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蓝美VR互动教学方案

蓝美VR互动教学方案

1. 系统概述

VR作为当今世界前沿技术之一,以全新的媒体形式影响着人们的生活,很多行业运用VR进行品牌推广,如旅游、汽车、房产等,均可实现身临其境的观感体验。如果将VR应用于教学领域,基于全景直播技术,就可以实现远程上课,推进教育资源的均衡发展。
蓝美在VR技术的基础上,增强现实和混合现实的概念也为教育打开了新的思路,通过向真实环境或虚拟环境中植入三维模型,产生视觉冲击、达到虚拟仿真的效果。如果将增强视觉冲击的虚拟仿真应用于教学领域,就可以给教学带来无限的可能性,发挥创意去设计教学内容。

2. 系统特点

2.1 领先性

互动教学平台基于最新的VR技术进行研发,将全景视频直播、虚拟仿真、虚实交互、虚拟植入、手势识别,及三维实时渲染等技术运用于互动教学之中,具有很高的科技含量。VR全景视频直播,将远程正在直播的优质课程采用4K分辨率推送至局域网内的所有蓝美VR终端工作站,学生通过佩戴VR显示终端观看直播,仿佛置身于远程的教室中听讲;远程直播的来源,既可以是4K全景视频信号,亦或4K全景视频流。
教师可利用虚拟仿真的教学场景,比如医学实验室,通过虚实互动演示人体解剖的过程,并讲解重要的人体器官,学生佩戴VR显示设备进行观摩,并支持独立互动实践。与教学模型的交互,可通过控制手柄实现,除了选中、抓取、移动,及旋转等操作,控制手柄还可以实现在虚拟教学场景中的漫游。
互动教学平台提供了丰富的教学模型资源库,教师备课时可以发挥创意,利用教学模型设计教学内容,互动教学时可以随时植入三维教学模型及动画。由于采用了实时渲染技术,教学模型更加逼真、生动,增强了沉浸感。

2.2 改变教学模式

过去的几十年,有目共睹,教育已经发生了翻天覆地的变化,各阶段的院校从无到有,教学设施不断演进、其他教育机构层出不穷;教学资料除了普通教材,逐渐发展为精品课程视频;教学方式更加开放、多样,教育资源逐渐向均衡化发展;这些都是社会进步的结果,先进的技术不断给教育形式带来变革。
将VR技术应用到互动教学中,可以想见其巨大的潜力,教学内容设计能够充分发挥想象力,学生沉浸式交互的对象是立体的、逼真的,不再是枯燥乏味、千篇一律的平媒;而且,对于虚拟仿真实训,学生可以反复互动实践,不受客观条件的限制。

2.3 资源库丰富

互动教学平台最大的优势在于沉浸式、可视化、还有虚实互动,通过植入的三维教育模型及动画,传达教师的真正授课内涵,这一点是平面教学资料所无法比拟的。利用该平台,教师备课过程中可以发挥想象力、创造力,按照构思去设计并呈现教学内容,这样就需要大量的、生动的、不同种类的教学模型来支撑其创意。
那么,对互动教学平台而言,必须具备丰富的模型资源库,涵盖不同学科的大量三维模型,而且随着课程教材和教学内容的变化,不断进行补充和更新。

 

2.4 互动教室示意

互动教室采用分组的形式,将用于学生互动实践的VR终端工作站划分成6组,定制专门的课桌。VR显示终端推荐使用HTC Vive,将两个定位器固定在课桌隔断的两端,其高度大约和视线保持一致。这样,学生上课的时候,既可以坐着进行虚实交互,亦可以站着完成互动实践。


教师授课使用的蓝美VR互动工作站放置于教室前方的电教讲桌内,并配备了支持触控的显示器,方便教师授课过程中操作,实现在4K直播VR全景视频信号、4K直播VR全景视频流、本地VR全景教学视频,及本地三维教学场景之间任意切换。
教室前方的大屏,用于展示互动操作的步骤及注意事项,学生可以观看到展开模式的全景互动教学内容。


利用互动教室,在课堂上学生可以远程观摩VR全景教学直播,也可以观看老师准备的全景教学素材,甚至可以通过虚拟教育场景呈现教学内容,配合植入的三维动画完成知识点的互动教学。采用这种以互动体验为重点的授课形式,可以充分调动学生的学习兴趣,更加立体、直观、全面的理解所学知识点,而且可以反复进行互动实践。

2.5 系统拓扑图

 

2.6 核心设备及功能

2.6.1 蓝美VR互动工作站


蓝美VR互动工作站,配备了高端图形显卡,提供1路DVI、1路HDMI,及3路DP输出;采用广播级视音频板卡,支持1路4K HDMI输入。可实现1路直播4K全景视频信号、1路直播4K全景视频流,本地4K全景视频素材,及本地三维虚拟场景之间的虚实切换;此外,可随时植入三维动画,经实时渲染处理,其材质、光效非常逼真,进一步增强沉浸感;最终,将1路4K分辨率的全景视频,流实时推送出去。

