目录

一、方案背景 .................................................................. 1

1.1 行业背景 ................................................................... 1

1.2 用户需求 .................................................................. 2

1.3 政策支持 .................................................................. 3

二、问题分析 .................................................................. 4

2.1 传统教育模式无法满足新时代发展的需求 ....................................... 4

2.2 网络资源在虚拟演播室录制，耗费人力、物力 ................................... 4

2.3 传统试制实验中，受空间和时间限制 ........................................... 5

三、解决方案 .................................................................. 5

3.1 5G+VR/AR+在线教育实验室功能架构 ............................................ 5

3.2 便携式虚拟演播系统 ......................................................... 7

四、技术亮点 .................................................................. 8

亮点一：VR+虚拟演播室的安全性 .................................................. 8

亮点二：VR+虚拟演播室的必要性 .................................................. 9

亮点三：虚拟演播技术对未来人才培养的意义 ...................................... 10

五、应用领域 ................................................................. 11

5.1 游戏领域 ................................................................. 11

5.2 文创领域 .................................................................. 11

5.3 人工智能领域 ............................................................. 12

5.4 汽车变速器教学 ............................................................ 14

六、虚拟演播室呈现效果 ........................................................ 14

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一、方案背景

1.1 行业背景

（1）优质教学资源缺乏，硬件设备及资源利用率低

教学资源为教师提供了更为灵活和丰富的教学手段和资源空间。教学实践表

明，有效地利用教学资源，对于学生知识的构建和能力的培养有重要意义。当前

教学资源往往理论涉及较多，实践教学资源缺乏，质量层次不齐，也未考虑到知

识的不断更新的特征，并不符合教学实际，无法实现教学资源的利用最大化。

有的学校设备较为传统和落后，并未与先进技术融合，有的学校配备了先进

的设备，但在内容资源等支撑方面却存在很大问题，这些都会导致教学内容枯燥，

实验效果大打折扣。再加上设备更新换代较快，无法保证持续使用，造成了极大

浪费。例如机械类的实验教学，学生往往只能通过教师对机械部件外表、内部结

构描述、工作原理视频演示等途径来获得初步的认知，但是对于机器运作原理、

内部运作状态无法获得更深层次的体验和理解，极大地影响了学生积极性。

（2）低教学理念和手段落后，教学效果差

传统教育模式受到学校资源条件或教师自身水平的限制，不能将现代化的教

学手段运用到教学实践中。教师的观念陈旧老化，新工具手段的欠缺，势必造成

实验教学的因循守旧、默守陈规。没有与先进的教学理念结合，教学内容多是抽

象的场景模拟，无法吸引学生的兴趣，提高学生自主学习的能力。

相关机构的研究结果表明，单一媒体的教学形式如文字或图片，教学效率约

为百分之十；复合媒体教学形式的效率，如多媒体教学，约为百分之三十；高沉

浸的媒体，如 VR 教学的效率则达到百分之七十。可见 VR 可以大幅提高教学效率

与学习效率，从而有效提升教育教学质量。

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1.2 用户需求

5G 时代的到来，将打破原有的技术壁垒——教育信息的模式突破现今局限，

微课堂/在线课堂不再受制于网络带宽，已经可以实现全球实时互通；在线虚拟

现实实时交互，可将所有设备纳入物联网，手机只起呈现作用，全部内容都在被

后台实时计算并回传显示。5G 技术也将会彻底改变学习生活方式，使其不再被

地域限制，并且，互联网使学习途径变得更加直接简单，虚拟现实使学习本身变

得自然深入。技术的革命无时无刻不在进行中，产业结构的变革也正酝酿发酵。

那么，我们以上谈及的承载未来的 5G 究竟具有哪些特点呢？

1.高带宽。如同高速公路，原来的车道，双向两车道，只能跑 2 辆车；如今，

双向十车道，来回跑 10 辆车。

2.低延时。原来我们看网络视频，要缓冲等待。如今，缓存速度远超观看速

度。这个优势能将远程医疗、无人驾驶、AI 计算等多项高科技变成实际且实时

的应用。

3.高速率。这建立在高带宽的基础之上。路宽了，自然就跑得快了。据悉

5G 速率能达 100Mbit/S。对这个数值没概念？没关系。打个比方，家用的宽带

300M 带宽，下行速率在 30Mbit/S，而 5G 速率相当于 3 倍家用带宽，也就相当于

随身携带移动带宽 1G+。

在 5G 的背景下，利用 VR+虚拟演播技术，可以高效率制作和输出任何想象

中的布景和道具。无论是静态的，还是动态的，无论是现实存在的，还是虚拟的。

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这只依赖于设计者的想象力和三维软件设计者的水平。许多真实演播室无法实现

