VR建筑實訓室建設方案

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1、VR-建筑工程實訓室 建設方案 目錄 項目負責人：壽胡濱 聯系電話： （一）、政策背景 我國《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高〔2012〕4號）提出，“加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設，重點建設一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教育基地、高職實訓基地。加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓I、實踐和畢業設計（論文）質量。”等強化實踐育人環節的措施。 《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》也指出，“建設仿真實訓基地等信息化教學設施，建設實習實訓等關鍵業務領域的管理信息系統，建成支撐學生、教師和員工自主學習和科學管理的數字化環境。

2、 《國民經濟和社會發展第十三個五年（2016-2020年）規劃綱要》也提出要大力推進虛擬現實等新興前沿領域創新和產業化。 （二）、行業背景 從上世紀90年代開始，虛擬現實技術被廣泛地應用于實體模型制作、信息交流和管理、藝術及娛樂等領域，同時也受到了建筑師們的青睬。 （1）作為理解的工具 虛擬現實技術帶給我們的是具有真實感的序列立體圖象，這樣就大大方便了我們對于對象的認識和理解。例如作出傳統中國木建筑的虛擬模型，建筑專業學生便可用此模型了解中國木建筑的營建過程。又如，作出紅樓夢中的建筑群的復原虛擬模型，綜合成一個單獨的虛擬境界。利用它，一般人可很快理解小說中人物 的生活場景。在歐洲、日

3、本和美國，虛擬現實日益廣泛地被家具商和房地產商們用作展示方式和促銷手段。 (2)作為設計和體驗的工具 為了確保生產出來的產品符合不同用戶的需求，有必要讓用戶在產品的設計階段就能體驗產品的性能，以便隨時修改設計方案。利用虛擬現實技術讓用戶在虛擬空間中，對系統進行性能評價和模擬體驗。例如虛擬廚房體驗，設計者先根據用戶的要求設計廚房的大致框架，據此用CAD系統劃出平面圖、立面圖籌，并列出費用清單。然后讓用戶在模擬體驗系統中體驗廚房的方便程度。可以體驗與廚 房設計所對應的虛擬空間中各部分的配置，空間的高度感、前后的延伸感等。體驗廚房門的開閉、水龍頭的操作以及在壁柜內放置物品的情況等。有了這種虛擬

4、 廚房，可以使用戶在廚房制造前檢驗設計的合理性，然后根據用戶確定的設計啟動計算機集成制造生產線，具加工精度為毫米。這就是虛擬現實技術作為設計和體驗的工具的應用。 (3)技術論證 在實際工程項目中，因施工技術問題而導致原設計失敗的例子屢見不鮮，因 此，對于許多大型的建設項目而言，進行施工技術可行性的論證非常有必要。虛擬現實技術的出現為我們解決了這一難題。利用虛擬現實技術不僅僅可以作視覺方面仿真，還能對動力學、運動學等方面進行仿真。 例如，通過模擬建筑施工中大型構件運輸、裝配過程，可以檢驗此過程中是否存在物件的碰撞、干涉，是否因構件形變導致結構破壞等，經過虛擬工建造過程，可以檢查施工計劃

5、和技術的合理性和有效性。 面對競爭日益激烈的人才市場，擔負著教育責任的工程建設類院校，不可能 像基礎教育一樣只關注對學生基本素質的培養，院校也面臨著畢業生無一技之長難以就業的困局。 缺乏專業的實驗實訓室及配套的軟件，建筑類院校建設類專業的實驗及實訓課程基本以老師理論講授、案例教學為引導，學生進行校外實習和方案設計為主的教學模式。 注重土木類的教學，缺少針對施工技術和管理類的實訓。實際教學與實際工作流程存在一定的差距。 側重基礎知識和技能教學，實際工程案例缺乏，缺少對建筑、水利、市政等施工企業崗位實戰認識實訓和崗位性綜合實訓I,缺少項目全生命周期綜合案例實訓I。 建設類專業職業發展所

6、需的應用技能：堅實的專業知識及基本的操作技能；對行業工作流程的把握及管理工作的融會貫通； 建設類專業由于其特殊性，一般建筑企業不愿意接受學生實習，安全因素是一個比較大的難題。但本專業又具有突出的實踐性和應用性特點，使得在教學過程中必須通過實習和實訓I,才能使學生將所學知識和技能掌握。缺少必要的實訓軟件和仿真實訓平臺，將嚴重影響教學質量和學生的綜合素質培養。 二、項目實施意義 利用技術，以數字化信息為基礎，對學校的教學、科研、管理和生活服務等所有信息資源進行全面的數字化，最終實現教育的信息化，提高學校的辦學水平和管理水平。 （一）、教育意義 實驗教學是中高等教育信息化建設和實驗教學示范

