多人大空間虛擬仿真實驗室建設

整體解決方案

虛擬仿真實驗教學一直是國內高等教育關注和研究的熱點，早在“十一五"國家科技支撐計劃中便有虛擬實驗教學環境相關課題研究的重點項目。2013年8月，為貫徹落實《關于全面提高高等教育質量的若干意見》精神，決定開展虛擬仿真實驗教學中心建設工作，這一決定標志著我國對虛擬仿真實驗室的建設進入了規模化、系統化、標準化、可持續發展階段。2017年7月，國家辦公廳發文，計劃2017~2020年期間建成1000個國家虛擬仿真實驗教學項目，覆蓋28個學科大類，200多個專業方向。

從2013年到2018年，院校越來越認識到通過虛擬仿真實驗教學在人才培養過程中的重要性和必要性，原因是傳統的實驗教學面臨3個方面的難題：

一是，“高成本"——在傳統的實驗教學環境，如果涉及大型設備、特種設備、操作復雜、實物成本高、消耗能源大等情況下，開展多班次大批量的實驗教學極為不便；

二是，“高風險"——當涉及高空、有毒、腐蝕、高溫、爆炸等特殊作業環境，存在不安全因素等難題，效果較差；

三是，“高運維"——通過傳統的文字、圖片、視頻、講解的教學方式不利于復雜抽象的理解和觀摩，如果進入企業真實現場或還原真實現場，運營管理將是復雜和困難的工作，另外部分涉密單位，為實驗教學帶來不便。

面臨以上種種困難，將虛擬仿真技術引入實驗教學便成為較好的解決方案。虛擬仿真作為一種通用技術，目前已應用于許多領域。基于虛擬仿真技術所開發的虛擬仿真系統，因其所固有的直觀性、高效性及經濟性，從發展之初就首先被應用到了教育培訓領域，尤其對真實實驗平臺無法開展的具有高危險性、大型綜合的復雜系統以及模擬真實實驗教學成本較高的系統，利用虛擬仿真技術可以有效解決當前實驗教學中所面臨的困難。

方案總覽

Project Alice 是靈智科技公司集大空間、多人同場、實時交互技術的大型虛擬仿真/虛擬現實系統整體解決方案，方案包括了硬件設備、系統軟件、開發軟件、標準體驗內容、實驗教學內容定制開發、教師開發級培訓及售后支持服務。通過該方案可以幫助院校開發更多豐富的大場景多人同場、空間數據實時追蹤的虛擬仿真實驗教學應用和內容。

Project Alice通過專業攝像頭實時追蹤場地中的所有剛體對象，如頭顯、控制器、道具等，獲取到被追蹤物體的光學數據后，結合剛體上的慣性傳感器元件對數據進行防抖動平滑處理以及光學信息丟失補償處理，最后生成高質量的實時追蹤數據并廣播至所有的應用客戶端。

Project Alice通過專業動作捕捉設備(動捕服)實時采集人體動作數據，并對動作數據進行相應的轉換處理，最后將其通過網絡廣播至所有的應用客戶端。

在客戶端應用開發中，采用ProjectAlice解決方案提供的針對不同引擎的開發套件，實時從服務器獲取剛體數據、動作數據、按鍵事件數據并驅動3D應用場景中的相應對象，如頭顯、相機、控制器、道具、骨骼模型等，同時，從服務器接收控制器按鍵事件進行相應的交互邏輯處理。

方案預算

備注：本方案預算僅供參考，需根據客戶具體需求及客戶現場情況進行調整。

方案背景

實驗教學是高等教育應用型本科及高等職業教育的基礎，在培養學生嚴謹的科學思維、創新能力，培養學生理論聯系實際，特別是與科學技術發展相適應的綜合能力，以適應科技發展與社會進步對人才的需求方面有著不可替代的作用。當前我國高等教育已進入全面提高教育質量的新階段。進一步更新教育理念、積極創造條件在教學實踐中實質性地實施以教師為主導，以學生為主體的實驗教學是進一步深化改革的重要內容，也是鞏固十多年來的教學成果、提高教學質量、實現實驗教學目標的重要保證。 

