高端商用服務器VR教學實訓系統的設計與應用*

李金子，楊 歐

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高端商用服務器VR教學實訓系統的設計與應用*

李金子1，楊 歐2

（深圳職業技術學院 計算機工程學院，廣東 深圳 518055)

以虛擬現實技術作為核心技術，將虛擬現實技術與商用服務器的教學相結合，設計了基于沉浸式虛擬現實的服務器拆裝實踐系統．該平臺是基于windows7操作系統的unity開發平臺，1∶1還原聯想高端商用服務器的教學平臺，系統包含機架式服務器、刀片式服務器、塔式服務器3大模塊．每個模塊包含自動拆裝、手動拆裝、接口信息3個環節．系統解決了傳統教學中大型服務器設備昂貴、不易拆裝、學生無法在課堂中進行有效實訓練習的難題．具有沉浸感、互動性好、真實等特點．

沉浸式虛擬現實；服務器拆裝；聯想服務器；htc vive

沉浸式虛擬現實是在虛擬現實的基礎上發展起來，它既繼承了虛擬現實的沉浸性、交互性和構想性3大特點，又有自身強烈的代入感，完全與現實世界隔離，不受真實事物的任何干擾．沉浸式虛擬現實將成為新一代人機交互平臺[1]．沉浸式虛擬現實（Immersive VR）是指利用高新技術模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者對視覺、聽覺、觸覺等有關人類感官的模擬，讓參與者通過使用某種特殊裝置將自己“投射”到這一環境中，并操作、控制環境，自然地實現對虛擬世界進行體驗、與其產生互動行為[2]．

互聯網時代，掌握大型商用服務器的結構與拆裝已經成為計算機系統維護人員的必備技能．我校自主研發的高端商用服務器VR教學實訓系統（后文簡稱系統），采用虛擬代替復雜實物的輔助教學方法，解決傳統教學中，大型服務器設備昂貴、不易拆裝、學生無法在課堂中進行有效實訓練習的難題．

1 虛擬服務器拆裝實踐教學系統整體架構

《微機組裝與維護實訓》是為計算機應用技術專業開設的專業基礎技能課．該課程培養目標是使學生具備計算機、網絡系統運行維護工程師的基本技能．因為服務器價格昂貴，學生拆裝成本高，服務器的結構和接口等教學一直停留在看圖片、網上資源教學階段．

開發VR教學實訓系統，一是可以建立逼真的三維互動模型，通過高清顯示設備系統呈現出來，給予學生身臨其境的感覺，從而激發學生的學習興趣，提高學生的動手操作能力；二是系統支持多人（可滿足40~60人）同時在現場學習，突破傳統教育限制，提高教學效率．

該平臺是基于windows7操作系統的unity開發平臺，1∶1還原聯想高端商用服務器的教學平臺，可以模擬機房管理場景，服務器拆解、安裝和故障檢測實訓．該系統的教學環境模擬企業服務器機房的真實場景．教學內容包含3個模塊：機架式服務器、塔式服務器、刀片式服務器．每個模塊包含自動拆裝、手動拆裝、接口信息3個環節．自動拆裝模塊，為用戶播放演示聯想服務器的組裝過程，提供生動，逼真的學習環境．手動拆裝模塊，使用戶通過手柄，在虛擬環境里根據黑板操作提示信息，對服務器進行組裝．這種人機交互的沉浸式體驗大大提高了學生的學習興趣．同時把學生的操作內容直接與3D系統相連接，沒有操作的同學可以戴上3D眼鏡，讓自己置身在這個場景當中，來觀看操作同學的流程以及步驟是否正確，為自己操作時提供一個參考依據．系統流程圖如圖1所示，整體架構如圖2所示．

圖2 整體框架圖

2 虛擬服務器拆裝實踐教學系統實現的關鍵步驟

本系統基于Maya和Unity等建模軟件，實現了服務器配件的三維建模、三維場景渲染、三維模型的實時編輯、虛擬服務器組裝的仿真演示以及服務器組裝等功能，設計過程框圖如圖3所示．