7、中心建設的重要內容，是 學科專業與信息技術深度融合的產物。虛擬仿真實驗教學建設工作堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，以全面提高中高等院校學生創新精神和實踐能力為宗旨，以共享優質實驗教學資源為核心，以建設信息化實驗教學資源為重點，分年度建設一批具有示范、引領作用的實技術實驗教學中心，持續推進實驗教學信息化建設，推動中高等院校實驗教學改革與創新。 職業教育，尤其是我們所處的建設領域，職業化學校肩負著培養職業技能型人才的任務，是社會經濟發展非常重要的組成部分。但我們可以看到，目前的教學模式單一而落后，教學過程中以書本為主，理論化的教學模式依然是主流，而建設領域的

8、技術發展和創新日星月異，教材的老化和脫節嚴重影響到了行業發展，同時加劇了就業壓力和專業人才缺口的擴大。 在傳統教學中，長期以來人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內容，如用平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規定的符號來表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精練的語言來描述復雜的場景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理與傳遞方式受到信息接受者所從事的職業、知識結構及理解能力的影響，交流起來非常困難。 虛擬現實技術的發展為我們克服這一困難提供了極其有效的手段。用虛擬現實既能表示真實的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實世界時，可以突破物理空間和時間的約束，做到能“超越現實”；在表示虛擬世界

9、時，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其 中、超越其上、進出自如、交互作用的三維信息空間” VR技術為用戶提供了一 種新型的人機接口，它利用計算機生成交互式三維環境，不僅使參與者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參與者的運動和操作做出實時準確的響應。 引入職教一體化VR實訓室建設，將其沉浸性、交互性、自主性、多感知性等特性融入教學過程中，以實訓室為依托，基于“互聯做”的手段實現教學模式創新、教學方法創新、教學內容與實際同步。 （二）實習實訓意義 職教一體化VR實訓室建設將極大程度上解決本校學生的實習實訓I,課堂教 學以實際相

10、互銜接，培養學生的基礎知識與專業職業技能的融合。同時一體化的 思路引入，將使得教學的深度、系統化更強，培養職業管理型人才及綜合素質較高的專業技術人才的目標將更加有利。 虛擬現實技術實驗是為本科教學而設計和實現的。實驗教學依托、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。 實驗教學中心建設任務是實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。在涉 及高?；驑O端的環境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時，提供可靠、安全和經濟的實驗項目。實驗教學中心建設應充分體現虛實結合、相互補充、

11、能實不虛的原則。 （三）社會效益和經濟效益 職教一體化VR實訓室相對于傳統的等比例建筑專業情景模型基地更加省錢、省場地、省人工。 職教一體化VR實訓室的建設，可以有效解決本校學生實習實訓的同時，使得常規的外出實習實訓的安全風險得以規避，安全管理的壓力和風險得以控制。 建設完成后，可以吸納地方兄弟院校和相關培訓單位，將本校的一體化實訓基地有條件的進行開放，以低于市場平均價格的實習實訓費用，服務于其他院校，提升地方職業化教育的水平。 大量的施工企業也存在亟待解決的安全教育、入職培訓、技能培訓問題，施工企業可以將一體化實訓基地作為企業培訓和教育的窗口和平臺。同時，基地也 可以聘請有豐富經

12、驗的一線技術管理人員參與日常的工作中來，通過技術融合、管理融合等思路不斷提升實訓基地的水平。 三、建設內容 (一)、VR實訓室原理 虛擬現實(VR-VirtualReaHty),也稱虛擬實境，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，它利用計算機技術生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境中的實體相互作用，使之產生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數字化人機接口技術。 與傳統的模擬技術相比，虛擬現實技術的主要特征是：操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬現實環境中，與之產生互動，進行交流。通過參與者與虛擬仿真

13、環境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知 能力，幫助啟發參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。 沉浸/臨場感和實時交互性是虛擬現實的實質性特征，對時空環境的現實構 想（即啟發思維，獲取信息的過程）是虛擬現實的最終目的。 虛擬現實技術的先進特性使得該項技術應用于各行各業的模擬仿真研究中， 并切實有效地指導了生產實踐。自從虛擬現實技術誕生以來，它已經在城市建設規劃、軍事模擬、先進制造、地理信息系統、醫學生物等領域中發揮了巨大的經濟、軍事和社會效益。虛擬現實技術在不遠的將來就會像當年的計算機一樣應用于社會生產實踐的各個領域，它與網絡、多媒體將并稱為

