福师大地科院智慧云空间分析实验室项目
项目提出的背景和依据
2023年工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国务院国资委、国家广播电视总局办公厅联合印发年国家《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025）》，以及在2022也联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》要求2026年落实建设虚拟现实相关教室，开发数字教学课程等文件。
人工智能、元宇宙、云计算、物联网、5G移动通讯等创新技术为教育事业的发展提供了新的契机，借助一系列先进的信息技术，教育教学需要实现从传统到现代、从机械到智能两个维度的转变。
项目建设方案
本项目涉及3个方面的建设，分别为元宇宙、云桌面以及多媒体教室，各系统间采用两台千兆交换机进行内部终端和设备的互联，分别连接云桌面系统、虚拟仿真系统和多媒体系统，两台交换机之间使用千兆光纤双链路互联，同时采用两条万兆光纤直连数据中心服务器万兆交换机接入校园网，确保本局域网数据传输的高可靠。总体网络架构如下：
云桌面系统方案建设
新一代vGPU高性能云桌面
云桌面系统由客户端层、虚拟化层和管理层组成，三个层面紧密结合，为用户提供安全、可靠的教学环境。
在客户端层，采用智能云终端，采用一体化设计，硬件故障率低。本地具备计算、存储能力，可以独立支持复杂应用。智能云终端具备GPU性能，具备图形处理能力。
在虚拟化层，是指在智能云终端上运行虚拟化平台，通过虚拟化平台为智能云终端提供云桌面服务，并将云终端的硬件底层充分调用，将底层硬件资源直接透传到虚拟机当中，让虚拟机拥有与真机一样的性能。智能云终端搭载的虚拟化层可以独立运行虚拟机，不依赖云主机性能。另外在虚拟化层提供关机即还原的机制，让机房可以快速回复新的环境，让管理更容易，问题出现几率也大大降低。
在管理层通过云主机web管理平台，可同时对教室内的所有云主机进行集中的统一管理，也可以对多间教室进行统一管理，包括对教学环境、智能云终端、存储、配置策略等的统一管理。
新一代vGPU高性能云桌面方案，让每个桌面都拥有GPU资源，为VDI插上“高性能”的翅膀。同时，提供更高性价比，基于硬件虚拟化方案，免vGPU授权，价格更合理。
云桌面系统架构图参考如上图所示，单台服务器最大可插5张标准版显卡或3张专业版显卡，单台服务器最大可提供60个带有GPU的VDI桌面（5*12），每个桌面都拥有GPU资源，桌面性能更高。具体包括以下三个特点：
1.打造舒适的教学环境
云终端无风扇超静音，低功耗不发热，防磁防辐射。为师生打造一个全新的绿色环境，好心情才有更高的教学效率。
2.分层管理模式–加强学校设备控制同时避免增加繁杂工作
管理员可设置不同权限，仅最高管理员具备整个云桌面系统的所有管理权，从而统一定制学校的系统规范。最高管理员可将学校信息老师设为二级管理员，从而将校内的用户管理、终端管理、网络管理等日常操作管理权限下发。实现学校管理工作完全不增加，并提升学校信息化管理效率的分级管理模式。
3.降低设备运维成本
云终端低功耗更节能。高度集成化的硬件终端，基本实现零维护，如果操作系统中毒，只需要在服务器或终端上一键还原几秒钟实现环境恢复。不但降低管理老师的工作压力，也减少系统宕机时浪费的时间，提升教学效率。终端设备故障率也低于PC，寿命更长，大幅节省硬件使用成本。
云桌面网络架构
录播系统
多媒体系统方案建设
