計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)（VR）實(shí)訓(xùn)室建設(shè)探討

摘要：隨著學(xué)校現(xiàn)代教育設(shè)備和專業(yè)的進(jìn)一步結(jié)合，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在VR方向上的應(yīng)用越來(lái)越深入，怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備建設(shè)，提高學(xué)生在VR方面認(rèn)知，從而深化教育改革、提升教育質(zhì)量，推動(dòng)學(xué)生成才工程。本項(xiàng)目探討計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)（VR）實(shí)訓(xùn)室建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：VR實(shí)訓(xùn)室; 技術(shù)指標(biāo); VR軟硬件技術(shù)

0.引言

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方向是跟隨現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，追蹤計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，解決新技術(shù)帶來(lái)的應(yīng)用新問(wèn)題，而VR技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的又一個(gè)信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，VR虛擬實(shí)訓(xùn)室技術(shù)結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)3D建模、傳感器通訊、顯示技術(shù)等于一體的綜合場(chǎng)所，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)虛擬的三維環(huán)境，使用戶具有身臨其境的沉浸感受。虛擬現(xiàn)實(shí)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)在近2年，特別是在當(dāng)前疫情狀況下，獲得爆發(fā)式發(fā)展，很多傳統(tǒng)項(xiàng)目都移植到網(wǎng)上，各種VR/AR軟件工程師需求量暴漲1400%以上，而隨著5G技術(shù)的發(fā)展，阻礙虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)瓶頸得到突破，各種虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目找到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景。所以建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）實(shí)訓(xùn)室，通過(guò)實(shí)踐和理論的結(jié)合，體驗(yàn)和動(dòng)手的結(jié)合、方案設(shè)計(jì)和實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)合，是提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)學(xué)生的技能，培養(yǎng)學(xué)生能力的一個(gè)重要手段。

1.實(shí)訓(xùn)室建設(shè)原則

VR實(shí)訓(xùn)室本著“資源共享，驗(yàn)證與實(shí)踐、量與質(zhì)并重”的建設(shè)原則，建設(shè)中考慮要從技術(shù)要點(diǎn)全面化、具體典型業(yè)務(wù)化、應(yīng)用教學(xué)化三個(gè)方面為指導(dǎo)思想進(jìn)行建設(shè)，具體來(lái)說(shuō)。

技術(shù)全面化。主要解決技術(shù)知識(shí)層面的問(wèn)題，實(shí)訓(xùn)室內(nèi)容要綜合考慮VR的相關(guān)知識(shí)體系，融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。VR實(shí)訓(xùn)室需能涵蓋VR專業(yè)所涉及的基礎(chǔ)課和專業(yè)課，諸如：虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知概述、高質(zhì)量VR素材資源制作、實(shí)景VR拍攝、VR場(chǎng)景交互、常用VR引擎、編輯器的使用，VR項(xiàng)目的輸出與優(yōu)化等。

業(yè)務(wù)典型化，。通過(guò)行業(yè)案例，把成熟企業(yè)與成熟行業(yè)的應(yīng)用介紹給學(xué)生，通過(guò)3D游戲、手游、全景拍攝、VR游戲、VR消防安全逃生、VR智能化室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)等，轉(zhuǎn)化為典型的業(yè)務(wù)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，用于支撐VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）行業(yè)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生能真學(xué)、真做，就業(yè)上崗零距離。

應(yīng)用教學(xué)化。主要解決應(yīng)用和培養(yǎng)的問(wèn)題。僅有典型的VR行業(yè)應(yīng)用，滿足不了院校教學(xué)的要求。典型案例可根據(jù)需要拆分成若干模塊，每個(gè)模塊再進(jìn)一步分割成相對(duì)獨(dú)立的并滿足教學(xué)的特點(diǎn)的若干個(gè)教學(xué)單元，每個(gè)教學(xué)單元再提供對(duì)應(yīng)的資源和代碼，進(jìn)而結(jié)合相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，從而方便按教學(xué)單元實(shí)施授課，同時(shí)還能完成VR行業(yè)應(yīng)用的教學(xué)任務(wù)，達(dá)到既能根據(jù)特點(diǎn)掌握各知識(shí)點(diǎn)，又能全面體系學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程。

VR實(shí)訓(xùn)室實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合，感知體驗(yàn)與動(dòng)手的結(jié)合、方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐驗(yàn)證的結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而提高學(xué)生的應(yīng)用型技能水平。

