机械工程虚拟仿真实训教学中心（以下简称虚拟仿真中心）服务于机械设计制造及其自动化专业、智能制造专业、机械电子工程专业和机器人工程专业，可完成数控机床设计安装与调试、车床设备安装及加工实践和机械制造技术基础实验等基础性实践，VR技能鉴定、成图大赛等创新性实验，学生科创和教师科研等探究性实验，总计服务学生1600余人。同时，能源与动力工程及汽车服务工程等专业教师和学生进行探索性实践融合开发，为400余人提供间接性支持和服务。以虚拟仿真实验中心为平台，，大力宣传，推广，带动了园区周边院校的学生进行培训、授课、参观实习等，进行学生进行认证考试，考试培训等项目。

虚拟仿真中心能够提升教师科研水平，利用高性能在线平台，教师可以进行一些课题申报，数据处理等相关研究，增大教师对计算机的利用率，提升教职工科研能力。

虚拟仿真中心拟建实验室面积约150平方米，投入费用约60万元，能够有效提升学校生师体验感，保障一流专业、省级示范中心的高质量建设，为学校高质量转型发展提供源动力。

表1虚拟仿真中心课程及使用率

注：计划内年使用率=使用总学时/800（800=25学时/周*32周，每学期按16周计）。

虚拟仿真中心可以为机械设计制造及其自动化专业（2021年获批甘肃省省级一流专业）、机器人工程专业、机械电子工程专业、汽车服务工程专业、能源与动力工程专业、智能制造专业等专业的教学过程提供实践平台，并且为学生双创、年轻教师培养、教师科研提供技术支持。

虚拟仿真中心满足如下特点：可用于机械设计制造及其自动化大类多个专业方向的专业基础课教学和综合项目实训；企业多年实践教学经验的累积，项目平台及内容与大部分企业用人需求高度契合；企业所提供的实验设备具有丰富的开发文档和用户实验指导书且具有良好的软硬件扩展能力，满足多个专业学生的使用需求；企业提供所有实验设备的软硬件资源全部开放源码及原理图，并提供不定期更新及完备的技术支持。

1.数控车削三维互动3D虚拟仿真实训系统要求

第一部分、平台功能指标要求：

平台具有教师、学生等不同用户角色，可凭账号、密码进行登录。

第二部分、平台性能指标要求：

（1）3D模型数据量小运行速度快（如至少含有500个以上零部件的逼真设备或三维虚拟实训场景几何模型数据量小于1024KB，才能满足大量三维场景仿真模型能够快速通过互联网传送到学生终端计算机的效果，并实现与三维仿真场景的实时互动操作），须提供省级以上鉴定中心出具的证明证书。须演示打开模型文件给专家评委查看小于1024KB。

（2）软件平台有自带的具有自主知识产权的虚拟现实三维互动教学平台、虚拟现实三维互动引擎,教师可根据教学需要对平台上的所有教学资源进行二次开发。以上内容须提供原厂商软件著作权证书复印件加盖公章并进行演示。

（3）软件平台有自带的具有自主知识产权的web3D三维建模及三维动画制作编辑工具，用户可自行在这个系统开发课件内容，自己建三维模型及制作三维动画或对系统现有的3D模型与动画进行编辑修改，以上内容须进行演示。

（4）采用B/S模式（Browser/Server，浏览器/服务器模式），基于英特网/校园网实现。在用户浏览器中嵌入虚拟现实三维互动引擎完成3D虚拟现实场景的渲染显示与实验互动操作，3D图形底层渲染支持OpenGL, DirectX, 以及软件渲染，并采用多线程socket实现动态3D数据传送，同时通过与PHP动态网页相结合的方式，实现整个客户端的浏览与操作界面。

（5）一体化教学资源平台中的所有资源（包括三维模型）均可以应用到教学PPT里，方便进行互动教学，并且在PPT里可以进行三维互动操作，以上内容须提供原厂商软件著作权证书复印件加盖公章并进行演示。

（6）采用基于Web3D虚拟现实三维互动技术，能实现智能虚拟仿真实验操作、能够智能判断用户在3D场景中的操作，并做出实时智能反应。

（7）软件平台的三维互动教学资源除了能在电脑上运行，还能在移动终端（PAD或手机）上流畅运行，并支持不同版本的iOS或Android 操作系统，以上内容须进行演示。

