国家虚拟仿真实验教学中心建设申报与虚拟现实技术应用0712(陈清奎)69

国家级虚拟仿真实验教学中心建设申报与虚拟现实技术应用国家级建筑工程及装备虚拟仿真实验教学中心主任山东建筑大学陈清奎教授2014.7.12山东建筑大学虚拟仿真实验教学中心申报工作情况山东建筑大学申报视频虚拟现实技术应用国家级虚拟仿真实验教学中心申报通知文件解读目录建筑大学申报工作情况校内筛选---校长办公会批准---整合全校资源---组建团队（近30人）---分管校长领导---解读申报通知文件及遴选要求---分工明确---白+黑，5+2---反复修改---专家论证---省评第一---参考专家意见完善---上报国评山东建筑大学申报视频申报通知文件解读—指导思想一、指导思想虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。虚拟仿真实验教学中心建设工作坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，以全面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，分年度建设一批具有示范、引领作用的虚拟仿真实验教学中心，持续推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学改革与创新。二、建设内容虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。（虚拟仿真实验教学中心是什么：信息特征，高度真实，互动参与，符合本科教学大纲）（演示手机、古建筑、高架桥）虚拟仿真实验教学中心建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。（概括后具体：）在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。（虚拟仿真实验教学中心干什么：找到符合该要求的实验项目。）（演示塔机）虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。（虚拟仿真实验教学中心不能干什么：普通实验可以完成的，就不要搬到计算机上来，不要违反此原则！）申报通知文件解读—建设内容古建筑建造过程虚拟仿真实验教学系统高架桥虚拟仿真实验教学系统塔机模拟培训系统塔机模拟培训系统塔机模拟培训系统虚拟仿真实验教学中心建设内容为：1、虚拟仿真实验教学资源。发挥学校学科专业优势，（要结合本校的特色确定）积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合学校信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源，（此处三个共享，是虚拟仿真中心的显著特点，是基于信息化技术平台的优势）提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。申报通知文件解读—建设内容机械化施工虚拟仿真实验教学平台（学科交叉）建筑装备虚拟仿真实验教学平台（专业进阶）山东建筑大学建筑工程及装备虚拟仿真实验教学中心建筑工程虚拟仿真实验教学平台（过程覆盖）绿色建筑虚拟仿真实验教学平台（行业前瞻）规划设计楼盘虚拟展示城市基础设施空间规划结构抗震结构工程钻孔灌注桩成孔方法比选建筑设施热交换原理与设备建筑给水排水建筑供配电装饰装修建筑幕墙施工家庭装修景观环境建筑景观虚拟设计城市景观虚拟设计道路桥梁城市高架桥梁施工过程高速公路施工技术施工方案施工设备布局规划机械化施工可行性组织调度高层住宅施工组织过程监控塔机操纵信息管理工程进度管理古建筑建造过程机电单元机床传动系统数控机床机电控制数控机床机械结构通用设备数控机床桥式起重机工程车辆底盘建筑机械塔式起重机桩工机械挖掘机操作培训塔机安装拆卸机电设备安装调试及检修起重机可靠性故障诊断数控机床故障诊断与排除起重机极限状态模拟绿色设计高效智能遮阳技术装配式建筑虚拟设计绿色建造防灾减灾结构太阳能建筑一体化技术应用建筑消防应急设计低碳运行地源热泵技术应用地域性居住环境回收再用建筑物高效拆除建筑垃圾燃烧发电铁路站场改造施工过程预制桩施工过程钻孔灌注桩施工过程既有建筑节能改造装载机压路机建筑工程项目管理钻孔灌注桩及施工环境配置工程施工土方工程挖掘机虚拟操作城市高架桥梁施工过程工序模拟建筑门窗幕墙施工施工机械信息管理公路路基施工路面施工作业立体车库虚拟仿真实验教学模块已有系统在建系统高效围护结构生活污水处理资源再生利用装备教学资源共享模式建筑大学虚拟仿真实验中心网站建筑大学虚拟仿真实验中心网站建筑大学虚拟仿真实验中心网站2、虚拟仿真实验教学的管理和共享平台。建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索校企共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。（此处强调引入企业，借助企业的开发实力和支持服务能力，利用企业的优势及积极性，发挥校企的各自优势，企业的人才、市场理念运作、技术、资金、团队等优势，剥离部分任务如资源开发更新维护、支持服务、评价指导等，合理的剥离出来一部分给企业去完成。生存：免费的昙花一现，收费的会长期生存下去，仅靠学校的现有管理体制---难）申报通知文件解读—建设内容虚拟现实技术应用虚拟现实技术定义：虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。虚拟现实(VirtualReality，简称VR)技术是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术，它在计算机中生成一种具有三维世界效果的模拟环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（VirtualWorld）的计算机系统。它通过人的视觉、听觉、触觉等作用，使人产生一种身临其境的视景仿真。