一、企业概况

1.1 关于我们

    2001年，双旗世纪科技公司在北京中关村成立，是国家级高新技术企业，也是中国最早投身商用显示领域的企业。历经多年的发展，双旗已经成为在全国二十多个省市拥有销售和服务机构的全国性公司。公司致力于3D教学的研究及应用，3D立体教学系统（3D立体教学平台与课件资源系统）是国内最领先的3D教学系统，也是全球最先进的“开放的互动的”3D教学系统。

    我们一直投入于3D教学教育领域工作，提供3D教学综合解决方案，以“尊重个性、积极创新、勇于挑战、追求”的企业文化，为教育领域不断提供全新的3D教学方式和手段。实现孩子的“主动式学习、可视化学习、协作式学习和探究式学习”，激发出每个孩子学习的天性，完成我们的教育使命：“没有一个落后的孩子”，真正的服务好教育事业。

二、项目概况

2.1 项目简介

    在课堂教学中，许多学科都要求学生具备良好的空间想象能力，如立体几何、机械制图、工程图学、化学、分子生物等，由于黑板、幻灯片、普通投影仪等传统教学手段不能展示出真实世界的深度感，因此无法很好地解释一些空间概念和问题。随着3D立体技术的成熟，把它应用到教学是一种非常有效的辅助教学手段。

    3D立体技术能够让学生完全沉浸在虚拟的三维场景中，让学生在心理上产生更为真实的空间结构感和空间运动感，从而对三维空间类知识有更深刻地理解，更容易掌握相关知识。虽然3D立体技术手段已经日渐成熟（下文中3D立体简称为3D），但由于3D软件开发成本高、难度大，配套的3D教学软件和3D教学资源比较少，远远无法满足教学要求。本系统适合教师课堂教学用的3D教学资源的制作进行了探讨和研究，提出了较好的解决方法。

    未来学校双旗3D教学项目是以探索Edu3.0时代学校课程创新、学习方式创新、学习空间创新、教育技术创新为目的的新型教学项目，3D教学就是利用3D虚拟技术，创造一个多维度教学场景，对于在现实生活中无法触及的自然现象。                   

    例如：火山喷发的演变过程，以及在教室里无法表现的场景；例如金字塔的建造过程、晶体的内部结构等等，都可以在3D教室中进行呈现。为学生创造了一个身临其境的学习环境，多维度展现的学习内容，充分调动了学生的视觉、听觉、动觉参与其中，让学生感受极强的逼真感，使抽象的概念和理论形象让学生更容易理解和消化。

    3D教学的立体激发，可以吸引学生达到前所未有的深度，成为教学的理想工具，同时体验式的3D学习也让学生走进了书本所描述的世界中，实现了主动式学习；让学生通过协作讨论找到问题的答案，实现了协作式学习；培养了学生探索未来世界的兴趣，提升了学生探究式学习能力。

2.2 项目背景

2.2.1 政策背景

    为深入贯彻落实十八大相关教育政策，教育部办公厅在2016年2月19日印发了《2016年教育信息化工作要点》通知，其中重点提到了加强教育化战略支撑能力，启动未来学校研究计划，启动未来学校3D实验室。

    3D教学作为一种新型的教学形式和教学内容，已获得了国内外教育界的广泛认可，将推动学校体系的结构性变革，进一步培养学生的21世纪技能。

2.2.2 教育信息化的背景

    在课堂教学中，教师通常使用二维图形来解释三维空间的概念，学生很难形象地理解。目前3D立体技术已逐渐成熟，在课堂中应用3D立体教学资源无疑是个很好的解决办法。但3D立体教学资源却相当稀少，如果能让教师合理利用适合课堂教学的3D教学资源，不但可以改进教学手段，提高教学效果，还能激发学生的学习兴趣。

    “双旗3D立体教学项目”提供了主动交互式教学中使用的立体显示平台和3D教学课件资源系统，提供了立体视觉课堂辅助教学模型和适用于学校3D教学平台的方案。

2.2.3  3D教学国内外现状

    3D教学最早相关研究始于1988年，2010年后呈现爆炸性增长；当前3D教学已在欧美达成共识并普及，甚至3D教学已被巴西确定为国策；因为3D 教学可以极大提高学生学习注意力，并明显提升学习效率，国内已在近几年开始部署实施3D教学方案。

