重要进展展，项目水水平达到了了相当的应应用水平，为为今天所提提

40、方案的实实施打下了了重要基础础。三、 主要要攻关内容容及技术路路线（一）体系系构架VR教育解解决方案通通过优质VVR内容和和最新VRR硬件配套套，将传统统学习方式式、网络化化学习方式式乃至互联联网+教育育模式推向向一个新的的层次。为为满足总体体设计目标标、实现系系统需要，将将从业务架架构、应用用架构、数数据架构以以及技术架架构四个方方面提出总总体设汁方方案。 系统业务务架构（图3-11-1系统业业务架构）根据职责及及业务规划划不同将系系统从业务务上划分为为五部分：最底层为为课程资源源分类；中中间为VRR内容建设设、学习者者（学生）行行为及VRR学习环境境；最上层层为评价与与追踪。VVR学习环环

41、境部分全全部依赖其其余四部分分，剰余四四部分按图图3-1中中层次关系系从顶向下下产生依赖赖关系，不不可反向为为之。各部部分职责及及业务描化化如下:1.资源分分类：提供供整个系统统的资源分分类信息，首首先需要构构架一颗完完整全面的的学科分类类树，可以以和现有的的网络课程程资源（川川师4A网网课）对接接。资源分分类业务为为VR内容容建设及学学习者行为为提供基础础数据设计计范式、也也是学习者者行为设计计、VR学学习环境构构建的重要要依据。例例如对于职职业教育中中的操作技技能训练，则则需要构建建高保真的的现场工作作环境，并并采用数据据手套交互互模式塑造造学习者行行为，从而而达到良好好的训练效效果；而对

42、对于化学仿仿真实验，只只需采用非非沉浸式的的桌面环境境外加参数数变量，学学生通过相相关配置和和调整达成成教学目标标。在分类类业务的功功能设计上上须有可自自动扩展的的程序设计计及实现；重点功能能需满足节节点管理、节节点关键字字管理功能能需要。系系统需支持持简单的权权限控制、用用户管理功功能便于安安排操作人人员分节点点维护。资源分类如如图3-11-2所示示：（图3-11-2）2.内容建建设：此部部分为VRR学习环境境提供所需需推荐电子子资源的预预处理功能能。在当前前VR硬件件发展迅猛猛而配套教教育资源不不足的情况况下，该系系统采用UUGC（UUser Geneerateed Coontennt指用

43、户户原创内容容）设计理理念，每个个教育工作作者都可以以参与建设设并完善VVR课程资资源库。内内容建设以以抽象化的的 3D 场景表示示为核心，采采用面向协协同的可视视操纵架构构，集成了了模型、场场景、人员员、配置的的管理和协协作模块，形形成了完整整并具有通通用性的解解决方案。需需要支持33D模型、材材质、纹理理、shaader程程序、骨骼骼动画及文文档资料、语语音、视频频等非关系系型数据，对对非关系型型数据需要要做摘要处处理转化为为类关系型型数据，尤尤其对语音音及视频需需要从中摘摘出关键信信息形成连连接关系并并依据分类类树进行学学科、课程程分类，按按统一规划划打造VRR教学内容容生态圈。3.使用

44、者者（学生）行行为:该业业务部分采采用先进的的人机交互互手段达成成教学目标标。学生通通过与信息息环境的自自主交互行行为获取知知识、技能能。为了匹匹配不同的的交互硬件件，系统根根据不同的的课程类型型与教学目目标对学生生的交互行行为进行分分类和封装装，形成抽抽象交互层层及其接口口。4.VR学学习环境:此部分为为系统的核核必功能体体现，结合合调用其他他四部分数数据营造最最终自主学学习环境。该该业务部分分包含一个个高性能的的图形引擎擎，能够快快速响应外外围交互硬硬件的追踪踪数据（如如高速头部部追踪、眼眼动仪数据据等）5.追踪与与评价: 传统的教教学评价大大都是由老老师批改学学生的作业业和考卷，或或凭主

45、观印印象给出成成绩，这种种评价方式式存在着一一定的弊端端。随着教教学信息化化改革的推推进和计算算机的普及及，在虚拟拟环境下进进行教学评评价已成为为可能。教教师可以对对每一位学学生进行学学习记录的的全程跟踪踪，包括查查看学生的的学习报告告，访问课课程的次数数、学生参参与某个教教学模块的的情况。在在评价内容容上从课程程内容学习习、参与互互动交流、考考试与作品品和课外资资源学习四四个方面进进行了细分分和聚类，构构建了基于于虚拟现实实环境的个个性化学习习评价模型型。在评价价结果上，依依据柯氏四四级评估模模式和布鲁鲁姆教学目目标分类理理论设计了了基于教育育大数据的的个性化评评价层次塔塔，该层次次塔包括学

46、学习成效、概概念转变、学学习迁移和和学习力四四个层级。最最后，结合合教育大数数据、教育育云服务、个个性化评价价模型和评评价层次塔塔，设计了了个性化学学习评价系系统模型，包括信息采采集模块、数数据分析与与处理模块块、个性化化评价模块块和可视化化反馈模块块，并通过过云管理层层实现对教教育云服务务平台、云云存储池和和云集群计计算平台的的调控和管管理，以期期为后面开开展个性化化评价系统统的设计与与开发提供供有益的指指导。通过追踪与与评价获取取课程教学学大数据并并持续改进进VR教学学系统，VVR教育大大数据将成成为推动教教育变革的的创新战略略资产。(二) 应应用架构在充分分析析VR教育育解决方案案功能需

47、求求与业务逻逻辑的基础础上，遵循循逻辑结构构中定义各各子系统功功能及实现现方式，按按照分层设设计原则，明明确系统功功能设计及及应用总体体架构如图图3-2-1所示。（图3-22）（图3-22-1总体应用架构）其中基础服服务层为上上层应用提提供数据库库服务、会会话管理、协协同支持、异异常处理等等服务。教教学资源管管理层是一一个面向协协同的、采采用多人众众包模式的的资源共享享平台，主主要面向教教师或者课课程开发人人员，实现现各学科知知识点向虚虚拟现实情情境迁移，从从而为优质质VR教学学内容的创创作、分发发、迭代更更新提供技技术保障。面面向协同的的VR建模模平台，包包括VR场场景的生成成、课程知知识场景映映射、场景景协同交互互、用户权权限控制、语语义支持等等多个功能能模块和可可配置模块块。VR教教学应用层层主要面向向学习者，为为学习者的的学习活动动提供虚拟拟现实环境境支撑，该该部分集成成自然的人人机交互技技术和高性性能图形渲渲染引擎，是是整个系统统的核心部部分。在学学