1）通過對場景或者實物的測量、照片拍攝，取得尺寸和顏色數據，然后在windows（win7及以上）的電腦系統平臺上，通過Autodesk Maya或Autodesk 3ds MAX進行模型構建、真實貼圖等工作．Autodesk Maya 和Autodesk 3ds MAX需要10年以后的版本．目前，市面上主流建模軟件為3ds Max以及Maya，兩者都是非常強大的3D軟件．鑒于服務器拆解設計到動畫特效，Maya軟件建模更加符合該系統軟件實際開發需求．Maya軟件在渲染特效上比Max軟件做得出色；單體零件建模，Maya軟件能夠做得比Max精細．

2）VR軟件開發中，國際主流軟件是Unity和Unreal．在國內，VR軟件的主流開發軟件是Unity．Unity是模塊化更成熟，Unreal是畫面更優．應用Unreal開發軟件，要求高預算、高技術以及長時間研發，Unreal更適合對畫面要求極高VR游戲應用開發；而應用Unity開發軟件，在技術上架構比較開放、靈活，沒有固化、預設太多的流程，使項目的開發有較多的可能性．符合校方對專業教學的調整以及升級．從實際開發成本、開發時間、開發效果以及二次開發需求上，都更符合該系統項目的研發．從Autodesk Maya里導出OBJ格式模型，放入Unity 3D里面，進行光源修整位置擺放、大小調整等工作，如圖4所示．

3）在Untiy 3D里，通過C#語言進行邏輯梳理，制作3D動畫、建立VR交互、菜單、文字和語音編輯等工作．從Untiy 3D平臺輸出成為VR軟件，打包成EXE格式的文件便于系統識別和加載．然后通過HTC Vive的激光定位器和Steam VR軟件的協作，設定房間大小，定位模型映射區域．最后在Unity 3D平臺，通過C#語言的代碼實現物體的碰撞體積、運動力學軌跡、碰撞檢測等功能，如圖5所示．

4）HTC vive虛擬現實頭盔，單眼分辨率：1200×1080；刷新率最高90 Hz；4.5m×4.5m位置追蹤．兩手分別操作VR控制器，每個控制器在虛擬空間可被追蹤定位；32個頭戴式感應器，可實現360度移動追蹤；具備自然導航、無縫互動、游戲體驗，支持房間尺度或坐姿、站姿兩種方式；可以模擬各種交互和活動；包含數據頭盔1個，手持VR控制器2個，紅外位置追蹤器2臺．

圖3 設計過程框圖

圖4 三維模型1

圖5 碰撞測試

3 教學應用

通過示范和觀摩，及教師講解操作要點后，進入實訓操作環節．采用分組實操，相互評價．學生以3人為1個小組進行實訓，其中一人沉浸在虛擬的機房環境中，完成服務器拆裝實訓（圖 6）．其他兩人通過佩戴3D眼鏡，在大屏幕實時投影中觀看操作場景，進行輔助．學生在模擬拆卸與組裝的過程中，可以清晰看到整個服務器的內部結構，以及所有的接口類型．通過虛擬拆裝，利用系統中的步驟提示，使學生完整規范地對服務器進行拆裝．

通過課前、課后的學習平臺在線打分，課堂中即時打分的多元化考核手段（圖7），實現全過程的監督考核．并對各個考核環節成績按不同權重進行統計，為后續教學提供依據．

實踐證明，相對與傳統教學，高端商用服務器VR教學實訓系統輔助教學，使教學有趣、形象．教學手段的提升，課前通過任務布置，預習，測驗等，提高學生主動學習能力．課中通過小組合作學習法，利用圖片、視頻、VR仿真實訓系統，充分發揮學生的主體作用，激發學習興趣，提高學習效率．課后通過考核測驗，課后拓展學習，提高了學生的自主探索和訓練能力．

圖6 分組實操

圖7 考核規則

[1] 韋艷嬌．沉浸式虛擬現實課堂設計方案研究[D]．上海：上海師范大學數理學院，2017．

[2] 虛擬現實，換個方式感知世界[N]．海南日報，2015-08-12（A04）．

[3] 孟慶峰，尚艷亮，馬祥旺．虛擬現實與傳統教學整合的教學方法研究[J]．教育與職業，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

深圳職業技術學院信息化教學類課程項目（項目編號：9003/04180365）

李金子（1978-），女，吉林長春人，講師，碩士，研究方向：數據挖掘、大數據．

G712; TP391.9

A

1672-0318（2018）05-0025-05