三、技术文件

3.1  3D教学系统的技术原理

    人看到的世界之所以是立体的，是因为大脑通过左眼和右眼所看到物体的细微差异来感知物体的深度。立体视觉是人眼在观察事物时所具有的立体感，是人眼对获取景象的深度感知能力，而这些感知能力又源自人眼提取出景象中的深度线索。一些感知深度视觉的线索只要求单眼，它们被称为单眼线索，通过单眼线索我们可以看到平面的图像。还有一个更为重要的深度线索叫做双眼线索，它通过双目视差来取得物体位置的深度，从而在生理上获得强烈的立体感。因此，只要让左右眼分别看到有位置差别的两幅视差图像就能让我们看到一幅具有立体感的画面。

    3D立体技术经过几十年的发展，已经比较成熟，效果也越来越好，但基本上还是需要通过使用专用的眼镜来实现3D立体效果。

3.2  3D教学技术指标

    3D教室就是采用3D技术教学的教室，由一套科学的3D课件和3D显示系统经集成而成。3D教学被誉为是未来的教学方式。技术标准如下：

3.2.1  3D课件部分

（1）课件是专门针对教学开发的，涵盖学科超过3门以上。

（2）每门学科已经具备的3D内容不少于10个。

（3）课件系统具备老师备课内容添加功能。添加格式必须支持图片，视频文件。

（4）课件具备中文操作功能，如能具备英文及其他语言教学能力优先考虑。

（5）课件具备外接URL功能。

（6）课件具备主流3D输出标准，具体是：主动式3D，被动式3D（包括上下和左右格式），色差式3D。

（7）课件输出画面分辨率达到720P标准以上，大部分内容达到1080p标准。

（8）课件输出达到40bps标准。

（9）课件支持触摸屏功能。

（10）课件能够支持32位和64位Windows操作系统。支持Windows 64位系统优先考虑。

（11）课件具备国际领先水平，具备国内一流水平。

（12）课件研发厂商具备5年以上课件开发经验，并持续课件开发。

（13）课件厂商已有实际应用案例。

3.2.2  3D教学平台

（1）支持所有3D数据格式。

（2）3D教学平台必须是开放式教学平台，针对学校老师自行的下载2D、3D模型、图片内容、视频文件，在该平台上可以支持播放使用。

（3）可以自动识别云数据中的2D、3D格式；

（4）可以自适应各种分辨率外接显示器（可以由图形工作站支持）；

（5） 3D教学平台是互动式教学平台，即对教学课件素材可实现旋转、分解、透视、漫游等操作，以实现老师和学生对关键知识点的互动教学。

3.3.3  集成标准

（1）系统具备简单操作，教师容易使用。

（2）整个系统现代、先进，具有超前意识。

3.3.4  3D教学系统互动开放性的演示要求

1、3D教学强调是在授课中对关键知识点，老师与学生互动教学，需要在3D教学演示中体现以下几个方面：

（A）选择系统中的一个3D课件素材（如心脏、青蛙、火山，原

子结构等），可以对该课件素材进行360度旋转，实现任

意角度的视角对该课件素材的观察，分析和学习；

（B）可对选择的课件素材进行透视，可以进入该3D 模型的内

部，了解其内部结构，让学生对课件内容可以从外到内进行深入了解，让学生发现问题，提高探究性学习能力；

（C）对重要的3D课件需要有标注功能，打开标注功能，可以让

学生了解各部分结构名称和功能；关闭标注功能，可以让学

生自行写出或说出结构名称，对学生的知识点掌握情况进行评估和考核。

2、3D教学中强调老师的个性化教学，老师按照教学大纲进行个性化课程设计，提高学生对课程的学习兴趣，所以需要在3D教学演示中体现系统的开放性，方便老师的3D课程设计，具体要求如下：

（A）针对学校老师自行的下载2D、3D模型、图片内容、视频文件，在该平台上可以支持播放使用；请在演示现场，用这个3D系统平台随机播放老师下载2D和3D模型、2D和3D的图片或者视频文件；

（B）在现场演示：从公网（如3D素材库网站）中下下载3D模型，可以直接在该系统中直接播放使用；

（C）针对老师或学生自行设计的3D文件（如用3D Studio Max、、Blender、Maya等主流3D设计软件的设计出来标准3D文件），导出来后可以直接在该系统中直接播放使用;

（D）用该系统中的基础课件，加上老师自行下载或者自行设计的3D扩展课件，做一个3D模拟示范课。

3.3  3D与VR关系

    3D和VR是不同的概念，3D是指三维立体；VR通过3D实现的虚拟场景。3D是技术基础，是技术术语。

    3D技术带领着人们最先触摸画面中的真实，利用人的双眼观察物体角度的略微差异这个原理而创造出各种规格的3D显示。3D技术分为眼镜式和裸眼式。眼镜式又分为色差式、快门式和偏光式三种。而裸眼式又分为透镜阵列、屏障栅栏和指向光源三种。3D显示技术已经是非常成熟的技术了。

