邱亚萍

(集美大学 诚毅学院，福建 厦门 361000)

厦门高校VR科教系统发展研究

邱亚萍

(集美大学 诚毅学院，福建 厦门 361000)

VR有望成为继互联网之后又一具有颠覆性的基础产业，高盛的一份研究报告指出，VR将改变所有产业与我们的互动状态，尤其将会像互联网一样深刻地改变我们的社交、学习及生产、消费的方式。2016年被称为中国VR的产业化元年，游戏、电影、地产、旅游、体育、教育、军事等行业领域纷纷借助VR技术进行辅助产业转型升级。结果表明，VR产业初兴，人才缺口巨大，生态环境的建设以及产业人才的培养就显得尤为重要，这离不开政府、学术、研发、产业、资本间的通力合作，高校建立VR科教系统旨在将大学、教育机构、企业、行业用户(B端市场)、市场用户(C端市场)有效地连接起来，共同促进产业的发展，培养大量的高精尖VR人才。

VR;科教系统;研究;厦门

随着科学技术的迅猛发展，VR科教系统作为一种新型的教育、培训模式，为教学提供了更为丰富的教学手段，VR计算机教学、VR视音频教学、VR视频展台极大丰富了教学的手段和教学的内容，带给学生更加生动的课堂感受，是改革教学手段的必然发展方向。在“大众创新、万众创业”的新形势下，本文将结合厦门高校实际情况探索出一套行之有效的产学研创新模式，以保证厦门高校学生所学的内容不落后于市场现状，从而把握更多的行业可能性和就业机会。

1 VR科教系统概述

VR(Virtual Reality，即虚拟现实)是由美国VPL公司创建人拉尼尔在20世纪80年代初提出的[1]。其具体内涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中[2]。VR科教系统指的是在“万众创新、万众创业”的形势下，实现以VR技术引领教学，以教学促进科研，以科研联动市场，通过VR科教系统搭建、沉浸式体验教学、多平台开放式SDK开发等三个环节的打造，构建产学研体系，与此同时，紧密贴合市场，促进科研成果投放渠道共享模式的形成。VR科教系统应实现如下多种功能：既能进行丰富的VR教学，又能进行VR开发实践，同时可作科普教育基地，力求教室资源达到最大限度的有效使用。教研成果输出直接通过企业联动市场，从而达到“产学研+市场”的良性循环。

2 高校VR科教系统总体模式

厦门是福建省的一个副省级城市，是全国5个计划单列市之一，同时也是全国首批实行对外开放的五个经济特区之一。厦门高校主要包括厦门大学、集美大学、厦门南洋学院、厦门理工学院、厦门海洋职业技术学院等，如果在这些高校建立相应的VR科教系统，势必会带动整个厦门的高新技术产业发展群，从而影响整个厦门的经济产业链。VR技术与教育、教学的高度融合正在引发一场教学内容、方法、模式和教学管理体制、机制的空前变革，给高等教育的发展和信息化时代的教学模式改革带来新的机遇和挑战。

此套科教系统拟采用3+1模式，通过VR科教系统搭建、沉浸式体验教学、多平台开放式SDK开发等三个环节，构建产学研体系，与此同时，紧密贴合市场，促进科研成果投放渠道共享模式的形成，如图1所示。

图1 VR科教系统总体模式

2.1 VR科教系统构建

VR科教系统“3+1模式”的构建，重点包含在高校成立两大实验室，其一是VR内容开发实验教室，其二是VR体感交互工程实验室。

2.1.1 VR内容开发实验教室

将VR内容开发实验教室分为VR培训与制作中心、MR多媒体研发中心两大功能区域。

(1)VR培训与制作中心。分为VR美术设计与制作区域与VR程序开发及测试区域两大区域：VR美术设计与制作区域提供平面设计、原画、3D设计、UI/UE设计、造型与场景设计、创意策划等培训内容。

VR程序开发及测试区域提供VR内容制作流程，SDK(软件开发工具包)使用，多平台兼容的VR内容交互开发以及编程开发，源代码测试和运维等培训内容。

VR内容开发对于创意策划方面有着天然的高要求，传统的游戏、电影、视频多媒体制作的创作思路在VR领域普遍失效，行业创意处于摸索期和蛮荒期，因此需要引入企业导师制度，强调市场项目产学研实践，学与做、思与想相辅相成。

具体配置包括：14台高性能电脑，其中，6台用于VR美术设计与制作，8台用于VR程序开发及测试(其中6台用于基于HTC VIVE VR硬件的开发环境，2台用于基于OCULUS CV1硬件的开发环境)；4套数位板，6套HTC VIVE，2套OCULUS CV1，及VR开发制作环境；1台高性能电脑和投影仪。

