基于VR技术的虚拟仿真实验中心硬件建设方案

一、方案背景
      传统的虚拟仿真实验室都是建立在机房上，通过PC机在操作各种虚拟仿真实验教学软件，缺乏沉浸感，特别是对某些如心理学、矿业、医学、艺术等学科需要临场感的实验没有逼真的体验感，不能很好的激发起学习者的兴趣。另外，同行或领导来中心考察不能很好展现出中心的实力。
      针对上述问题，我们出了基于VR技术的虚拟仿真实验中心建设方案。通过该方案可以让使用者完全沉浸在虚拟环境中，通过虚拟三维空间中的交互操作进行实际动手操作交互，并通过大尺寸屏幕显示环境为辅助教学提供展示平台，可以整体提升实验中心的形象及激发学习者的兴趣。

二、方案目标

1）沉浸性；为使用者提供更好的临场感，使学生如同置身另一世界，为学生感官上认知操作环境提供帮助。
2）交互性；为使用者提供形象的交互体验，通过交互设备模拟现实中的操作，使学生实际操作水平得到有效提升。

3）构想性；为使用者提供更深层次的理性认识，弥补书本或平面资料在三维空间中的认知不足，并激发学生更多的想象力与创造力。

三、建设内容

      本方案利用头戴式可视设备（HMD）让操作者完全沉浸在虚拟环境中，通过虚拟三空间中的交互操作进行课程讲解，依靠大屏幕显示系统让学员观看操作者实时动作达到学习目的，同时提供操作练习工位，让学员及时练习巩固知识。方案主要有沉浸系统、交互系统、运算系统、位置追踪系统、软件系统、实验工位等组成。
沉浸系统：操作者即可通过头盔显示系统获得完全的沉浸感，通过大屏幕显示系统又可满足大量旁观者的观看需求。沉浸系统主要包含：头戴式显示设备、主动立体投影机、投影屏幕、边缘融合器、音响设备等设备。
交互系统：操作者通过虚拟现实交互设备的操作，在虚拟环境中进行交互，模拟真实操作中与设备的真实互动。
位置追踪系统：头盔式位置追踪系统作为系统的辅助，为显示系统和交互系统提供实时定位信息，使操作者的观察位置和手部动作与画面显示内容完全同步。通常与操控手柄、数据手套、全身动作捕捉设备结合使用。
软件系统：软件系统主要包括开放式虚拟仿真实验教学管理平台及虚拟仿真实验课程资源，可根据客户需求灵活定制开发各种课程仿真资源，并很好融合现实到上述相关设备中。
实验工位：满足一个班级多个学生同时进行虚拟仿真实验教学实训练习。包含设备：高性能计算机，显示器（立体/非立体），键盘鼠标（或其它交互设备）。
四、方案特点
1）灵活定制设计；根据客户实际需求进行专业设计，通过灵活的软件硬件搭配来满足客户的不同需求。
2）开放性；整套硬件系统基于开放性设计，可适用于目前各类主流虚拟现实开发平台，可满足不同虚拟仿真技术开发的软件显示与操作交互。
3）可扩展性；可在现有硬件环境添加各类虚拟现实交互设备。

4）整体性；提供虚拟仿真实验教学中心整体建设方案，包括硬件和软件建设内容。