    VR（Virtual Reality）即虚拟现实技术，它是利用计算机为用户提供一个交互式的可沉浸的身临其境的虚拟三维空间。它的特征主要有多感知性、交互性、沉浸性。多感知性指VR具有视觉感知，还有触觉、运动知觉的感知。交互性，即用户在使用VR技术的时候，可以与之产生互动，获得如同在现实生活中如拆卸机器、更换设备等同样的感受。沉浸性是指VR为用户提供一个逼真的环境，让用户仿佛置身于现实中。

    VR影像以用户为主体，随着用户肢体或者思维的改变，它会开辟出不同的画面和内容。目前，索尼、HTC、Oculus都有推出VR体验设备，在国内也有包括魔镜魔镜、蚁视在内近90家企业从事VR设备开发。但是，内容的匮乏和同质化以及体验中晕眩呕吐的感受等也都是如今VR发展的较大劣势。

3.4  3D教学与VR关系

    可以看到3D内容是基础，是树干；基于3D内容，既可开发出VR产品，又可以通过3D 浏览器对3D内容进行3D教学。

    3D教学课件资源和制作

    在日常教学中，使用最多的3D教学资源是视频教学资源和图片类教学资源，有些课程中可能还会用到交互式的3D教学资源，但是由于制作难度高，时间长，非计算机专业人员一般无法制作，本系统提供的3D教学资源主要指三维物体、三维场景漫游类教学资源。

本系统提供了中小学课本内几课外学习能使用到的三维课件，包含：生物、物理、地理、化学、数学、技术、历史等学科900多个三维素材。

本3D立体显交互教学平台支持几乎所有主流的文件格式，包括：

1、3D文件扩展名：

.wrl、.ive、.3ds、.obj、.dae、.zip （for .dae）、.fbx、.osgb、.osg、.kmz（for .dae）、）.sdf（Protein data bank – PDB）

2、3D软件程序：

所用到的一些程序可以有导出功能，例如：

3D Studio Max、Blender、Maya、Mudbox、AutoCAD、Google Sketchup、SolidWorks Siemens NX

3、Collada文件（3D Google Warehouse):

    在 Google 3D Warehouse (http://sketchup.google.com/3dwarehouse)上有成千上万免费使用的3D模型。因为这些模型的大部分主体结构已经被作者完成了，在Google 3D Warehouse里允许您搜索独立模型和关联模型。模型数据在 Google 3D Warehouse里的文件名是Collada文件（扩展名是.dae) 。

    三维模型及场景漫游交互式3D立体教学与传统3D视频、图片教学最大的区别在于：

    传统3D视频播放式教学，因视频具有单纯的视频时间线和内容脚本的固定预设，授课老师无法在学生观看视频，听视频讲解的同时参与知识点的传授。

    主动交互式3D立体教学提供授课教师直接参与对三维模型的控制（放大、缩小、旋转、标注），利用不同的控制模式将不同角度下的教学重点和知识传递给学生和与学生进行讨论型课堂的教学方式的应用。

    平台可引入教学辅助用的：3D/2D视频、图片及网页链接，实现多媒体多角度的教学。

3.7  偏振眼镜立体显示方案是3D教学中主流方式

    针对校内课堂特点，偏振眼镜立体显示方案为优选。在该方案中，显示屏上左右眼视差图的光线为互相正交的线偏振光或左右旋圆偏振光，配戴上相对应的偏光眼镜就可以观看到立体效果，再配合主流的价格低廉的偏振3D立体眼镜和液晶86英寸3D互动大屏，完全可以使用在3D教室环境当中。且这种偏振眼镜立体显示方案对学生眼睛无任何不良影响，当前使用非常普遍。

偏光式3D有一个优点观看比较舒适，没有主动快门式3D的闪烁感，单看色彩特别鲜艳的动画片及风景片的效果不错，在国际上这种偏光式3D方案已经成为主流，比较适合3D教学。