的效果，对于虚拟演播室来说确可以轻松实现。

与传统演播室相比，虚拟演播系统的优势在于：

（1） 虚拟场景和真实人物间无缝结合，其空间不受物理空间限制，摄像机可

以 360°旋转;

（2） 场景制作成本极低，并且可以充分发挥创作人员的创意，使教师在很大

程度上摆脱了时间、空间和道具制作方面的限制，获得了更大的创作的想

象空间，能够以低廉的成本产生新奇的视觉效果;

（3） 由于有专用计算机配合，制作和更换电子布景快捷简便，节省了大量的

人力、物力、财力，而且缩短了课程制作周期，提高演播室的利用率。

1.3 政策支持

我国积极推动虛拟现实产业发展。自 2016 年虚拟现实被列入”十三五”信

息化规划、互联网+等多项国家政策文件以來，工信部、国家发改委、科技部、

教育部等部委相继出台指导政策支持虛拟现实产业发展。国务院从十三五规划开

始把虚拟现实视为构建现代信息技术和产业生态体系的重要新兴产业，在《新一

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代人工智能发展规划》中将虛拟现实智能建模技术列入“新一代人工智能关键共

性技术体系”，2020 年相继出台《关于进一步激发文化和旅游消费潜力的意见》、

《新时代爱国主义教育实施纲要》和《关于推进对外贸易创新发展的实施意见》

等文件，进一步明确虛拟现实在文化旅游、教育宣传、商贸会展等领域的创新应

用。2021 年 3 月《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035

年远景目标纲要》正式公布，将 VR/AR 产业列为未来五年数字经济重点产业之

一。2022 年 1 月 12 日，国务院正式印发《“十四五”数字经济发展规划》，明

确了要深化 AR/VR 等技术融合。

此外，各省市也陆续印发了相关政策，鼓励虚拟现实产业发展。《数字辽宁

发展规划（2.0 版）》提出发挥新一代信息技术对传统产业转型升级的支撑带动

作用，推动虚拟现实技术应用，打造数字经济发展高地，《沈阳市国民经济和社

会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标纲要》提出创新推广一批 5G、

工业互联网、人工智能、虚拟现实技术等应用场景，全力推动新经济发展。

二、问题分析

2.1 传统教育模式无法满足新时代发展的需求

传统教育模式正从传统到创新进行巨大变革，以应对 21 世纪形势下不断攀

升的各项挑战。相较于把重点放在对知识的灌输上的传统教育而言，新形势教育

模式则是以创客教育为主，以提高学生参与度、提升自主探索能力为前提，以跨

学科教学理念为指导，在人工智能、云计算、虚拟现实等高端技术支持下，帮助

学生提高综合素质及能力，从而最终达到推动创新创造的结果。目前，传统教育

已逐渐无法满足新时代发展诞生的新需求。

2.2 网络资源在虚拟演播室录制，耗费人力、物力

以往的网络资源都是在传统演播室中录制，要根据不同的内容，搭建不同的

场景设施，这种方法不仅造价昂贵，录制出来的课程也缺乏真实性，比较枯燥乏

味。使用虚拟演播室技术可以真实、直观的呈现多个场景，例如可以用虚拟演播

室技术搭建虚拟的体育赛场环境，解决不能把体育赛场搬进演播室的难题，主持

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人身临其境的进行细致讲解，从而让观众更容易接受和理解。

2.3 传统试制实验中，受空间和时间限制

在传统的企业团队产品试制实验中，对于因为受空间和时间所制约，无法形

成有效的产品闭环，从而大大降低了工作的协作效率。而本实验室结合了 5G、

VR/AR、在线教学等产品于一体的解决方案，对于“看不见”、“摸不到”、“说

不清”的虚拟模型和场景，利用自带的素材库或自制工具进行虚拟抠像，结合

obs 进行 5G 网络推流完成直播或录播。针对不同学区或学生创业团队的产品试

制实验，能够及时在线学习交流或学后复习与研讨。

三、解决方案

本实验室结合了 5G、VR/AR、虚拟演播等产品于一体的解决方案，以融入真

实世界为宗旨。很大程度上提升了对体验者科学素养的培育，与创新思维能力息

