VR虚拟教育、VR会议展厅设计方案

虚拟教育设计方案

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：

位置跟踪器

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位置运动跟踪系统，以及最新开发的G4无线位置运动跟踪系统。

数据手套

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，操作者通过使用数据手套可以处理三维CAD中的形体模型。国内的研究也取得了一批成果等等。

高清数字头盔

头盔式显示器是最早的虚拟现实显示器，利用头盔显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。头盔显示器作为虚拟现实的显示设备，具有小巧和封闭性强的特点，在军事训练，虚拟驾驶，虚拟城市等项目中具有广泛的应用。

头盔显示器可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形图像信号。使用方式为头戴式，辅以三个自由度的空间跟踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，在虚拟现实硬件观察设备中，头盔显示器的沉浸感优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示和观察效果，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。

交互式触屏系统

交互式触摸屏又称之为触摸一体机，是最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。它以触摸屏为交互窗口，通过采用先进的计算机软件技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便，也给人们带来了全新的互动体验。

面向用户进行指挥预案、技术研讨、互动演示、教育培训等需求推出的交互式触摸屏，完全替代传统的由投影机、计算机、幕布、音响等组成的交互式电子白板。和其他类似产品不同的是，红外技术能够提供超强的画质。在简单的安装后，显示器可以用手指或者任何普通的笔来直接操作屏幕。红外触摸屏的无漂移，防刮擦，防水，防尘，防眩光等特点使得成为互动演示、电脑白板、指挥中心、公共场所一体机、信息查询和所有互动应用的理想选择。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

交互式触摸屏的外形极其简洁，LCD/LED屏幕内置

具备全高清蓝光DVD播放器、蓝牙、Wi-Fi功能的内置电

脑主机，使触摸屏成为天然的高清影院和高清电脑显示

器，采用共同电源和全数字图像内部链接，因而极大地

提升了产品的整体感并彻底解决了以往和外部电脑连接

时图像可能出现的波纹和模糊问题；吸入式的蓝光DVD

光驱和USB接口被设计在用户非常便于操作的位置，使

用通用的无线遥控器可以方便地遥控LCD/LED屏幕和内

置电脑主机的开关；如果用户选配2.4G的无线遥控键盘

鼠标，那么交互式触摸屏几乎成为您的笔记本电脑，为

您带来更加畅快和便捷的操作感受。

交互式触摸屏是一个功能卓越的互动显示设备

交互式触摸屏内置的高性能电脑具备Wi-Fi和有

线网络功能，随时接入INTERNET，浏览网页，影音下载，

游戏互动；内置的高性能电脑配备了高清蓝光DVD，能够

直接播放全高清的蓝光DVD影片，此时的交互式触摸屏

就是一个标准的影院；交互式触摸屏的内置电脑采用

Inter Corel引擎，轻松进行课件播放，PPT演示、图片

浏览，CAD\CAM等等；交互式触摸屏更是一个具有全屏触

摸手写功能的显示屏幕，既可以手写文字输入，也可以

触摸进行电脑操控，所有的软件操作都可以在无须外部

键盘和鼠标的情况下通过触摸操作完成。

备

交互式触摸屏综合设备本身优异的显示、触摸性

能，配套的书写、触控软件和演示人员的肢体语言，每

一次都能为使用者呈现出精彩的演示。

多点触摸技术

多点触摸技术，可以实现多种手势命令，如放大

缩小、旋转、拖拽等，特点适合数字图片的浏览和编辑

操作。同时与微软公司Windows 7/8等操作系统完全兼

容，这方面在点控科技触控领域完全体现出来，全面支

持多点触控技术。即插即用，无需安装驱动软件，带给

用户更多的操作乐趣。

以先进的红外/光学技术为依托，专业生产大尺寸

触摸屏，最大可以做到业界最大的82寸液晶触摸屏，并

以屏幕大，亮度高，触摸准确、快速的特点，使触摸屏

行业的不可能变为了现实，为用户提供了更优质互动体

验。

内置传感器，一体化操作

整机设计，把传感器内置到液晶显示器内部，实

现了触摸、显示的一体化。从外观上观看，与一台液晶

显示器毫无区别。采用专业液晶屏，可以横放，也可以

竖放。既可以摆放在桌面，也可以采用落地的方式，适

合各种商业场合。

CAVE全沉浸式体验系统

CAVE(Cave Automatic Virtual Environment)是一种基于投影技术的虚拟现实系统，它由

围绕观察者的若干个投影面组成。一般的CAVE系统有4个或5个投影面，这些投影面组成一个立方体结构，其中前、左、右3个面均采用背投方式，顶面和地面根据实际情况采用正投或背投方式。若放置CAVE系统的房间大小有限，可通过专业工业反射镜把投影图象反射到屏幕上以节省空间。观察者戴上电子快门式立体眼镜和一种六个自由度的头部跟踪设备，以便将观察者的视点位置实时反馈到计算机系统和体验身临其境的感觉。当观察者在CAVE中走动时，系统自动计算每个投影面正确的立体透视图象。同时，观察者手握一个3D六自由度无线交互控制器，对虚拟环境中的物体进行控制并与之进行交互。

