VR教室VR实训室建设方案.docx
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VR教室VR实训室建设方案
VR教室&VR实训室
建
设
方
案
2018年9月
VR教室&VR实训室建设方案
第1章.VR发展与背景
1.1.VR的发展历程
VR是VirtualReality的缩写，译为中文即“虚拟现实”。
VR的发展历程，1957年，电影摄影师MortonHeiling发明了名为Sensorama的仿真模拟器。
1968年，计算机图形学之父、著名计算机科学家IvanSutherland设计了第一款头戴式显示Sutherland。
1987年，一位著名计算机科学家JaronLanier，利用各种组建“拼凑”出第一款真正投放市场的VR商业产品。
2012年OculusRift通过国外知名众筹网站KickStarter募资到160万美元，后来被Facebook以20亿美元的天价收购，开启VR的新一轮的高速发展。
＊1957年，电影摄影师MortonHeiling发明了名为Sensorama的仿真模拟器
＊1968年，计算机图形学之父、著名计算机科学家IvanSutherland设计了第一款头戴式显示Sutherland
＊1987年，一位著名计算机科学家JaronLanier，利用各种组建“拼凑”出第一款真正投放市场的VR商业产品。
＊2012年OculusRift通过国外知名众筹网站KickStarter募资到160万美元，后来被Facebook以20亿美元的天价收购。
1.2.VR的技术特点
VR技术是仿真技术与计算机图形学，人机接口技术，多媒体技术，传感技术，网络技术，等多种技术的集合。
是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。
VR技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。
模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。
感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。
除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。
自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。
传感设备是指三维交互设备，如空间的地位装置。
有了众多技术的加持，VR技术呈现了，沉浸感，互动性，想象力的等特征。
VR发展到今天，在沉浸感，交互感和可塑性上都有着显著的提升。
提高了虚拟世界的真实感和体验感，让体验者能在虚拟世界有更佳的体验，可以完成大部分现实生活中的操作体验。
在一个超现实的虚拟世界里，可以看到我们现实中无法看到的场景与现象，能操作虚拟的环境和事物。
这些都弥补了我们在想象力，理解力和创造力上的限制，提高了学习和体验的效果。
1.3.VR战略+应用
1.3.1.VR战略
以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。
虚拟现实是具有革命性的新技术之一，是能够带动经济、社会跨越式发展的重点领域，是信息产业乃至经济发展的“下一个风口”。
虚拟现实产业作为新兴战略性产业，得到国家的高度重视，相关的政策措施和规划方案高密度发布。
各政府部门针对产业发展出台大量专项政策，鼓励、支持、促进虚拟现实产业的发展。
国家经济和社会发展第十三个五年规划纲要，以及国家科技发展规划和“十三五”国家信息化规划中都提出了虚拟现实产业相关的发展任务。
国家发展改革委组织实施“互联网+”领域创新能力建设专项，并将AR/VR技术纳入专项建设内容。
工业和信息化部指导成立了虚拟现实产业联盟，推进虚拟现实产业的发展和应用。
