廈門高校VR科教系統(tǒng)發(fā)展研究

邱亞萍

(集美大學(xué) 誠毅學(xué)院，福建 廈門 361000)

廈門高校VR科教系統(tǒng)發(fā)展研究

邱亞萍

(集美大學(xué) 誠毅學(xué)院，福建 廈門 361000)

VR有望成為繼互聯(lián)網(wǎng)之后又一具有顛覆性的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，高盛的一份研究報告指出，VR將改變所有產(chǎn)業(yè)與我們的互動狀態(tài)，尤其將會像互聯(lián)網(wǎng)一樣深刻地改變我們的社交、學(xué)習(xí)及生產(chǎn)、消費的方式。2016年被稱為中國VR的產(chǎn)業(yè)化元年，游戲、電影、地產(chǎn)、旅游、體育、教育、軍事等行業(yè)領(lǐng)域紛紛借助VR技術(shù)進行輔助產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。結(jié)果表明，VR產(chǎn)業(yè)初興，人才缺口巨大，生態(tài)環(huán)境的建設(shè)以及產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)就顯得尤為重要，這離不開政府、學(xué)術(shù)、研發(fā)、產(chǎn)業(yè)、資本間的通力合作，高校建立VR科教系統(tǒng)旨在將大學(xué)、教育機構(gòu)、企業(yè)、行業(yè)用戶(B端市場)、市場用戶(C端市場)有效地連接起來，共同促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)大量的高精尖VR人才。

VR;科教系統(tǒng);研究;廈門

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，VR科教系統(tǒng)作為一種新型的教育、培訓(xùn)模式，為教學(xué)提供了更為豐富的教學(xué)手段，VR計算機教學(xué)、VR視音頻教學(xué)、VR視頻展臺極大豐富了教學(xué)的手段和教學(xué)的內(nèi)容，帶給學(xué)生更加生動的課堂感受，是改革教學(xué)手段的必然發(fā)展方向。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”的新形勢下，本文將結(jié)合廈門高校實際情況探索出一套行之有效的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式，以保證廈門高校學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容不落后于市場現(xiàn)狀，從而把握更多的行業(yè)可能性和就業(yè)機會。

1 VR科教系統(tǒng)概述

VR(Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實)是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾在20世紀80年代初提出的[1]。其具體內(nèi)涵是：綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備，在計算機上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)。它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中[2]。VR科教系統(tǒng)指的是在“萬眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”的形勢下，實現(xiàn)以VR技術(shù)引領(lǐng)教學(xué)，以教學(xué)促進科研，以科研聯(lián)動市場，通過VR科教系統(tǒng)搭建、沉浸式體驗教學(xué)、多平臺開放式SDK開發(fā)等三個環(huán)節(jié)的打造，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研體系，與此同時，緊密貼合市場，促進科研成果投放渠道共享模式的形成。VR科教系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)如下多種功能：既能進行豐富的VR教學(xué)，又能進行VR開發(fā)實踐，同時可作科普教育基地，力求教室資源達到最大限度的有效使用。教研成果輸出直接通過企業(yè)聯(lián)動市場，從而達到“產(chǎn)學(xué)研+市場”的良性循環(huán)。

2 高校VR科教系統(tǒng)總體模式

廈門是福建省的一個副省級城市，是全國5個計劃單列市之一，同時也是全國首批實行對外開放的五個經(jīng)濟特區(qū)之一。廈門高校主要包括廈門大學(xué)、集美大學(xué)、廈門南洋學(xué)院、廈門理工學(xué)院、廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院等，如果在這些高校建立相應(yīng)的VR科教系統(tǒng)，勢必會帶動整個廈門的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展群，從而影響整個廈門的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。VR技術(shù)與教育、教學(xué)的高度融合正在引發(fā)一場教學(xué)內(nèi)容、方法、模式和教學(xué)管理體制、機制的空前變革，給高等教育的發(fā)展和信息化時代的教學(xué)模式改革帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。

