高端商用服务器VR教学实训系统的设计与应用*

李金子，杨 欧



高端商用服务器VR教学实训系统的设计与应用*

李金子1，杨 欧2

（深圳职业技术学院 计算机工程学院，广东 深圳 518055)

以虚拟现实技术作为核心技术，将虚拟现实技术与商用服务器的教学相结合，设计了基于沉浸式虚拟现实的服务器拆装实践系统．该平台是基于windows7操作系统的unity开发平台，1∶1还原联想高端商用服务器的教学平台，系统包含机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器3大模块．每个模块包含自动拆装、手动拆装、接口信息3个环节．系统解决了传统教学中大型服务器设备昂贵、不易拆装、学生无法在课堂中进行有效实训练习的难题．具有沉浸感、互动性好、真实等特点．

沉浸式虚拟现实；服务器拆装；联想服务器；htc vive

沉浸式虚拟现实是在虚拟现实的基础上发展起来，它既继承了虚拟现实的沉浸性、交互性和构想性3大特点，又有自身强烈的代入感，完全与现实世界隔离，不受真实事物的任何干扰．沉浸式虚拟现实将成为新一代人机交互平台[1]．沉浸式虚拟现实（Immersive VR）是指利用高新技术模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者对视觉、听觉、触觉等有关人类感官的模拟，让参与者通过使用某种特殊装置将自己“投射”到这一环境中，并操作、控制环境，自然地实现对虚拟世界进行体验、与其产生互动行为[2]．

互联网时代，掌握大型商用服务器的结构与拆装已经成为计算机系统维护人员的必备技能．我校自主研发的高端商用服务器VR教学实训系统（后文简称系统），采用虚拟代替复杂实物的辅助教学方法，解决传统教学中，大型服务器设备昂贵、不易拆装、学生无法在课堂中进行有效实训练习的难题．

1 虚拟服务器拆装实践教学系统整体架构

《微机组装与维护实训》是为计算机应用技术专业开设的专业基础技能课．该课程培养目标是使学生具备计算机、网络系统运行维护工程师的基本技能．因为服务器价格昂贵，学生拆装成本高，服务器的结构和接口等教学一直停留在看图片、网上资源教学阶段．

开发VR教学实训系统，一是可以建立逼真的三维互动模型，通过高清显示设备系统呈现出来，给予学生身临其境的感觉，从而激发学生的学习兴趣，提高学生的动手操作能力；二是系统支持多人（可满足40~60人）同时在现场学习，突破传统教育限制，提高教学效率．

该平台是基于windows7操作系统的unity开发平台，1∶1还原联想高端商用服务器的教学平台，可以模拟机房管理场景，服务器拆解、安装和故障检测实训．该系统的教学环境模拟企业服务器机房的真实场景．教学内容包含3个模块：机架式服务器、塔式服务器、刀片式服务器．每个模块包含自动拆装、手动拆装、接口信息3个环节．自动拆装模块，为用户播放演示联想服务器的组装过程，提供生动，逼真的学习环境．手动拆装模块，使用户通过手柄，在虚拟环境里根据黑板操作提示信息，对服务器进行组装．这种人机交互的沉浸式体验大大提高了学生的学习兴趣．同时把学生的操作内容直接与3D系统相连接，没有操作的同学可以戴上3D眼镜，让自己置身在这个场景当中，来观看操作同学的流程以及步骤是否正确，为自己操作时提供一个参考依据．系统流程图如图1所示，整体架构如图2所示．

图2 整体框架图

2 虚拟服务器拆装实践教学系统实现的关键步骤

本系统基于Maya和Unity等建模软件，实现了服务器配件的三维建模、三维场景渲染、三维模型的实时编辑、虚拟服务器组装的仿真演示以及服务器组装等功能，设计过程框图如图3所示．

1）通过对场景或者实物的测量、照片拍摄，取得尺寸和颜色数据，然后在windows（win7及以上）的电脑系统平台上，通过Autodesk Maya或Autodesk 3ds MAX进行模型构建、真实贴图等工作．Autodesk Maya 和Autodesk 3ds MAX需要10年以后的版本．目前，市面上主流建模软件为3ds Max以及Maya，两者都是非常强大的3D软件．鉴于服务器拆解设计到动画特效，Maya软件建模更加符合该系统软件实际开发需求．Maya软件在渲染特效上比Max软件做得出色；单体零件建模，Maya软件能够做得比Max精细．