國家辦公廳、高教司、職成司等多次強調并要求：高校要大力加強實驗、實踐教學的改革，要重視實踐環節，提高學生實踐能力，推進實驗內容和實驗模式改革和創新，培養學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。要根據培養學生動手和實踐能力需要，不斷改善實驗和實習教學條件。在《關于加強高等學校實驗室工作的若干意見》中更明確指出：“大力推進實驗室信息化建設，實現優質資源開放共享。持續投入必要的經費與人員，切實推進實驗室信息化建設和信息化管理。建設科學、便捷使用的實驗室網絡管理系統，提升實驗室在設備采購、資產管理、信息統計、開放共享等工作的管理水平。建設實驗教學網絡平臺和實驗教學資源共享平臺，實現網上輔助教學和網絡化、智能化教學管理，滿足學生自主選課、自助實驗、有效利用實驗室資源的自主學習和個性化發展的需求。"

由此武漢靈智妙境科技有限公司結合當前高等教育院校的實際狀況和需求，自主研發的Project Alice系統，為廣大院校專業老師和學生提供了標準的、開放的，可多人同場、大空間行走、實時互動的虛擬仿真實驗室整體解決方案。

目標意義

武漢靈智妙境科技有限公司結合目前高等教育院校的實際狀況和需求，自主研發了大空間多人互動實時交互的虛擬仿真實驗室整體解決方案（Project Alice）。

該方案將為學校提供大空間場景下，可實現多人互動沉浸式VR虛擬現實方案，多人交互應用研究、程序開發、展示體驗、商用推廣平臺。

該實驗室未來可適用于多院系、跨學科的VR教學及信息學院的教學與實訓基地。例如：

2  可基于多人大空間虛擬現實解決方案開發相應的護理及緊急救援VR課程，使學生身臨其境練習護理技能和協同救援；

2  針對醫學院可將大規模骨骼器官標本電子化，通過VR技術將所有標本還原到虛擬中并加以詳細發描述作為數字資產，供學生通過VR的形式體驗學習，同時通過VR技術可實現解剖等醫學實驗；

2  基于該實驗室硬件方案結合動作捕捉數據手套開發汽車模擬拆裝、虛擬維修及核心機械結構的VR裝配；

2  針對于信息學院計算機軟件相關專業可作為學生教學及實訓基地，可通過該實驗室進行課程設計，并且專業老師和學生通過培訓后可利用該實驗室硬件平臺為其他院系制作VR課程，優秀作品可直接進行商業化推廣。

虛擬仿真實驗室將成為院校教學改革、應用研究和普適性教學的新型實踐陣地。以人才培養為根本，將傳統應用性專業實踐培訓中存在的“高風險、高成本、高運維"的弊端通過虛擬現實技術轉化為“高沉浸感、高交互性、高構想性"的新型實踐培訓方式，有組織有目的地進行與專業相關的應用性、實踐性教學，從而形成實踐技能，為院校專業的實踐教學和應用研究提供*工具及有效手段。

虛擬仿真實驗室將成為院校緊抓新工科發展、各專業轉型升級的核心抓手。以專業轉型為目標，為響應國家“中國制造2025"戰略計劃，出臺新工科建設政策，加快工程教育改革創新，培養多樣化創新型科技人才，支撐產業升級，通過虛擬仿真實驗室為院校輸入虛擬現實、動作捕捉及人工智能等新專業技術，將新型科學技術成果與傳統專業相結合，助力院校各專業轉型升級，為新工科專業的形成及發展提供核心驅動力。

虛擬仿真實驗室將成為院校“產教結合"、大力發展創新與創業的新型基地。以產學研相結合為教學新思路，通過虛擬仿真實驗室構建校企合作交流平臺，通過虛擬現實、動作捕捉、人工智能、大數據等企業的引入，實現技術+教育+行業的新型發展模式，為院校形成產學研相結合的創新型教學模式提供基礎支撐，助力產教融合，促進教育鏈、人才鏈、產業鏈、創新鏈有機結合，推進經濟轉型升級，培育經濟發展新動能。