到目前为止，国家发改委、中央网信办、科技部、工业和信息化部、住房和城乡建设部、商务部、财政部、文化部等部门已经出台鼓励虚拟现实发展的相关政策。
多地政府纷纷启动规划或建设虚拟现实产业基地，VR小镇、VR产业基地、VR孵化器纷纷兴建。
1.3.2.VR+应用
VR+应用遍地开花。
展望未来，虚拟现实的行业应用迅速展开，消费市场将加快爆发，文化内容将日益繁荣，技术体系和产业格局也将逐步形成。
在制造领域，虚拟现实技术正在成为重要的生产工具。
虚拟现实技术已进入我国航天、航空、汽车等高端制造领域，成为促进中国制造创新、转型升级的新工具。
中国商飞公司研发的虚拟现实仿真系统，已应用于新型民机的预先研究评估和关键技术攻关;中国一拖集团打造的虚拟装配车间，可360度内部全景漫游，实现装配工位多角度监测和装配工件精准跟踪。
在医疗健康领域，虚拟现实技术可以用于医疗学习培训、手术模拟、精神康复质量、心理治疗等方面。
在文化艺术领域，虚拟现实技术提升文艺鉴赏、创作的想象空间。
故宫博物院开发了3D紫禁城虚拟世界，用高分辨率、精细的3D建模技术虚拟出宫殿建筑、文物和人物，并设计了6条观众游览路线，使用户获得沉浸式体验。
在文娱领域，虚拟现实技术给予观众足不出户却可亲临现场的沉浸感体验。
众多体育赛事、演唱会和娱乐节目开始采用虚拟现实技术进行直播。
数字王国公司与微鲸直播平台合作VR直播2016年王菲演唱会，同时有8.8万人付费在线观看。
VR直播成为全新的直播互动模式，突破了现场座位数量限制，也越来越多为大众所认可和接受。
VR技术不仅在医疗健康、教育、文娱等领域，在建材家居传统销售中VR技术也已经开始全面普及，通过场景化的产品展示让客户身临其境，看到未来的家。
虚拟现实时代的来临，为我国信息技术产业持续快速发展、新旧经济增长动能转换提供了巨大的发展空间。
第2章.VR教育概况
2.1.VR教育的概念
虚拟现实技术从上世纪六十年代便出现了，从概念到大型、昂贵的实验室产品到如今的消费级产品，其发展历程与计算机非常相像。
所以虚拟现实被公认为继移动互联网后的“下一代计算平台”。
VR教育的概念，是让学生和教师在超越现实的虚拟环境中自由移动、交互和操作，体验到无法用简单的图文或者视频构造的情景。
教育模式的发展是从单一媒体到复合式媒体到交互式的复合媒体再到现在的高沉浸式VR媒体的过程。
由此可见，教育教学的模式是伴随着科技的发展而发展。
2016年至今，VR技术逐步成为了教育信息化改革的重要方向。
作为全球最重视教育的国家之一，中国政府对教育信息化的发展给予了大力的支持，VR教育被列入我国教育信息化“十三五”规划，被认为未来教学领域的标配产品。
政府也相继出台政策：
要充分利用虚拟现实、人工智能等新技术，推动教学方式变革。
《2018年教育信息化和网络安全工作要点》和《教育信息化2.0行动计划》都要求深入推进信息技术和智能技术与教育教学深度过程的融合，推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。
VR教育，即虚拟现实在教育领域中的应用。
它可以在学生想象受阻的情况下，构建各类虚拟环境、实验基地、学习伙伴等，用直观和具有强视觉冲击的方式，让知识直击人心。
VR作为教育教学的一种新的手段，必然有它的价值所在。
从最早的黑板、到新媒体教室，再到现在的VR，这每一种手段都有它能解决的问题，达成过去无法实现的目标。
当下的教育行业，需要的是一种能够将学生从二维世界解放出来，将传统、理性的课堂转变成三维、感性的教学新元素。
很显然，VR符合这一要求。
VR的优势就在于，它能够提供沉浸式的体验，让枯燥无味的传教、授教变得生动有趣，让生涩难懂的知识变得易于理解。
2.2.VR教育的价值
VR作为教育教学的一种新的技术手段和模式，有它的独特的价值。
从最早的黑板、到多媒体教室，再到现在的VR教育，这每一种手段都有它能解决的问题，达成过去无法实现的目标。
VR教育的价值有以下四个方面。