CAVE虚拟现实系统，把高分辨率的立体投影技术、三维计算机图形技术、光学跟踪技术和音响技术等有机地结合在一起，产生一个完全沉浸式的虚拟环境。基于这种完全沉浸式的显示环境特性，CAVE为科研机构和企业提供了伟大而创新的思考、科研、设计、实验和操作训练方式，扩展了人类的思维。借助通过CAVE系统，用户能直观看到他们的创意和研究对象。可以说，CAVE 可以应用于任何有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域，是一种全新的、高级的科学数据可视化交互手段。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2、CAVE典型系统应用领域：

1、军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗

2、虚拟样机、虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配

3、模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等

4、地形地貌、地理信息系统（GIS）

5、虚拟生物医学工程（虚拟手术/医学分析；基因/遗传/分子结构研究）

6、建筑视景与城市规划

7、地质、矿产、能源

8、地震及消防演练仿真

9、航空航天、科学可视化

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3、CAVE设计组成图：

Cave由投影机、高清光学背投屏幕、光学跟踪系统、高端图形工作站集群、力反馈系统、音响系统、中控系统组成。

裸眼立体显示系统

裸眼立体显示器是建立在人眼立体视觉机制上的新一代自由立

体显示设备。它不需要借助任何助视设备（如3D眼睛、头盔等）即可获得具有完整深度信息的图像。自由立体显示设备能够出色的利用多通道自动立体现实技术提供逼真的3D图像。它根据视差障碍原理，利用特定的掩模算法，将展示影像交叉排列，通过特定的视差屏障后由两眼捕捉观察。视差屏障通过光栅阵列（利用摩尔干涉条纹判别法精确安装在显示器液晶面板上）准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到，由于右眼和左眼观看液晶面板的角度不同，利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给右眼或者左眼，经过大脑将这两幅由差别的图像合成为一副具有空间深度和维度信息的图像，从而使您不需要任何助视设备（如戴上3D眼睛）即可看到3D图像。极大的促进了立体影像技术和VR技术在展览展示行业的应用。独特的立体视觉效果会吸引所有过往人流的目光，VR技术所独有的自由的操作风格以及完善的信息查询系统会自动将您的产品、理念、创意完整的展现在客户面前

裸眼立体显示器根据不同的光学原理和结构原理，主要分为HDB（狭缝光栅技术）和HDL（透镜阵列技术）两个系列立体显示器。实际应用中，HDL系列的立体显示器在显示亮度上，大大优于HDB系列的立体显示器。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

裸眼3D显示器性能：

系统共分七个子产品：

1.立体效果逼真，色彩鲜艳，视觉冲击力强大；

2.观赏范围广，可在水平140度视角范围内自由观看；

3.产品规格丰富， 32寸42寸46寸50寸55寸60寸等；

4.核心设备：立体成像、视差障壁技术、柱状透镜技术、指向光源；

4.具有超强扩展性，可根据不同行业需要制定专业解决方案；

5.完全兼容影视工业标准，2D/3D影视信号可自动切换；

6.2D效果追求高清画质，3D效果侧重于真实感与沉浸感，适合于长时间观看与使用。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

裸眼显示器应用领域：

●广告及景观展示，如产品宣传、会议室/接待厅演示等。利用出色的立体显示技术，可将需要展示的内容真实、直观、清晰、自由地展现在观众面前，逼真的立体效果可以大大加深观众对展示内容的印象。

●娱乐行业。自由立体显示器使得不带立体眼镜进行立体游戏、观赏立体影片及动画成为可能，为消费者带来完美的视觉享受。

●科学研究领域。我们的产品为各学科提供了新的空间显示技术。利用立体显示器，科研人员可获得蛋白质、DNA及各种微观结构的直观图像，可对大气、海洋及地表地层数据进行三维建模显示，可作为空气动力学、气象学、天文学等学科研究的辅助工具，还可利用所开发的交互式软件进行远程工程控制。

●工业及建筑设计领域。显示器可帮助产品的设计者或者是建筑的设计师就在三维空间展示他们的设计，而不必花费时间制造昂贵的模型，大大降低了开发成本。

●此外，自由立体显示器还可应用于医疗(如手术模拟/培训及手术成像)、军事(如仿真训练、卫星成像分析、驾驶控制显示)城市规划等领域。随着产品软硬件的不断开发完善，必将获得更加广泛的应用。

多通道环幕投影系统

多通道环幕立体投影是指集成了硬件平台以及专业显示设备的综合型可视化系统工程，整个系统包括投影幕布、投影机、高级仿真图形计算集群、及相关辅助配件等组成，产生高度真实感、立体感、沉侵感的3维图形显示，来表现大的三维场景，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放等。

根据环幕尺寸的大小，环幕按照通道和环形幕半径的大小来区分，通常为90、120 、135、180、240、270、360度弧度不等，一般分为双通道、三通道、七通道等，其中双通道和三通道是最常用的。双通道和三通道立体虚拟仿真环幕投影大屏幕是虚拟三维投影显示系统中一种沉浸式虚拟仿真显示环境，这个系统采用边缘融合技术把多台投影打出的图像形成立体数字图像实时输出并显示在一个超大幅面的平面投影幕墙上，使观看和参与者获得一种身临其境的虚拟仿真视觉感受。通常用于一些大型的虚拟仿真应用：虚拟战场仿真、数字城市规划、三维地理信息系统等大型场景仿真环境、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

院校虚拟现实实验室

科博馆、展览馆环幕展示

企业展厅环幕展示

会议用途环幕展示

影院环幕展示

娱乐环幕展示