2.實(shí)訓(xùn)室建設(shè)目標(biāo)

總體目標(biāo)，通過(guò)建立VR實(shí)訓(xùn)室，建設(shè)一個(gè)集“教學(xué)研”的統(tǒng)一實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、雙創(chuàng)和研發(fā)功能于一體，圍繞VR主題，同時(shí)兼顧當(dāng)前流行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，注重各種技術(shù)之間的融合與靈活應(yīng)用，既可滿足日常教學(xué)要求，同時(shí)注重項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)及創(chuàng)新試驗(yàn)。學(xué)生、教師可以使用VR硬件設(shè)備、相關(guān)資源、VR引擎等進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)VR產(chǎn)品及行業(yè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)和打造。

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，為師生搭建了一個(gè)集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、雙創(chuàng)和研發(fā)功能于一體的統(tǒng)一實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，一方面學(xué)校通過(guò)聘請(qǐng)企業(yè)工程師或講師作為學(xué)校的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）關(guān)鍵技術(shù)課程及實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師，充分利用實(shí)訓(xùn)室已有的虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)的課程為老師進(jìn)行相關(guān)授課培訓(xùn);另一方面以實(shí)訓(xùn)室作為企業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐的平臺(tái)，使老師積極參與到企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目中，提高教師的專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，打造一支專業(yè)理論扎實(shí)、專業(yè)技能強(qiáng)、教學(xué)水平高、門類相對(duì)齊全的“雙師型”教師隊(duì)伍，培養(yǎng)一批教學(xué)骨干和專業(yè)帶頭人，進(jìn)一步提升學(xué)校師資隊(duì)伍的能力和水平。

3.實(shí)訓(xùn)室建設(shè)具體內(nèi)容

實(shí)訓(xùn)室建設(shè)包括軟硬件建設(shè)，既包括實(shí)訓(xùn)所需要的各種硬件設(shè)備，包括：主要由工作站、VR眼鏡等組成，滿足院校自行開(kāi)發(fā)的需求?？煽鐚I(yè)聯(lián)合作業(yè)，提高設(shè)備使用率，提升學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力及相關(guān)專業(yè)能力。也需要包括相關(guān)的軟件平臺(tái)和素材資源庫(kù)建設(shè)，缺一不可。

具體來(lái)說(shuō)，硬件建設(shè)包括，工作站、便攜式VR高級(jí)套裝硬件、頭戴式頭顯（HMD）套裝硬件、特定場(chǎng)景應(yīng)用套件硬件等：

VR教學(xué)圖形工作站。能輕松處理2D、3D角色建模、動(dòng)畫、影視頻編輯、VR資源開(kāi)發(fā)等資源耗竭型和圖形密集型工作負(fù)載，讓用戶快速輕松地應(yīng)對(duì)VR相關(guān)資源開(kāi)發(fā)與教學(xué)。小巧安靜，節(jié)省空間直觀、整潔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)出色的通風(fēng)效果，便于拆裝組件以輕松進(jìn)行維護(hù)和改動(dòng)，并且可降低噪音。VR教學(xué)圖形工作站結(jié)構(gòu)小巧，節(jié)約節(jié)省空間，以應(yīng)對(duì)實(shí)訓(xùn)室空間不足的問(wèn)題，建議采用專業(yè)級(jí)工作站，穩(wěn)定可靠，

同時(shí)推薦以在圖形工作站塔式工作站為硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，并配置專門的教學(xué)硬盤保護(hù)與同傳系統(tǒng)的高性能PC主機(jī)為配合，以配合達(dá)到較好的教學(xué)和使用效果。

便攜式VR高級(jí)套裝。可采用近年來(lái)在虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)技術(shù)中應(yīng)用比較廣泛的Gear VR5、三星S8手機(jī)的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)能夠不依賴PC機(jī)而獨(dú)立處理VR相關(guān)資源。對(duì)于國(guó)產(chǎn)設(shè)備，可采用小鳥看看這一一體化平臺(tái)，既能體現(xiàn)便攜式的優(yōu)點(diǎn)，套裝外觀簡(jiǎn)潔時(shí)尚，佩戴輕便，符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)理念，操作簡(jiǎn)捷，只需在平滑的觸控板上點(diǎn)選或滑動(dòng)，便可進(jìn)行精準(zhǔn)操作。使使用者能隨時(shí)欣賞生動(dòng)的圖片與體驗(yàn)高解析度的立體影像，即刻沉浸體驗(yàn)VR世界。同時(shí)套裝配套無(wú)線控制器，模仿手勢(shì)動(dòng)作，結(jié)合多功能觸摸板、雙層扳機(jī)和抓握按鈕，實(shí)現(xiàn)和操作對(duì)象的流暢互動(dòng)響應(yīng)。

