大學(xué)實(shí)訓(xùn)室虛擬仿真平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)VR實(shí)訓(xùn)室方案（建筑學(xué)科）

大學(xué)實(shí)訓(xùn)室虛擬仿真平臺(tái)VR實(shí)訓(xùn)室

設(shè)計(jì)方案（建筑學(xué)科）

北京XX科技有限公司

2020年X月

目錄

第1章虛擬現(xiàn)實(shí)概述.............................................................5

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介.............................................................5

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成.......................................................5

1.3VR虛擬實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)學(xué)科應(yīng)用...........................................6

1.4建立虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)的必要性...........................................10

1.4.1教學(xué)觀念的變化......................................................10

1.4.2教學(xué)內(nèi)容的變化......................................................11

1.4.3教學(xué)手段的變化......................................................13

1.5虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的建設(shè)思路..................................................14

第2章硬件平臺(tái)................................................................16

2.1系統(tǒng)連接圖...............................................................16

2.2硬件平臺(tái)組成............................................................16

2.3標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)..........................................................17

2.3.1產(chǎn)品介紹............................................................17

2.3.2產(chǎn)品功能............................................................17

2.3.3產(chǎn)品效果圖..........................................................18

2.4三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng)................................................19

2.4.1系統(tǒng)概述.............................................................19

2.4.2特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)..........................................................20

2.5光學(xué)追蹤及動(dòng)捕系統(tǒng)......................................................25

第3章虛擬現(xiàn)實(shí)可視化平臺(tái)......................................................29

3.1產(chǎn)品概述.................................................................29

3.2功能特點(diǎn)................................................................29

第4章技術(shù)支持與服務(wù)..........................................................34

4.1服務(wù)內(nèi)容.................................................................34

4.2服務(wù)方式................................................................34

第5章VR實(shí)訓(xùn)室后期運(yùn)營(yíng)保障..................................................35

5.1服務(wù)保障.................................................................35

5.2VR應(yīng)用保障.............................................................36

5.3校企合作保障............................................................42

5.4公共平臺(tái)保障............................................................43

第6章施工組織設(shè)計(jì)............................................................47

6.1確保工期的技術(shù)組織措施..................................................47

6.1.1施工進(jìn)度計(jì)劃........................................................47

6.1.2工程施工準(zhǔn)備計(jì)劃....................................................49

6.1.3施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備........................................................51

6.1.4聲學(xué)裝飾施工工藝卡的內(nèi)容...........................................51

6.1.5各階段進(jìn)度的保證措施...............................................52

6.2確保安全生產(chǎn)技術(shù)組織措施...............................................54

6.2.1安全防護(hù)施工措施....................................................54

6.3施工總平面布置..........................................................97

6.3.1施工總平面布置見附表四.............................................97

6.3.2臨時(shí)設(shè)施布置........................................................97

6.3.3施工臨時(shí)設(shè)施平面布置計(jì)劃...........................................98

6.3.4施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖.................................................99

6.3.5生產(chǎn)區(qū)布置說明......................................................99

6.3.6運(yùn)輸通道............................................................99

6.3.7中心倉(cāng)庫(kù)布置........................................................99

6.3.8臨時(shí)電路設(shè)置........................................................99

6.3.9臨時(shí)供水設(shè)置.......................................................100

6.3.10臨時(shí)加工區(qū)設(shè)置....................................................100

6.3.11生活、辦公設(shè)施搭建................................................101

6.4確保文明施工的技術(shù)組織措施.............................................102

6.4.1文明環(huán)境施工措施...................................................102

6.4.2施工環(huán)境管理計(jì)劃編制說明..........................................103

6.4.3引用標(biāo)準(zhǔn)...........................................................103

6.4.4文明環(huán)境管理體系要求...............................................103

6.4.5環(huán)境管理計(jì)劃內(nèi)容...................................................104

6.4.6文明環(huán)境管理的目標(biāo)、指標(biāo)管理方案..................................110

6.4.7材料環(huán)保技術(shù)要求...................................................119

6.5施工機(jī)械配備和材料投入、勞動(dòng)力配備計(jì)劃................................125

6.5.1工程投入的主要施工機(jī)械設(shè)備情況....................................125

6.5.2主要施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃...............................................125

6.5.3擬投入的主要施工機(jī)械設(shè)備表........................................125

6.5.4設(shè)備進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃.......................................................125