1. 虚实切换
蓝美VR互动工作站可通过4K全景视频信号,或者采用4K全景视频流的方式,接收远程VR全景视频的直播内容。经过实时解码,将其作为两路信号源,支持任意的切换。
支持虚拟教学场景的播放,将其作为信号源,实现任意切换。将符合设计规范的三维教学场景导入后,按照VR全景视频的方式进行渲染,经过实时编码推流发布。佩戴与蓝美VR终端工作站连接的VR显示设备,就可以置身于虚拟教学场景,达到虚拟仿真的沉浸感。
支持VR全景教学素材的播放,将其作为信号源,实现任意切换。将互动教学使用的名师全景课程视频导入后,对其进行实时解码。可根据教学需要,切换至本地全景视频并推流输出。

2. 切换特效
互动教学过程中,教室可以通过蓝美VR互动工作站的触摸屏在4路信号源之间进行切换控制。为了避免切换前后镜头转换差异过大,可以提前预置全景切换特效,如淡入淡出,并根据需要设置镜头过渡的时长,使切换过程更加自然,避免生硬打断学生的思路。

3. 音频调整
音频输出的控制比较灵活,可以选择输出声音与信号源保持一致,亦可对其进行静音或音量调节操作。

4. 虚拟植入
互动教学最大优势在于沉浸式教学、虚实切换及交互,使用蓝美VR互动工作站切换信号源的同时,可以随时植入三维教学模型或三维动画。
由于采用了三维实时渲染引擎,三维教学模型的材质、光效、阴影都非常逼真,这样带给学生强烈的视觉冲击,提高互动教学的沉浸感。
互动教学的三维模型可以按照规范自行设计或采用定制的方式,按照教学内容设计配套的三维模型,便于学生对照学习。当然,也可以确定某个专题,按照具体操作步骤设计教学互动内容,以便学生按照正确的步骤进行互动学习,并结合自身情况进行反复实践。

2.6.2 蓝美VR终端工作站


蓝美VR终端工作站,配备高端图形显卡,提供1路DVI、1路HDMI,及3路DP输出。支持主流的VR显示终端,如HTC VIVE、Oculus Rift CV1(及开发版),实现VR全景直播的沉浸式体验;支持虚拟交互,开启广播字幕或者特写镜头(美吉克专利);支持本地VR全景视频、三维虚拟场景的播放控制;支持三维教学模型及动画的虚拟植入,并通过手势识别进行交互控制;支持虚拟教学课件的播放控制,配合控制手柄实现漫游与交互控制。

  1. 全景直播加特写

蓝美VR终端工作站可同时接收直播一路VR全景视频流,及一路特写镜头视频流,佩戴VR显示设备即可置身于远程直播课堂,360度全方位沉浸于教室的教学氛围之中,完全感受不到空间上的距离。通过VR显示设备收听的声音,是从远程直播教室内采集的全向音频。通过VR显示设备的交互菜单,能够在沉浸式直播体验中显示特写画面,重点观看全景视频当中教师的局部特写。完美地将沉浸式全景直播与局部特写结合在一起。

  1. 广播字幕

全景直播过程中,蓝美VR终端工作站可开启广播字幕。通过VR显示设备的交互菜单,能够在沉浸式直播体验中显示广播字幕,其显示位置始终处于当前视野中央偏下的位置,不随头盔转动而改变位置。
广播字幕的作用主要是广播全景直播相关的消息,或者介绍背景信息。显示位置不随头盔转动而发生改变,保证重要信息可以传达给收看全景直播的学生。

  1. 虚拟场景播放

蓝美VR终端工作站支持三维虚拟场景的播放,在播放窗口内通过鼠标拖拽操作可以改变当前显示的全景视角;通过鼠标滚轮控制,改变当前视角的景深。佩戴VR显示设备之后,通过全景方式置身于虚拟场景中。
结合普教阶段的互动教学,学生可以根据互动教学的内容,加载相应的虚拟教学场景,然后播放三维教学模型及动画,自己进行沉浸式互动学习,掌握相关的的知识点。
面向高校设计专业,学生可以将设计好的三维虚拟场景导入进来,佩戴VR显示设备置身于虚拟场景之后,自己检查设计中存在的问题,以便进行相应的修改。ß

  1. 三维模型植入

蓝美VR终端工作站支持三维动画的植入,无论当前的播放内容是直播全景视频、还是本地全景教学视频,或者三维教学场景,可以随时植入三维模型及动画。
结合普教阶段的互动教学,学生可以根据教师互动教学的内容,在虚拟教学场景中播放三维教学模型及动画,自己完成沉浸式的互动学习。
设计专业的学生可以将设计好的三维模型及动画导入进来,通过控制手柄或手势识别设备控制模型进行旋转、移动及缩放,从不同角度呈现模型的细节。

