【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 育解決方案可以將名師的教育方法，先進(jìn)的教學(xué)理念，科學(xué)的認(rèn)知體系以及嚴(yán)格的技能訓(xùn)練導(dǎo)入系統(tǒng)，且傳播無地域限制，成本低廉。成本低廉，以計(jì)算機(jī)為列，以2013年配伍的普通計(jì)算機(jī)已足夠承載系統(tǒng)運(yùn)行，性能價(jià)格以今天市價(jià)計(jì)，不過3000千元左右/臺(tái)。數(shù)據(jù)頭盔，其普及型以今天市價(jià)計(jì)，800元左右/件(五年前一個(gè)普通的數(shù)據(jù)頭盔不低于10萬元/件)，據(jù)賽德數(shù)據(jù)，在未來23年可降至數(shù)十元左右/件。按這種推算，低成本的虛擬現(xiàn)實(shí)裝備進(jìn)入邊遠(yuǎn)中學(xué)為期不遠(yuǎn)。我們所做的就是為此做好準(zhǔn)備，做好內(nèi)容開發(fā)，為迎接虛擬現(xiàn)實(shí)爆炸性需求的來到做好準(zhǔn)備。虛擬現(xiàn)實(shí)桌面—非沉浸式系統(tǒng)推廣階段包裝宣傳為本階段首要任務(wù)。本階段需要營(yíng)造亮點(diǎn)，營(yíng)造新聞熱點(diǎn)。以社會(huì)效益為述求，并發(fā)揮到極致?；诖四繕?biāo)，需尋找一個(gè)即能切合國(guó)家需求，又有社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)與道德制高點(diǎn)的入口，進(jìn)而演繹為社會(huì)的突出事跡。經(jīng)調(diào)研認(rèn)為， “教育扶貧”無疑是最佳方式。為此，本階段主打教育扶貧牌，即能滿足需求，又可為進(jìn)入國(guó)家教育扶貧工程做準(zhǔn)備。具體做法是，選一批學(xué)校下線的計(jì)算機(jī)+制成的虛擬現(xiàn)實(shí)桌面系統(tǒng)，找一個(gè)邊遠(yuǎn)/貪困地區(qū)中學(xué)，調(diào)動(dòng)當(dāng)?shù)卣c之一道建示范點(diǎn)。以三個(gè)月為調(diào)試與試用期，一切正常后，對(duì)示范點(diǎn)全面包裝，組織新聞宣傳，營(yíng)造社會(huì)形象，大力將宣傳效果發(fā)揮到極致。利用其稀有性：最前沿的高科技教學(xué)手段與最邊遠(yuǎn)/貧困地區(qū)教育現(xiàn)狀所存在的極大反差，及一個(gè)基于這種反差，又預(yù)想不到的融合(這本身就是一件反常規(guī)的事列)，加入教育公平、社會(huì)正義、良知、責(zé)任與道德的因素造出新聞熱點(diǎn)，將宣傳做足。這個(gè)設(shè)計(jì)可容易達(dá)到幾個(gè)目標(biāo)：突出學(xué)校的社會(huì)形象，不花巨額廣告費(fèi)的產(chǎn)品宣傳，為進(jìn)入國(guó)家教育扶貧工程打下基礎(chǔ)。 一旦進(jìn)入國(guó)家教育扶貧工程系列，在政府基金的支持下，可全面推進(jìn)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)非沉浸式方案的應(yīng)用實(shí)施，同時(shí)加速沉浸式解決方案的深度開發(fā)，做好在較發(fā)達(dá)地區(qū)的試用推廣。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的由農(nóng)村向城市，從邊遠(yuǎn)到內(nèi)地的戰(zhàn)略調(diào)整?；诹己玫纳鐣?huì)聲譽(yù)與產(chǎn)品的獨(dú)特性吸引資本注入，融資額度不少于1000萬，構(gòu)建不限于教育類虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的開發(fā)。解決的主要難點(diǎn)技術(shù)與運(yùn)用領(lǐng)域如下：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的機(jī)制與方法動(dòng)態(tài)與時(shí)實(shí)仿真產(chǎn)業(yè)級(jí)技術(shù)運(yùn)用分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)用基于以上成果，進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)的高級(jí)運(yùn)用期，形成教育、數(shù)字娛樂、軍事、公共安全、醫(yī)療、制造業(yè)等領(lǐng)域的優(yōu)秀解決方案，進(jìn)而全面服務(wù)社會(huì)并獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容開發(fā)，或稱虛擬現(xiàn)實(shí)的行業(yè)應(yīng)用解決方案，從目前的國(guó)內(nèi)開發(fā)應(yīng)用看，基本以“桌面虛擬現(xiàn)實(shí)—非沉浸式體驗(yàn)”與“環(huán)幕—非沉浸式體驗(yàn)”的解決方案為主，主要用來效果展示；沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)于專業(yè)行業(yè)有應(yīng)用，如航空制造業(yè)。但從社會(huì)的層面講，其應(yīng)用仍處于初期的起步階段；分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)大多還停留在專門的研發(fā)機(jī)構(gòu)。 