此套科教系統(tǒng)擬采用3+1模式，通過VR科教系統(tǒng)搭建、沉浸式體驗教學(xué)、多平臺開放式SDK開發(fā)等三個環(huán)節(jié)，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研體系，與此同時，緊密貼合市場，促進科研成果投放渠道共享模式的形成，如圖1所示。

圖1 VR科教系統(tǒng)總體模式

2.1 VR科教系統(tǒng)構(gòu)建

VR科教系統(tǒng)“3+1模式”的構(gòu)建，重點包含在高校成立兩大實驗室，其一是VR內(nèi)容開發(fā)實驗教室，其二是VR體感交互工程實驗室。

2.1.1 VR內(nèi)容開發(fā)實驗教室

將VR內(nèi)容開發(fā)實驗教室分為VR培訓(xùn)與制作中心、MR多媒體研發(fā)中心兩大功能區(qū)域。

(1)VR培訓(xùn)與制作中心。分為VR美術(shù)設(shè)計與制作區(qū)域與VR程序開發(fā)及測試區(qū)域兩大區(qū)域：VR美術(shù)設(shè)計與制作區(qū)域提供平面設(shè)計、原畫、3D設(shè)計、UI/UE設(shè)計、造型與場景設(shè)計、創(chuàng)意策劃等培訓(xùn)內(nèi)容。

VR程序開發(fā)及測試區(qū)域提供VR內(nèi)容制作流程，SDK(軟件開發(fā)工具包)使用，多平臺兼容的VR內(nèi)容交互開發(fā)以及編程開發(fā)，源代碼測試和運維等培訓(xùn)內(nèi)容。

VR內(nèi)容開發(fā)對于創(chuàng)意策劃方面有著天然的高要求，傳統(tǒng)的游戲、電影、視頻多媒體制作的創(chuàng)作思路在VR領(lǐng)域普遍失效，行業(yè)創(chuàng)意處于摸索期和蠻荒期，因此需要引入企業(yè)導(dǎo)師制度，強調(diào)市場項目產(chǎn)學(xué)研實踐，學(xué)與做、思與想相輔相成。

具體配置包括：14臺高性能電腦，其中，6臺用于VR美術(shù)設(shè)計與制作，8臺用于VR程序開發(fā)及測試(其中6臺用于基于HTC VIVE VR硬件的開發(fā)環(huán)境，2臺用于基于OCULUS CV1硬件的開發(fā)環(huán)境)；4套數(shù)位板，6套HTC VIVE，2套OCULUS CV1，及VR開發(fā)制作環(huán)境；1臺高性能電腦和投影儀。

(2)MR多媒體研發(fā)中心。配置的VR+MR(混合現(xiàn)實技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，該技術(shù)通過在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實場景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對象共存，并實時互動[3]。)多媒體錄制系統(tǒng)采用電影工業(yè)成熟的綠幕合成技術(shù)，可以將教研人員和學(xué)生的創(chuàng)意以創(chuàng)意視頻的形式進行展示，可投放到移動社交網(wǎng)絡(luò)、視頻共享網(wǎng)站、傳統(tǒng)電視媒體等渠道。在該系統(tǒng)支持下可以用一種創(chuàng)意和前沿的方式在全網(wǎng)宣傳和展示學(xué)生作品以及教研成果，吸引更多關(guān)注，帶來二次傳播，匯聚更多資源，從而提升廈門高校綜合影響力。

具體配置包括： 1臺高性能電腦，1組綠幕，1臺高清攝像機，1套HTC VIVE，及MR合成軟件。

通過以上設(shè)置，使教學(xué)實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動，以教學(xué)為主體，以產(chǎn)研為綱領(lǐng)，以市場為導(dǎo)向，推動VR科教產(chǎn)學(xué)研一體化良性循環(huán)。

中國土木工程學(xué)會2015年首批標準計劃項目《建筑工程信息交換實施標準》由聯(lián)盟成員單位主編?！稑藴省方Y(jié)合了我國建筑工程實踐特點，全面梳理、系統(tǒng)規(guī)劃了建筑工程全生命周期P-BIM技術(shù)體系，分布式BIM模型體系及建模、應(yīng)用軟件體系，以指導(dǎo)我國自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM建模和應(yīng)用軟件開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互用。標準已通過審查，即將報批。

