基于VR技術的虛擬仿真實驗中心硬件建設方案

一、方案背景
      傳統的虛擬仿真實驗室都是建立在機房上，通過PC機在操作各種虛擬仿真實驗教學軟件，缺乏沉浸感，特別是對某些如心理學、礦業、醫學、藝術等學科需要臨場感的實驗沒有逼真的體驗感，不能很好的激發起學習者的興趣。另外，同行或領導來中心考察不能很好展現出中心的實力。
      針對上述問題，我們出了基于VR技術的虛擬仿真實驗中心建設方案。通過該方案可以讓使用者完全沉浸在虛擬環境中，通過虛擬三維空間中的交互操作進行實際動手操作交互，并通過大尺寸屏幕顯示環境為輔助教學提供展示平臺，可以整體提升實驗中心的形象及激發學習者的興趣。

二、方案目標

1）沉浸性；為使用者提供更好的臨場感，使學生如同置身另一世界，為學生感官上認知操作環境提供幫助。
2）交互性；為使用者提供形象的交互體驗，通過交互設備模擬現實中的操作，使學生實際操作水平得到有效提升。

3）構想性；為使用者提供更深層次的理性認識，彌補書本或平面資料在三維空間中的認知不足，并激發學生更多的想象力與創造力。

三、建設內容

      本方案利用頭戴式可視設備（HMD）讓操作者完全沉浸在虛擬環境中，通過虛擬三空間中的交互操作進行課程講解，依靠大屏幕顯示系統讓學員觀看操作者實時動作達到學習目的，同時提供操作練習工位，讓學員及時練習鞏固知識。方案主要有沉浸系統、交互系統、運算系統、位置追蹤系統、軟件系統、實驗工位等組成。
沉浸系統：操作者即可通過頭盔顯示系統獲得完全的沉浸感，通過大屏幕顯示系統又可滿足大量旁觀者的觀看需求。沉浸系統主要包含：頭戴式顯示設備、主動立體投影機、投影屏幕、邊緣融合器、音響設備等設備。
交互系統：操作者通過虛擬現實交互設備的操作，在虛擬環境中進行交互，模擬真實操作中與設備的真實互動。
位置追蹤系統：頭盔式位置追蹤系統作為系統的輔助，為顯示系統和交互系統提供實時定位信息，使操作者的觀察位置和手部動作與畫面顯示內容完全同步。通常與操控手柄、數據手套、全身動作捕捉設備結合使用。
軟件系統：軟件系統主要包括開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺及虛擬仿真實驗課程資源，可根據客戶需求靈活定制開發各種課程仿真資源，并很好融合現實到上述相關設備中。
實驗工位：滿足一個班級多個學生同時進行虛擬仿真實驗教學實訓練習。包含設備：高性能計算機，顯示器（立體/非立體），鍵盤鼠標（或其它交互設備）。
四、方案特點
1）靈活定制設計；根據客戶實際需求進行專業設計，通過靈活的軟件硬件搭配來滿足客戶的不同需求。
2）開放性；整套硬件系統基于開放性設計，可適用于目前各類主流虛擬現實開發平臺，可滿足不同虛擬仿真技術開發的軟件顯示與操作交互。
3）可擴展性；可在現有硬件環境添加各類虛擬現實交互設備。

4）整體性；提供虛擬仿真實驗教學中心整體建設方案，包括硬件和軟件建設內容。