14、21世紀最具應用前景 的三大技術。 隨著虛擬現實技術的成熟，人們開始認識到虛擬現實在教育領域的應用價值，它除了可以輔助高校的科研工作，在實訓體驗教學方面也具有利用率高，易維護等諸多優點。近年來，國內的許多重點高校都根據自身科研和教學的需求建立了虛擬現實技術實驗室。 （二）、VR實驗室的組成部分 1、VR應用系統 以建筑模型應用系統為例： 傳統的等比例實體模型，雖然節點資源豐富，滿足日常教學的“觀賞性”學習,但是作為靜態的模型節點，學生只能觀察“節點”外形特征，知其然，而不知其所以然，學生無法更加深入的了解“節點”的細部構造，施工要求、質量要求等具體的內容。 萬霆虛擬等比例實體模型

15、引入了配套的資源云平臺，將實體“節點”與相關資源鏈接，使得靜態的模型插上“資源”的翅膀，變的更加的豐富多彩。 節點模型三維仿真化：將傳統的等比例實體模型，通過計算機技術，采用Untiy3D技術復原，在每個節點上，賦予知識熱點，用戶可通過三維模型的剖切和漫游，點擊知識點，了解該構件的配套資源信息。 資源包括：電子科技（ppt）、施工視頻（仿真、實拍）、微課資源、題庫等。 以框架柱為例，用戶通過賬戶進入，化身虛擬人物在三維模型中漫游，點擊 每個知識熱點，系統會自動顯示該節點配套的專業知識。 2、沉浸式虛擬三維顯示系統 在虛擬現實應用系統中，通常有多種顯示系統或設備，比如：大屏幕監視器、

16、頭盔顯示器、立體顯示器和虛擬三維投影顯示系統，而虛擬三維投影顯示系統則是目前應用最為廣泛的系統，因為虛擬現實技術要求應用系統具備沉浸性，而在這些所有的顯示系統或設備中，虛擬三維投影顯示系統是最能滿足這項功能要求的系統，因此，該種系統也最受廣大專業仿真用戶的歡迎。虛擬三維投影顯示系統是目前國際上普遍采用的虛擬現實和視景仿真實現手段和方式，也是一種最典 型、最實用、最高級別的投入型虛擬現實顯示系統。這些高度逼真三維顯示系統的高度臨場感和高度參與性最終使參與者真正實現與虛擬空間的信息交流與現實構想。 3、沉浸式虛擬現實交互系統 多自由度實時交互是虛擬現實技術最本質的特征和要求之一，也是虛擬現實

17、 技術的精髓，離開實時交互，虛擬現實應用將失去其存在的價值和意義，這也是 虛擬現實技術與三維動畫和多媒體應用的最根本的區別。在虛擬現實交互應用中 通常會借助于一些面向特定應用的特殊虛擬外設，它們主要是6自由度虛擬交互系統，比如：力或觸覺反饋系統、數據手柄、位置跟蹤器或交互控制器等等。 VR技術的核心是通過計算機產生一種如同身臨其境”的具有動態、聲像功 能的三維空間環境，而且使操作者能夠進入該環境，直接觀測和參與該環境中事物的變化與相互作用。因此，將VR技術應用于建筑工程仿真研究，不但可以使得該領域內的計算機仿真方法得到完善與發展，而且也將大大提高設計與施工的逼真性、實效性和經濟性

18、。 建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、砌筑、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著施工的進程。模擬施工過程是為了通過虛擬仿真手段，去發現實 際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行模擬。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬?，F有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用?；谝陨显?，需對施工過程建立合適的模型，設計對應實際施工操作的交互，以達到模 擬仿真的效果。 VR技術的發

19、展，實現了在虛擬場景里支模、砌筑、鋼筋綁扎、澆筑、振搗、粉刷等等多種施工工藝的實際操作 設備名稱 參考圖片 設備參數 用途 電腦 cpu I76700k 主要用于展示相關VR產品的運行環境。 顯卡 gtx1080 主板 z170 內存 DDR4240016G 顯示屏 2k24寸顯示器 機箱 大號機箱 電源 550W以上 硬盤 SSD256g（固態硬盤） 鼠標、鍵盤 USB接口 HTCVIVE虛擬頭盔 顯示設備 選擇-: 曲面顯示器 1、配有激光定位傳感器； 2、產品類型頭戴式顯示設備； 3、分辨率單眼：1200*1080

