虚拟现实实验室项目（基于虚拟现实技术的教育解决方案开发应用）(2)

音来操作器械，等等。这种感知功能替代性使残疾学生可以接受过去自己无法做的项目。 3.5交互性

学生可以采用多种交互手段如语言、手势、数据手套及触觉等，与虚拟环境交流信息，并得到实时反馈。这种特性使学员与物体、学员与事件、学员与其他人（如指导人员、别的学员）之间的双向实时反馈，在远程状态下成为可能，并犹如近距离或面对面交流一样。 3.6安全性

虚拟环境中学习远比在现实环境里安全。如具危险的化学实验，军事学生可以重演战争，消防队员可以重演扑灭火灾。每个人都可以在这种虚拟环境中试验各种方案，即使闯下“大祸”，也不会引起任何“恶果”。安全性不仅是对于学生而言的，它也包括周围环境中的事物，这一点对于技能性学习特别重要和特别有意义。 （一）项目概要

1.虚拟现实的应用层次可分为：

1.1 初级应用：桌面虚拟现实系统---非沉浸式体验系统，计算机+软件即可实现 1.2 中级应用：桌面虚拟现实系统---沉浸式虚拟现实系统，计算机+软件+数据头盔+数据手套。

1.3高级应用：分布式虚拟现实系统，它建立在沉浸虚拟现实系统和分布式交互仿真（distributed interaction simulation）的基础上

1.4高级应用：+增强现实，于虚拟现实的基础上加入真实的物具（现实中的，非建模的），实现虚拟世界与真实世界的交互。

2.基于虚拟现实技术的教育解决方案主要包括以下：

2.1初高中实验类课程方案，涉及化学、物理（仿真实验室，物体与规则重建） 2.2初高中认知类课程方案，涉及自然（地理、生物）、历史（事件重建）

2.3.高中水平类课程方案，涉及外语（事件重建）、语文（意境重建）、数学(几何规则与逻辑重建).

2.4职业学校技能培训方案，如装配、修理、维护

开发上述产品，一类基于“桌面虚拟现实---非沉浸式体验系统”技术，另一类基于“桌面虚拟现实---沉浸式体验系统”技术。

上述产品以通用教材课标为依据，以教育心理学、名师教学方式为逻辑，以时间进度排

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序，加入知识与技能要点考察和水平评价，贯穿整个教学过程。项目开发的理念、构成、内涵与体系均属国内首创，为行业应用的重大创新。社会公司，包括独立的教师因条件所限，从事的开发均以课件、资源类为主，难以开展如我们这种体系化的构建。此构建的可性行来自我们的业界优势，即是川师大数十年的教育背景与教育资源+技术背景与技术资源，极其宝贵、极其难得的组合，他人难以复制。 3. 项目目标 3.1总体目标

该解决方案融合虚拟现实最新硬件设备以及先进的教学理念，构建完全实时的、高保真的、用户高度介入的学习环境。其特点是具有丰富的环境、丰富的接口、操作与数据双重驱动，从而实现虚拟现实的教学功能，对教与学产生极大的效用。?? 3.2技术目标包括五个方面：

3.2.1开创虚拟现实在国内教育领域系统化应用的先河,于教学上实现普通数字教育资源(如多媒体、电子课件、文字、例表、影视动画资料)的替代。解决方案首要的目标是构建快速、协同的VR资源平台，资源的迭代演化保持一定领先性且遥应未来技术发展要求，体现业务创新、技术创新特征，突出与满足教学及教学管理的现代化需求。 3.2.2 采用分层设计，强调统一的同时兼顾风险与效率，达到规范性与个性化相结合的目的，增加系统灵活性，满足不同学科、不同层次课程的需求。在实际设计过程中，遵循现有网络课程（如川师4A网课）课程分类规划设计，并与校园其它网络教学平台有效衔接。

3.2.3保证高性能、高可用性，提供动态扩容、应急处理、备份等手段实现系统的可靠性、增进用户体验。?

3.2.4组件化、可配置的指标、参数策略，适应不断增加与调整的系统需求变化。适配不同种类与配置的虚拟现实硬件设备。

3.2.5 数据驱动。构建VR场景知识库、参数化模型库以及学习者学习行为轨迹库，形成个性化学习成果反馈技术应用。 4. 项目应用主目标，

完成虚拟现实教育解决方案系统框架设计 5. 项目应用次级目标—启动期目标：

5.1完成非沉浸性与沉浸性中学化学实验教学系统，并在学习者中推广，以达到体验和

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验证。

5.2完成沉浸性中学化学实验教学系统

5.3完成中学物理、历史、地理、语文、数学、英语需求设计 5.4职业学校需求调研 （二）立项的必要性及意义

虚拟现实技术被普遍认为是继计算机技术、网络技术后，在21世纪最有潜力的技术。虚拟现实技术具有的沉浸、交互、构想三大特征使得虚拟现实技术在教育领域应用有其独特而明显的优势。

随着资本对虚拟现实的持续关注、硬件成本降低、设备的普及以及互联网信息技术对教育融合的深入，迫切需要虚拟现实技术改造传统教育模式，甚至是刚刚开始流行的基于互联网的教育模式（如MOOC）。基于互联网的教育模式虽然解决了传统教育的大部分“痛点”(如不能跨时空共享优质教育资源，互动性差等)，但是学习者的体验没有得到实质的提升，缺乏虚拟现实技术（如沉浸式虚拟现实技术）带来的强烈的体验感、逼真的现在感与強大的可交互性。 1.把握历史机遇，珍惜最佳进入期

