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      基于VR技术的自然科学虚拟仿真实验室

      时间:2019-01-25????????来 源:中国软件杯

      第八届大赛--B组赛题

      初赛作品提交要求:

      1、工程项目(如果压缩后的文件小于400M,直接在大赛作品提交平台“作品安装/可执行文件”中上传;如压缩有大于400M,就上传到网盘,然后把链接、提取密码保存到文本文档中,上传到“作品安装/可执行文件”中)

      2、演示视频(小于7分钟)

      3、项目介绍和设计文档

      4、请写个程序运行的环境部署文件,把程序运行的环境所需的硬件和软件、安装运行过程描述一下,以保证初赛时评委能顺利看到作品的运行结果。

      赛题名称: 基于VR技术的自然科学虚拟仿真实验室

      组类: B 高职组

      赛题简介:介绍整个赛题的思路和整体要求

      1. 虚拟现实凭借特殊的技术特点,特别容易跟各种行业相结合,尤其通过近两年的发展,虚拟现实技术更加成熟,硬件成本的下降,可用性的提高,都推动了虚拟现实技术与其它行业的结合。

      2. 学生群体对其它行业了解较少,但是对学校专业的实验等课程了解程度较高。虚拟现实的体验内容在这方面有比较稀缺。根据虚拟现实的特点,可以很方便的进行专业实验的模拟。

      3. 整体思路及要求

      通过VR技术,模拟自然科学学科(如:物理、化学、天文等)的专业实验。要求模拟出尽量真实的实验室场景(如:房间、实验台等)。能够通过VR外部设备来操作实验设备。通过VR头戴设备来观看实验结果。需要有相关的专业实验知识的介绍,实验数据及效果的展示。至少能够模拟专业的三种类型实验,每种类型至少一项实验。

      例如:物理光学实验中的三棱镜折射率实验。

      赛题业务场景:描述赛题相关的真实企业业务背景。从真实场景中,适当简化或者提炼出适合比赛的赛题场景

      1.   行业背景

      在过去的几年里,虚拟现实行业发展迅速。首先在2014年,大约只有20万的VR活跃用户。这一数字到2017年已经增加到了9000万,到2018年预计会大幅增加到1.7亿用户,几乎是2017年的两倍。而未来几年虚拟现实行业发展趋势也不容小觑。2017年教育部办公厅颁发了《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》,要根据本科学科门类中专业类的当前布局和发展情况,结合高校专业类实验室建设情况和专业类实验教学信息化发展需求等因素,统筹规划到2020年认定1000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目。更加推动了VR在教育行业的发展。

      2.   赛题的意义

      VR虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习方式转换为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境,如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等,在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验,从而加速和巩固学生学习知识的过程。

      3. 业务场景

      专业的实验通常需要大量的仪器设备,不少实验需要在实验室里进行,场地和设备成本都较高,使用VR技术就能够很好的规避这些问题,VR设备可以降低仪器设备成本,对场地的要求也比较低。利用虚拟现实技术,可以彻底打破时间与空间的限制,学生可以随时随地进行专业实验知识的学习。

       

      说明:虚拟仿真实验室的目的是,通过计算机仿真技术来模拟真实的实验,减少实验设备的使用。

      功能性需求

      1. 创建虚拟的实验室场景
      2. 模拟至少一门学科的专业实验,每门学科至少模拟三项实验。

         学科可以是任意一门自然科学,比如:物理,化学,天文等。

      3. 能够使用VR设备对虚拟的实验设备或仪器进行操作

      4. 实验过程和效果能够使用VR显示设备进行观看

      5. 需要有实验知识的介绍

      6. 需要显示出实验的相关数据

       

      参考案例1物理三棱镜光学实验。

      此实验需要一个带刻度的分光镜平台,一个三棱镜,一个激光发射器,一个目镜。模拟过程中,使用计算机模拟光束从激光发射器发出,通过控制器控制三棱镜的旋转,让入射光以不同角度照射到三棱镜上,然后通过计算入射角和折射角,模拟光线的轨迹,最终照射到目镜上,通过观察平台上的刻度,获得相关实验数据,并显示实验结果,最后通过VR设备来观看。

      非功能性需求

      其他限制条件:开发环境、实验平台、开发语言、数据库、编译器等限制条件(请尽量明确)

      1.   开发引擎:Unity3D或Unreal4

      2.   开发语言:C#或C++

      3.   建模工具:3ds  Max2014等(能够导出fbx格式文件的都可以)

       

      说明:建模大部分都是基本的形状,难度不大,或者找媒体艺术的同学帮忙,也可以从网络上查找现成的模型。模型的精细度不重要,重要的是完成实验过程的模拟。

      测试数据或平台:提供给参赛者的测试环境和测试数据。(可提供电子档)

       

      开发所需设备及设备指标需求说明

      1、  可以运行Unity3D或Unreal4的PC电脑或笔记本

      推荐配置如下:

      显卡:1050以上(或相当)

      内存:8G以上

      CPU:Intel I5 8400以上

      2、  VR设备

      HTC Vive或者VR一体机,需要有操控手柄

      参考设备:

      (1)Pico G2  VR一体机(¥1899)

      https://item.jd.com/8468465.html

      (2)大朋E3C套装(¥2199)

      https://item.jd.com/100001750287.html

      (3)HTC VIVE(¥4888)

      https://item.jd.com/4709306.html

      其他要求

      文档要求:

      1、    需求规格说明书。

      2、    概要设计文档。

      3、    详细设计文档。

      4、    Demo和源文件。

      出题企业:东软睿道教育信息技术有限公司

      答疑老师:李老师    li.yibai@neusoft.com

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      主办单位

      工业和信息化部

      教育部

      江苏省人民政府

      承办单位

      中国电子信息产业发展研究院

      江苏省工业和信息化厅

      江苏省教育厅

      教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会

      信息技术新工科产学研联盟

      执行单位

      中国信息化周报

      中国(南京)软件谷

      江苏软件产业人才发展基金会

      南京航空航天大学

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