VR建筑工程实训室建设专项方案.docx

VR-建筑工程实训室

建设方案

项目负责人：寿胡滨
联系电话：152-5719-0308

目录
一、项目背景 2
（一）、政策背景 2
（二）、行业背景 2
二、项目实施意义 4
（一）、教育意义 5
（二）实习实训意义 6
（三）社会效益和经济效益 7
三、建设内容 8
（一）、VR实训室原理 8
（二）、VR实验室的组成部分 10
1、VR应用系统 10
2、沉浸式虚拟三维显示系统 11
3、沉浸式虚拟现实交互系统 12
（三）VR实训室建设 18
四、项目建设目标 19

一、项目背景
（一）、政策背景
中国《教育部相关全方面提升高等教育质量若干意见》（教高〔〕4号）提出，“加强试验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，关键建设一批国家级试验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地。加强实践教学管理，提升试验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量。”等强化实践育人步骤方法。
《教育信息化十年发展计划（-）》也指出，“建设仿真实训基地等信息化教学设施，建设实习实训等关键业务领域管理信息系统，建成支撑学生、老师和职员自主学习和科学管理数字化环境。
《国民经济和社会发展第十三个五年（-）计划纲要》也提出要大力推进虚拟现实等新兴前沿领域创新和产业化。
（二）、行业背景
从上世纪90 年代开始,虚拟现实技术被广泛地应用于实体模型制作、信息交流和管理、艺术及娱乐等领域,同时也受到了建筑师们青睬。
(1) 作为了解工具
虚拟现实技术带给我们是含有真实感序列立体图象,这么就大大方便了我们对于对象认识和了解。比如作出传统中国木建筑虚拟模型,建筑专业学生便可用此模型了解中国木建筑营建过程。又如,作出红楼梦中建筑群复原虚拟模型,综合成一个单独虚拟境界。利用它,通常人可很快了解小说中人物生活场景。在欧洲、日本和美国,虚拟现实日益广泛地被家俱商和房地产商们用作展示方法和促销手段。
(2) 作为设计和体验工具
为了确保生产出来产品符合不一样用户需求,有必需让用户在产品设计阶段就能体验产品性能,方便随时修改设计方案。利用虚拟现实技术让用户在虚拟空间中,对系统进行性能评价和模拟体验。比如虚拟厨房体验,设计者先依据用户要求设计厨房大致框架,据此用CAD系统划出平面图、立面图筹,并列出费用清单。然后让用户在模拟体验系统中体验厨房方便程度。能够体验和厨房设计所对应虚拟空间中各部分配置,空间高度感、前后延伸感等。体验厨房门开闭、水龙头操作和在壁柜内放置物品情况等。有了这种虚拟厨房,能够使用户在厨房制造前检验设计合理性,然后依据用户确定设计开启计算机集成制造生产线,其加工精度为毫米。这就是虚拟现实技术作为设计和体验工具应用。
(3) 技术论证
在实际工程项目中, 因施工技术问题而造成原设计失败例子屡见不鲜,所以,对于很多大型建设项目而言,进行施工技术可行性论证很有必需。虚拟现实技术出现为我们处理了这一难题。利用虚拟现实技术不仅仅能够作视觉方面仿真,还能对动力学、运动学等方面进行仿真。
比如,经过模拟建筑施工中大型构件运输、装配过程,能够检验此过程中是否存在物件碰撞、干涉,是否因构件形变造成结构破坏等,经过虚拟工建造过程,能够检验施工计划和技术合理性和有效性。
面对竞争日益猛烈人才市场，担负着教育责任工程建设类院校，不可能像基础教育一样只关注对学生基础素质培养，院校也面临着毕业生无一技之长难以就业困局。
缺乏专业试验实训室及配套软件，建筑类院校建设类专业试验及实训课程基础以老师理论讲授、案例教学为引导，学生进行校外实习和方案设计为主教学模式。
重视土木类教学，缺乏针对施工技术和管理类实训。实际教学和实际工作步骤存在一定差距。
侧重基础知识和技能教学，实际工程案例缺乏，缺乏对建筑、水利、市政等施工企业岗位实战认识实训和岗位性综合实训，缺乏项目全生命周期综合案例实训。
建设类专业职业发展所需应用技能：坚实专业知识及基础操作技能；对行业工作步骤把握及管理工作融会贯通；
建设类专业因为其特殊性，通常建筑企业不愿意接收学生实习，安全原因是一个比较大难题。但本专业又含有突出实践性和应用性特点，使得在教学过程中必需经过实习和实训，才能使学生将所学知识和技能掌握。缺乏必需实训软件和仿真实训平台，将严重影响教学质量和学生综合素质培养。