息相关，关系到体验者对周遭世界的认识方式、生命观、价值观的塑造。让自己

动手完成他们感兴趣的、并且和他们生活相关的项目，从过程中学习各种学科以

及跨学科的知识。

3.1 5G+VR/AR+在线教育实验室功能架构

随着 5G 技术的到来与普及，我司针对实验室协作，拥有自主研发的 5G+VR

课堂管理平台，包含学生打卡、课堂任务分派、作业分发提交、教师课堂 3D 资

源实时监控、在线直播录播、课后复习等系统模块，为实现优质稳定的教学活动

开展提供了重要保障。

同时和运行商的合作，使得未来可以将 3D 资源同步放在云端上，即加载 3D

资源时降低了教学终端 CPU、GPU 的要求，能够实现在同一 3D 终端的显示载体上，

将更优质的教师资源共享在不同的教育地区，从而为共享中国的教育资源及提升

教育水平贡献力量。

基于 5G 场景下的 VR 教育会开拓更多应用场景：

（1） 可以创造出许多以往难以实现的场景教学，比如触电、消防、溺水等灾

害场景的模拟演习;

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（2） 可以模拟诸多高成本、高风险的教学培训，比如科学解剖，人体探秘，

结构剖析等;

（3） 可以提供更为广泛的课堂实验及探索活动，并且能够与老师实时互动。

硬件设备介绍：

VoxelStation（以下简称“Voxel”）是一款最新的 VR（虚拟现实）、AR（增

强现实）教学一体化设备，致力于为人们提供一种全新的沉浸式学习方式。Voxel

提供涵盖物理力学、电学、人体解剖学、化学、安全教育、BIM 建筑信息、轨道

交通等方面各学科的各类课件，以及可连接 3D 打印设备进行艺术创作的相关软

件。此外，Voxel 不仅可以成为满足课标要求的教学工具，还能为老师和学生提

供丰富的素材资源，并且支持资源导入和制作简易的 3D 课件。

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3.2 便携式虚拟演播系统

基于模版流程化便携式虚拟录课产品，创新的功能重新定义了慕课录制的工

作流程。无需任何专业知识，也不需要他人辅助，便可以快速掌握。用户使用面

积很小的蓝色或者绿色背景，搭配移动终端，便可以通过 Edison 把自己与真三

维场景实时合成。软件支持 4 台虚拟摄像机切换或飞行，PPT 文档导入，视频图

片等素材在虚拟屏幕上切换，使用虚拟画笔勾画重点。支持编辑主持人、桌子、

场景、屏幕等虚拟物体的位置、旋转以及缩放。支持从 BRAINSTORM 在线商店直

接下载模型，通过安装包快速导入使用。

教师机+学生机的整体解决方案除了前面会放一台教师机以外，每个小组会

配备一个相关的学生终端，小组中的人数一般是 3-5 个人，在这里边会涉及些小

组的团队提升效率，包括让学生参与进来，在日常的授课当中，老师跟学生进行

友好的教学氛围，并且小组与小组之间进行相关的协作与讨论。

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四、技术亮点

亮点一：VR+虚拟演播室的安全性

VoxelStation 在教学中的应用就是模拟难以讲解的教学场景，把在现实生

活中不易观察到的自然现象或事物的变化过程，以及一些不可能出现的场景（如

宇宙中天体的形成、基因和染色体的结构等），利用虚拟现实技术呈现出来，为

学生创设一个情景化的学习环境，调动学生视觉、听觉、动觉等多感官，让学生

们感到极强的逼真感，使抽象的概念和理论更加直观化、形象化，来帮助他们多

维度了解学习掌握课堂内容。另外，在 3D 的环境中，学生可以放心地学习物理、

化学实验，即便遇到短路、爆炸和有害化学反应等，也不必担心操作失误会带来

的各种危险，对人体造成伤害。

图示：VR——《焰色反应》

图示：VR——《地球的自转》

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图示：轨道交通 VR——《转向架系统》

亮点二：VR+虚拟演播室的必要性

随着现代多媒体交互技术的发展，VR+虚拟演播室需求主要有以下几点:

