關於虛擬模擬教學系統使用WebGL部署的痛點分析

“百年大計，教育為本”，教育對於家庭和國家而言都非常重要，而隨著社會的發展和技術的進步，教育也不僅僅是簡單的粉筆黑板或多媒體教室，還使用了更加先進的虛擬模擬教學系統。

 

所謂虛擬模擬系統是指，以計算機的方式將教學中不易呈現的教學內容、實操實驗等，透過三維立體模型的方式更直觀地展示。學生透過該系統可以更加深入的瞭解教學知識，同時也可進行模擬實操，從而有更好的實操效果和教學體驗。尤其是解決培訓與演練中“三高”（高危險、高成本、高汙染）與“四難”（難看到、難動作、難進入、難再現）問題。國家大力發展虛擬模擬教學也是因為其直觀的視聽觸覺等多種體驗，對於學生和培訓有更加直接的效果。無論是中小學教學還是職業教育、高等教育或者各種具有職業培訓的企業，都在儘可能的建設自己的虛擬模擬系統。

 

從技術角度來說，目前虛擬模擬教學課件，一般都是基於Unity、UE4等遊戲引擎進行建模。最早的方式，通常是直接將課件的exe程式傳送給學生安裝，或者在專門的教室中使用專門的電腦提前安裝好，學生透過電腦直接開啟。但這類課件體積比較大，對電腦的GPU和執行計算能力有較高要求，這種方式也不方便，因為電腦相容性的問題，在安裝中可能會出現各種問題。因此，為了讓使用者更方便的觀看，網頁的方式會簡單很多，學生透過手機、電腦，開啟網址就能操作體驗。在當前，虛擬模擬教學的網頁化技術，主要有兩種方式：最早大部分採用WebGL的技術方案；以及近幾年興起的雲流化/雲渲染的技術方案。

 

Web 模式的三維模擬，雖然是網頁化觀看了。但對於電腦硬體引數要求還是有一定的要求，這和該項技術本身的特點有關。

WebGL是Web Graphics Library的縮寫，它是一種3D繪圖協議，這種繪圖技術標準允許把JavaScript和OpenGL ES 2.0結合在一起，透過增加OpenGL ES 2.0的一個JavaScript繫結，WebGL可以為HTML5 Canvas提供硬體3D加速渲染，這樣就可以藉助電腦系統顯示卡來在瀏覽器裡更流暢地展示3D場景和模型了。 WebGL技術標準免去了開發網頁專用渲染外掛的麻煩，可被用於建立具有複雜3D結構的網站頁面，甚至可以用來設計3D網頁遊戲等等。簡單來說webgl是網頁上的3D繪圖示準，從其技術特點可以看出，其渲染和場景模型的展示需要藉助電腦硬體本身的顯示卡，並且將需要的內容下載到電腦本地完成操作指令。因此對電腦效能有一定的要求是其技術特點決定的，這對於使用者在使用中來說，體現是開啟運用了這種技術的虛擬模擬教學系統， 載入時間比較長（需要所有內容都下載到本地），而且如果電腦硬體引數不夠的話，會出現卡頓或者渲染時間長等問題。對於內容提供者來說，webgl需要把內容下載到使用者本地，內容被盜用、破解、非法傳輸的風險會增加。

而隨著計算機技術的發展，以及5G的普及，近幾年，雲流化（也稱為：雲渲染、畫素流等）技術也在虛擬模擬部署中得到了越來越多的應用。簡單來說雲流化或者畫素流技術是指將Unity3D、UE4等製作好的exe，直接跑在雲端（雲端或者區域網伺服器均可）執行，畫面實時傳輸到使用者的網頁瀏覽器端，瀏覽器以類似觀看影片的方式呈現內容，滑鼠鍵盤的操作指令實時控制雲端的EXE，實現類似遠端桌面（但比遠端桌面更流暢，比如點量雲流化或者騰訊雲遊戲等技術，可將延遲控制在幾十毫秒）的效果。這種方案解決了WebGL必須下載內容到本地，以及載入時間長的問題。而且還支援在手機、電腦等終端開啟模擬程式，相容性和通用性更好一些。透過下圖表格可以有更直觀的對比，更多關於雲流化在虛擬模擬教學中的應用歡迎隨時交流。

技術方案	WebGL	雲流化
本地安裝EXE	否	否
開啟方式	網頁	網頁
載入時間	長	短
內容下載	是	否
支援終端	電腦和部分手機	電腦+手機+電視大屏等
內容安全性	低	高
硬體引數要求	高	能看影片即可