6.5.5主要設(shè)備材料、構(gòu)件的用量計(jì)劃......................................126

6.5.6機(jī)械設(shè)備...........................................................126

6.5.7機(jī)械設(shè)備管理.......................................................127

6.5.8機(jī)械設(shè)備計(jì)劃安排...................................................127

6.5.9設(shè)備材料投入計(jì)劃及其保證措施......................................128

6.5.10主要材料及構(gòu)件采購(gòu)與工程進(jìn)度、質(zhì)量目標(biāo)保證措施..................129

6.5.11材料節(jié)約措施......................................................130

6.5.12勞動(dòng)力投入計(jì)劃及其保證措施.......................................131

6.6計(jì)劃開、竣工日期和.....................................................134

6.7施工進(jìn)度計(jì)劃表.........................................................134

6.7.1計(jì)劃開、竣工日期...................................................134

6.7.2施工進(jìn)度計(jì)劃表.....................................................134

6.7.3新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備....................................135

6.8對(duì)裝飾裝修材料、半成品及成品的保護(hù)措施................................140

6.8.1成品保護(hù)措施.......................................................140

6.8.2半成品保護(hù)措施.....................................................143

6.9冬、雨季施工方案.......................................................144

6.9.1雨季施工方案.......................................................144

6.9.2冬季施工措施.......................................................148

6.10其他主要技術(shù)..........................................................153

6.10.1資料保障措施......................................................153

6.10.2工地檔管理制度...................................................153

6.10.3文件控制：.......................................................153

6.10.4材料保障措施.....................................................154

6.10.5后勤保障措施及生活管理方案......................................156

6.10.6趕工技術(shù)方案及措施...............................................163

6.10.7各專業(yè)單位協(xié)調(diào)配合的措施........................................166

6.10.8設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào)配合的措施..........................................168

6.11有必要說明的其他內(nèi)容..................................................169

6.11.1與業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及各專業(yè)協(xié)調(diào)措施.........................169

6.11.2施工中與業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)、監(jiān)理的協(xié)調(diào).............................169

6.11.3聲學(xué)專業(yè)與各設(shè)備專業(yè)交叉作業(yè)協(xié)調(diào)措施.............................172

6.11.4與各分包單位的管理及協(xié)調(diào).........................................173

6.11.5對(duì)業(yè)主的保證、承諾................................................175

6.11.6工程質(zhì)的保證與承諾................................................175

6.11.7工程工期的保證與承諾..............................................175

6.11.8安全與文明施工承諾................................................175

6.11.9環(huán)保承諾..........................................................175

6.11.10成本管理承諾.....................................................175

6.11.11用戶服務(wù)承諾.....................................................176

6.11.12竣工驗(yàn)收.........................................................177

6.11.13工程回訪、保修分項(xiàng)目回訪措施....................................180

6.12應(yīng)急預(yù)案..............................................................190

6.12.1應(yīng)急預(yù)案和流程....................................................190

6.12.2應(yīng)對(duì)特殊、緊急情況預(yù)案...........................................193

6.12.3崗位職責(zé)..........................................................198

6.12.4常見的幾種安全應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案.......................................199

6.12.5本工程環(huán)境保護(hù)應(yīng)急預(yù)案...........................................220

6.13避免揚(yáng)塵措施..........................................................234

6.13.1施工現(xiàn)場(chǎng)避免揚(yáng)塵措施.............................................234

6.13.2施工現(xiàn)場(chǎng)防噪聲污染的各項(xiàng)措施.....................................234

第7章培訓(xùn)服務(wù)方案...........................................................236

7.1培訓(xùn)目標(biāo)...............................................................236

7.2培訓(xùn)方式...............................................................237

7.3培訓(xùn)內(nèi)容...............................................................238

7.4培訓(xùn)考核...............................................................241

第8章信息安全體系建設(shè).......................................................242

第9章設(shè)備清單...............................................................266

第1章虛擬現(xiàn)實(shí)概述

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality,VR）,也稱為靈境，是一種可以創(chuàng)建

和體驗(yàn)虛擬世界（VirtualWorld）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以形成一種“人

能沉浸其中、超越其上、進(jìn)出自如、交互作用的多維信息空間”。VR

技術(shù)利用計(jì)算機(jī)生成的交互式三維環(huán)境，不僅使參與者能夠感到景物

或模型十分逼真地存在，而且能對(duì)參與者的運(yùn)動(dòng)和操作做出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確

的響應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)，在軍事、能源、

醫(yī)學(xué)、建筑、工業(yè)、藝術(shù)等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

＞虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)

晶和反映，它具有以下主要特征：（1）依托學(xué)科的高度綜合化；

（2）人的臨場(chǎng)化；（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；（4）數(shù)據(jù)表

