【正文】 科技項(xiàng)目可行性報(bào)告項(xiàng)目編號(hào): K2016001課題名稱: 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育解決方案的研制與開發(fā)申請(qǐng)單位: 可視化計(jì)算與虛擬現(xiàn)實(shí)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二0一六年二月目 錄一、項(xiàng)目提出的目的及意義…………………………………………二、與項(xiàng)目相關(guān)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及市場(chǎng)需求分析………………三、主要攻關(guān)內(nèi)容及技術(shù)路線（技術(shù)可行性分析）………………四、該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)……………………………………………五、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件……………………………………………六、申請(qǐng)的基礎(chǔ)條件（包括主要研究成果）………………………七、進(jìn)度安排和實(shí)施方案（包括運(yùn)行機(jī)制）………………………八、預(yù)期成果和考核目標(biāo)……………………………………………九、推廣及應(yīng)用前景…………………………………………………十、經(jīng)費(fèi)概算及來(lái)源…………………………………………………十一、結(jié)論……………………………………………………………附件虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸技術(shù)實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)需求…………………… 一、 項(xiàng)目提出的目的及意義互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能被喻為改變?nèi)祟愓J(rèn)知世界的三大信息技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)從少被社會(huì)廣泛認(rèn)知，到今天對(duì)社會(huì)生活的全面顛覆與滲透不過(guò)二十余年。如今互聯(lián)網(wǎng)+已為國(guó)家戰(zhàn)略。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)在我們生活中掀起一個(gè)又一個(gè)駭浪時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)正悄然從幕后走向前臺(tái)。今天虛擬現(xiàn)實(shí)正演繹著當(dāng)年互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類生活，從無(wú)足輕重到全面顛覆的革命性過(guò)程?？萍家蕴摂M現(xiàn)實(shí)給人類生活再創(chuàng)造出一次驚喜己為期不遠(yuǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育：“虛擬現(xiàn)實(shí)”（Virtual Reality，英文縮寫VR）技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)硬件+軟件資源+傳感器的一種集成技術(shù)，構(gòu)成實(shí)時(shí)三維圖形生成的技術(shù)、仿真技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)等，生成實(shí)時(shí)的、具有三維信息的人工虛擬環(huán)境，演練者（操作人員）根據(jù)需要通過(guò)多種交互設(shè)備（如頭盔、數(shù)據(jù)手套和剛性外骨架衣服等）來(lái)駕馭該環(huán)境，以及用于操縱環(huán)境中的對(duì)象，如在真實(shí)世界中一樣地與該環(huán)境中的人和事物進(jìn)行行為和思想等的實(shí)時(shí)交流，并產(chǎn)生逼真的身臨其境感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不是相關(guān)技術(shù)的簡(jiǎn)單組合，而是一種創(chuàng)新性的綜合，并且在思想方式上有質(zhì)的飛躍。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教育產(chǎn)生不可估量的作用，主要理由如下： 人們普遍認(rèn)為，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將使21世紀(jì)的教育發(fā)生質(zhì)的變化。虛假現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的教育之所以會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，是因?yàn)樘摂M教育環(huán)境擁有現(xiàn)實(shí)教育培訓(xùn)環(huán)境無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。所謂虛擬教育環(huán)境，是指由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬教育的人工環(huán)境，它可以是某一現(xiàn)實(shí)世界的基礎(chǔ)或設(shè)施的真實(shí)實(shí)現(xiàn)，也可以是虛擬構(gòu)想成的世界。在21世紀(jì)，可能興辦起依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的各種新型的學(xué)校教育，如基礎(chǔ)教育、軍事教育、各類培訓(xùn)教育，許多學(xué)員在虛擬環(huán)境中接受各種教育體驗(yàn)與訓(xùn)練。