2.2.1.提高学习效率
相关机构的研究结果表明，如文字或图片，教学效率约为10%；复合媒体教学形式的效率，如多媒体教学，约为30%；高沉浸的媒体，VR教学的效率则达到70%。
可见VR可以大幅提高教学效率与学习效率。
2.2.2.降低教育成本
将VR用于实验教学中，将一部分实验用VR的方式代替，可以降低目前实操实验的成本。
在教育实验过程中还会遇到各种稀缺资源，比如医疗专业的人体资源，不是每一个学生在每个阶段都有充足的资源可以使用。
VR教学则可以在实验过程中将不可逆的问题通过VR进行反复的操作并进行实验操作体验和数据分析。
2.2.3.避免实验操作的安全风险
在体验式教育教学过程中，会有很多有危险性的体验与操作，比如化学教学中有很多实验涉及具有腐蚀性、有毒、易爆炸的液体或固体，用VR的方式进行实验则可以避免实验中的安全风险。
2.2.4.提高学习兴趣与动力
VR的沉浸感、临场感和趣味性，可以将枯燥乏味的知识以生动有趣的方式呈现，大大提高学生学习的积极性，激发学生的探索潜能。
VR技术对于教育教学效果将会带来巨大的价值，并且将会推动教育教学模式的变革与提升，VR教育适用于包括实验中心、高校、职校、技校、研究院、K12、培训机构、博物馆，文化馆和教育基地，专业学科上在自然科学、人文历史、语言、物理、化学、艺术、生物、医疗、机械、汽修等专业的使用上会有更加直观的效果。
2.3.VR教育政策背景
全球教育已被深深打上了信息化的烙印，信心技术不断在改进这现在的教育，同时也在塑造这未来的教育，未来的教育依然是基于网络环境更加开放的教育，是更加重视学生个性化和多样性的教育，是引导孩子自觉参与和快乐学习的教育，是让所有孩子都能享受到优质教育资源的教育，是更加强调终身学习的教育，是更加智慧的教育。
随着虚拟现实技术及设备的升级，“虚拟现实+”成为发展趋势，教育是虚拟现实非常重要的应用领域。
虚拟现实将在多媒体与计算机教学之后重新改造人们的学习方式，对整个教育领域的变革具有划时代的推动作用。
在教育领域，虚拟现实技术正在革新知识获取的渠道和交互方式。
虚拟现实技术在教育领域的应用主要包括科学研究、虚拟学习环境、人体模型仿真等。
中国科技大学开发了大学物理虚拟教学软件，克服了实验教学课堂、课时的限制。
VR作为新一代的技术平台，是新的产业与科技发展的方向。
作为高新技术产业，必将带来巨大市场空间和发展机遇，带动就业和经济增长。
因此发展VR教育得到了党和政府的倡导与大力支持，国务院和教育部在多次关于教育的指导性文件中，提及促进VR教育的发展，和相关的政策支持。
2017年1月，国务院发布的《国家教育事业发展“十三五”规划》中明确提出，“要支持各级各类学校建设智慧校园，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式。
”
2017年2月，教育部下发的《2017年教育信息化工作要点》。
有关于促进VR教育的发展相关内容，文件中提到启动基于VR的实验实训平台建设，完成互联网+智慧教育示范基地建设。
成为各级教育部门开展VR教育的政策依据和方向指导。
2018年3月，教育部办公厅印发《2018年教育信息化和网络安全工作要点》（教技厅［2018］1号）的通知，推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。
责任单位：
科技司、基教司、职成司、高教司、中央电教馆、教育管理信息中心、地方各级教育厅部门积极落实执行。
这些重要政策的发布，体现出政府对VR新兴技术发展的重视，也为VR教育的发展指明方向，说明将VR技术应用于教育将会是教育模式伴随着科技的发展而发展的又一次见证。
第3章.VR教室&VR实训室建设意义
随着信息技术的发展，VR已深入到各行各业，在教育行业更是首当其冲，随着校园信息化的建设与发展，VR教学、实训这一新型的教学方法也逐步进入各级院校，极大地丰富了原有的教学活动。