1.强调体验式场景，创造出情景化环境展示效果，消除被动式的生硬与单一

式展示等缺点，让演播及录播模式多元化；

2.高效助力主持人录制，通过新颖、有趣的多媒体展示手段，为录播增添更

多趣味性与活泼感，激发观众的喜爱度与认可度;

3.和 VR 技术的结合具有三个最突出的特征，也就是 VR 的三“I”特征，因

而可以用此来区别相邻技术，如多媒体技术，科学技术计算机可视化技术等，

三个特征包括交互、沉浸感和构想性;

4.交互：使用者可以通过使用桌面式 3D 交互 VR 终端，用人类的自然技能实

现模拟环境中的物体，且使用者有抓取东西的感觉，还可以感觉到物体的重

量（其实这时手里没有实物），被抓取起的物体还可以立刻随着手的移动而

移动;

5.沉浸感：使用者在桌面式 3D 交互 VR 终端里所创造的三维虚拟环境中处于

一种“全身心投入”的感觉状态，有身临其境的感觉;

6.构想性：构建那些现实中不存在或不易观察到而只出现在人们想象中的情

景。

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亮点三：虚拟演播技术对未来人才培养的意义

虚拟演播技术作为一门新兴的市场，无论从技术特点，还是从社会需求来讲，

虚拟演播技术与数字媒体技术有着非常密切的关系，具体体现在如下几个方面：

虚拟演播技术是一门典型的交叉学科，它所涵盖的知识结构与数字媒体技术

具有非常大相似性，例如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、视音频技

术等。除此之外，它还涉及了仿真技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传

感器技术等内容。

虚拟演播系统强调技术创新性和应用创新性。从技术上来讲，虚拟演播技术

在不同领域的交叉融合中，能够不断产生新思想和新方法，例如近几年出现的各

种人机交互新方法，各种立体显示新技术等；从应用上来讲，虚拟演播系统具有

强烈的“身临其境”的沉浸感和发人想象的刺激性。因此，利用虚拟演播技术，

主持人能够将自己的任何创意和想象进行实践，在虚拟场景中进行规划、设计和

测试，从而激发出新的创意。

虚拟演播技术与数字媒体技术对技术和能力的要求有很多共同点，从某种意

义上讲，虚拟演播技术是数字媒体技术在实际应用中的一种综合体现。因此，开

设虚拟演播技术能够将其他技术所讲述的技能统一起来，进行综合训练，同时它

对于培养主持人的实践能力和创新能力具有非常重要的作用。

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五、应用领域

5.1 游戏领域

（1）3D 游戏开发的硬件支持，效果逼真，特别是与 UE4 开发引擎兼容后，

可以满足游戏公司更多的设计需求。

（2）游戏场景方案的构建，立体式的逼真场景。

（3）虚拟人物的创造可以用（VoxelCreator 编辑器软件），用 3D 动画生成

（4）究出新的游戏项目后可用 VR 交互进行演练（内部演练/寻找投资商时

也适用）。

（5）推广新的游戏类项目时可搭建“VR 棚”，让受众进入，有沉浸式观感

和交流交流的空间体验。

（6）对于内部人员的授课可采取“可视化教育”，利于内部学习与管理。

5.2 文创领域

新文创的概念指“基于科技+文化”的基础性战略，也是泛娱乐战略的升级。

是以 IP 构建为核心的文化生产方式,而新文创时代的数字文化，核心要从内容升

级为体验。体验就是“内容+形式”，不但要有好的内容，而且同时还要有好的

形式，并且这样的数字文化，是要可以广泛参与的，而且是动态发展的。

随着新文创时代的到来，新科技发展的趋势凸显，在数字赋能时代，文化产

业要以“互联网+”为切入口，加速传统文化产业转型升级，拥抱移动互联网、

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大数据、物联网、人工智能等新技术，实现“文化+科技”全面融合发展。