客觀分析如下：：早在2007年為配合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，支撐新的學(xué)科與研究方向我們以產(chǎn)學(xué)研的理念建議學(xué)校開建數(shù)字媒體專業(yè)，在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，我們花費(fèi)了大量精力從論證到實(shí)施做了很多事。專業(yè)的成立為虛擬現(xiàn)實(shí)工作的開展奠定了人才基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)。：技術(shù)與教育背景的深度融合，有一支即懂技術(shù)又知教育的開發(fā)隊(duì)伍：虛擬現(xiàn)實(shí)教育類的應(yīng)用，市場(chǎng)呈現(xiàn)的均為“桌面虛擬現(xiàn)實(shí)—非沉浸式體驗(yàn)”方式開發(fā)的教育類產(chǎn)品，且基本以課件為主，幾乎沒有基于教材的完整解決方案（僅僅“課件”，有極大的應(yīng)用局限，正如一個(gè)汽車制造廠，不能提供整車，只能提供零件，其適用性可想而知）。這個(gè)現(xiàn)象與這些公司或群體的行業(yè)地位有關(guān)，因?yàn)檫@些公司或群體：或者懂技術(shù)，卻身在教育之外，不懂教育，沒有體系，無論從理念還是方法沒有教學(xué)的支撐，注定了只能以課件的方式存在。如軟件公司；或者做教育又缺失技術(shù)，只好借用他人開放工具軟件，局限于做課件。如教師群體。兩者合二為—的團(tuán)隊(duì)，即做教育也做技術(shù)的少之又少。與我們本質(zhì)不同。：我們的背景優(yōu)勢(shì)使我們?cè)诩軜?gòu)同類方案時(shí)可以跳過課件的束縛，以基于教材的理念，融入教育心理學(xué)、名師的教育方法與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)集教學(xué)、操作、考點(diǎn)、評(píng)價(jià)為一體的解決方案，并將開發(fā)的系統(tǒng)走入學(xué)校中期試用、座談，再改進(jìn)，使之完全符合教學(xué)過程，力求完整、規(guī)范，簡(jiǎn)單易用。我們對(duì)開發(fā)教育類產(chǎn)品慎之又慎，如中學(xué)化學(xué)方案，先以平面交互為框架，用于弄清教學(xué)仿真內(nèi)涵。目前已做成完整的方案面向初、高中化學(xué)教學(xué)的二維仿真交互軟件平臺(tái)一套，學(xué)校試用己達(dá)三年，各方反應(yīng)效果良好。通過這一案件，我們基本弄清了教育仿真軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的內(nèi)在精髓。由此我們深知，這是一個(gè)內(nèi)涵遠(yuǎn)勝于技術(shù)的開發(fā)，非多資源的教育資源組合背景，不可能開發(fā)出適合用戶需求的產(chǎn)品。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)需求不是一堆課件可實(shí)現(xiàn)。通過多年的探索，我們這類產(chǎn)品的開發(fā)，其理念、方法及技術(shù)均在國(guó)內(nèi)同行的前列。：本實(shí)驗(yàn)室于2009年建立后，于2010年啟動(dòng)了以 “桌面虛擬現(xiàn)實(shí)非沉浸式體驗(yàn)系統(tǒng)”為主的起步型建設(shè)，取得了如大型化學(xué)仿真教學(xué)平臺(tái)、大型數(shù)字博物館、公安仿真訓(xùn)練平臺(tái)、大型園區(qū)+地理位置信息的產(chǎn)品級(jí)技術(shù)成果。遺憾的是， “沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)建設(shè)方案”至今仍未落地。科研需要落地，科技創(chuàng)新、服務(wù)社會(huì)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)，不局限于學(xué)術(shù)，滿足于論文，尤其對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)這類應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，需要真刀真搶，而非脫離應(yīng)用的些紙上談兵。 遇稍縱即逝：虛擬現(xiàn)實(shí)隨著硬件成本的快速平民化，系統(tǒng)平臺(tái)的不斷升級(jí)換代，其步入社會(huì)應(yīng)用的步伐愈來愈快，加之近年來受到資本的追逐，一個(gè)嶄新的時(shí)代已為期不遠(yuǎn)。隨著應(yīng)用與市場(chǎng)的逐漸明朗化，必然吸引大批的加入者，拖得越久，競(jìng)爭(zhēng)就愈激烈，我們也會(huì)再一次喪失歷史曾給予過我們發(fā)展的重要良機(jī)。唯有建設(shè)才有發(fā)展。即使困難不少，但我們?cè)谧烂嫣摂M現(xiàn)實(shí)的研究還是取得了重要進(jìn)展，項(xiàng)目水平達(dá)到了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用水平，為今天所提方案的實(shí)施打下了重要基礎(chǔ)。