示的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c

數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的載體，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有縝密的組成和較高

的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，歸結(jié)來說，可將其分為兩大部分：以數(shù)字軟件為基礎(chǔ)

的虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，及以硬件為基礎(chǔ)的人機(jī)交互系統(tǒng)。

1）虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主體部分，它依托于數(shù)碼

工作站式的計(jì)算機(jī)硬件，主要涵蓋虛擬現(xiàn)實(shí)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)及三維數(shù)字模

型生成軟件等，能夠根據(jù)產(chǎn)品功能或者展示要求產(chǎn)生所需的、具有6

個(gè)自由度的場(chǎng)景和設(shè)計(jì)實(shí)例，通過虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽器可全方位觀看其造

型、材質(zhì)、色彩及結(jié)構(gòu)等。虛擬環(huán)境模型的建立既可以通過三維軟件

進(jìn)行數(shù)字建模，還可以通過逆向工程(RET)進(jìn)行環(huán)境的反求。

2)人機(jī)交互技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的顯著特征，集中體現(xiàn)在視覺、

聽覺、觸覺三大方面。人機(jī)交互系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)不再是單方向強(qiáng)制性地

傳遞給用戶，用戶可以借助外延設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境的雙向信息交流,

并將用戶的口令或者所做修改以實(shí)時(shí)的方式顯示出來。虛擬現(xiàn)實(shí)中的

人機(jī)交互系統(tǒng)依靠數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、音響及多維跟蹤器等設(shè)備，

使處于虛擬環(huán)境之中的使用者產(chǎn)生立體式“沉浸感”，使用戶的動(dòng)作

和操作更加真實(shí)與自然，體現(xiàn)出人機(jī)交互系統(tǒng)的多通道屬性。

1.3VR虛擬實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)學(xué)科應(yīng)用

a)工程結(jié)構(gòu)分析

工程結(jié)構(gòu)在破壞特征和極限承載力是設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的。

當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊，荷載及材料特性復(fù)雜時(shí)，我們可以通過模擬試驗(yàn)來

測(cè)定其受力性能，如建筑物及構(gòu)筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁

受到汽車高速碰撞的檢驗(yàn)試驗(yàn)等只有采用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，分析

才能大量進(jìn)行。如果采用計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)，則可觀察其破壞的全

過程，便于破壞機(jī)理的研究，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)VR的交互性能，實(shí)時(shí)修

改各種數(shù)據(jù)，以便對(duì)各種方案及結(jié)果進(jìn)行比較。這樣就使設(shè)計(jì)思維更

加形象化，概念更易于理解，教學(xué)從而更加容易。

b）巖土工程

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

則可把內(nèi)部過程展現(xiàn)出來，有很大實(shí)用價(jià)值。例如，地下工程開挖經(jīng)

常會(huì)塌方冒項(xiàng)。根據(jù)地質(zhì)勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節(jié)理的走

向密度，通過小型試驗(yàn)，可以確定巖體本身的力學(xué)性能及巖體夾層界

面的力學(xué)特性、強(qiáng)度條件，并存入計(jì)算機(jī)中。分析地下工程的圍巖

結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定等問題時(shí)，可以把節(jié)理斷層劃分為許多離散單元。這

一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區(qū)

域及范圍，這就為支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

C）防災(zāi)工程

長(zhǎng)期以來，人類一直與洪水、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害進(jìn)行著堅(jiān)持

不懈的斗爭(zhēng)。由于自然災(zāi)害的原型重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，因而仿

真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義。

例如洪水泛濫淹沒區(qū)的洪水發(fā)展過程演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)先存儲(chǔ)

了泛濫區(qū)的地形地貌和地物，有數(shù)據(jù)可確定等高線，只要輸入洪水標(biāo)

準(zhǔn)（如百年一遇的洪水）及預(yù)定河堤決口位置，計(jì)算機(jī)就可根據(jù)水量、

流速區(qū)域面積及高程數(shù)據(jù)算出不同時(shí)刻的淹沒地區(qū)，并在顯示器和大

型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢(shì)從低處向高處逐漸淹

沒的過程，這樣對(duì)防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時(shí)指導(dǎo)人員疏散是很有作用

的。又如在火災(zāi)方面，對(duì)森林火災(zāi)的蔓延，建筑物中火災(zāi)的傳播均已

開發(fā)出相應(yīng)的模擬仿真系統(tǒng)，這對(duì)消防工程起到了很好的指導(dǎo)作用。

d）在模擬施工過程中的應(yīng)用

建筑施工是復(fù)雜的大型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、

澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，

其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。

模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的問

題或可能出現(xiàn)的問題，這就需要對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行仿真。例如，大型水