二、项目实施意义
利用虚拟现实技术，以数字化信息为基础，对学校教学、科研、管理和生活服务等全部信息资源进行全方面数字化，最终实现教育信息化，提升学校办学水平和管理水平。
（一）、教育意义
虚拟仿真试验教学是中高等教育信息化建设和试验教学示范中心建设关键内容，是学科专业和信息技术深度融合产物。虚拟仿真试验教学建设工作坚持“科学计划、共享资源、突出关键、提升效益、连续发展”指导思想，以全方面提升中高等院校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质试验教学资源为关键，以建设信息化试验教学资源为关键，分年度建设一批含有示范、引领作用虚拟现实技术试验教学中心，连续推进试验教学信息化建设，推进中高等院校试验教学改革和创新。
职业教育，尤其是我们所处建设领域，职业化学校担负着培养职业技能型人才任务，是社会经济发展很关键组成部分。但我们能够看到，现在教学模式单一而落后，教学过程中以书本为主，理论化教学模式仍然是主流，而建设领域技术发展和创新日星月异，教材老化和脱节严重影响到了行业发展，同时加剧了就业压力和专业人才缺口扩大。
在传统教学中，长久以来大家不得不用抽象概念表示很丰富内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成部分要求符号来表示三维立体建筑，用比较抽象图形和精练语言来描述复杂场景，以传输大量信息。但这一个信息处理和传输方法受到信息接收者所从事职业、知识结构及了解能力影响，交流起来很困难。
虚拟现实技术发展为我们克服这一困难提供了极其有效手段。用虚拟现实既能表示真实世界，也能够表示虚拟世界。表示真实世界时，能够突破物理空间和时间约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中虚拟物体表示出三维逼真感，以达成身临其境感受，最终形成一个“人能沉醉其中、超越其上、进出自如、交互作用三维信息空间”。VR技术为用户提供了一个新型人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型逼真存在，而且对参与者运动和操作做出实时正确响应。
引入职教一体化VR实训室建设，将其沉醉性、交互性、自主性、多感知性等特征融入教学过程中，以实训室为依靠，基于“互联网+”手段实现教学模式创新、教学方法创新、教学内容和实际同时。
（二）实习实训意义
职教一体化VR实训室建设将极大程度上处理本校学生实习实训，课堂教学以实际相互衔接，培养学生基础知识和专业职业技能融合。同时一体化思绪引入，将使得教学深度、系统化更强，培养职业管理型人才及综合素质较高专业技术人才目标将愈加有利。
虚拟现实技术试验是为本科教学而设计和实现。虚拟仿真试验教学依靠虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真虚拟试验环境和试验对象，学生在虚拟环境中开展试验，达成教学纲领所要求教学效果。
虚拟仿真试验教学中心建设任务是实现真实试验不含有或难以完成教学功效。在包含高危或极端环境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济试验项目。虚拟仿真试验教学中心建设应充足表现虚实结合、相互补充、能实不虚标准。

（三）社会效益和经济效益
职教一体化VR实训室相对于传统等百分比建筑专业情景模型基地愈加省钱、省场地、省人工。
职教一体化VR实训室建设，能够有效处理本校学生实习实训同时，使得常规外出实习实训安全风险得以规避，安全管理压力和风险得以控制。
建设完成后，能够吸纳地方弟兄院校和相关培训单位，将本校一体化实训基地有条件进行开放，以低于市场平均价格实习实训费用，服务于其它院校，提升地方职业化教育水平。
大量施工企业也存在亟待处理安全教育、入职培训、技能培训问题，施工企业能够将一体化实训基地作为企业培训和教育窗口和平台。同时，基地也能够聘用有丰富经验一线技术管理人员参与日常工作中来，经过技术融合、管理融合等思绪不停提升实训基地水平。
三、建设内容
（一）、VR实训室原理