实训练习不但是传统教学模式的重要补充，更是提高学生实操能力、动手能力的重要途径。
3.1.传统教学的重要补充
传统的教学方法立足于课本，有利于专业知识的学习，但不利于学生的实践及学习积极性的培养；VR教室与VR实训室的建设可以大大弥补这一缺憾。
本项目特有的先进性、代表性可以满足各专业教学与实训的需要，以专业核心知识与技能点为蓝本进行教学设计，开发VR教学资源，突出内容的虚拟、真实、趣味又有临场感，为学生提供一个理论与实际、科技与前沿相关的全新学习环境。
3.2.学生实训、实习的有效途径
不少学校在安排学生实训、实习工作中存在着一些问题，如实训中的安全隐患、实习单位不可靠、实习过程中企业过度使用实习生劳动力而不能满足学生轮岗的需求、不注重对学生的培养等等；为此，我校积极推进VR教室&VR实训室建设，真正体现以学生为中心的工作思路，借助VR平台建设丰富学校的实训、实习培养环节，为学生提供多样化、个性化的学习途径。
3.3.对人才培养的意义
激发学习兴趣，提高综合能力，输出高素质专业人才。
学生完全是在一个虚拟现实的场景中学习、训练，不再是传统的死记硬背、二维理解，从而极大地提高了学习热情和兴趣。
它改变了教师单项灌输知识的模式，以提高学生实战技能为宗旨，为社会输出合格的高素质专业人才。
3.4.对学科建设的意义
3.4.1.有利于专业教师培养
虚拟现实将在多媒体与计算机教学之后重新改造人们的学习方式，对整个教育领域的变革具有划时代的推动作用。
从国家政策层面，VR教育的发展趋势已经形成，基于本项目在技师院校中率先展开VR教学的实践与探索，有利于加强专业教师对新技术的学习、掌握与运用，进而推进学校的教学活动创新发展，也可为学校后续的发展积累VR教育、教学方面的专业人才。
3.4.2.有利于课程创新建设
课程建设是专业建设的重要方面，通过合理定位与规划进行VR课程创新建设，可以有效带动其他课程建设，理论教学与实践教学并重，高度重视实验、实训、实习等实践性教学环节，有助于打造课程建设的创新点。
3.4.3.有利于提高学校影响
采用先进的VR技术手段，建设VR教室&VR实训室，在不断改进教学模式、全面提高学生专业素质和实操能力的同时，学校可充分利用VR教室&VR实训室承接或开设相关培训课程，在服务社会的同时，让学校学生受惠，从而提高学校的影响力。
3.4.4.有利于形成科研成果
目前，VR在教育、教学中还没有普及使用，为此，在教学模式、教学设计、课程资源、教学效果等等方面在实践中会不断有新问题、新感悟产生，这可为相关的课题研究积累一手素材，有助于形成多方面的科研成果。
第4章.项目建设目标和任务
4.1.建设基础
学校坚持特色办学，多元兴校；开设专业有：
机电、财经、护理、汽修、园林、建筑等专业。
学校坚持立德树人，重视实践教学，建有较为完备的实训实验场地，教学业绩全省一流，学生就业巩固率达98%以上。
面向新的时期，为进一步推进学院专业教学及人才培养工作，根据教育部《教育信息化2.0行动计划》指导思想，学校创新引领，将信息技术与教育教学深度融合的核心理念，运用虚拟现实信息技术，建设满足育人需求，辅助教育教学活动，应用覆盖师生的VR教室&VR实训室。
4.2.建设目标
根据教育部《教育信息化2.0行动计划》文件精神，基于学校特色专业，运用虚拟现实信息技术，以建设VR教室&VR实训室为抓手，实现从提升师生信息技术应用能力向全面提升其信息素养的转变，探索人才培养、课程建设、教师提升、社会服务新模式，发挥学校在周边地区的VR教育实践引领示范作用。
4.3.建设任务
4.3.1.硬件建设任务
选择适合教育教学及实训需求且具备软件系统兼容性强、性能优越的VR设备设施。
VR硬件，具有先进性、代表性，满足相关专业教学及实训需要。
主要面向汽修、机电等专业，同时辐射服务校内其他专业。
4.3.2.软件建设任务
VR教室&VR实训室具备VR课程开发功能，具有可自行制作VR教学资源的编辑软件，以学生为中心，构建教学模拟情境与学习内容。