利樞紐混凝土在運(yùn)輸澆筑系統(tǒng)的模擬仿真模型，是由運(yùn)輸子系統(tǒng)和澆

注子系統(tǒng)構(gòu)成的，模型是按進(jìn)程交互的仿真策略建立的，按這種條件

建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系，程序所要模仿的行

為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。

1.4建立虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)的必要性

在高等院校，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響。虛擬現(xiàn)實(shí)技

術(shù)走向應(yīng)用的核心技術(shù)是交互技術(shù)，親身經(jīng)歷、親自感受比空洞抽象

的說教更具有說服力。主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的觀看有質(zhì)的差別。正如

教育界專家所指出的：嶄新的技術(shù)，會(huì)帶來嶄新的教育思維，解決我

們以前無(wú)法解決的問題，將給我們的教育帶來一系列的重大變革，尤

其在科技研究、虛擬仿真校園、虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)、教育娛樂等方

面的應(yīng)用更為廣泛。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。

它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代

之為學(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識(shí)、技能的新型

學(xué)習(xí)方式。

1.4.1教學(xué)觀念的變化

傳統(tǒng)的教學(xué)觀念主要是“傳道、授業(yè)、解惑”，教學(xué)觀念決定了教

學(xué)組織形式和教學(xué)方法。教學(xué)組織形式通常是以班授課為主，授課則

主要采用課堂講授法，教師是教學(xué)的中心，由教師決定教學(xué)內(nèi)容、

結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法及教學(xué)進(jìn)度，這種教學(xué)方法是以教為主，學(xué)生始終處

于被動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中。現(xiàn)代化的教學(xué)方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式

為啟發(fā)引導(dǎo)式，追求教與學(xué)的合作化，以講授引導(dǎo)思維，以教導(dǎo)激發(fā)

感情，并賦予學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)有利于創(chuàng)造這樣的環(huán)

境，以教師為中心的授課形式將會(huì)被改變，以學(xué)生為中心的個(gè)別化教

學(xué)、合作化教學(xué)和環(huán)境中自我探究得以真正實(shí)現(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)正是在現(xiàn)代教育思想指導(dǎo)下，使用新技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法

的嘗試。引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)到教學(xué)，從多媒體虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組織形

式看，虛擬現(xiàn)實(shí)是非線性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的

人機(jī)交互功能，在這個(gè)基礎(chǔ)上教學(xué)內(nèi)容的組織安排將特別強(qiáng)調(diào)由學(xué)生

主動(dòng)參與來構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，變學(xué)生的“被動(dòng)聽講”為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，

由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。在這種情況下，教材的意義也將由

傳統(tǒng)的“教材控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)習(xí)者控制”，教學(xué)內(nèi)容外在形式的生

動(dòng)化與內(nèi)在結(jié)構(gòu)的科學(xué)化將更緊密的結(jié)合起來，這種環(huán)境將極大地促

進(jìn)教學(xué)觀念發(fā)生變化。

1.4.2教學(xué)內(nèi)容的變化

教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)過程中傳遞的教學(xué)信息，是學(xué)生獲取知識(shí)、掌握

技術(shù)、發(fā)展能力的主要源泉。多媒體虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入使教學(xué)內(nèi)容

無(wú)論是外在形式還是內(nèi)在結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了很大的變化。

一是教學(xué)內(nèi)容外在形式的變化。學(xué)生的技術(shù)水平和動(dòng)手能力是在

實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)中培養(yǎng)出來的，在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容主要是

學(xué)科性的理論驗(yàn)證和學(xué)會(huì)使用設(shè)備、儀器，并從中歸納、總結(jié)出規(guī)律。

這些年來，隨著教育技術(shù)的發(fā)展，從原來只是用錄音、錄像來輔助

文字教材進(jìn)行教學(xué)的方式發(fā)展為使用具有人機(jī)交互的多媒體技術(shù)。多

媒體的信息類型有靜態(tài)的、運(yùn)動(dòng)的、超級(jí)鏈接的視覺和聽覺信息，媒

體信息形式通過計(jì)算機(jī)的集成處理，提供了超文本、圖形、圖像、圖

表、音頻、視頻和動(dòng)畫。多媒體信息表現(xiàn)形式多樣，對(duì)于抽象的、概

括的概念、原理，除了用文字和語(yǔ)音協(xié)同描述外，還可以用三維實(shí)景

虛擬現(xiàn)實(shí)過程，對(duì)于不可視的變化、無(wú)法觸摸的物體或有危險(xiǎn)的場(chǎng)所,

甚至自然界或現(xiàn)實(shí)生活中不可能存在的事件，也可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技