虚拟现实（VR-Virtual Reality）,也称虚拟实境，是一个能够创建和体验虚拟世界计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真、含有视、听、触等多个感知虚拟环境，用户经过使用多种交互设备，同虚拟环境中实体相互作用，使之产生身临其境感觉交互式视景仿真和信息交流，是一个优异数字化人机接口技术。
和传统模拟技术相比，虚拟现实技术关键特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成交互式三维虚拟现实环境中，和之产生互动，进行交流。经过参与者和虚拟仿真环境相互作用，并借助人本身对所接触事物感知和认知能力，帮助启发参与者思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵多种空间信息和逻辑信息。
沉醉/临场感和实时交互性是虚拟现实实质性特征，对时空环境现实构想（即启发思维，获取信息过程）是虚拟现实最终目标。
虚拟现实技术优异特征使得该项技术应用于各行各业模拟仿真研究中，并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在城市建设计划、军事模拟、优异制造、地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大经济、军事和社会效益。虚拟现实技术在不远未来就会像当年计算机一样应用于社会生产实践各个领域，它和网络、多媒体将并称为二十一世纪最具应用前景三大技术。
伴随虚拟现实技术成熟，大家开始认识到虚拟现实在教育领域应用价值，它除了能够辅助高校科研工作，在实训体验教学方面也含有利用率高，易维护等很多优点。多年来，中国很多关键高校全部依据本身科研和教学需求建立了虚拟现实技术试验室。

（二）、VR试验室组成部分
1、VR应用系统
以建筑模型应用系统为例：
传统等百分比实体模型，即使节点资源丰富，满足日常教学“观赏性”学习，不过作为静态模型节点，学生只能观察“节点”外形特征，知其然，而不知其所以然，学生无法愈加深入了解“节点”细部结构，施工要求、质量要求等具体内容。
万霆虚拟等百分比实体模型引入了配套资源云平台，将实体“节点”和相关资源链接，使得静态模型插上“资源”翅膀，变愈加丰富多彩。
节点模型三维仿真化：将传统等百分比实体模型，经过计算机技术，采取Untiy3D技术复原，在每个节点上，给予知识热点，用户可经过三维模型剖切和漫游，点击知识点，了解该构件配套资源信息。
资源包含：电子科技（ppt）、施工视频（仿真、实拍微课资源、题库等。
以框架柱为例，用户经过账户进入，化身虚拟人物在三维模型中漫游，点击每个知识热点，系统会自动显示该节点配套专业知识。

2、沉醉式虚拟三维显示系统
在虚拟现实应用系统中，通常有多个显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是现在应用最为广泛系统，因为虚拟现实技术要求应用系统含有沉醉性，而在这些全部显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功效要求系统，所以，该种系统也最受广大专业仿真用户欢迎。虚拟三维投影显示系统是现在国际上普遍采取虚拟现实和视景仿真实现手段和方法，也是一个最经典、最实用、最高等级投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现和虚拟空间信息交流和现实构想。

3、沉醉式虚拟现实交互系统

多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质特征和要求之一，也是虚拟现实技术精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在价值和意义，这也是虚拟现实技术和三维动画和多媒体应用最根本区分。在虚拟现实交互应用中通常会借助于部分面向特定应用特殊虚拟外设，它们关键是6自由度虚拟交互
系统，比如：力或触觉反馈系统、数据手柄、位置跟踪器或交互控制器等等。
ＶＲ技术关键是经过计算机产生一个如同“身临其境”含有动态、声像功效三维空间环境，而且使操作者能够进入该环境，直接观察和参与该环境中事物改变和相互作用。所以，将ＶＲ技术应用于建筑工程仿真研究，不仅能够使得该领域内计算机仿真方法得到完善和发展，而且也将大大提升设计和施工逼真性、实效性和经济性。
建筑施工是复杂大型动态系统，它通常包含立模、架设钢筋、砌筑、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中包含原因繁多，其间关系复杂，直接影响着施工进程。模拟施工过程是为了经过虚拟仿真手段，去发觉实际施工中存在问题或可能出现问题，这就需要对实际施工进行模拟。而现在施工过程模拟只是从几何形体方面模拟施工过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板几何形状加以着色来实现对施工过程模拟。现有模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正作用。基于以上原因，需对施工过程建立适宜模型，设计对应实际施工操作交互，以达成模拟仿真效果。

VR技术发展，实现了在虚拟场景里支模、砌筑、钢筋绑扎、浇筑、振捣、粉刷等等多个施工工艺实际操作。
设备名称
参考图片
设备参数

用途
电脑

cpu
I7 6700k
关键用于展示相关VR产品运行环境。
显卡
gtx1080
主板
z170
内存
DDR4 2400 16G
显示器
2k 24寸显示器
机箱
大号机箱
电源
550W以上
硬盘
SSD 256g(固态硬盘)
鼠标、键盘
USB接口
HTC VIVE虚拟头盔

