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

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4、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（），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(),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信息，使其置身于与真实环境非常相近的虚拟环境中。购房者可以浏览所有户型，观察房间的各个区域，包括空间结构、具体平面布局，在室内凉台或窗前浏览户外的美丽景色。展示文件还可在售楼部电脑展示、房展会展示，也可制作成电子“楼书”多媒体光盘向欲购房者发放。虚拟现实技术应用领域虚拟现实技术应用领域城市规划一个城市如何更好展示自己的魅力、吸引更多的外资一直是城市发展的重要课题。“三维虚拟互动展示技术”能真实的反应城市的面貌，外商既使不亲临现场，也能客观地了解一个城市的真实情况，从而吸引更多的投资商。文登南海城市规划馆（清岛湾）三通道环幕投影系统

虚拟现实技术应用领域电子商务三维全方位浏览技术，使顾客能详细观察具有真实感的产品的全貌及细节，借助动画，还能进行功能演示，这些功能大大提高了网络购物的可信程度，是电子商务站点的得力助手。虚拟现实技术应用领域项目投标将项目全貌用三维虚拟技术形象、直观地进行展示，并利用互动浏览技术，与招标单位及评审专家进行充分交流，详细展示项目特色，提高项目的中标率。虚拟现实技术应用领域建筑工程

1、在工程结构分析中的应用

工程结构在破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究，并利用虚拟现实的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。2、在岩土工程中的应用

岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。建筑工程

3、防灾工程中的应用

长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。4、在模拟施工过程中的应用

建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。

模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的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的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。

另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。虚拟现实技术应用领域虚拟现实技术应用领域工业仿真

虚拟现实在工业上的应用非常广泛，在工业品展示，化工系统模拟，汽车制造系统模拟，机械系统等工业领域都有应用。在工业上的应用也被称之为：产品功能演示、产品互动演示、工业仿真演示、产品演示、产品装配演示、数字样板间演示、化工系统仿真、航天系统仿真、汽车制造系统仿真、机械系统仿真。基于虚拟现实技术的塔式起重机3D互联网模拟培训系统的研究虚拟现实技术应用领域交通桥梁

虚拟现实技术在高速公路和桥梁建设方面有着非常广阔的应用前景它们又被形象的称之为：虚拟公路，虚拟桥梁，虚拟交通指挥系统。

实现道路桥梁的数据可视化，提供直观形象的管理手段！

虚拟公路交通是用虚拟现实技术把包括道路、桥梁、收费站、服务区以及沿途的部分景观，大到整个收费站等完全真实再现。按照要求，我们可以设置多条相对固定的浏览路线，无需操作，自动播放。还可在后台置入稳定的数据库信息，便于受众对各项技术指标进行实时的查询，周边再辅以多种媒体信息，如工程背景介绍,标段概况,技术数据,截面等,电子地图,声音、图像、动画，并与核心的虚拟技术产生交互，从而实现演示场景中的导航、定位与背景信息介绍等诸多实用、便捷的功能。虚拟现实技术应用领域数字医院

虚拟现实在医疗领域的应用主要有：虚拟手术，数字医院，医学模拟演示，实训模拟演示,实训教学演示,医院虚拟仿真系统，虚拟医学仿真，虚拟现实技术在医学手术仿真训练等。虚拟现实技术应用领域军事仿真

1、军事沙盘电子沙盘：沿海作战环境虚拟仿真分析系统沿海作战环境虚拟仿真辅助决策系统；边境地区数字化作战环境分析系统、边境地区数字化作战环境分析决策系统；三维实景兵要地志、城市防空虚拟仿真指挥系统2、战场环境模拟系统：三维军事地形图集（含景观地貌）、三维实景作战模拟仿真系统3、指挥决策仿真模拟：军、师、团指挥训练三维模拟仿真系统，数字边疆作战环境分析决策系统4、新式武器与装备的研制和应用.武器拆卸新武器威力模拟等5、作战训练与人才培养方面：模拟操作模拟演示模拟驾驶等仿真训练系统虚拟现实技术应用领域科博馆应用

虚拟现实在科学馆，博物馆的应用也被称之为：场馆互动演示、科技馆互动演示、军事模拟演示、科学试验演示、视景仿真演示、数字科博馆演示、基因试验演示、未来重要规划演示、模拟驾驶演示、碰撞演示。

世界上所有一流的科学馆都在使用最新技术来推动科学普及，而虚拟现实技术可以与科技馆的功能进行完美的结合，充分发挥虚拟科技馆的种种优势，传统的声、光、电展览已经很难吸引观众的兴趣，而利用虚拟现实技术，把枯燥的数据变为鲜活的虚拟现实的图形，使科技馆进入交互式参与的新时代，引起观众浓厚的兴趣，从而达到科普的目的。虚拟现实技术应用领域古迹复原

因为古建筑文化遗产不可再生，而修缮保护方法是多样的，选择最佳的古建筑修缮保护方案显得尤为重要。古建筑修缮保护动画片是对修缮保护历史文化遗产建筑有极大的促进作用。虚拟现实技术在古迹复原文物复原方面，是采用非接触测量技术、三维成像技术，经过实地摄影、数据采集、三维动画合成，虚拟文物建筑影像的三维模型，利用3D虚拟现实技术将修缮保护工程方案制作成一套全面、具体、准确、生动的修缮过程互动演示片，对历史文化古建筑的保护、更新、延续具有重要的现实意义。

虚拟现实技术结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段，可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化。虚拟现实技术应用领域港口物流

虚拟现实的港口集装箱物流仿真系统，虚拟港口实习基地系统，港口生产作业模型，数字港口，虚拟现实的集装箱起重机驾驶仿真训练系统，虚拟现实的港口集装箱物流仿真系统等。它充分利用了计算机仿真技术和虚拟现实技术在国内外发展及应用情况的基础上,结合港口集装箱装卸系统的具体情况,分析了港口集装箱物流系统的功能和结构,建立了集装箱装卸系统,包括装卸桥、场桥、拖挂车等的三维模型、运动学模型等,开发了具有虚拟现实特点的视景仿真系统,并实现了实时仿真及交互控制的功能。

虚拟现实技术应用领域数字城市

数字城市又称网络城市或智能城市，更确切地说是信息城市。它是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用3S技术（遥感技术、地理信息系统技术、全球定位系统技术）、遥测、仿真虚拟技术等，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的多分辨率、多尺度、多时空和多种类的技术系统。通俗地说，数字城市指的是在城市规划建设、运营管理和生产生活中，充分利用数字化信息处理技术和网络通信技术，将城市的各种数字信息及信息资源加以整合并充分利用。

矿业领域1）、模拟矿井开采虚拟现实技术可以使操作人员与这一系统进行交互作用，他可以在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟出的任何区域，通过计算机屏幕显示出所视空间的采矿作业情况，这种模拟超过以往以任何方法建立的模型所达到的效果。2）、矿业人员技术培训虚拟现实技术创造出的矿山生产环境具有逼真、交互作用的特点，可以直观模拟采矿环境及其作业过程，供采矿工程专业的学生实习，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育。同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训，如虚拟井下的各种工况及险情，使被训练者身临其境地去体验，并学会采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质，消除事故隐患。3）、矿井设备的虚拟设计和制造由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的