  1. 手势交互

利用手势识别设备,可以在全景视频直播、教学虚拟场景,及全景教学视频的沉浸式体验过程中,与植入的三维教学模型进行交互。
通过感应学生手部的动作,识别相应的姿态进,然后将其转化为具体的互动操作,如选中、抓取、松开、移动、旋转,及缩放。
手势识别的优势主要体现在虚实交互的灵活性,将最熟悉的肢体动作直接变成虚实交互的操作,相比于其他控制设备,无需记忆动作的映射关系,无需熟悉外设的使用方法。
若互动教学体验时需要移动,则必须将手势识别控制器固定在VR显示头盔的前方,由学生自己移动来实现。

  1. 虚拟漫游

除了采用手势识别这种交互方式,也可以使用VR显示头盔提供的控制手柄进行虚实交互。结合实际互动教学的需要,将控制手柄上面的按键绑定为具体的交互动作,涵盖交互菜单显示/关闭、前后左右位移、快速移动、缓慢移动、选中、抓取,及释放等。
相比于手势识别的交互方式,通过控制手柄进行虚实交互可以实现在全景环境中的虚拟漫游,在不同的互动区域之间移动。这样,实际在有限的现实体验空间里,也能完成全景环境里的大范围的移动。这一点当存在虚拟漫游需求时,实现起来更加容易,不易受现实环境的限制。

2.6.3 VR显示终端

HTC VIVE运用在互动教学当中,学生能够获得沉浸式的交互体验。可以观赏全景精品课程内容;播放互动教学课件进行虚拟仿真交互;此外,还可以在虚拟场景中播放教学涉及的三维动画,充分发挥在实际教学中的作用。

 

  1. VR领域的关键技术

VR应用了最基本的凸透镜光学成像原理,让屏幕位于目镜焦距之内,人眼看到的图像其实是放大的一个虚像(类似于放大镜),相当于屏幕尺寸扩大了几倍甚至几十倍,再加上镜片曲折光线的作用,可以给人一种身临其境的感觉。

  1. HTC VIVE的主要特点

HTC Vive包括两个分辨率为1080*1200像素的OLED显示器,加在一起的分辨率为2160*1200,刷新率为90Hz,高刷新率也保证了体验者在左右看的时候没有拖拽感,让人感觉更为舒适。头盔前方有大量的传感器并且集成了前置摄像头摄像头,可用于此后AR(现实增强)应用场景。
Vive标配含两个运动控制器(手柄),充电口是标准的microUSB,外观科技感十足,而且相当轻便,双手掌控的感觉非常好,长时间的使用也不会感觉到疲惫。运动控制器由一个圆形可点按触摸板构成,在上面有一个触发按钮,使用食指可以方便的控制。此外,配件还包括两个定位基站、一个控制串流盒。
串流盒一段连接头盔,另一端通过HDMI和USB3.0线缆连接专业工作站,Vive就可以开始工作了。之后在电脑根据HTC VIVE安装向导的指引,就可以完成驱动及Steam平台的安装。所有的步骤准备结束后,你就可以互动体验了。

2.6.4 手势识别设备

除了通过VR显示终端配套的控制手柄进行虚实交互外,也可以将手势识别技术运用到虚实互动当中,通过手势感应设备捕捉双手的位置、动作及运动趋势。在VR沉浸式交互课堂中,通过手势来控制三维模型的移动、旋转与缩放。与控制手柄相比,由于直接通过人手实现虚实交互,操作更加直接、自然,贴合人们习惯的肢体表达方式。


经过反复测试,将手势感应装置固定于VR显示终端的正前方外侧,与头盔的朝向一致可达到最佳的效果,其感应范围正好覆盖体验者的双手,而且能够跟随体验者移动,保证感应的准确度。

2.6.4.1 蓝美VR控制器

利用最新的蓝美技术,在此基础上进行开发,通过蓝美控制器,或者增加通用蓝美VR开发支架,即可将手势识别与VR虚实互动完美结合。

1. 包括:
· 蓝美VR控制器
· USB线缆
· 重要信息指南

2. 最低系要求:
· Windows 7及以上,Mac OS X 10.7 Lion及更新版本
· AMD Phenom II或Intel Core i3/i5/i7处理器
· 2 GB内存
· USB 2.0端口
· 以太网连接

2.6.4.2 蓝美通用VR开发支架

蓝美通用VR开发支架,采用了全新设计的曲面定位托架,背面的粘胶可以将其固定在消费版VR头显前部表面,兼容HTC Vive与Oculus Rift CV1,同时提供一根约4.5米的USB延长线,进而提高其移动性。