3.8  未来学校3D教学系统的优势

1)世界上唯一的开放式3D立体教学平台；

2)可以通过手动或自动的方式实现旋转、分解、透视、漫游等功能；

3)教师和学生双平台分别显示，方便教学；

4)支持所有3D数据格式；

5)完全支持互动白板模式，支持互动大屏；

6)可以外接图片、文件、视频和URL功能；

7)学校和老师都可以自行下载，开发3D教学模型和内容，不必完全依赖专业公司就可做到；

8)自动识别2D、3D模型、图片内容；

9)自动识别2D、3D视频文件，一键选择，不需要复杂操作；

10)自适应各种分辨率的外接显示器（需图形工作站支持）。

3.9  未来学校3D教室部署规划

    在新的时代背景下，新技术逐渐进入到学校的每个角落，未来学校3D教室将以培养学生的21世纪新技能为目标，以课程创新和学习方式变革为核心，以学习空间创新和新技术的应用为载体，深入推动空间、课程和技术的融合。

    第一步，通过教育局推荐和学校自主申报的方式，选择部分学校建立未来学校3D教室，每个学校在一个班级或一个年级建立“未来学校3D教室”，采用公开课的方式，针对每个学习阶段的教学难点可以由老师组织学生到3D教室进行主动式和探究式学习，提高学生学习兴趣和学习效率，提高学生学习的注意力和理解力。在研究中发现：3D教学尤其适合自然科学工程、人文历史等学习，例如自然科学里面的生物、物理、化学、地理、工艺加工、工程技术等这样的基础学科，还有一些可视化的历史、人文等；因为3D教学有非常强的沉浸感，如果学习生物的话，我们可以进入细胞的内部，看到DNA结构，这个是非常形象的。也就是说：所有的知识，无论是哪个学科领域，只要这个知识难点能够用可视化的3D来表现，效果都会非常好。

    第二步，以点带面。在部分学校开展3D教室试点教学成功后，可以在全校普及，也可以引入更多的学校参与“未来学校3D教学”模式，给学生带来非常逼真的体验，让学生在虚拟现实的情境中更快更好地掌握教学难点，相比传统的教学方式，效率会得到极大提升。

3.10 双旗3D教学方案所需硬件支持环境

1)液晶3D互动大屏（86英寸）

2)PC工作站及桌面显示器

3)3D Viewer教学软件平台

4)3D Content教学素材库

5)按学生数量配备3D偏振眼镜

6)落地移动支架或壁挂支架

7)教师无线移动讲台（可选）

8)学生移动系统桌椅（可选）

    3D立体技术手段对于教育来说是个拓展而不是取代，它是传统教育技术的有效补充和提升，相信会有越来越多的先进技术走进学校，不断促进和改善教学技术，提高教学效果。

四、双旗3D教学系统的设备介绍

4.1 显示设备介绍

    液晶3D互动大屏（86英寸）

1、产品介绍

    本机与当今最前沿的操作系统 Windows7/8 完美结合，实现了多点触摸，偏光式 3D，可以本能地、自然地对图片、视频、网页、文档等进行缩放、旋转和批注等操作，使触摸更加轻快、流畅，将触摸体验提升到一个全新的高度，充分体现了人机交互的独特魅力。

2、产品优势

    真3D显示技术

    4K超高清显示（3840X2160）

    嵌有 Touch 超高速红外触摸屏 

    支持10点触摸书写

    超薄机身

    超低待机功耗

    端口前置

    物理按键前置

    自动切换2D、3D显示

    全屏批注

    一键开关机

    多种语言菜单

    铝合金机身

4.2部分学科3D内容说明

    双旗3D教学系统的课堂教学应用

4.2.1 宣讲环节

    针对微观、宏观事物或现象通过3D方式进行展示，可以是3D模型，也可是3D视频，通过旋转或缩放或漫游等方式对该事物或现象进行深入宣讲，让学生身临其境了解复杂的事物或现象。

4.2.2 互动环节

    可以由学生上台自行操作3D模型或视频，对事物特定的重要的部位，进行缩放，对该部位让学生能说出名称和功能，通过问答的方式让老师和学生之间，或者学生与学生之间进行互动，加深对重要现象或原理的理解。

4.2.3 实践环节

    若有条件的情况下，可以拿出实物和3D模型进行对比教学，可以打开3D模型的标签功能，让学生对比3D模型，对实物进行解剖或者名称标注工作，一方面增加动手能力，一方面加深对关键知识点的记忆。

4.2.4 评估环节

对关键知识点，在最后环节可以对学生掌握程度进行评估，我们可以在白板上显示3D模型，同时关闭3D模型的标签功能，让学生在白板上对3D模型的各重要部件进行标注，说出其功能和特点，评估本节课的授课成果。