由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所支撐的教育系統(tǒng)將使得人員可以在虛擬環(huán)境中方便地取得感性知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。 與現(xiàn)實(shí)教育基地或設(shè)施相比，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的虛擬教育環(huán)境大致有如下特征和優(yōu)勢(shì)： 學(xué)生通過(guò)虛擬設(shè)施訓(xùn)練，與在現(xiàn)實(shí)教學(xué)基地里同樣方便。這是因?yàn)樘摂M環(huán)境無(wú)論對(duì)于現(xiàn)實(shí)的環(huán)境或是對(duì)于想象的環(huán)境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使受訓(xùn)者難以分辯真假的程度（例如可視場(chǎng)景應(yīng)隨著視點(diǎn)的變化而變化），甚至比真的還“真”（如實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)實(shí)更逼真的照明和音響效果）。 虛擬教育環(huán)境有可能給任何受訓(xùn)者在任何地點(diǎn)任何時(shí)間里廣泛地提供各種培訓(xùn)的場(chǎng)所。事實(shí)上，虛擬教育環(huán)境的內(nèi)涵是廣泛的，它不同于傳統(tǒng)中的教育環(huán)境，它具備可以進(jìn)行類似于傳統(tǒng)教育項(xiàng)目的環(huán)境，但它的擅長(zhǎng)更是那種使學(xué)員置身于項(xiàng)目對(duì)象之中的逼真環(huán)境。凡是受訓(xùn)者可以通過(guò)有關(guān)器具操作來(lái)學(xué)習(xí)或掌握某種知識(shí)與技能的虛擬環(huán)境，都可以歸之于虛擬教育環(huán)境。 虛擬教育環(huán)境具有超時(shí)空的特點(diǎn)，它能夠?qū)⑦^(guò)去世界、現(xiàn)在世界、未來(lái)世界、微觀世界、宏觀世界、宇觀世界、客觀世界、主觀世界、幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨(dú)呈現(xiàn)或進(jìn)行有機(jī)組合，并可隨時(shí)隨地提供給受教育者。比如，學(xué)生需要身臨超越現(xiàn)實(shí)時(shí)空的環(huán)境（如歷史事件，探索太空），那么虛擬教育環(huán)境就可以提供歷史環(huán)境及虛擬太空。 學(xué)生可通過(guò)使用設(shè)備，用人類的自然技能實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境（無(wú)論它模擬的是真實(shí)環(huán)境還是想象環(huán)境）的物體或事件進(jìn)行操作，就象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境里一樣?？刹僮餍允翘摂M教育環(huán)境實(shí)際運(yùn)用的必備特性，它使學(xué)生得以在其中學(xué)習(xí)中獲得需要實(shí)際知識(shí)與技能課程，也使遠(yuǎn)程教育真正實(shí)現(xiàn)。 教育內(nèi)容與虛擬環(huán)境密切相對(duì)應(yīng)的。例如，學(xué)生要學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，那么虛擬環(huán)境就是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的模擬環(huán)境。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能按每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)和能力，對(duì)應(yīng)性地開展個(gè)別化的教育。 虛擬教育培訓(xùn)的廣泛性 未來(lái)社會(huì)是一個(gè)學(xué)習(xí)化的社會(huì)，為了求得自身知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力體系的完善與發(fā)展，達(dá)到學(xué)會(huì)生存并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的目的，接受終身教育是人們的當(dāng)然選擇。而在終身化教育體系中，自然包括了各種各樣的教育項(xiàng)目。由于用虛擬環(huán)境代替現(xiàn)實(shí)環(huán)境，學(xué)習(xí)和實(shí)練效果更好；而且利用虛擬環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練，也使一些在真實(shí)環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目成為可能，因而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)給未來(lái)教育帶來(lái)根本性的改革。由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的教育方式將發(fā)揮強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，大顯身手地運(yùn)用于各方面的教育項(xiàng)目中去。 虛擬教育的優(yōu)越性 作為教育技術(shù)和工具的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，給教育體系帶來(lái)了與眾不同的、全新的教育特點(diǎn)。