CAVE虚拟现实实验室、VR实验室概述技术方案

2023-08-07 17:00:00 [ 中关村在线原创 ] 作者：北京

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。

虚拟现实技术的先进特性使得该项技术应用于各行各业的模拟仿真研究中，并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大的经济、军事和社会效益。虚拟现实技术在不远的将来就会像当年的计算机一样应用于社会生产实践的各个领域，它与网络、多媒体将并称为21世纪最具应用前景的三大技术。

虚拟现实技术作为当下最前沿的高新技术，已经在教育领域得到了初步应用，并显示出巨大优势，为学校降低教学成本，提高学生竞争力带来了新的机遇。我公司根据学院在“VR+教育”方面的需求，以虚拟现实技术的优势和我公司在虚拟现实领域的优势，提出用虚拟建模的方式，定制化开发虚拟现实软件，以此建设学院虚拟现实实验室，优化现有专业，探索多样化人才培养模式，提高教学质量与科研水平，建设全国一流水准的学科专业，推动教学现代化，培养应用型高级人才，解决学生就业难问题，让学生的能力充分得到社会认可，以期提升学院教学水平。

高校开展教学大都采用实物形式来进行学生技能教育，这种形式让学生能够对教学内容有比较深的感性认识，同时也存在如下问题：

（1）实验室建设费用高昂。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护、更新费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力限制等问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。

（2） VR专业人才缺乏，而社会对VR人才的需求量却很大，高校建立VR专业的批复尚未完成，无法正式建立VR专业，只能在计算机专业、多媒体专业中增加一些VR课程。

（3）缺乏课程，无论已有的VR专业或VR+专业都欠缺VR课程。因为VR开发人才奇缺，而开发VR内容需要有一定的计算机编程、三维建模和美术能力，造成学校课程开发依赖VR开发公司的情况。而VR应用面涉及很多专业，对于高职高专这些各具特色的专业方向来讲，每个课程只能针对某个院校的某个专业的某个教学阶段进行开发，开发工作量极大，造成人力和资金都不堪重负。

（4）实验内容较为陈旧。在科学、经济飞速发展的今天，传统的实验教学内容往往跟不上新知识和新技术的产生，不能让学生及时了解前沿的知识和技术，学生仅仅是机械的按照教材上的实验流程在走，自身的思维得不到拓宽。

（5）实验教学形式单一，教学手段落后。实验教学依附于理论教学，一般都是老师讲，学生听的传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多，设计性、综合性、创新性实验少，大大抑制了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到培养，个性得不到发展。

（6）实验学时少。实验学时与总学时的比例不到20％，甚至有些专业的不到13％，远远不满足实验教学的要求。再加上教师除了上实验课外很少进实验室，教师和学生对实验的重视不够，学生的动手机会大大减少，动手能力、独立分析问。

不能实行因材施教。高校规模的不断扩大，学生数量的不断增加，学生层次多样化更加显著。以往的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，能力较差者又感到吃力，实验教学。

设备组成