(2)MR多媒体研发中心。配置的VR+MR(混合现实技术是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。在新的可视化环境里物理和数字对象共存，并实时互动[3]。)多媒体录制系统采用电影工业成熟的绿幕合成技术，可以将教研人员和学生的创意以创意视频的形式进行展示，可投放到移动社交网络、视频共享网站、传统电视媒体等渠道。在该系统支持下可以用一种创意和前沿的方式在全网宣传和展示学生作品以及教研成果，吸引更多关注，带来二次传播，汇聚更多资源，从而提升厦门高校综合影响力。

具体配置包括： 1台高性能电脑，1组绿幕，1台高清摄像机，1套HTC VIVE，及MR合成软件。

通过以上设置，使教学实现产学研联动，以教学为主体，以产研为纲领，以市场为导向，推动VR科教产学研一体化良性循环。

中国土木工程学会2015年首批标准计划项目《建筑工程信息交换实施标准》由联盟成员单位主编。《标准》结合了我国建筑工程实践特点，全面梳理、系统规划了建筑工程全生命周期P-BIM技术体系，分布式BIM模型体系及建模、应用软件体系，以指导我国自主知识产权的BIM建模和应用软件开发，实现数据互用。标准已通过审查，即将报批。

2.1.2 VR体感交互工程实验室

VR体感交互工程实验室拟配置5套最新VR体感交互可编程系统设备，构建VR体感交互开发环境，其中5套VR体感交互可编程系统设备包括2套VR互动时空模拟系统，1套VR模拟驾驶系统，1套HTC in EMAX光场系统，1套PSVR in EMAX系统。

VR体感交互工程实验室构建上述配置模式的原因如下：首先，VR互动时空模拟系统是目前线下体验店市场最受欢迎和消费者认可的VR配套产品，基于这套系统开发出来的VR内容和应用将直接面向最广泛的消费受众群体，面向C端市场实现对VR内容应用最直接的市场检验。当VR内容开发实验教室里可以组成2个开发小组，即可各自结合一套VR互动时空模拟系统进行项目开发竞赛，全程由教研人员监督指导，举行小规模创客马拉松比赛，从机制上形成良好的激发创新良性竞争的氛围和环境。在不断有最新最成熟的VR内容应用的示范作用下，学生在沉浸式教学体验过程中可以更好地理解VR技术，建立自己的开发思路、逻辑、体系。

第二，VR模拟驾驶系统可以支持模拟驾驶培训，汽车性能模拟。HTC in EMAX光场系统可以支持创意绘画、深海探秘、多媒体制作、VR社交、VR游戏体验等等。二者与互动时空模拟系统形成良好的互补关系，因而各配一套形成开发设备开发环境上的差异化。教研人员和学生可以依据研究方向，实际项目的需要选择其中一款系统进行内容和应用开发[4]。在行业应用方面，光场系统提供更为灵活的开发语言和开发环境，VR模拟驾驶系统则直接对接众多汽车厂商的需求，未来新车发布、车型试驾，甚至汽车销售均可在这套系统上面进行体验。如果说VR互动时空模拟系统面向更广泛的C端市场，那么光场系统和VR模拟驾驶系统则直接面向B端市场。教研人员和学生可通过产学研实践To C端和To B端的两种开发模式。对于VR科教而言，这将是较为全面和可行的落地方案。

2.2 沉浸式体验教学

利用VR技术构建一个三维立体的虚拟环境，形成交互仿真的训练场景，加入自学、角色扮演、实训录像和在线考试等多种功能，提供一种全新的教学模式，可以减少危险、节约经费，提升学习效率，从而达到更好的学习效果，在天文、地理、航空、医学、安全教育、灾害预防等领域应用的效果尤其突出。这种教学模式总结有以下四点优点：(1)学生可以在时空中自由穿梭，使学习变得更有趣。(2)学生可以在教室体验“尖峰时刻”，使学生更安全。(3)人机互动可以激发学生的学习兴趣，使学习更生动。(4)课程形式多样，让学生体验最逼真的模拟训练，使学习更有效。

这套科教系统共可初始安装“人体奥秘探索”、“星空奥秘探索”、“电元电路探索”等35款科教内容体验，同时合作企业的云端平台每个月都会对该系统进行一次内容更新和系统升级。在不断有最新最成熟的VR内容应用的示范作用下，学生在沉浸式教学体验过程中可以更好地理解VR技术，建立自己的开发思路、逻辑、体系。

在跨平台兼容方面，合作企业将提供对应的跨平台的VR内容开发环境，包括Oculus cv1、HTC Vive、gears VR、Google daydream 移动平台等。跨平台兼容的好处就是可以低成本高效率地将所开发的内容横向移植到多个平台，有助于用户量增长和粉丝增加，对于形成用户驱动型迭代模式的VR内容开发工作室而言，其意义至关重要。