它不僅僅對(duì)于教育場(chǎng)所或設(shè)施的設(shè)計(jì)人員和教育業(yè)務(wù)的指導(dǎo)人員提供了實(shí)踐其教育價(jià)值的途徑和方式，而且從受教育者的角度來(lái)說(shuō)，它在解決學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)的困難、提高學(xué)員汲取知識(shí)和掌握技能的效率、從而改善教育的效果等方面，也呈現(xiàn)了相當(dāng)有利的特征。這些特征可大致概括為： 指學(xué)生可以感到自己處于虛擬環(huán)境的體驗(yàn)，產(chǎn)生一種逼真的存在感，學(xué)員覺得自己真的存在于某環(huán)境中，是該環(huán)境的一部分，而不是它的旁觀者。學(xué)生可自由地在這環(huán)境中與有關(guān)的虛擬物體或事件相互作用，如同在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。臨場(chǎng)性的意義，在于使學(xué)生將遠(yuǎn)程、虛擬認(rèn)知或感覺如現(xiàn)場(chǎng)與真實(shí)中。此外，由于這種臨場(chǎng)性一方面是使學(xué)生進(jìn)入虛擬環(huán)境，另一方面是運(yùn)用交互設(shè)備把學(xué)員的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來(lái)，使他暫時(shí)與真實(shí)環(huán)境隔離，因此不會(huì)受到虛擬環(huán)境外的現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾，易于集中學(xué)員的注意力，使他全身心投入到訓(xùn)練中去。 學(xué)生能自主地選擇或組合虛擬場(chǎng)地或設(shè)施。這樣，學(xué)生能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)設(shè)施、學(xué)習(xí)信息資料、以及取得學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)估，并具有完全的自由度。此外，對(duì)于學(xué)習(xí)后沒掌握的知識(shí)與技能過(guò)程或片斷，學(xué)生可以自己多次重復(fù)。這樣，學(xué)生始終處于教育中的主導(dǎo)地位，真正掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，大大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果，減少了學(xué)習(xí)時(shí)間。 學(xué)生在虛擬環(huán)境中接受教育時(shí)具有多種感知能力，如視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)覺、味覺等。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)當(dāng)可以讓學(xué)生具有在現(xiàn)實(shí)世界中的一切感知能力。多感受性使學(xué)員得以運(yùn)用自己所有感知能力，在一個(gè)極其生動(dòng)活潑的環(huán)境里進(jìn)行實(shí)時(shí)的、全方位的學(xué)習(xí)。 在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)幫助下，學(xué)生在虛擬環(huán)境中還可以用一種感知能力代替另一種感知能力來(lái)進(jìn)行操縱環(huán)境、汲取信息或交流。這樣，殘疾人能通過(guò)自己的形體動(dòng)作與他人進(jìn)行交談（如殘疾人戴上數(shù)據(jù)手套后，就能將自己的手勢(shì)翻譯成講話的聲音），或通過(guò)聲音來(lái)操作器械，等等。這種感知功能替代性使殘疾學(xué)生可以接受過(guò)去自己無(wú)法做的項(xiàng)目。 學(xué)生可以采用多種交互手段如語(yǔ)言、手勢(shì)、數(shù)據(jù)手套及觸覺等，與虛擬環(huán)境交流信息，并得到實(shí)時(shí)反饋。這種特性使學(xué)員與物體、學(xué)員與事件、學(xué)員與其他人（如指導(dǎo)人員、別的學(xué)員）之間的雙向?qū)崟r(shí)反饋，在遠(yuǎn)程狀態(tài)下成為可能，并猶如近距離或面對(duì)面交流一樣。 虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)遠(yuǎn)比在現(xiàn)實(shí)環(huán)境里安全。如具危險(xiǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，軍事學(xué)生可以重演戰(zhàn)爭(zhēng)，消防隊(duì)員可以重演撲滅火災(zāi)。每個(gè)人都可以在這種虛擬環(huán)境中試驗(yàn)各種方案，即使闖下“大禍”，也不會(huì)引起任何“惡果”。安全性不僅是對(duì)于學(xué)生而言的，它也包括周圍環(huán)境中的事物，這一點(diǎn)對(duì)于技能性學(xué)習(xí)特別重要和特別有意義。 （一）項(xiàng)目概要： 初級(jí)應(yīng)用：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)非沉浸式體驗(yàn)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)+軟件即可實(shí)現(xiàn) 中級(jí)應(yīng)用：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)+軟件+數(shù)據(jù)頭盔+數(shù)據(jù)手套。：分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它建立在沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式交互仿真（distributed interaction simulation）