（8）所有的3D动画、3D模型及平台数据均采用128位随机加密技术以保证平台数据的安全性。

第三部分、虚拟仿真实训课程内容及功能：

系统采用三维建模软件1：1还原了车床的主要构造，体验者可操控VR设备、键盘、鼠标等进入虚拟环境对铣床进行拆卸、主要构成部件的原理学习。

2.数铣削三维互动仿真平台功能指标要求：

（1）3D模型数据量小运行速度快（如至少含有500个以上零部件的逼真设备或三维虚拟实训场景几何模型数据量小于1024KB，才能满足大量三维场景仿真模型能够快速通过互联网传送到学生终端计算机的效果，并实现与三维仿真场景的实时互动操作），须提供省级以上鉴定中心出具的证明证书。须演示打开模型文件给专家评委查看小于1024KB。

（2）软件平台有自带的具有自主知识产权的虚拟现实三维互动教学平台、虚拟现实三维互动引擎,教师可根据教学需要对平台上的所有教学资源进行二次开发。以上内容须提供原厂商软件著作权证书复印件加盖公章并进行演示。

（3）软件平台有自带的具有自主知识产权的web3D三维建模及三维动画制作编辑工具，用户可自行在这个系统开发课件内容，自己建三维模型及制作三维动画或对系统现有的3D模型与动画进行编辑修改，以上内容须进行演示。

（4）采用B/S模式（Browser/Server，浏览器/服务器模式），基于英特网/校园网实现。在用户浏览器中嵌入虚拟现实三维互动引擎完成3D虚拟现实场景的渲染显示与实验互动操作，3D图形底层渲染支持OpenGL, DirectX, 以及软件渲染，并采用多线程socket实现动态3D数据传送，同时通过与PHP动态网页相结合的方式，实现整个客户端的浏览与操作界面。

（5）一体化教学资源平台中的所有资源（包括三维模型）均可以应用到教学PPT里，方便进行互动教学，并且在PPT里可以进行三维互动操作，以上内容须提供原厂商软件著作权证书复印件加盖公章并进行演示。

（6）采用基于Web3D虚拟现实三维互动技术，能实现智能虚拟仿真实验操作、能够智能判断用户在3D场景中的操作，并做出实时智能反应。

（7）软件平台的三维互动教学资源除了能在电脑上运行，还能在移动终端（PAD或手机）上流畅运行，并支持不同版本的iOS或Android 操作系统，以上内容须进行演示。

（8）所有的3D动画、3D模型及平台数据均采用128位随机加密技术以保

证平台数据的安全性。

（9）系统采用三维建模软件1：1还原了铣床的主要构造，体验者可操控VR设备、键盘、鼠标等进入虚拟环境对铣床进行拆卸、主要构成部件的原理学习。

图为数铣削虚拟3D图

3.实交互式HMD套装

交互式HMD套装是个基于PC处理的VR显示头盔（即PC VR）套装，实现VR资源的沉浸式显示。交互式HMD套装与图形工作站相配合，VR项目经过工位站的计算与渲染后输出到交互式HMD套装进行显示。交互式HMD套装内置陀螺仪传感器、加速度计、激光定位传感器等，能在两个轴线方向上精确捕捉头部动作反馈给工作站，从而实现自然地观看VR资源。

在屏幕上，交互式HMD套装采用了OLED 屏幕，分辨率为达到了2160 x 1200。2K的分辨率极大降低画面的颗粒感，使观看几乎感觉不到纱门效应。屏幕刷新率为90Hz，延迟可控制在22ms以内，实现超逼真的沉浸式VR观看体验；交互式HMD套装具备焦距适应功能，支持观看者能在佩戴眼镜的同时戴上头显，即使没有佩戴眼镜，400 度左右近视依然能清楚看到画面的细节；套装提供了特有的抗抖动技术，能有效的防止VR晕眩；交互式HMD套装兼容市面上主流的开发系统与动作捕捉设备，可实现高精度的动作捕捉与动作反馈。

