【文章內(nèi)容簡介】 基礎(chǔ)條件的改善，如何提高教學(xué)質(zhì)量，讓這類地區(qū)的學(xué)生與內(nèi)地學(xué)生一樣享有較高質(zhì)量的教育水平，顯然己擺在面前。這是一個重大的教育問題， “教育公平 ”涉及全社會的良知，不僅僅引發(fā)政府的思考、全社會有識之士也在思考并 追求解決方案。虛擬現(xiàn)實在這方面可發(fā)揮出重大作用，為公平教育發(fā)揮出不可替代的作用。因為基于虛擬現(xiàn)實的教育解決方案可以將名師的教育方 10 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，以計算機(jī)為列，以 2020 年配伍的普通計算機(jī)已足夠承載系統(tǒng)運(yùn)行，性能價格以今天市價計 ， 不過 3000 千元左右 /臺。數(shù)據(jù)頭盔，其普及型以今天市價計， 800 元左右 /件 (五年前一個普通的數(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)實爆炸性需求的來到做好準(zhǔn)備。 虛擬現(xiàn)實桌面 —非沉浸式系統(tǒng)推廣階段 包裝宣傳為本階段首要任務(wù)。本階段需要營造亮點(diǎn)，營造新聞熱點(diǎn)。以社會效益為述求，并發(fā)揮到極致?；诖四繕?biāo)，需尋找一個即能切合國家需求，又有社會關(guān)注熱點(diǎn)與道德制高點(diǎn)的入口，進(jìn)而演繹為社會的突出事跡。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)校下線的計算機(jī) +制成的虛擬現(xiàn)實桌面系 統(tǒng)，找一個邊遠(yuǎn) /貪困地區(qū)中學(xué)，調(diào)動當(dāng)?shù)卣c之一道建示范點(diǎn)。以三個月為調(diào)試與試用期，一切正常后，對示范點(diǎn)全面包裝，組織新聞宣傳，營造社會形象，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。這個設(shè)計可容易達(dá)到幾個目標(biāo)：突出學(xué)校的社會形象，不花巨額廣告費(fèi)的產(chǎn)品宣傳，為進(jìn)入國家教育扶貧工程打下基礎(chǔ)。 一旦進(jìn)入國家教 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)實非沉浸式方案的應(yīng)用實施，同時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。 基于良好的社會聲譽(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)動模型的機(jī)制與方法 動態(tài)與時實仿真產(chǎn)業(yè)級技術(shù)運(yùn)用 分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)用 11 基于以上成果，進(jìn)入虛擬現(xiàn)實的高級運(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)社會并獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。 競爭力分析 虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容開發(fā)，或稱虛擬現(xiàn)實的行業(yè)應(yīng)用解決方案，從目前的國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用看，基本以 “桌面虛擬現(xiàn)實 —非沉浸式體驗 ”與 “環(huán)幕 —非沉浸式體驗 ”的解決方案為主，主要用來效果展示；沉浸式虛擬現(xiàn)實于專業(yè)行業(yè)有應(yīng)用，如航空制造業(yè)。但從社會的層面講，其應(yīng)用仍處于初期的起步階段；分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與增強(qiáng)現(xiàn)實大多還停留在專門的研發(fā)機(jī)構(gòu)。 客觀分析如下： 具備比較完善的從事虛擬現(xiàn)實教育與研發(fā)的學(xué)科隊伍與條件： 早在 2020 年為配合重點(diǎn)實驗室的發(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施做了很多事。專業(yè)的成立為虛擬現(xiàn)實工作的開展奠定了人才基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)。 具備開發(fā)優(yōu)勢： 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)隊伍： 虛擬現(xiàn)實教育類的應(yīng)用，市場呈現(xiàn)的均為 “桌面虛擬現(xiàn)實 —非沉浸式體驗 ”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）。這個現(xiàn)象與這些公司或群體的行業(yè)地位有關(guān)，因為這些公司或群體：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，即做教育也做技術(shù)的少之又少。與我們本質(zhì)不同。 具備多年從事教育仿真軟件系統(tǒng)的經(jīng)驗積累： 我們的背景優(yōu)勢使我們在架構(gòu)同類方案時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，開發(fā)集教學(xué)、操作、考點(diǎn)、評價為一體的解決方案，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，簡單易用。 我們對開發(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 12 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)計的內(nèi)在精髓。由此我們深知，這是一個內(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。因為現(xiàn)實需求不是一堆課件可實現(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)均在國內(nèi)同行的前列。 具備 從事虛擬現(xiàn)實大型仿真應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)成果的積累 ： 本實驗室于 2020 年建立后，于 2020 年啟動了以 “桌面虛擬現(xiàn)實 非沉浸式體驗系統(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、大型數(shù)字博物館、公安仿真訓(xùn)練平臺、大型園區(qū) +地理位置信息的產(chǎn)品級技術(shù)成果。遺憾的是， “沉浸式虛擬現(xiàn)實建設(shè)方案 ”至今仍 未落地 。 限制因素 科研需要落地，科技創(chuàng)新、服務(wù)社會、服務(wù)產(chǎn)業(yè)，不局限于學(xué)術(shù)，滿足于論文，尤其對計算機(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)實隨著硬件成本的快速平民化，系統(tǒng)平臺的不斷升級換代，其步入社會應(yīng)用的步伐愈來愈快，加之近年來受到資本的追逐，一個嶄新的時代已為期不遠(yuǎn)。隨著應(yīng)用與市場的逐漸明朗化，必然吸引大批的加入者，拖得越久，競爭就愈激烈，我們也會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，但我們在桌面虛擬現(xiàn)實的研究還是取得了重要進(jìn)展 ，項目水平達(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) +教育模式推向一個新的層次。為滿足總體設(shè)計目標(biāo)、實現(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)四個方面提出總體設(shè)汁方案。 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu) 13 （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；最上層為評價與追蹤。 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，不可反向為之。各部分職責(zé)及業(yè)務(wù)描化如下 : ：提供整個系統(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)計范式 、也是學(xué)習(xí)者行為設(shè)計、 VR 學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的重要依據(jù)。例如對于職業(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；而對于化學(xué)仿真實驗，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)計上須有可自動擴(kuò)展的程序設(shè)計及實現(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： 14 （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)計理念，每個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 15 3D 模型、材質(zhì)、紋理、 shader 程序、骨骼動畫及文檔資料、語音、視頻等非關(guān)系型數(shù)據(jù)，對非關(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 者（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、技能。為了