 


1.包含:

· Leap Motion Controller新款曲面VR开发支架,兼容Oculus Rift CV1、HTC Vive,以及Oculus Rift/HTC Vive之前的开发版
· 4.5米USB 2.0延长线
· 定制的3M粘胶
· 快速入门指南(英文)


2.不包含

· 蓝美VR控制器
· VR头显设备


3.最低系统要求

· Windows 7 SP1 64位及更新版本
· Intel Core i5-4590及以上
· 8GB以上内存
· 3个USB 3.0端口
· NVIDIA GTX 970/AMD R9 290及以上显卡(具有兼容HDMI 1.3输出接口)

3. 方案优势

3.1 虚实切换

互动教室系统方案,旨在将枯燥乏味的日常教学变得生动有趣,依托于该平台,发挥教师在教学上的想象力、创造力,将希望传达给学生的内容以前所未有的形式展现在学生的周围。对于使用互动教室进行学习实践的学生,有机会利用蓝美VR技术在全景视频教学中与三维虚拟教学模型互动,发挥类似AR的增强效果,直观、准确地呈现教师所传达的教学内涵。

 

3.2 课件漫游

在定制教学场景内部,可以开辟不同的教学区域,如自然、化学、物理,及生物等学科,佩戴VR显示终端使用控制手柄实现在教学场景内部的漫游及互动。通过控制手柄的方向键,快速定位至教学区域附近,接着缓慢移动到合适的位置,佩戴VR头盔旋转至合适的视角,就可以开始知识点的互动学习了。

3.3 多种交互形式

蓝美互动教育平台基于VR技术,实现沉浸式的互动学习,一般通过VR显示终端的控制手柄进行虚实交互。不论是在虚拟教学场景的不同教学区域间漫游,还是按照步骤进行仿真实践,对教学对象的选中、抓取、旋转,及复位等,都可以通过单个或两只手柄来实现,通过虚实互动进一步增强沉浸感。

3.4 虚拟仿真

对于某些学科或专业,教学中会涉及实习或特种培训,其往往存在一定的危险性;而且,也会受到客观条件的限制,即便组织学生参与学习实践,通常也不会每个人都有参与实践的机会,更多时候会分组观摩由教师指导,达不到理想的学习实践目的。另外,对于某些职业院校,如汽修专业,学生需要逐步掌握各汽车部件的结构,但是老师在教学中不大可能将各种零部件的实物展示给学员,仅通过平面示意图展示很难表现零件的立体结构,学员理解起来很困难。如果有配套的互动教学课件进行虚拟仿真,实现辅助教学,即可解决这些教学中遇到的实际困难。

3.5 丰富的模型库

针对普教阶段的VR互动教学,提供大量的自然科学类三维模型,涵盖了动物、植物、昆虫、细胞、生态系统,及实验仪器等高精度模型。而且,根据不同学科的教材,对于一些三维模型,包含动画效果,使模型的交互展示更加形象和逼真,激发学生的学习兴趣。


针对专业学科,如生命科学,提供丰富的三维人体模型,涵盖了骨骼、脏器、血管、淋巴、生殖器,及大脑等高精度模型。帮助相关专业的学生,系统性的对照学习,掌握重教学要点。亦可对单个模型进行更加深入的交互,配合具体的教育要求,展现不同剖面的特征。


针对其他互动教学的应用场合,资源库里面还包含了大量卡通类型的三维模型,适合于低龄学生进行事物认知或简单英文教学。这些三维模型设计的非常可爱,并且具有显著的特征,符合适龄学生的认知范畴。

 

4. 售后服务与技术支持

我方在长期为客户服务工作中,已经形成了一套科学、严谨、有效的技术服务体系。其中包括灵活多样的服务形式、完善的服务内容和优质的服务质量保证体系。

4.1 服务形式

  1. 技术培训

提供免费的系统使用及维护的培训,在项目中涉及到的培训计划,由该项目经理按照规定制定。计划针对客户设备使用人员,其中加入与系统有关的内容,根据现场勘测时得到的客户方人员调查情况,共同来制定,使系统管理人员达到独立完成整个系统的管理和部分维护。

  1. 电话支持

设有24小时技术支持热线电话,经验丰富的工程师将在工作日期间随时免费解答客户问题,提供详尽的技术指导,配合客户定位并解决问题。若遇紧急突发事件,导致设备无法正常使用,我方可提供24小时内的现场技术支持服务。
技术咨询电话:

  1. 现场支持

公司将统一调度服务资源,当接到客户关于系统故障的通知后,我方承诺在30分钟内做出回复,并根据故障响应级别,以最快速度派工程师到客户现场,进行故障诊断和排除,提供专业的现场技术支持服务。


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