图为交互式HMD套装

（1）产品组成

1）设备介绍

基于PC处理的VR显示头盔（即PC VR）套装，实现VR资源的沉浸式显示。

2）功能描述

a.实现PC端虚拟现实场景的沉浸式观看；

b.虚拟现实场景每少90帧的超快刷新率；

c.特有抗抖动技术有效防止VR晕眩；

d.高精度的动作捕捉实现逼真的动作反馈；

e.兼容市面上主流的开发系统与动作捕捉设备；

图为交互式HMD套装

4.VR图形工作站

（1）概要介绍

图形工作站是VR设计制作过程中不可缺少的一个最重要的教学与工作平台。针对VR教学的特点与VR资源渲染、运行的要求，凤凰创壹软件采用戴尔公司专门针对VR教学、VR实训以及VR资源体验的VR教学图形工作站。VR教学图形工作站兼顾3D建模渲染的多线程要求以及VR资源运行对效率的要求，以DELL Precision塔式工作站为硬件平台。VR教学图形工作站同时内置的VR教学备授课平台提供了丰富了VR资源颗粒，并配置了专门的教学硬盘保护与同传系统。VR教学图形工作站配置的Precision Optimizer自动调整系统设置，可消除VR资源开发过程自定义设置时的一些不确定因素，给合SCCM集中管理功能可将工作站自动优化为理想状态，以尽可能快的速度运行一些常用的VR开发应用程序，从而提高工作效率。VR教学图形工作站还可以将处理器、存储、内存和显卡使用情况生成实时性能报告，进行系统性分析。

(2)特点

1）专业级工作站，稳定可靠

VR教学图形工作站可以可轻松处理2D、3D角色建模、动画、音视频编辑、VR资源开发等资源耗竭型和图形密集型工作负载，让用户快速轻松地应对VR相关资源开发与教学。

2）小巧安静，节省空间

直观、整洁的内部结构带来出色的通风效果，便于拆装组件以轻松进行维护和改动，并且可降低噪音。VR教学图形工作站结构小巧，节约节省空间，以应对实训室空间不足的问题。

3）备授课平台，方便教学

图形工作站内置VR教学备授课系统，方便教师进行课程的安排与教学。备授课系统提供了丰富的VR课件资源，与VR眼镜相结合，轻松实现沉浸式教学。

4）配置硬盘保护系统

平台配置了硬盘保护系统，提供网络同传、硬盘保护、独立还原点还原、硬盘资产监控等功能。

5）可拓展性设计

具有丰富的端口和插槽，可完成数据的高速传输、方便用户日常使用。

(3)产品组成

1）图形工作站

图形工作站推荐以DELL塔式工作站为硬件平台，并配置了专门的教学硬盘保护与同传系统的高性能PC主机为主，以配合达到较好的教学和使用效果。

2）液晶显示器

配合PC主机，选用大尺寸显示器，以达到较好的显示效果。该显示器采用了广视角面板，能为用户提供更为准确的色彩显示。而背光的设计，拥有十分轻薄的曲线，能够节省更多的能源消耗。

5.高性能在线仿真平台、极域课堂管理系统软件和投影仪等设备

配备高性能在线仿真平台（教师机1台，学生机49台），极域课堂管理系统软件和投影仪等设备，能够由提供安装Solidworks、CAD、CAXA等软件的安装与调试，同时能够兼容机电工程学院已采购的Solidworks三维软件的安装与调试，通过极域课堂管理系统软件控制，实现教师与学生教学互动。结合学院发展实际，对学生进行培训管理和考试认证。

虚拟仿真实训教学中心作为学校开展对外培训与体验、职业资格认证、服务社会的窗口。未来，中心可搭建考试培训和认证等体系，引入国内外VR技能鉴定和认证体系，承接周边院校及“一带一路”沿线国家学生的学习、实训、体验以及社会相关岗位技能培训和认证的需求。

1.课程实验

表4虚拟仿真中心可开设实验

2.课程设计（综合训练及考试培训等项目）

根据学院现有专业培养计划，设计了满足相关课程的课程设计（或作为学生毕业设计题目），以下列举部分实践案例内容：

（1）数控机床设计安装调试实践

（2）车床的设备安装及加工实践

（3）SolidWorks软件考试培训

（4）VR技能鉴定和认证体

（5）CAD软件考试培训

（6）其他软件考试培训工作

3.科研项目

师生可基于软硬件基础共同完成一些实际项目或科研课题，列举部分参考项目如下：

（1）机床性能提升改造

根据数控车削三维互动仿真系统，研究数控车床的性能及相关过程，研究方向可以在提高软件运动精度、设备性能等方面展开。

（2）数控铣削三维互动仿真系统

通过研究数控铣削三维互动仿真系统，研究数控铣床的性能及相关过程，研究方向可以在提高软件运动精度、设备性能等方面展开。

（3）借助VR平台进行项目研究研究

通过学习软件平台自带的虚拟现实三维互动教学平台、虚拟现实三维互动引擎,教师可根据教学需要对平台上的所有教学资源进行二次开发。

（4）其他项目研究

利用高性能计算机，教师可以进行一些课题申报，数据处理等相关研究。