術(shù)去展現(xiàn)。多媒體技術(shù)存貯信息量大，教學(xué)內(nèi)容可以用最有效的方式

來表現(xiàn)，而且同一教學(xué)內(nèi)容還可以用多種信息形式來表現(xiàn)，這就有利

于克服單一媒體表現(xiàn)及難以協(xié)同表現(xiàn)的弊端。虛擬現(xiàn)實(shí)所提供的人機(jī)

交互的特點(diǎn)尤其適用于個(gè)性化教育，因人施教、因材施教，培養(yǎng)高素

質(zhì)的綜合型人才。

二是教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用將帶來教學(xué)內(nèi)

容結(jié)構(gòu)的變化。教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)就是學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，知識(shí)結(jié)

構(gòu)是學(xué)科知識(shí)間的邏輯關(guān)系，是學(xué)科內(nèi)含智力因素的信息源。傳統(tǒng)的

教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料都是以線性結(jié)構(gòu)來組織學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的，知識(shí)內(nèi)

容的結(jié)構(gòu)及順序都是以教為主，教學(xué)順序性很強(qiáng)，學(xué)生只能在教師的

講授下獲得正確的概念、原理及邏輯關(guān)系。這種形式的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)

教師的依賴性很大，教材也只是一種教授材料，學(xué)生利用它學(xué)習(xí)的自

由度不大，靈活性不強(qiáng)，難以促使學(xué)生從己建立的知識(shí)結(jié)構(gòu)向新知識(shí)

結(jié)構(gòu)遷移。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，多種媒體的信息通過網(wǎng)絡(luò)化超鏈接,

就可以接近人類認(rèn)知特點(diǎn)的方式去組織和展示教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建知識(shí)結(jié)

構(gòu)，這種網(wǎng)狀的信息組織方式是一種非線性結(jié)構(gòu)，鏈?zhǔn)侵R(shí)之間的層

級(jí)邏輯關(guān)系。虛擬現(xiàn)實(shí)與普通多媒體是多媒體信息處理的高度集成,

把信息的組織形式與信息內(nèi)容呈現(xiàn)的多樣性、復(fù)雜性結(jié)合起來，為學(xué)

生提供了一種動(dòng)態(tài)、開放的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知形式，既包括了學(xué)科的基本內(nèi)

容，又包括了學(xué)科內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，既注重知識(shí)的形成過程，又

注重知識(shí)的結(jié)構(gòu)，憑藉視覺、聽覺、觸覺信息的協(xié)調(diào)作用使教學(xué)內(nèi)容

的統(tǒng)一與靈活性得到了完善的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實(shí)的這種非線性結(jié)構(gòu)利于

學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)散思維，聯(lián)想原有的知識(shí)，獲得新知識(shí)。

1.4.3教學(xué)手段的變化

多媒體虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)過程后，可以促使教學(xué)手段向科

學(xué)化、高效益方向發(fā)展，其變化體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是互動(dòng)啟發(fā)式教學(xué)。虛擬現(xiàn)實(shí)有助于啟發(fā)式教學(xué)的開展，與傳

統(tǒng)的幻燈、投映膠片和課件相比都有很大的進(jìn)步，尤其在演示教學(xué)內(nèi)

容方面能提供直觀的、形象的多重感官刺激的視聽覺材料，以一種直

接的信息傳遞方式，通過親臨其境的、自主控制的人機(jī)交互，由視覺、

聽覺、觸覺獲取“外界”的反應(yīng)，提供生動(dòng)活潑的直觀形象思維材料、

展現(xiàn)學(xué)生不能直接觀察到的事物等，形成知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生則從思維、情

感和行為三個(gè)方面參與教學(xué)活動(dòng)，這也是形成啟發(fā)式教育的基礎(chǔ)。虛

擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)對(duì)教師引導(dǎo)學(xué)生討論交流帶來方便，更有利于訓(xùn)練學(xué)生的

分析總結(jié)能力，產(chǎn)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的新生長(zhǎng)點(diǎn)，構(gòu)建多學(xué)科交叉的知識(shí)網(wǎng)

