面對疫情期間“停課不停教、停課不停學”的教育指導方針，各大高校/中小學都開啟了線上課程，這其中虛擬仿真在線實驗再次被重點關注。在線虛擬仿真實驗在實現交互式線上實驗教學與實踐的同時，建立了適應網絡化學習的實驗教學成績考核評價指標體系，可有效保障特殊時期的實驗教學進度，穩定實驗教學質量。
在線虛擬仿真實驗教學對技術方面有較高的要求，因此我們整理了在線虛擬仿真實驗教學的技術實現方案，供有需求的高校參考。
1、實時渲染畫質效果與大數據量承載
在線虛擬仿真實驗教學以虛擬現實軟件平臺為基礎，因此選用的虛擬現實軟件平臺需要有很好的實時渲染顯示效果，同時能夠承載很大的模型數據量，具體指標包括單體模型網格數量，總體模型數量及紋理貼圖總量。
解決方案：自主知識產權虛擬現實引擎VRPlatform在實現虛擬仿真實驗教學常用教學應用開發的同時，充分滿足對圖像實時渲染畫面質量的要求。在大規模場景數據承載方面，VRP制定了三維場景數據建模規范流程，以綜合來控制單體模型數據、總體模型個數與場景紋理貼圖總量的平衡，結合平臺自身具備的大場景動態加載技術，實現大規模場景數據的流暢顯示與優化。
2、二次開發擴展接口
高校各個專業虛擬仿真實驗需求不同，實驗內容以高度定制開發為主，因此虛擬現實軟件平臺需要具備良好的易用性、交互性、穩定性及二次開發擴展能力。
解決方案：市面上常用的虛擬現實平臺在易用性、交互性、穩定性方面均可達到一般要求。在二次開發擴展能力方面，VRPlatform可以基于軟件底層內核進行全譜系開發，并可開放項目所需的底層二次開發接口。
通過VRP提供的接口可以實現用戶應用系統對窗口中三維場景的控制，可定制開發各種仿真硬件設備的驅動接口和應用程序接口（如模擬器、力反饋器、數據手套、光學動作捕捉設備、3D手持控制設備等），使用戶可以通過硬件設備來對三維虛擬場景中的對象進行仿真操作，實現逼真的訓練模擬，為實裝操作在前期提供技能訓練輔助與經驗積累。VRP二次開發接口支持的開發環境包括VC，VB，DELPHI，C#，VS.NET等。
3、模型數據格式支持與優化顯示
高校虛擬仿真實驗覆蓋多種專業，基礎模型數據來源較多，需要解決模型數據的格式轉換、數據共享導入導出，大規模裝備模型數據的優化顯示等技術。
解決方案：三維模型場景的基礎模型數據來源有三維建模軟件，如3dsmax、Maya等，有三維設計軟件，如Pro/E、Solidworks等，這些三維軟件和虛擬現實軟件的數據交互，VRPlatform采用國際通用的OBJ、VRML三維數據交換格式，有效的導入導出三維模型數據，來實現模型數據的交換。針對導入的數據采用優化點面數據，提升紋理貼圖精度的算法，能夠有效的減少數據量同時保持良好的視覺效果。
4、多人協同操作訓練同步管理技術
在線虛擬仿真實驗在實際教學使用中，經常涉及到多個學員在虛擬場景中協作操作的情況，需要解決場景在多人協作的環境下進行虛擬實驗的狀態同步，多學員操作過程同步與管理。
解決方案：多人協同訓練應用的實現采用VRPlatform多人協同開發端模塊進行開發，在服務器端對三維場景中的物體屬性及狀態數據進行統一管理與通信，同步各學員操作的客戶端數據，來實現多學員教學訓練的協同操作。
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