在开放式SDK(Software Development Kit，即“软件开发工具包”[5])共享方面，合作企业将提供最新VR随动平台技术+开放式SDK接口+软硬件开发工具SDP，SDP使用三轴即可实现六自由度全向随动，同时具备独立悬挂体系统、开放式数控系统及多元传感智能平台，可搭载任何设备，实现足不出户挑战极限运动，包括滑雪、骑马、划艇、滑板、冲浪等。

上述跨平台兼容的VR内容开发环境，融合基于VR可编程随动设备的开放式SDK接口的开发环境，是首个真正意义实现基于VR软硬件多平台兼容的科教系统，从而保证整套科教系统的多平台兼容性与开发实操性，让学生能在所学即所用的科教系统中不断地学习和成长。

2.4 科研成果投放渠道共享

在教研成果投放渠道共享这一模块，依托合作企业提供的基于开放式多元传感VR设备线上线下云平台的支持，以合作企业分布的线下VR体验店作为投放渠道，实现VR内容和应用分发和数据反馈并列执行，为VR教研人员和学生开发者提供线下渠道和入口平台，以及线上终端用户平台双平台系统支持[6]。无论是To C端市场还是To B端市场，教研成果和学生作品都可以得到很好的曝光、露出、展示。优质的科研成果能够通过平台投放、渠道共享和利润分成的模式实现多方共赢，共同在VR发展大潮中获享技术红利、市场红利。

3 VR科教系统优势

随着科学技术的发展，演示型VR内容开发教学方式作为高等院校开设VR课程，为整个VR产业培养和输送开发类人才提供了必不可少的一个环节。在“大众创新、万众创业”的新形势下，要求VR科教系统应实现如下多种功能：既能进行丰富的VR教学，又能进行VR项目开发实践，同时可作科普教育基地，力求教室资源达到最大限度的有效利用。利用虚拟现实技术创设情境、开展协作、进行会话等学习环境要素，充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现所学知识的意义建构。

厦门作为福建省的重点发展城市，结合国家战略性新兴产业规划，以建设美丽厦门和国家级文化科技融合示范基地为契机，充分发挥海峡两岸文博会平台作用，深度拓展国际区域合作对接，构建科技含量高、富有创意、竞争力强的现代文化产业体系[7]。VR在教育领域的应用方面，厦门高校应用并不算宽泛，高等院校投入使用较少。厦门目前只有厦门大学物理与机电工程学院成立虚拟仿真实验教学中心，主要使用了虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术[7]。跟全国其他一些高校相比，厦门一些高校VR技术尚未引进，更谈不上发展VR产学研科教系统。事实证明，将VR技术融入到教学过程当中，不仅能够为枯燥无味的课堂讲课提供更多的娱乐性，让课堂教学更加生动有趣，也能够让学生对学习产生更大的兴趣，从而吸收更多的知识。

综上所述,在教学环节中，好的内容如果没有好的方法来操作，内容的有效性会大打折扣。充分采用新技术能够及时将最新的知识和高新技术传授给学生，因此将虚拟现实技术直接应用于学校教学环节，无疑具有广阔的前景。高校引进VR产学研科教系统能使远程教学变得身临其境，一方面能帮助老师提高教学质量，丰富教学手段和资源；另一方面也能使学习者沉浸在学习环境中，使其获取知识的方式变得更主动，学习效果更显著[8]。未来的虚拟教育随着硬件设备以及软件技术的升级一定会更上一层楼，将为学生带来更好的学习体验。依托厦门高校和企业联手打造VR科教系统，让企业和大学强强联手，结合教育、学术和市场共同探索VR生态建设和人才培养，进而把握更多的行业可能性和市场机会。

[1]胡文强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社,2005：98-99.

[2] 洪炳镕.虚拟现实及其应用[M].北京：北京国防工业出版社,2005：40-41.

[3]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京：北京科学出版社,2007：62-64.

[4]李欣.虚拟现实及其教育应用[M].北京：北京科学出版社,2008：168-169.

[5]戴汝为.数字城市：一类开放的复杂巨系统[M].北京：中国环境科学出版社,1999：72-75.

[6]谢明.数字城市建设与发展探讨[M].北京：中国科技信息，2005：70-72.

[7]周红军，王选科.虚拟现实系统概述[M].北京：航空计算技术,2005：29-30.

[8]马永峰，薛亚婷，南宏师.虚拟现实技术及应用[M].北京：中国铁道出版社,2011：126-127.

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

邱亚萍(1984—)，女，江西临川人，硕士，讲师，主要从事动画艺术设计与教育研究。

邱亚萍.厦门高校VR科教系统发展研究[J].东华理工大学学报：社会科学版，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.