絡(luò)，有利于學(xué)生知識(shí)的獲取和增長(zhǎng)，培養(yǎng)有創(chuàng)新意識(shí)的綜合型人才。

二是發(fā)現(xiàn)式教學(xué)。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)是以解決問題為中心的教學(xué)形式，

虛擬現(xiàn)實(shí)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中可以讓學(xué)生進(jìn)入問題存在的環(huán)境，有針對(duì)性地

建構(gòu)虛擬情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，它以一種接近人類認(rèn)知特點(diǎn)的網(wǎng)

絡(luò)化結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含不同媒體信息的知識(shí)點(diǎn)，各知識(shí)點(diǎn)之間

的邏輯鏈接關(guān)系構(gòu)成了教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提供了發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)

思維軌跡。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)不但提供良好的人機(jī)交互，還允許學(xué)生出錯(cuò)

時(shí)，自行了解錯(cuò)誤的根由及后果，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，進(jìn)而通過分

析、綜合、比較、歸納、推理等高級(jí)思維技能圍繞假設(shè)進(jìn)行論證，接

近或掌握真理，形成發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)風(fēng)格和策略，培養(yǎng)高層次的思維技

能，這也是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容之一。

三是協(xié)同工作式教學(xué)。以往的教學(xué)手段交流只能限于師生之間，

學(xué)生與學(xué)生之間缺乏協(xié)作，而虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)不受空間位置和相互距離

的限制，可讓遠(yuǎn)距離的師生或位置分散的學(xué)生“共處于”一個(gè)虛擬空

間中，通過共同參與，且必須具備協(xié)同操作能力才能完成某些項(xiàng)目的

設(shè)計(jì)或訓(xùn)練。這種教學(xué)手段與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中師生之間的交流僅局

限于固定時(shí)間、固定空間的結(jié)構(gòu)中有很大的差別，不但師生之間可有

效交流，而且學(xué)生之間能實(shí)現(xiàn)協(xié)作，培養(yǎng)協(xié)同工作的意識(shí)，使學(xué)生具

備適應(yīng)大系統(tǒng)工作的能力。

四是情境式教學(xué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有動(dòng)畫虛擬現(xiàn)實(shí)的能力，能夠

把教學(xué)中的抽象概念原理、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程等形象生動(dòng)地表現(xiàn)出來,

給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生獲得示范性的知識(shí)，把握概念原

理的實(shí)質(zhì)。

1.5虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的建設(shè)思路

第一階段，建立虛擬現(xiàn)實(shí)硬件環(huán)境與多通道立體顯示軟件平臺(tái)，

其中硬件環(huán)境包含主動(dòng)立體投影顯示系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉交互操作系統(tǒng)、

專業(yè)圖形工作站、其它輔助設(shè)備，后續(xù)可根據(jù)需求對(duì)環(huán)境進(jìn)行升級(jí)；

第二階段，利用目前成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)軟件，針對(duì)西安建

筑科技大學(xué)管理學(xué)院的教學(xué)內(nèi)容開發(fā)實(shí)用課件，并與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境連

接，內(nèi)容直接服務(wù)于教學(xué)建設(shè)；

第三階段，科研平臺(tái)建設(shè)，利用前兩階段的環(huán)境，根據(jù)科研需要

實(shí)施科學(xué)研究。

整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室滿足包括教學(xué)、培訓(xùn)、科研三方面的需求。

硬件、系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的投入既考慮當(dāng)前的教學(xué)、培訓(xùn)和科研的需求,

也考慮到可擴(kuò)展性，為后續(xù)的發(fā)展留足夠的空間。后期甚至作為全系

乃至整個(gè)學(xué)院的平臺(tái)，成為服務(wù)于全系，全院，乃至全校的虛擬仿真

教學(xué)培訓(xùn)科研的開放硬件和開發(fā)平臺(tái)。

第2章硬件平臺(tái)

2.1系統(tǒng)連接圖

傳輸線一

DVS3DEditer----VGA?

--1394（火線）一?

局域網(wǎng)——BNC同步線一?