对于旅游行业,佩戴 VR 眼镜，模拟进入某一景点进行身临其境的旅游体验。

让身体不便的人也能享受到旅游的乐趣，有利于吸引对目的地有深度旅游需求的

消费者，减少那些到此一游即可的消费者，保护环境。在此基础上有很大的发挥

空间，例如：旅前体验（先让游客了解旅游当地环境和酒店等设施的情况再做决

定）；app 扫描某一旅区里的物件得到更多信息；在 VR 环境中植入更多景区相

关历史（一些无法人工重现的，比如建筑的建造过程，历史演进等等），也可通

过 VR 创意展示内容，搭建虚拟的现场环境，模拟人物，动物，植物等情境，呈

现出虚拟人物和真实场景的结合，让体验者亲身感受自然和文化民俗，创造新的

生活氛围，如太空生活，甚至考古场景。

(1)对于设施方面：景区内或者主题公园的某些设施搭建，比如 VR 模拟过山

车，VR 蹦极等体验项目，让消费者感受虚拟现实的游乐感。

(2)对于文物历史方面：可还原真实的历史文物古迹，历史事件，让人亲身

体验参与到其中。

(3)对于需要对文创类的产品进行推广的，我方可提供场地搭建内的技术支

持，VR 推广的效益在近期是十分有吸引力的。

(4)以 VR/AR 可实现的功能来看，其实是非常适用于文化学习场景的，利用

VR/AR 将抽象的学习内容立体化、具象化，有利于对学习内容迅速建立认识、

加深记忆，可应用于不同行业对其内部员工的教育。这一点对于任何行业都

是有利且前端的教学体验。

5.3 人工智能领域

1、工业机器人

(1)高度仿真性：按照工业机器人装调工作平台进行一比一建模设计，场景

生动逼真。

（2）“任务引导式”学习方式：按照工作任务进行展开，引导学生自主学

习， 提高学生的学习兴趣，并培养学生的自主思考 学习能力。

（3）工学结合的项目案例设计：依据实际工厂工业机器人的拆卸和装配工

艺步 骤设计，并将工艺知识点、技能仿真训练、职业素养结合到学习任务

中。

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（4）“沉浸式”学习环境：利用最新的虚拟现实技术，让学生在实际的装

调场景中进行实训仿真学习，改变了传统的学习体验方式。

（5）职业素养的养成设计：将实际企业的“6S”职业规范（整理、整顿、 清

洁、清扫、安全、素养）的内容融入到具体 的工作任务步骤当中。

2、人体三维可视化技术

（1）融合机器视觉、深度学习等人工智能方法；

（2）全新的交互模式；

（3）快速渲染和展示各类病例和模拟手术；

（4）术前模拟/术后重现/医患沟通/教学培训。

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5.4 汽车变速器教学

（1） 手动变速器的构造与检修，电控液力自动变速器的构造与检修，无级变

速器的构造与检修，双离合变速器的构造与检修；

（2） 软件的虚拟教学环境以实际维修车间场景为原型进行设计；

（3） 在虚拟的维修车间中可以仿真使用各种汽修工具；

（4） 软件的教学功能可实现：语音解说，每个零部件的原理知识学习和拆装

步骤提示都需配置语音解说；

（5） 按照真实的拆卸和装配顺序进行零部件拆装操作。

六、虚拟演播室呈现效果

多功能虚拟演播系统，面向高端用户，追求高品质场景渲染，绚丽的包装特

效，稳定安全的播出流程以及方便快捷的虚拟植入。多功能虚拟演播系统支持多

通道跟踪虚拟制作系统，由于摄像机架设了跟踪传感器，因此可以由摄像师自由

操作，与在实景中拍摄别无二致，此外还可以与电视台现有的光学动作捕捉系统

相结合使用，进行实时的真实人物与虚拟角色相交互的影视内容制作，即可进行

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内容录制，也可进行实时直播。提高了实践环节的进行效率。

可以使用 Voxel 里面的 3D 模型作为三维模版，配合主持人的讲解内容，去

实现虚拟植入的在线教学效果，在这里也大大解决了在线教育直播的内容植入的

问题。利用 Voxel 里的交互笔可以与里面的模型进行交互，可以进行拆分，看到

很好的体验，让学生观看起来也很兴奋。