软件系统高效运转，教师能时时在线，观察学生的实践状况，纠正操作中的错误，规范学生的专业技能。
学生也能虚拟空间中，看到老师的演示和示范。
4.3.3.资源建设任务
项目建成后，基于VR软件资源采用校企共建、学校主导、合作开发模式，启动汽修、机电等专业的VR课件开发工作，以VR使用激发学生学习兴趣、以课件开发提升教师技能、以课件学习提高教学效果。
4.3.4.社会服务任务
将先进的设施设备与校内外共享，提供社会服务，面向全国各类院校，落地VR技术及教学培训等工作。
第5章.项目建设原则与组织管理
5.1.项目建设原则
5.1.1.实事求是原则
结合实际工作中的问题，以本次项目申请为突破口，改善教学环境、解决教学难题、提高教学效果。
5.1.2.开拓创新原则
在现有的工作基础上，开拓思路勇于创新，积极学习新知识、探索新模式，建设VR实训教室。
5.1.3.资源共享原则
VR教室和VR实训室建成后除服务教学及实训外，该教学资源将秉承共享理念，向校内外的其他教学活动开放，提高资源的使用效率与效果。
5.1.4.可扩展性原则
在VR教室和VR实训室项目设计与建设过程中，认真调研案例、对接优质企业，做好方案的顶层设计，目光不局限于现有项目，要以发展的眼光确保设施设备的可扩展性，对接后续的课程建设、教研活动、课题研究等。
5.1.5.注重效益原则
该项目注重教学发展的前瞻性，确保设备的长期可用性；建成后可有效降低我校各专业教师在教学与实训环节的人、财、物等方面支出。
5.2.项目组织管理
项目实施组织与管理方案是指项目建设过程中的组织、协调、协作和管理方案，项目实施阶段划分和进度方案。
5.2.1.领导机构
成立学校领导牵头的信息化工作领导机构，领导机构做好项目的协调工作，方向把控，监控项目的实施执行情况。
5.2.2.工作小组
由领导机构牵头组建工作小组，围绕VR教室和VR实训室的建设工作，建立工作机制，配备专项工作人员，进行方案选型、项目建设、运营管理等工作，每学年召开2次以上相关会议并有记录，推进学校的虚拟现实教学信息化工作。
工作小组要定期向领导机构汇报专项工作进展、工作困难等，按项目计划推进实施，确保项目保质保量、按期完成。
5.2.3.建设内容
建成VR教室1个。
配备21套桌椅（学生20套、教师1套），配备21套VR（虚拟现实）计算终端，21台沉浸式VR（虚拟现实）显示终端，42个沉浸式VR（虚拟现实）交互终端，1台教师控制终端，21套VR（虚拟现实）课件编辑器及渲染系统，1套VR（虚拟现实）教学中控系统，1套云端数据管理系统，配备1台核心计算服务器、1个网络终端和1个交互式投影触摸白板智能教学一体机，布设室内局域网和互联网接口等。
建成VR实训室1个。
配备4台沉浸式VR（虚拟现实）显示终端，1套VR（虚拟现实）计算终端，8个沉浸式VR（虚拟现实）交互终端，3台移动式VR（虚拟现实）计算终端，1台教师控制终端，配备4套VR（虚拟现实）课件编辑器及渲染系统，1套VR（虚拟现实）教学中控系统，1套云端数据管理系统，1套多人交互数据协同软件，1套多人交互空间定位追踪设备，全身动捕服1套，配备1台核心计算服务器、1个网络终端，1台智能网络电视展示端，1个多功能讲台，布设室内局域网和互联网接口等。
5.2.4.项目实施阶段划分和进度方案
实施阶段
项目内容
负责人
完成时间
立项阶段
目标确认、方案设计
建设阶段
设备参数确认与选型、软件系统选型、教室环境设计方案、项目建设实施
运营阶段
项目运营管理、设备维护、系统及软件更新升级、资源管理
第6章.VR教室建设技术方案
6.1.VR教室的硬件系统
VR教室硬件系统由“操作端，控制端，服务端”三大部分组成。
6.1.1.操作端硬件
操作端硬件设施主要包含：
沉浸式VR（虚拟现实）显示终端、沉浸式VR（虚拟现实）交互终端、VR（虚拟现实）计算终端。