2.2硬件平臺(tái)組成

＞實(shí)驗(yàn)室VR系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由以下幾部分組成：

＞沉浸式立體顯示系統(tǒng)：作為整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)的顯示部分，

顯示系統(tǒng)效果的好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)的影響非常大。系統(tǒng)一般由

微間距顯示屏機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。其核心是根據(jù)使用要求和現(xiàn)場(chǎng)情況

（環(huán)境光情況、場(chǎng)地情況、觀眾等），選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)形式以形成最

佳的視場(chǎng)。由于顯示屏面積較大，圖像均勻性及一致性要求突出。

＞圖形集群處理系統(tǒng)：由于虛擬系統(tǒng)所采用的軟件占用較大空間資

源，因此對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求隨之提高，當(dāng)前虛擬系統(tǒng)中的計(jì)算

機(jī)硬件以高性能圖形工作站為主流，具體配置因所采用的建模和

分析軟件不同而不同。

＞交互系統(tǒng)：虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)中的人機(jī)交互設(shè)備包括數(shù)據(jù)手套、動(dòng)作

捕捉系統(tǒng)、三維鼠標(biāo)等，可以使設(shè)計(jì)者和觀察者實(shí)時(shí)地對(duì)多通道

顯示屏幕上的內(nèi)容進(jìn)行綜合操控，實(shí)現(xiàn)用戶與三維模型的交互瀏

覽和相關(guān)分析。

2.3標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.3.1產(chǎn)品介紹

獨(dú)有的角落式設(shè)計(jì)，讓您真正實(shí)現(xiàn)虛擬“探索”的奧秘。產(chǎn)品由

三面相互具有公共鄰邊的光路系統(tǒng)構(gòu)建而成，采用LED呈現(xiàn)方式，三

通道畫面系統(tǒng)分離控制，非常適用于方案評(píng)估對(duì)比，給您呈現(xiàn)出一個(gè)

綜合視角。

應(yīng)用方向：適用于多角度產(chǎn)品審視，產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造分析等應(yīng)用，

三通道光路系統(tǒng)能夠較充分的表達(dá)多維度空間的包圍沉浸感，在建筑,

高端制造，科研教育，能源，國(guó)防軍工，生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)

用。

2.3.2產(chǎn)品功能

由機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，包括微間距顯示屏固定安裝結(jié)構(gòu)、反射

系統(tǒng)安裝機(jī)械結(jié)構(gòu)、追蹤系統(tǒng)支撐安裝結(jié)構(gòu)，采用全封閉一體化鋁合

金結(jié)構(gòu)，經(jīng)久耐用，具有抗震性，耐腐蝕，可現(xiàn)場(chǎng)快速安裝拆卸，便

于后期實(shí)驗(yàn)室搬遷。

產(chǎn)品采用三通道立體畫面展示，使體驗(yàn)者仿佛置身于真實(shí)世界。

數(shù)字色彩管理、自動(dòng)顯示系統(tǒng)校準(zhǔn)、電動(dòng)光學(xué)融合多項(xiàng)專利技術(shù)的采

用，嚴(yán)格保障的高端可視化應(yīng)用的需求。提供精確幀顯示效果，滿足

高速模擬環(huán)境的苛刻需求。

2.3.3產(chǎn)品效果圖

2.4三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng)

2.4.1系統(tǒng)概述

顯示子系統(tǒng)是一套硬件外設(shè)和配套軟件組成，是一個(gè)大型的可支

持多用戶的沉浸式產(chǎn)品，能為用戶提供大范圍視野的高分辨率及高質(zhì)

量的立體影像。顯示子系統(tǒng)在各種交互設(shè)備的支持下?lián)碛袠O佳的交互

性并能提供給用戶一種前所未有的沉浸感，方便用戶深入到產(chǎn)品內(nèi)部

了解產(chǎn)品特性，讓虛擬環(huán)境完全媲美真實(shí)世界。整體采用特別研發(fā)的

一鍵式電控式機(jī)械結(jié)構(gòu)，無(wú)需費(fèi)力即可完成系統(tǒng)變形，讓包容沉浸瞬

間轉(zhuǎn)變成為震撼的超大畫面，體驗(yàn)?zāi)g(shù)般虛擬現(xiàn)實(shí)的魅力。

經(jīng)過多年技術(shù)研發(fā)和交付項(xiàng)目的積累，目前掌心在顯示子系統(tǒng)部

分，提供基于小間距屏的方案：

顯示子系統(tǒng)由微間距屏（間距2.5mm）、高清視頻處理器、發(fā)送

卡及主控系統(tǒng)等模塊組成，系統(tǒng)依據(jù)微間距屏幕顯示系統(tǒng)各設(shè)備功能

特點(diǎn)及兼容穩(wěn)定性，遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，突

出先進(jìn)性、適用性和經(jīng)濟(jì)性而進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)高分辨率全屏顯示、