2.1.2 VR體感交互工程實驗室

VR體感交互工程實驗室擬配置5套最新VR體感交互可編程系統(tǒng)設(shè)備，構(gòu)建VR體感交互開發(fā)環(huán)境，其中5套VR體感交互可編程系統(tǒng)設(shè)備包括2套VR互動時空模擬系統(tǒng)，1套VR模擬駕駛系統(tǒng)，1套HTC in EMAX光場系統(tǒng)，1套PSVR in EMAX系統(tǒng)。

VR體感交互工程實驗室構(gòu)建上述配置模式的原因如下：首先，VR互動時空模擬系統(tǒng)是目前線下體驗店市場最受歡迎和消費者認可的VR配套產(chǎn)品，基于這套系統(tǒng)開發(fā)出來的VR內(nèi)容和應(yīng)用將直接面向最廣泛的消費受眾群體，面向C端市場實現(xiàn)對VR內(nèi)容應(yīng)用最直接的市場檢驗。當VR內(nèi)容開發(fā)實驗教室里可以組成2個開發(fā)小組，即可各自結(jié)合一套VR互動時空模擬系統(tǒng)進行項目開發(fā)競賽，全程由教研人員監(jiān)督指導(dǎo)，舉行小規(guī)模創(chuàng)客馬拉松比賽，從機制上形成良好的激發(fā)創(chuàng)新良性競爭的氛圍和環(huán)境。在不斷有最新最成熟的VR內(nèi)容應(yīng)用的示范作用下，學(xué)生在沉浸式教學(xué)體驗過程中可以更好地理解VR技術(shù)，建立自己的開發(fā)思路、邏輯、體系。

第二，VR模擬駕駛系統(tǒng)可以支持模擬駕駛培訓(xùn)，汽車性能模擬。HTC in EMAX光場系統(tǒng)可以支持創(chuàng)意繪畫、深海探秘、多媒體制作、VR社交、VR游戲體驗等等。二者與互動時空模擬系統(tǒng)形成良好的互補關(guān)系，因而各配一套形成開發(fā)設(shè)備開發(fā)環(huán)境上的差異化。教研人員和學(xué)生可以依據(jù)研究方向，實際項目的需要選擇其中一款系統(tǒng)進行內(nèi)容和應(yīng)用開發(fā)[4]。在行業(yè)應(yīng)用方面，光場系統(tǒng)提供更為靈活的開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境，VR模擬駕駛系統(tǒng)則直接對接眾多汽車廠商的需求，未來新車發(fā)布、車型試駕，甚至汽車銷售均可在這套系統(tǒng)上面進行體驗。如果說VR互動時空模擬系統(tǒng)面向更廣泛的C端市場，那么光場系統(tǒng)和VR模擬駕駛系統(tǒng)則直接面向B端市場。教研人員和學(xué)生可通過產(chǎn)學(xué)研實踐To C端和To B端的兩種開發(fā)模式。對于VR科教而言，這將是較為全面和可行的落地方案。

2.2 沉浸式體驗教學(xué)

利用VR技術(shù)構(gòu)建一個三維立體的虛擬環(huán)境，形成交互仿真的訓(xùn)練場景，加入自學(xué)、角色扮演、實訓(xùn)錄像和在線考試等多種功能，提供一種全新的教學(xué)模式，可以減少危險、節(jié)約經(jīng)費，提升學(xué)習(xí)效率，從而達到更好的學(xué)習(xí)效果，在天文、地理、航空、醫(yī)學(xué)、安全教育、災(zāi)害預(yù)防等領(lǐng)域應(yīng)用的效果尤其突出。這種教學(xué)模式總結(jié)有以下四點優(yōu)點：(1)學(xué)生可以在時空中自由穿梭，使學(xué)習(xí)變得更有趣。(2)學(xué)生可以在教室體驗“尖峰時刻”，使學(xué)生更安全。(3)人機互動可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)更生動。(4)課程形式多樣，讓學(xué)生體驗最逼真的模擬訓(xùn)練，使學(xué)習(xí)更有效。

