多人大空间虚拟仿真实验室建设

整体解决方案

虚拟仿真实验教学一直是国内高等教育关注和研究的热点，早在“十一五”国家科技支撑计划中便有虚拟实验教学环境相关课题研究的重点项目。2013年8月，为贯彻落实《关于全面提高高等教育质量的若干意见》精神，决定开展虚拟仿真实验教学中心建设工作，这一决定标志着我国对虚拟仿真实验室的建设进入了规模化、系统化、标准化、可持续发展阶段。2017年7月，国家办公厅发文，计划2017~2020年期间建成1000个国家虚拟仿真实验教学项目，覆盖28个学科大类，200多个专业方向。

从2013年到2018年，院校越来越认识到通过虚拟仿真实验教学在人才培养过程中的重要性和必要性，原因是传统的实验教学面临3个方面的难题：

一是，“高成本”——在传统的实验教学环境，如果涉及大型设备、特种设备、操作复杂、实物成本高、消耗能源大等情况下，开展多班次大批量的实验教学极为不便；

二是，“高风险”——当涉及高空、有毒、腐蚀、高温、爆炸等特殊作业环境，存在不安全因素等难题，效果较差；

三是，“高运维”——通过传统的文字、图片、视频、讲解的教学方式不利于复杂抽象的理解和观摩，如果进入企业真实现场或还原真实现场，运营管理将是复杂和困难的工作，另外部分涉密单位，为实验教学带来不便。

面临以上种种困难，将虚拟仿真技术引入实验教学便成为较好的解决方案。虚拟仿真作为一种通用技术，目前已应用于许多领域。基于虚拟仿真技术所开发的虚拟仿真系统，因其所固有的直观性、高效性及经济性，从发展之初就首先被应用到了教育培训领域，尤其对真实实验平台无法开展的具有高危险性、大型综合的复杂系统以及模拟真实实验教学成本较高的系统，利用虚拟仿真技术可以有效解决当前实验教学中所面临的困难。

方案总览

Project Alice 是灵智科技公司集大空间、多人同场、实时交互技术的大型虚拟仿真/虚拟现实系统整体解决方案，方案包括了硬件设备、系统软件、开发软件、标准体验内容、实验教学内容定制开发、教师开发级培训及售后支持服务。通过该方案可以帮助院校开发更多丰富的大场景多人同场、空间数据实时追踪的虚拟仿真实验教学应用和内容。

Project Alice通过专业摄像头实时追踪场地中的所有刚体对象，如头显、控制器、道具等，获取到被追踪物体的光学数据后，结合刚体上的惯性传感器元件对数据进行防抖动平滑处理以及光学信息丢失补偿处理，最后生成高质量的实时追踪数据并广播至所有的应用客户端。

Project Alice通过专业动作捕捉设备(动捕服)实时采集人体动作数据，并对动作数据进行相应的转换处理，最后将其通过网络广播至所有的应用客户端。

在客户端应用开发中，采用ProjectAlice解决方案提供的针对不同引擎的开发套件，实时从服务器获取刚体数据、动作数据、按键事件数据并驱动3D应用场景中的相应对象，如头显、相机、控制器、道具、骨骼模型等，同时，从服务器接收控制器按键事件进行相应的交互逻辑处理。

方案预算

备注：本方案预算仅供参考，需根据客户具体需求及客户现场情况进行调整。

方案背景

实验教学是高等教育应用型本科及高等职业教育的基础，在培养学生严谨的科学思维、创新能力，培养学生理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合能力，以适应科技发展与社会进步对人才的需求方面有着不可替代的作用。当前我国高等教育已进入全面提高教育质量的新阶段。进一步更新教育理念、积极创造条件在教学实践中实质性地实施以教师为主导，以学生为主体的实验教学是进一步深化改革的重要内容，也是巩固十多年来的教学成果、提高教学质量、实现实验教学目标的重要保证。 

国家办公厅、高教司、职成司等多次强调并要求：高校要大力加强实验、实践教学的改革，要重视实践环节，提高学生实践能力，推进实验内容和实验模式改革和创新，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。要根据培养学生动手和实践能力需要，不断改善实验和实习教学条件。在《关于加强高等学校实验室工作的若干意见》中更明确指出：“大力推进实验室信息化建设，实现优质资源开放共享。持续投入必要的经费与人员，切实推进实验室信息化建设和信息化管理。建设科学、便捷使用的实验室网络管理系统，提升实验室在设备采购、资产管理、信息统计、开放共享等工作的管理水平。建设实验教学网络平台和实验教学资源共享平台，实现网上辅助教学和网络化、智能化教学管理，满足学生自主选课、自助实验、有效利用实验室资源的自主学习和个性化发展的需求。”

由此武汉灵智妙境科技有限公司结合当前高等教育院校的实际状况和需求，自主研发的Project Alice系统，为广大院校专业老师和学生提供了标准的、开放的，可多人同场、大空间行走、实时互动的虚拟仿真实验室整体解决方案。

目标意义

武汉灵智妙境科技有限公司结合目前高等教育院校的实际状况和需求，自主研发了大空间多人互动实时交互的虚拟仿真实验室整体解决方案（Project Alice）。

该方案将为学校提供大空间场景下，可实现多人互动沉浸式VR虚拟现实方案，多人交互应用研究、程序开发、展示体验、商用推广平台。

该实验室未来可适用于多院系、跨学科的VR教学及信息学院的教学与实训基地。例如：

²  可基于多人大空间虚拟现实解决方案开发相应的护理及紧急救援VR课程，使学生身临其境练习护理技能和协同救援；

²  针对医学院可将大规模骨骼器官标本电子化，通过VR技术将所有标本还原到虚拟中并加以详细发描述作为数字资产，供学生通过VR的形式体验学习，同时通过VR技术可实现解剖等医学实验；

²  基于该实验室硬件方案结合动作捕捉数据手套开发汽车模拟拆装、虚拟维修及核心机械结构的VR装配；

²  针对于信息学院计算机软件相关专业可作为学生教学及实训基地，可通过该实验室进行课程设计，并且专业老师和学生通过培训后可利用该实验室硬件平台为其他院系制作VR课程，优秀作品可直接进行商业化推广。

虚拟仿真实验室将成为院校教学改革、应用研究和普适性教学的新型实践阵地。以人才培养为根本，将传统应用性专业实践培训中存在的“高风险、高成本、高运维”的弊端通过虚拟现实技术转化为“高沉浸感、高交互性、高构想性”的新型实践培训方式，有组织有目的地进行与专业相关的应用性、实践性教学，从而形成实践技能，为院校专业的实践教学和应用研究提供*工具及有效手段。

虚拟仿真实验室将成为院校紧抓新工科发展、各专业转型升级的核心抓手。以专业转型为目标，为响应国家“中国制造2025”战略计划，出台新工科建设政策，加快工程教育改革创新，培养多样化创新型科技人才，支撑产业升级，通过虚拟仿真实验室为院校输入虚拟现实、动作捕捉及人工智能等新专业技术，将新型科学技术成果与传统专业相结合，助力院校各专业转型升级，为新工科专业的形成及发展提供核心驱动力。

虚拟仿真实验室将成为院校“产教结合”、大力发展创新与创业的新型基地。以产学研相结合为教学新思路，通过虚拟仿真实验室构建校企合作交流平台，通过虚拟现实、动作捕捉、人工智能、大数据等企业的引入，实现技术+教育+行业的新型发展模式，为院校形成产学研相结合的创新型教学模式提供基础支撑，助力产教融合，促进教育链、人才链、产业链、创新链有机结合，推进经济转型升级，培育经济发展新动能。