現(xiàn)實(shí)交互式頭戴式頭顯（HMD）套裝。是個(gè)基于PC處理的VR顯示頭盔（即PC VR）套裝，實(shí)現(xiàn)VR資源的沉浸式顯示。交互式HMD套裝與圖形工作站相配合，VR項(xiàng)目經(jīng)過(guò)工作站的計(jì)算與渲染后輸出到交互式HMD套裝進(jìn)行顯示。交互式HMD套裝內(nèi)置陀螺儀傳感器、加速度計(jì)、激光定位傳感器等，能在兩個(gè)軸線方向上精確捕捉頭部動(dòng)作反饋給工作站，從而實(shí)現(xiàn)自然地觀看VR資源。由于采用了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，可以進(jìn)行較高的運(yùn)算，提供較高的分辨率，極大降低畫面的顆粒感，使觀看幾乎感覺(jué)不到紗門效應(yīng)。屏幕刷新率為90Hz，延遲可控制在22ms以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)超逼真的沉浸式VR觀看體驗(yàn);套裝具有抗抖動(dòng)技術(shù)，能有效的防止VR暈眩;交互式HMD套裝兼容市面上主流的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與動(dòng)作捕捉設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)作捕捉與動(dòng)作反饋。

特定場(chǎng)景應(yīng)用套件硬件。如賽車套件、多領(lǐng)域萬(wàn)向跑步機(jī)、VR展覽展示VR電腦互動(dòng)一體機(jī)等，這些設(shè)備的特點(diǎn)是應(yīng)用場(chǎng)合高度聚焦，提供一體式的沉浸解決方案，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，可以應(yīng)用在一些典型應(yīng)用中。

軟件建設(shè)包括各種開(kāi)發(fā)插件和功能擴(kuò)展包，各種資料庫(kù)，完成項(xiàng)目的發(fā)布平臺(tái)等。

開(kāi)發(fā)插件，為提高開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)效率，在Unity引擎的基礎(chǔ)上，收集部分開(kāi)發(fā)插件，如地形場(chǎng)景、水插件、公路插件等，在主體功能框架的基礎(chǔ)之上，根據(jù)開(kāi)發(fā)的需求，提供快速開(kāi)發(fā)的插件，便于客戶使用。

功能拓展模塊，VR項(xiàng)目可以根據(jù)現(xiàn)有的功能，逐步建設(shè)完善的拓展接口，無(wú)論是基礎(chǔ)模塊還是高級(jí)模塊，都可以根據(jù)建設(shè)過(guò)程，不斷拓展新的功能，進(jìn)一步完善開(kāi)發(fā)引擎，不斷提出新的要求，開(kāi)發(fā)新的插件，進(jìn)一步提高開(kāi)發(fā)效率。

各種素材資源庫(kù)，包括從圖形、音樂(lè)、模型、人物、骨骼等基礎(chǔ)素材，從而加快VR項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的素材準(zhǔn)備進(jìn)度。

VR項(xiàng)目的發(fā)布平臺(tái)，提供一個(gè)共享的發(fā)布平臺(tái)，可以借鑒和整合已由的項(xiàng)目，并加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)（VR）實(shí)訓(xùn)室建設(shè)，是以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)為研究對(duì)象，將學(xué)校的設(shè)備升級(jí)提升與專業(yè)建設(shè)等資源優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，項(xiàng)目本著可行、經(jīng)濟(jì)又有前瞻性的原則，既能滿足學(xué)生在VR知識(shí)的需求，又能滿足學(xué)生項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的需求，實(shí)訓(xùn)室既能滿足專業(yè)課程的教學(xué)，由需要能支持實(shí)訓(xùn)課程的環(huán)境，同時(shí)也可以成為老師同學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，技術(shù)研討的場(chǎng)地，支持學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，項(xiàng)目建設(shè)總體設(shè)計(jì)良好，體系規(guī)劃合理，應(yīng)用成熟，具有一定使用與推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

顧宇紅（1970-），蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，本科，講師，專業(yè)方向是軟硬件信息系統(tǒng)部署，虛擬現(xiàn)實(shí)與動(dòng)畫設(shè)計(jì)。

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215009）