這套科教系統(tǒng)共可初始安裝“人體奧秘探索”、“星空奧秘探索”、“電元電路探索”等35款科教內(nèi)容體驗，同時合作企業(yè)的云端平臺每個月都會對該系統(tǒng)進行一次內(nèi)容更新和系統(tǒng)升級。在不斷有最新最成熟的VR內(nèi)容應(yīng)用的示范作用下，學(xué)生在沉浸式教學(xué)體驗過程中可以更好地理解VR技術(shù)，建立自己的開發(fā)思路、邏輯、體系。

在跨平臺兼容方面，合作企業(yè)將提供對應(yīng)的跨平臺的VR內(nèi)容開發(fā)環(huán)境，包括Oculus cv1、HTC Vive、gears VR、Google daydream 移動平臺等?？缙脚_兼容的好處就是可以低成本高效率地將所開發(fā)的內(nèi)容橫向移植到多個平臺，有助于用戶量增長和粉絲增加，對于形成用戶驅(qū)動型迭代模式的VR內(nèi)容開發(fā)工作室而言，其意義至關(guān)重要。

在開放式SDK(Software Development Kit，即“軟件開發(fā)工具包”[5])共享方面，合作企業(yè)將提供最新VR隨動平臺技術(shù)+開放式SDK接口+軟硬件開發(fā)工具SDP，SDP使用三軸即可實現(xiàn)六自由度全向隨動，同時具備獨立懸掛體系統(tǒng)、開放式數(shù)控系統(tǒng)及多元傳感智能平臺，可搭載任何設(shè)備，實現(xiàn)足不出戶挑戰(zhàn)極限運動，包括滑雪、騎馬、劃艇、滑板、沖浪等。

上述跨平臺兼容的VR內(nèi)容開發(fā)環(huán)境，融合基于VR可編程隨動設(shè)備的開放式SDK接口的開發(fā)環(huán)境，是首個真正意義實現(xiàn)基于VR軟硬件多平臺兼容的科教系統(tǒng)，從而保證整套科教系統(tǒng)的多平臺兼容性與開發(fā)實操性，讓學(xué)生能在所學(xué)即所用的科教系統(tǒng)中不斷地學(xué)習(xí)和成長。

2.4 科研成果投放渠道共享

在教研成果投放渠道共享這一模塊，依托合作企業(yè)提供的基于開放式多元傳感VR設(shè)備線上線下云平臺的支持，以合作企業(yè)分布的線下VR體驗店作為投放渠道，實現(xiàn)VR內(nèi)容和應(yīng)用分發(fā)和數(shù)據(jù)反饋并列執(zhí)行，為VR教研人員和學(xué)生開發(fā)者提供線下渠道和入口平臺，以及線上終端用戶平臺雙平臺系統(tǒng)支持[6]。無論是To C端市場還是To B端市場，教研成果和學(xué)生作品都可以得到很好的曝光、露出、展示。優(yōu)質(zhì)的科研成果能夠通過平臺投放、渠道共享和利潤分成的模式實現(xiàn)多方共贏，共同在VR發(fā)展大潮中獲享技術(shù)紅利、市場紅利。

3 VR科教系統(tǒng)優(yōu)勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，演示型VR內(nèi)容開發(fā)教學(xué)方式作為高等院校開設(shè)VR課程，為整個VR產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)和輸送開發(fā)類人才提供了必不可少的一個環(huán)節(jié)。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”的新形勢下，要求VR科教系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)如下多種功能：既能進行豐富的VR教學(xué)，又能進行VR項目開發(fā)實踐，同時可作科普教育基地，力求教室資源達到最大限度的有效利用。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)情境、開展協(xié)作、進行會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學(xué)生有效地實現(xiàn)所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