以智慧教学交互系统（硬件支撑由96寸及86寸互动一体机组成）为教学核心，老师可以任意在智慧教学交互系统上标识、批注课件的内容，让整个多媒体教学环境更容易实现老师、学生、设备的互动。技术上，计算机数字信号、视频信号、音频信号（包括经过多媒体计算机处理的视频信号和音频信号）与智慧教学交互系统结合使用，并把所显示的内容传送到智慧教学交互系统上。可播放音乐、教学录像、教学课件，迅速处理显示各种教学内容，兼容不同版本的教学内容。
配置数字红外无线教学扩声系统：具有较强的抗干扰性，红外线不可穿透墙壁或天花板，教室与教室之间保证互不干扰，不会有串频、断频和干扰现象。系统主机具备RS-232和网络接口，可完美融入中控系统进行智能化操控（无线麦克风电量实时反馈、系统音量控制等）。数字红外麦克风在不同智慧教室之间使用无需对频，即开即用，简单方便，提高了话筒的使用效率和复用性。无线麦克风具备激光笔指示功能，可实现远程控制PPT翻页功能。同时麦克风充电底座内置电子锁，可通过手机扫码或刷IC卡解锁无线麦克风，方便管理，避免丢失。带有鹅颈麦克风功能。
在授课过程中教师可以通过“多功能智慧屏”实现中央控制功能，对教室内的多媒体设备、物联设备、师生互动、线上互动进行统一控制管理。教师使用无需进行专业的培训，一键式操作，对教室的管理进行相应的控制操作，过程跟操作手机与移动智能终端一样简单便捷，替代传统的多媒体网络教室繁杂的操控界面及设备堆叠。
录播网络架构
环境改造系统
元宇宙互动系统方案建设
VR虚拟仿真系统
元宇宙互动内容生产引擎是元宇宙应用中最核心、最关键也是最需要从零突破研发的技术门类。元宇宙内容生产引擎即将3D建模、动画/交互开发以及渲染无代码化，轻量化，让C端用户可在个人PC、移动端等设备上直接使用，实现用户自定义3D内容生产（UGC）。
元宇宙互动内容生产引擎是面向C端用户，运用VR、3D计算机图形学和AI技术，使用引擎，开发者即可快速、低成本的开发接近100%模拟现实体验的元宇宙VR内容。开发者在开发环境中直接调用接口，即可实现快速生成每个参与应用的C端用户的高品质高写实3D虚拟化身，并已自动完成骨骼绑定，blend shape绑定，蒙皮和贴图制作，可直接导入3D开发引擎（如Unity、UE）中进行交互开发；同时，引擎包含一套AI实时捕捉内容并生成系统，用户通过一个单目RGB摄像头，即可实时捕捉并生成自己的表情、动作的3D动画。
师生可将文本、声音、视频素材输入“养成系统”，训练虚拟人的人设、性格和知识库等，并与虚拟人做实时交流互动。师生输入的文本以“提示词”或“RAG”的方式与大模型交互，并生成新的文本内容；师生输入的语音首先由AI识别并转化成文字，并输入大模型，生成新的内容后，再转化成语音，并通过语音驱动虚拟人AI生成相应的语音、表情、口型和动作，与师生交互。整个服务为流式数据传输，以保证交互低延迟。同时系统支持师生上传动作视频，让虚拟人生成与视频里动作一致的3D虚拟人动画，实现元宇宙动画制作和个性化师生互动。
3D虚拟人AI生成与交互系统以插件的形式安装到本地工作站，同时算法API部署在云端，通过SaaS的方式与各交互终端设备连接。AI动作捕捉及实时生成引擎系统部署到本地工作站。
1.老师和学生以个人真人形象同时进入VR虚拟场景进行虚拟仿真实验或科研研究，并实现实时的互动，远程对话，沟通。支持多人远程异地协同。如下图所示：
2.学生穿戴VR设备，进入虚拟场景进行虚拟仿真实验或科研，老师无需穿戴任何设备，即可以自己的高写实3D虚拟化身进入场景，自由走动，交互，操作，指导学生的工作。整个过程可投放到大屏幕上，老师和学生的虚拟形象同屏交互。
3.在实拍的视频里，通过AR技术，叠加老师或学生的3D虚拟化身，以及教学资源和互动，实现虚实融合的课堂教学。