沉浸式VR（虚拟现实）显示终端、沉浸式VR（虚拟现实）交互终端、VR（虚拟现实）计算终端三者互为一体，是开展虚拟沉浸式教学操作的必备硬件设备；VR内容通过VR设备可以让学习者沉浸在不同的场景中，而要实现高质量的VR体验与交互不单单只是一台头盔，一对手柄那么简单，需要综合考虑到硬件的品牌质量、系统兼容、硬件参数等多种因素，经科学设计、严密论证后加以建设，以避免设备使用中不时发生的停滞、干扰、失真等情况而影响教学效果。
1.VR（虚拟现实）计算终端
数量：
21套
描述：
VR（虚拟现实）计算终端是是教师进行VR教学课件制作，学生进行虚拟情境认知和的平台；配备高性能的计算机硬件系统，确保VR内容的流畅运行，并能完成专业的VR内容的运营与VR课件内容的制作编辑。
参数：
◆处理器：
Intel/英特尔酷睿i77700及以上，四核；主频3.0GHz及以上；
◆内存：
8GDDR4；2个DIMM内存插槽；
◆独立显卡：
NVIDIA芯片GTX1070，核心频率1531--1721MHz，显存类型GDDR5，显存容量8G，显存位宽256-bit，接口要求DVI接口1个，HDMI接口1个，DP接口3个；
◆硬盘：
接口类型SATA；容量:
1TB；缓存:
64MB；转速:
7200转／分钟；
◆显示器：
屏幕尺寸21.5英寸；最佳分辨率1920x1080；屏幕比例16:
9（宽屏）；高清标准1080p（全高清）；
◆主板芯片组类型:
Z270；
◆电源功率:
500W；
◆I/O接口：
不小于5个USB接口，其中USB3.0不少于3个，1个HDMI1.4aoutput端口；
◆配套键盘和鼠标。
2.沉浸式VR（虚拟现实）显示终端及交互终端
数量：
21套
描述：
SAMSUNG沉浸式VR（虚拟现实）显示终端及交互终端是教师进行VR教学演示，学生进行技能实践操练习的载体。
参数：
◆屏幕：
类型AMOLED，分辨率单眼1440x1600像素；
◆屏幕刷新率≥90HZ；
◆延迟≤20mS；
◆视场角110°FOV；
◆音频输入：
内建麦克风；
◆音频输出：
内建3d耳机；
◆传感器：
G-sensor校正、gyroscope陀螺仪、proximity距离感测器；
◆连接口：
HDMI、USB2.0、3.5mm立体耳机插座、电源插座、蓝牙支持。
6.1.2.控制端硬件
数量：
1套
描述：
控制端是教师通过平板电脑用于对VR学生端设备的控制和管理，以及VR课件的上传、下载、分发、安装、数据同步的操作。
教师在教学过程中，使用平板电脑可以监控学生端设备状况、完成一键启动并同步运行VR教学课件，关闭及切换VR教学课件，完成整个教学过程中的管理。
参数：
◆尺寸：
9.6英寸；
◆分辨率：
1280x800；
◆主频：
1.2GHz；
◆核心数：
四核；
◆系统内存：
2GB；
◆存储容量：
16GB；
◆含支架1件／套。
6.1.3.服务端硬件
1.核心计算服务器
数量：
1套
描述：
核心计算服务器是VR实训教学中控系统、本地数据库、VR课件内容本地储存系统的核心单元，是本地局域网的计算核心。
参数：
◆主板：
扩展槽3个半长、半高、第三代x8PCI；3个全长、全高、第三代x8PCIe；1个全长、全高、第三代x16PCIe；
◆芯片：
英特尔®至强®E5-2603v41.7GHz,15M缓存,6.4GT/sQPI,6C/6T（85W），支持CPU数不小于2颗；
◆内存：
容量16G，内存类型DDR4，内存插槽数不少于20个；
◆硬盘：
四块，每块硬盘2TB，总容量8T，转速7200转／分钟，3.5英寸热插拔硬盘，支持最大扩展数不小于8块；
◆性能：
支持BIOS设置；
◆光驱：
DVD+/-RW,SATA,内置,DistiReady；
◆电源：
单个,热插拔电源（1+0）,495瓦；
◆桌边电源线,250V,2M（中国）；
◆网络模块：
Broadcom5720QP1Gb网络子卡；
◆2UComboDrop
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