廈門作為福建省的重點發(fā)展城市，結(jié)合國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，以建設(shè)美麗廈門和國家級文化科技融合示范基地為契機，充分發(fā)揮海峽兩岸文博會平臺作用，深度拓展國際區(qū)域合作對接，構(gòu)建科技含量高、富有創(chuàng)意、競爭力強的現(xiàn)代文化產(chǎn)業(yè)體系[7]。VR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用方面，廈門高校應(yīng)用并不算寬泛，高等院校投入使用較少。廈門目前只有廈門大學(xué)物理與機電工程學(xué)院成立虛擬仿真實驗教學(xué)中心，主要使用了虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)[7]。跟全國其他一些高校相比，廈門一些高校VR技術(shù)尚未引進，更談不上發(fā)展VR產(chǎn)學(xué)研科教系統(tǒng)。事實證明，將VR技術(shù)融入到教學(xué)過程當中，不僅能夠為枯燥無味的課堂講課提供更多的娛樂性，讓課堂教學(xué)更加生動有趣，也能夠讓學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生更大的興趣，從而吸收更多的知識。

綜上所述,在教學(xué)環(huán)節(jié)中，好的內(nèi)容如果沒有好的方法來操作，內(nèi)容的有效性會大打折扣。充分采用新技術(shù)能夠及時將最新的知識和高新技術(shù)傳授給學(xué)生，因此將虛擬現(xiàn)實技術(shù)直接應(yīng)用于學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)，無疑具有廣闊的前景。高校引進VR產(chǎn)學(xué)研科教系統(tǒng)能使遠程教學(xué)變得身臨其境，一方面能幫助老師提高教學(xué)質(zhì)量，豐富教學(xué)手段和資源；另一方面也能使學(xué)習(xí)者沉浸在學(xué)習(xí)環(huán)境中，使其獲取知識的方式變得更主動，學(xué)習(xí)效果更顯著[8]。未來的虛擬教育隨著硬件設(shè)備以及軟件技術(shù)的升級一定會更上一層樓，將為學(xué)生帶來更好的學(xué)習(xí)體驗。依托廈門高校和企業(yè)聯(lián)手打造VR科教系統(tǒng)，讓企業(yè)和大學(xué)強強聯(lián)手，結(jié)合教育、學(xué)術(shù)和市場共同探索VR生態(tài)建設(shè)和人才培養(yǎng)，進而把握更多的行業(yè)可能性和市場機會。

[1]胡文強.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2005：98-99.

[2] 洪炳镕.虛擬現(xiàn)實及其應(yīng)用[M].北京：北京國防工業(yè)出版社,2005：40-41.

[3]湯躍明.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用[M].北京：北京科學(xué)出版社,2007：62-64.

[4]李欣.虛擬現(xiàn)實及其教育應(yīng)用[M].北京：北京科學(xué)出版社,2008：168-169.

[5]戴汝為.數(shù)字城市：一類開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,1999：72-75.

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ResearchontheDevelopmentofVREducationinXiamenUniversities

QIU Ya-ping

(SchoolofChengyi,JimeiUniversity,Xiamen361000,China)

VR is expected to become another subversive primary industry after the Internet. A research report of Goldman Sachs points out that VR will change the interaction of all industries with us, and in particular, it will be the same as the Internet to profoundly change the ways of social intercourse, learning, production and consumption. 2016 is known as the first year of industrialization of China VR, and games、films、real estates, tourism, sports, education, military and other industries have adopted VR technology one after another to assist industrial transformation and upgrading. The results show that VR industry is beginning with a huge gap in talent, and the construction of ecological environment and the cultivation of industrial talents are particularly important, which is inseparable from full cooperation between the government, academic, research and development, industry, and capital. Universities set up VR scientific education system, aiming to connect universities, educational institutions, enterprises, industry users (B-terminal market) and market users (C-terminal market) effectively so as to jointly promote the development of the industry and cultivate a large number of highly sophisticated VR talents.

VR; scientific education system; research; Xiamen

G647

A

1674-3512(2017)03-0291-04

2017-03-20

邱亞萍(1984—)，女，江西臨川人，碩士，講師，主要從事動畫藝術(shù)設(shè)計與教育研究。

邱亞萍.廈門高校VR科教系統(tǒng)發(fā)展研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2017，36(3)：291-294.

Qiu Ya-ping. Research on the Development of VR education in Xiamen universities[J].Journal of East China University of Technology(Social Science)，2017，36(3)：291-294.