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象与之进行交互，使人们得到与现实世界同样的感受。虚拟现实的景物可以是真实物体，如房屋、道路、机械设备、旅游景点；可以是设计模型，如还没有施工的房屋、正在设计中的工厂或产品的工程模型；可以是现实中看不到的抽象模型，如化学分子结构、飞机机翼的超音速气流模型；甚至可以是利率、股票等金融信息的三维模型表示。无论怎样，它们都利用了现实世界中存在的数据，将计算机产生的电子信号，通过多种输出设备转换成能够被人类感觉器官所感知的各种物理现象，如光波、声波、力等，使人感受到虚拟境界的存在。这种现实是计算机生成的，又是现实世界的反映，是真实现实的一种表现形式，因此，称之为虚拟现实。虚拟现实技术定义3D物体表示环幕情景模拟导游实训系统--山东旅游职业学院三通道立体投影环幕系统立体投影系统--新汶矿务局国家煤炭安全生产教育警示基地三通道环幕投影系统塔机模拟培训系统济南大明湖泉水园林文化展览馆数字楼盘案例—济南阳光100数字楼盘案例—济南阳光100虚拟现实技术特点1、Immersion沉浸感:要求虚拟现实系统能使用户真切的感受到虚拟环境的存在，真正实现人与虚拟环境的“融合”，最理想的情况是虚拟环境达到了让用户真假难辨的程度；2、Interaction交互性:指虚拟现实系统能够提供方便的、丰富的、自然的人机交互手段，使用户能对虚拟场景中的对象进行自然和谐的交互操作，并能从虚拟环境中得到反馈的信息。它是人机和谐的关键因素；3、Imagination构想性:指针对某一特定的领域，不仅要解决用户应用的需要，而且需要有丰富的想象力，使人沉浸在虚拟环境中并且能获取新的知识，提高感性和理性的认识，从而达到深化概念、萌发新意的目的。这三者都与人密切相关。虚拟现实技术是计算机图形学和人-机交互技术的发展产物，以三维可视化的直观展示形式实现人与对象的交互。手机虚拟展示虚拟现实系统组成1、显示系统图像显示终端：显示器、投影系统、LED屏等（1）显示器分为：液晶显示器、等离子显示器、液晶拼接屏、DLP拼接屏、头盔显示器、裸眼立体（3D）显示器、偏振立体（3D)显示器等。（2）投影系统分为：普通投影、多通道环幕投影、立体（3D）投影系统、地面投影系统、雾屏投影、纱幕投影、全息投影、幻影成像等。（3）LED屏分为：室内、室外；单色、全彩等。2、交互控制系统采用触摸、红外、光电、压力传感、雷达发射等感应形式，由单片机、PLC、计算机编程软件，控制图像播放系统，显示对应影像画面，实现人与显示对象的互动控制。3、展示文件利用3DMAX、MAYA、FLASH、图片、文字、声音、视频、编程软件，结合虚拟现实软件，制作影像文件。该文件格式要满足显示系统和交互控制系统的格式要求，才能播放。虚拟现实系统组成虚拟现实关键技术1、三维真实感图象的实时生成高度真实感的三维物体图象，是让人们感受现实的前提。因此，计算机系统必须具备强大的运算功能，才能在进行三维图形消隐、浓淡、阴影、纩理处理的同时，保证显示图象的“更新率”能满足目标的要求，否则就会出现严重的“滞后”问题。所谓“滞后”即动作开始与反映这一动作的画面在显示器上出现之间的时间间隔。计算机的CPU、内存、显存、硬盘空间等，要高配。另外，专业制作人员的技术水平也决定了展示文件的效果。2、大视野立体显示技术仅仅有一系列三维画面是不够的，虚拟现实试图给人们身临其境的感觉，要求这些画面围绕着参与者，这样的效果是通过配戴头盔或立体环幕投影系统实现的。通常桌面显示器给人的画面视角仅为30度，而一个好的虚拟现实系统的画面将包容参与者的整个视野。沉浸在环境中，就要使画面在你的周围，与你有距离感，这就要采用立体成像技术，常用的是被动立体偏振技术实现。虚拟现实关键技术虚拟现实关键技术3、交互控制技术由专业技术人员，将触摸、红外、光电、压力传感、雷达发射等感应技术，借助单片机、PLC、计算机编程软件，实现人与显示对象的互动控制，即：控制图像播放系统，显示对应影像画面。现在展馆中常用的互动形式包括：空中翻书、地面互动、互动漫游、时空走廊、投币自动拍照等。虚拟现实关键技术软件Cult3DEONVRPVirtools操作界面GUI界面GUI界面GUI界面GUI界面模型建立3DMax、Maya3DMax、Maya、Lightwave、3DXML3DMax、Maya3DMax、Maya、Lightwave、3DXML贴图支持PNG、JPGBMP、PNG、JPGDDS、BMP、PNG、JPG、PCX交互设计移动、旋转、缩放行为节点、自行开发模块行为模块500个行为模块、VSL、自行开发模块网页发布支持支持支持支持设备兼容性不兼容HMD、数据手套、位置跟踪器、六自由度鼠标3D六轴摇杆、数据手套、立体显示设备HMD、立体多通道投影、多频道Cave式虚拟实景、数据手套软件兼容性PowerPoint、AcrobatOffice、Html、VisualBasicOfficeMicrosoftXboxPSP二次开发JAVAVC++、JavaScript、VBVC++VSL、VC++音效支持不支持支持支持开发平台Cult3DDesignerEonStudioVRPVirtoolsDev播放器Cult3DViewerEonViewerVRPViewer3DOfficePlayer3DLifePlayerVRPublisher4、虚拟现实平台虚拟现实关键技术5、互联网在线3D展示技术（Web3D）----将会带来互联网网站革命的技术现有网站称为2D网站，即将普及3D网站，将展示对象以三维可视化的形式展示。2010年上海世博会网上世博会（www.expo.cn），是有史以来最大、最成功的一次尝试。网上世博会山东馆点击率排名第三，制作了“山东省名优特网上展厅”。网上信博会(www.itexpo.gov.cn),是世博会后我们完成的更完善的Web3D网站。普及瓶颈：网速、计算机硬件、Web3D图像处理技术、软件开发技术。房地产、装潢业房地产开发销售公司及装潢公司，可以将三维虚拟互动展示文件放在房地产开发商网站或专业房地产网站上，供购房者随意互动浏览，购房者在家中、办公室等有互联网的场所，通过网络即可仔细查看楼盘的各个方面的