2）VR软件开发中，国际主流软件是Unity和Unreal．在国内，VR软件的主流开发软件是Unity．Unity是模块化更成熟，Unreal是画面更优．应用Unreal开发软件，要求高预算、高技术以及长时间研发，Unreal更适合对画面要求极高VR游戏应用开发；而应用Unity开发软件，在技术上架构比较开放、灵活，没有固化、预设太多的流程，使项目的开发有较多的可能性．符合校方对专业教学的调整以及升级．从实际开发成本、开发时间、开发效果以及二次开发需求上，都更符合该系统项目的研发．从Autodesk Maya里导出OBJ格式模型，放入Unity 3D里面，进行光源修整位置摆放、大小调整等工作，如图4所示．

3）在Untiy 3D里，通过C#语言进行逻辑梳理，制作3D动画、建立VR交互、菜单、文字和语音编辑等工作．从Untiy 3D平台输出成为VR软件，打包成EXE格式的文件便于系统识别和加载．然后通过HTC Vive的激光定位器和Steam VR软件的协作，设定房间大小，定位模型映射区域．最后在Unity 3D平台，通过C#语言的代码实现物体的碰撞体积、运动力学轨迹、碰撞检测等功能，如图5所示．

4）HTC vive虚拟现实头盔，单眼分辨率：1200×1080；刷新率最高90 Hz；4.5m×4.5m位置追踪．两手分别操作VR控制器，每个控制器在虚拟空间可被追踪定位；32个头戴式感应器，可实现360度移动追踪；具备自然导航、无缝互动、游戏体验，支持房间尺度或坐姿、站姿两种方式；可以模拟各种交互和活动；包含数据头盔1个，手持VR控制器2个，红外位置追踪器2台．

图3 设计过程框图

图4 三维模型1

图5 碰撞测试

3 教学应用

通过示范和观摩，及教师讲解操作要点后，进入实训操作环节．采用分组实操，相互评价．学生以3人为1个小组进行实训，其中一人沉浸在虚拟的机房环境中，完成服务器拆装实训（图 6）．其他两人通过佩戴3D眼镜，在大屏幕实时投影中观看操作场景，进行辅助．学生在模拟拆卸与组装的过程中，可以清晰看到整个服务器的内部结构，以及所有的接口类型．通过虚拟拆装，利用系统中的步骤提示，使学生完整规范地对服务器进行拆装．

通过课前、课后的学习平台在线打分，课堂中即时打分的多元化考核手段（图7），实现全过程的监督考核．并对各个考核环节成绩按不同权重进行统计，为后续教学提供依据．

实践证明，相对与传统教学，高端商用服务器VR教学实训系统辅助教学，使教学有趣、形象．教学手段的提升，课前通过任务布置，预习，测验等，提高学生主动学习能力．课中通过小组合作学习法，利用图片、视频、VR仿真实训系统，充分发挥学生的主体作用，激发学习兴趣，提高学习效率．课后通过考核测验，课后拓展学习，提高了学生的自主探索和训练能力．

图6 分组实操

图7 考核规则

[1] 韦艳娇．沉浸式虚拟现实课堂设计方案研究[D]．上海：上海师范大学数理学院，2017．

[2] 虚拟现实，换个方式感知世界[N]．海南日报，2015-08-12（A04）．

[3] 孟庆峰，尚艳亮，马祥旺．虚拟现实与传统教学整合的教学方法研究[J]．教育与职业，2010（24）：149．

Design and Application of High-end Commercial Server VR Teaching Training System

LI Jinzi1,YANG Ou2

（School of Computer Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China）

Using virtual reality as the core technology and combining it with the teaching of commercial server, the overall structure of server disassembly and assembly system based on immersive virtual reality is proposed. The platform is based on the windows7 operating system unity development platform, restoring Lenovo high-end commercial server teaching platform with a ratio of 1:1. The system includes three major modules: rack server, blade server and tower server. Each module contains three links: automatic disassembly, manual disassembly, and interface information. The system solves the problems in traditional teaching where large-scale server equipment is too expensive and difficult for students to disassemble, and effectively practice training in the classroom. This system is characterized as being immersive, interactive, and real.

immersive virtual reality; server disassembly; Lenovo server; htc vive

10.13899/j.cnki.szptxb.2018.05.004

2018-03-30

深圳职业技术学院信息化教学类课程项目（项目编号：9003/04180365）

李金子（1978-），女，吉林长春人，讲师，硕士，研究方向：数据挖掘、大数据．

G712; TP391.9

A

1672-0318（2018）05-0025-05