20、像素，刷新率： 90fps; 4、其他性能位置追蹤的游戲控制器， Steambox主機，內置陀螺儀、加速度計和激 光定位傳感器，追蹤精度度供一個新的Vive 主要用于相關VR產品的 PhoneServices的功能，可以接聽回撥電話、 傳訊息與看行事歷的功能； 5、其他參數追蹤位置：*; 6、體感控制器x2; 7、基站x2; 8、基站支架x2; 展/」、; 1、支持格式（高清）：2160p； 2、連接方式：無線/網線； 3、多屏互動：支持； 4、USB支持的格式：MP3 5、USB支持圖片格式：JPG; 6、底座配置：內置底座； 7、可調節電視架/貼墻擺臂

21、式多功能掛架； 主要用于電腦顯示器的投射，方便觀看； 選擇二： 曲面投影 1、支持格式（高清）：2160p； 2、連接方式：無線/網線； 3、多屏互動：支持； 4、USB支持的格式：MP3 5、USB支持圖片格式：JPG; 主要用于電腦顯示器的投射，方便觀看； 名稱 參考圖片 設備參數 用途 VR軟件 交互系統 提供專業的3D開發及專業的培訓，費用根據學校所選的設備而定，包括軟件開發所需Unity3D、3DMAXPhotoshop等

22、軟件，保留二次開發接口。 主要用于體 驗相關VR產 品操作 備注：實訓室及VR設備數量根據學校教學實際需求而定。 （三）VR實訓室建設 （1）實訓室設計 由于VR技術的特殊性，VR實訓室可以選取一個教室進行改造。也可直接在高端實訓教室中植入VR實訓。 ▲VR實訓室 1 .采購優質的高端品牌電腦、多媒體設備及LED曲面拼接屏（或曲面投影）建立一個多功能的高端實訓教室 2 .現場根據教室大小進行布局，可采用傳統條形桌椅、環島桌椅布局、五（六）邊座椅布局、實現學生的教、學、練； 3、教室實現無線網絡全覆蓋，與學校的建筑教學云平臺對接，將仿真軟件介入互聯網，實現本平臺各類軟件的平

23、臺化應用及實訓過程的管理和實訓結果考核檢測。 （2） VR實訓場部分模塊 軟件名稱 實訓場名稱 模塊 VR建筑云體驗 平臺 綜合實訓場VR實訓中心（高層） 建筑質量通病VR實訓中心 安全施工VR實訓中心 塔吊工程 基坑坍塌 五大傷害（高空墜落、觸電、物體打擊、火災、機械傷害） 建筑工程虛擬情景教學VR實訓中心（1:1實體樓） 建筑裝配化實訓中心 預制拼裝 四、項目建設目標 VR實訓室的建設，將形成特色專業化的教學新模式。 人才培養方案的設計直接關系到畢業生的能力結構和就業能力，基于項目管 理思想和方法的人才培養模式，在設計之初就將學院教學和社會需求相結

24、合，將 學生的理論知識和技能學習同實踐相結合，將學生的專業技能與綜合素質相結合,將學生的就業能力和企業的用人要求相結合，形成了完整的、系統的人才培養平臺，實現了學生、教師、學院、用人單位和社會等多方共贏。 (1)大眾化教育模式下，表現在基礎知識的掌握上差異較大，為保證教學質量滿足社會對土木工程技術與工程管理類人才的需要，實施工程施工的全程可 視化教學模式改革，可以在很短時間內把這種差異縮小。 (2)可視化教學體系建設增強了學生自主學習的靈活性，從入學到畢業的任何時間段都可以學習施工知識。 (3)由感性認識再到理性認識，不僅激發了學生的學習興趣，縮短了學生的認知時間，對促進優秀大學生的個性化發展，激發大學生的科研能力作用明顯。 (4)學生可以了解到當前最新的施工工藝流程以及項目管理，提高其學習的興趣，提升學生的思考、實踐和創新能力，打造復合型人才。 (5)理論聯系實際，以實體比例節點構造模型和計算機模擬施工工藝的方式，將現實生活中的實際工程，在實訓中心將所學的基礎理論知識和技能進行系統的整合，形成完整的體系。 (6)可將面向社會和其他兄弟院校，開展就業培訓、在職培訓以及技能培訓等工作，實現資源共享，提高實訓中心的利用率，充分發揮其使用效益和經濟效益。