三、 主要攻關(guān)內(nèi)容及技術(shù)路線（一）體系構(gòu)架VR教育解決方案通過優(yōu)質(zhì)VR內(nèi)容和最新VR硬件配套，將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式、網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)方式乃至互聯(lián)網(wǎng)+教育模式推向一個(gè)新的層次。為滿足總體設(shè)計(jì)目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要，將從業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)以及技術(shù)架構(gòu)四個(gè)方面提出總體設(shè)汁方案。 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)（圖311系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)）根據(jù)職責(zé)及業(yè)務(wù)規(guī)劃不同將系統(tǒng)從業(yè)務(wù)上劃分為五部分：最底層為課程資源分類；中間為VR內(nèi)容建設(shè)、學(xué)習(xí)者（學(xué)生）行為及VR學(xué)習(xí)環(huán)境；最上層為評(píng)價(jià)與追蹤。VR學(xué)習(xí)環(huán)境部分全部依賴其余四部分，剰余四部分按圖31中層次關(guān)系從頂向下產(chǎn)生依賴關(guān)系，不可反向?yàn)橹?。各部分職?zé)及業(yè)務(wù)描化如下:：提供整個(gè)系統(tǒng)的資源分類信息，首先需要構(gòu)架一顆完整全面的學(xué)科分類樹，可以和現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程資源（川師4A網(wǎng)課）對(duì)接。資源分類業(yè)務(wù)為VR內(nèi)容建設(shè)及學(xué)習(xí)者行為提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)范式、也是學(xué)習(xí)者行為設(shè)計(jì)、VR學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的重要依據(jù)。例如對(duì)于職業(yè)教育中的操作技能訓(xùn)練，則需要構(gòu)建高保真的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，并采用數(shù)據(jù)手套交互模式塑造學(xué)習(xí)者行為，從而達(dá)到良好的訓(xùn)練效果；而對(duì)于化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，只需采用非沉浸式的桌面環(huán)境外加參數(shù)變量，學(xué)生通過相關(guān)配置和調(diào)整達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。在分類業(yè)務(wù)的功能設(shè)計(jì)上須有可自動(dòng)擴(kuò)展的程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)；重點(diǎn)功能需滿足節(jié)點(diǎn)管理、節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字管理功能需要。系統(tǒng)需支持簡(jiǎn)單的權(quán)限控制、用戶管理功能便于安排操作人員分節(jié)點(diǎn)維護(hù)。資源分類如圖312所示：（圖312）：此部分為VR學(xué)習(xí)環(huán)境提供所需推薦電子資源的預(yù)處理功能。在當(dāng)前VR硬件發(fā)展迅猛而配套教育資源不足的情況下，該系統(tǒng)采用UGC（User Generated Content指用戶原創(chuàng)內(nèi)容）設(shè)計(jì)理念，每個(gè)教育工作者都可以參與建設(shè)并完善VR課程資源庫。內(nèi)容建設(shè)以抽象化的 3D 場(chǎng)景表示為核心，采用面向協(xié)同的可視操縱架構(gòu)，集成了模型、場(chǎng)景、人員、配置的管理和協(xié)作模塊，形成了完整并具有通用性的解決方案。需要支持3D模型、材質(zhì)、紋理、shader程序、骨骼動(dòng)畫及文檔資料、語音、視頻等非關(guān)系型數(shù)據(jù)，對(duì)非關(guān)系型數(shù)據(jù)需要做摘要處理轉(zhuǎn)化為類關(guān)系型數(shù)據(jù)，尤其對(duì)語音及視頻需要從中摘出關(guān)鍵信息形成連接關(guān)系并依據(jù)分類樹進(jìn)行學(xué)科、課程分類，按統(tǒng)一規(guī)劃打造VR教學(xué)內(nèi)容生態(tài)圈。（學(xué)生）行為:該業(yè)務(wù)部分采用先進(jìn)的人機(jī)交互手段達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生通過與信息環(huán)境的自主交互行為獲取知識(shí)、技能。為了匹配不同的交互硬件，系統(tǒng)根據(jù)不同的課程類型與教學(xué)目標(biāo)對(duì)學(xué)生的交互行為進(jìn)行分類和封裝，形成抽象交互層及其接口。:此部分為系統(tǒng)的核必功能體現(xiàn)，結(jié)合調(diào)用其他四部分?jǐn)?shù)據(jù)營(yíng)造最終自主學(xué)習(xí)環(huán)境。該業(yè)務(wù)部分包含一個(gè)高性能的圖形引