1、配有激光定位传感器；
2、产品类型头戴式显示设备；
3、分辨率单眼：1200*1080像素，刷新率：90fps；
4、其它性能位置追踪游戏控制器，Steambox主机，内置陀螺仪、加速度计和激光定位传感器，追踪精度0.1度供一个新Vive Phone Services功效，能够接听回拨电话、传讯息和看行事历功效；
5、其它参数追踪位置：4.5*4.5m；
6、体感控制器 x2；
7、基站 x2；
8、基站支架 x2；
关键用于相关VR产品展示；
显示设备
选择-：
曲面显示器

1、支持格式（高清）：2160p；
2、连接方法：无线/网线；
3、多屏互动：支持；
4、USB支持音频格式：MP3；
5、USB支持图片格式：JPG；
6、底座配置：内置底座；
7、可调整电视架/贴墙摆臂式多功效挂架；
关键用于电脑显示器投射，方便观看；
选择二：
曲面投影

1、支持格式（高清）：2160p；
2、连接方法：无线/网线；
3、多屏互动：支持；
4、USB支持音频格式：MP3；
5、USB支持图片格式：JPG；
关键用于电脑显示器投射，方便观看；

名称
参考图片
设备参数
用途
VR软件
交互系统

提供专业3D开发及专业培训，费用依据学校所选设备而定，包含软件开发所需Unity 3D、3DMAX、Photoshop等软件，保留二次开发接口。
关键用于体验相关VR产品操作

备注：实训室及VR设备数量依据学校教学实际需求而定。
（三）VR实训室建设
（1）实训室设计
因为VR技术特殊性，VR实训室能够选择一个教室进行改造。也可直接在高端实训教室中植入VR实训。

▲VR实训室
1.采购优质高端品牌电脑、多媒体设备及LED曲面拼接屏（或曲面投影），建立一个多功效高端实训教室
2.现场依据教室大小进行布局，可采取传统条形桌椅、环岛桌椅布局五（六）边座椅布局、实现学生教、学、练；
3、教室实现无线网络全覆盖，和学校建筑教学云平台对接，将仿真软件介入互联网，实现本平台各类软件平台化应用及实训过程管理和实训结果考评检测。
（2）VR实训场部分模块
软件名称
实训场名称
模块
VR建筑云体验平台
综合实训场VR实训中心（高层）
建筑质量通病VR实训中心
安全施工VR实训中心
塔吊工程
基坑坍塌
五大伤害（高空坠落、触电、物体打击、火灾、机械伤害）
建筑工程虚拟情景教学VR实训中心（1:1实体楼）
建筑装配化实训中心
预制拼装

四、项目建设目标
VR实训室建设，将形成特色专业化教学新模式。
人才培养方案设计直接关系到毕业生能力结构和就业能力，基于项目管理思想和方法人才培养模式，在设计之初就将学院教学和社会需求相结合，将学生理论知识和技能学习同实践相结合，将学生专业技能和综合素质相结合，将学生就业能力和企业用人要求相结合，形成了完整、系统人才培养平台，实现了学生、老师、学院、用人单位和社会等多方共赢。
（1）大众化教育模式下，表现在基础知识掌握上差异较大，为确保教学质量满足社会对土木工程技术和工程管理类人才需要，实施工程施工全程可视化教学模式改革，能够在很短时间内把这种差异缩小。
（2）可视化教学体系建设增强了学生自主学习灵活性，从入学到毕业任何时间段全部能够学习施工知识。
（3）由感性认识再到理性认识，不仅激发了学生学习爱好，缩短了学生认知时间，对促进优异大学生个性化发展，激发大学生科研能力作用显著。
（4）学生能够了解到目前最新施工工艺步骤和项目管理，提升其学习爱好，提升学生思索、实践和创新能力，打造复合型人才。
（5）理论联络实际，以实体百分比节点结构模型和计算机模拟施工工艺方法，将现实生活中实际工程，在实训中心将所学基础理论知识和技能进行系统整合，形成完整体系。
（6）可将面向社会和其它弟兄院校，开展就业培训、在职培训和技能培训等工作，实现资源共享，提升实训中心利用率，充足发挥其使用效益和经济效益。