信號(hào)畫面任意漫游、縮放顯示、信號(hào)畫面疊加、圖像剪裁/字符疊加

及主動(dòng)立體圖像還原顯示的要求。

2.4.2特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

＞無(wú)拼縫、完美顯示

徹底消除視覺拼縫，盡享超大、完整的顯示畫面；

采用頂級(jí)面板墨色處理技術(shù)，甄選優(yōu)質(zhì)純黑LED發(fā)光管，使屏體達(dá)

到低反光、高對(duì)比、高均勻性，畫面層次分明、281億色彩給人美妙

絕倫的視覺體驗(yàn)；

室內(nèi)顯示尤其是廣電演播廳強(qiáng)光的環(huán)境下，要求背景顯示屏的燈

光反射越小越好，以減輕攝制畫面中惱人的光斑，在這方面，G-MD

屏具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

＞現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)校正，亮度色度均勻一致

DLP、LCD長(zhǎng)時(shí)間使用后，發(fā)光源衰減將導(dǎo)致各顯示單元間亮

度、色度不均勻；

LED屏采用先進(jìn)的逐點(diǎn)校正技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一塊LED小間距屏的

現(xiàn)場(chǎng)校正；

可對(duì)出廠前及多年后的LED屏進(jìn)行校正，確保整屏亮度、色度均勻

一致，低灰處不偏紅，徹底消除亮暗線。

＞NTSC廣播級(jí)色域，色溫智能可調(diào)

采用RGB三基色成像技術(shù)，色域超廣，色彩更豐富，達(dá)到廣播級(jí)標(biāo)

準(zhǔn)；

經(jīng)過單點(diǎn)亮度、色度校正后，可使屏幕的亮度、色度保持高度一

致性，無(wú)需二次補(bǔ)償，色彩高保真；

色溫可調(diào)范圍大，滿足各種顯示應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ι珳氐男枨?，尤其?/p>

演播室及綜藝節(jié)目等場(chǎng)所。

＞換幀速度快，納秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間

采用納秒級(jí)顯示技術(shù)，將微間距屏換幀時(shí)間縮至極短，消除

液晶和投影在處理快速動(dòng)態(tài)畫面時(shí)出現(xiàn)的拖尾、重影疊加現(xiàn)象，確保

觀眾收看到連貫、清晰的圖像，在視頻監(jiān)控及廣電顯示領(lǐng)域具有極大

優(yōu)勢(shì)。

＞超寬視角，任意角度完美顯示

獨(dú)創(chuàng)寬視角技術(shù)，上下左右視域160°~170°,觀看無(wú)死角、

無(wú)偏色，圖像始終完美無(wú)縫，顯示覆蓋面積更大。

＞智能化亮度調(diào)節(jié)，自動(dòng)適配環(huán)境

微間距屏獨(dú)有的智能亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，亮度可調(diào)范圍達(dá)

100-800cd/m2,可根據(jù)周圍明暗變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，確保在室內(nèi)各

種亮度環(huán)境下，畫面仍然保持舒適柔和，長(zhǎng)時(shí)間觀看不疲勞。獨(dú)有的

智能亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，亮度可調(diào)范圍大。

微間距屏滿足7X24小時(shí)觀看不刺眼

＞極速刷新，明顯提升視覺舒適度

數(shù)字自主研發(fā)高端播控系統(tǒng)，支持超高刷新率輸出，驅(qū)動(dòng)解碼急

速響應(yīng)，擺脫圖像殘影，使畫面播放細(xì)膩流暢，觀看更舒適；

攝取畫面穩(wěn)定無(wú)波紋不閃爍，應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)顯示畫面，圖像邊緣清晰，

有良好的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)力，將圖像信息準(zhǔn)確真實(shí)地還原。

微間距屏（高刷新）傳統(tǒng)屏（低刷新）

＞單元高精度控制技術(shù)

獨(dú)創(chuàng)V-Smooth技術(shù)：行業(yè)第一家自有模具加工設(shè)備和生產(chǎn)車間的

公司，確保每個(gè)顯示單元箱均采用高標(biāo)準(zhǔn)模具級(jí)加工處理，從而使拼

接誤差近乎為零，實(shí)現(xiàn)屏體平整無(wú)凹凸，消除畫面亮暗線。

＞運(yùn)行“零”噪音

1.先進(jìn)的V-Structure設(shè)計(jì)理念：主體結(jié)構(gòu)采用高性能導(dǎo)熱鋁材,

內(nèi)部電路優(yōu)化布局，箱體內(nèi)部采用大面積散熱設(shè)計(jì)，可快速帶走箱體

內(nèi)部熱量，使整屏溫升低，運(yùn)行更穩(wěn)定。

整無(wú)

三

大

治

三