长期以来，虚拟现实硬件成本的居高不下成了其实际应用的最大障碍，行业应用处于3/4的休眠状态。近两年因技术突破性进步，成本直线下降，其行业应用处于爆发前夜，越来越清晰地呈现出一个科技应用热点。在市场尚未完全被唤醒时进入，无疑为最佳时期。

以游戏头盔式显示器为例，2013年美国当地报价5万美元到17万美元，到2015年降到7000美元到8万美元间，非游戏头盔则降价幅度更大，早几年还需数万人民币的体感头盔目前市场价普遍在1千到3千人民币不等。进入2015年，硬件价格的下降趋势仍在加速，以乐视为例，2015年11月向市场推出有售价仅149元的VR头盔。随硬件成本的快速平民化，虚拟现实技术走向广泛社会应用的闸门已经打开。从资本市场看，2015年6月以来，中国A股历经了三次股灾，资本市场一片哀歌，但虚拟现实概念股却逆势上涨，成为A股独特的亮丽风景。据惠特资本分析，这是一个尚未有巨型企业出现的蓝海市场。

2.开启重大行业应用技术创新，树立行业科技开发优势地位

虚拟现实技术在教育行业的运用，除非沉浸式的一些三维交互课件外，尚没有更多

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运用，基本处于未开垦状态。做好这一块并不太容易，不但要熟知教育，而且要熟知技术。我们两者皆具，这是我们的背景优势。纵观社会，两者皆具的开发者很少，珍惜历史给予的难得机会。背景优势将很好支持我们开展这一项具有行业重大应用创新的研发，进而树立其行业科技开发优势。

3.形成行业应用级产品，占领行业科技应用的制高点

若衡向与兄弟院校在科技实力上对比，川师大的弱处还在缺少对社会、对行业、对企业不能提出解决方案级别的成果，科研产出缺乏对国民经济起重要推进作用的、应用级别的创新。本项目的推进有利于突破困局。

二、 与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析

2016年被公认为虚拟现实的应用元年。

虚拟现实近10年来，随着计算机技术的快速发展，其行业应用愈来愈清晰而备受社会各行业关注。目前在发达国家中, 虚拟现实技术在教育领域的应用，其表现之亮丽，令人震惊。如美国很多学生已经开始使用 zSpace STEM实验室。学生们已经探索了虚拟火山和构建了先进电路板。这个系统为学生提供了真实的学习环境和个性化学习体验，且符合美国新世纪科学标准（ NGSS）、基础课和各州标准。虚拟全像图像可以从屏幕中“取出来”并使用触笔去操控。一些应用则提供多感官反馈。比如，学生在和一个虚拟心脏互动时，可以看到、听到并感觉到它在跳动。

我国目前的虚拟现实技术在教育领域的应用主要侧重在科学研究、虚拟试验的开发以及虚拟校园的开发方面，与发达国家相比，我国虚拟现实教育应用的规模差距不少, 但是已经引起政府有关部门和科学家的高度重视。九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术发展计划等都把虚拟现实技术列入了研究项目。 （一）目标市场的分析与预测 1、市场分布

整体上看，我国虚拟现实技术处在起步期。它的发展与上世纪80年初的微型计算机、90年代中期的互联网相似。

以虚拟现实硬件设备为例，2015年全球虚拟现实设备的销量己达1400万部，2020年的全球销量会提高至8800万部；BI Intelligence的报告预测，虚拟现实硬件市场的规模将在未来几年迅猛增长，未来5年的复合年增长率将高达299%；美国知名的第三方

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调研机构Manatt 5Digital Media和投资银行Digi-Capital也发布报告称，全球虚拟现实市场规模将在5年内、即2020年达到5200亿美元。可见，针对消费者的虚拟现实商业化时代已经来临，虚拟现实产品对市场的渗透将会是“一场必胜的持久战”。从国内外发展比较看，目前国内外发展方向出现分化，但重大分水岭尚未形成。

国内产品、技术与市场需求的深度融合处于摸索期，以出售产品和服务为目标，有近200家公司介入VR领域，从硬件产品到内容制作几乎全部覆盖；国外并非单纯以出售产品为目标，以Oculus和Sony公司为例，除了研发头戴显示器、交互设备、输入设备、动作识别设备，更在着手制定各自的行业标准，意图统治全球市场。

以上不难看出，随着虚拟现实关键设备制造的成本大幅下滑，我们己站在了一个以虚拟现实技术为手段，以行业应用为开发内容的门坎，门内拥有一个不低于数千亿级的市场体量。

2、市场需求与发展前景的分析和产品市场空间预测 2.1市场份额

至2014年末，四川省初中共计3901所，在校生258.3万人；普通高中共计732所，在校生149.0万人；教师共计约30万人; 职业学校500所，在校生20万人。按人均100元/年信息消费，年消费量约4亿元。若项目进入国家教育扶贫工程，有望获得政府基金的支持。 2.2市场选择

将目标市场锁定在中等基础教育与职业教育，以省内为重点。 2.3市场运作

以产学研结合为理念，以服务社会、社会应用为目标。自主开发，并在进程中吸引资本加入。导入效率化管理机制。

虚拟现实进入现代教育，并发挥重大影响绝对是不争的事实。发达地区，但不限于，都将因此受益。我国教育资源分布不均，边远地区师资队伍落后，名师空缺。近十多年来，国家对这类地区的教育投入逐年增加，但多限于基础条件的改善，如何提高教学质量，让这类地区的学生与内地学生一样享有较高质量的教育水平，显然己摆在面前。这是一个重大的教育问题， “教育公平”涉及全社会的良知，不仅仅引发政府的思考、全社会有识之士也在思考并追求解决方案。虚拟现实在这方面可发挥出重大作用，为公平教育发挥出不可替代的作用。因为基于虚拟现实的教育解决方案可以将名师的教育方

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