关于虚拟仿真教学系统使用WebGL部署的痛点分析

“百年大计，教育为本”，教育对于家庭和国家而言都非常重要，而随着社会的发展和技术的进步，教育也不仅仅是简单的粉笔黑板或多媒体教室，还使用了更加先进的虚拟仿真教学系统。

所谓虚拟仿真系统是指，以计算机的方式将教学中不易呈现的教学内容、实操实验等，通过三维立体模型的方式更直观地展示。学生通过该系统可以更加深入的了解教学知识，同时也可进行模拟实操，从而有更好的实操效果和教学体验。尤其是解决培训与演练中“三高”（高危险、高成本、高污染）与“四难”（难看到、难动作、难进入、难再现）问题。国家大力发展虚拟仿真教学也是因为其直观的视听触觉等多种体验，对于学生和培训有更加直接的效果。无论是中小学教学还是职业教育、高等教育或者各种具有职业培训的企业，都在尽可能的建设自己的虚拟仿真系统。

从技术角度来说，目前虚拟仿真教学课件，一般都是基于Unity、UE4等游戏引擎进行建模。最早的方式，通常是直接将课件的exe程序发送给学生安装，或者在专门的教室中使用专门的电脑提前安装好，学生通过电脑直接打开。但这类课件体积比较大，对电脑的GPU和运行计算能力有较高要求，这种方式也不方便，因为电脑兼容性的问题，在安装中可能会出现各种问题。因此，为了让用户更方便的观看，网页的方式会简单很多，学生通过手机、电脑，打开网址就能操作体验。在当前，虚拟仿真教学的网页化技术，主要有两种方式：最早大部分采用WebGL的技术方案；以及近几年兴起的云流化/云渲染的技术方案。

Web模式的三维仿真，虽然是网页化观看了。但对于电脑硬件参数要求还是有一定的要求，这和该项技术本身的特点有关。

WebGL是Web Graphics Library的缩写，它是一种3D绘图协议，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，这样就可以借助电脑系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了。 WebGL技术标准免去了开发网页专用渲染插件的麻烦，可被用于创建具有复杂3D结构的网站页面，甚至可以用来设计3D网页游戏等等。简单来说webgl是网页上的3D绘图标准，从其技术特点可以看出，其渲染和场景模型的展示需要借助电脑硬件本身的显卡，并且将需要的内容下载到电脑本地完成操作指令。因此对电脑性能有一定的要求是其技术特点决定的，这对于用户在使用中来说，体现是打开运用了这种技术的虚拟仿真教学系统，加载时间比较长（需要所有内容都下载到本地），而且如果电脑硬件参数不够的话，会出现卡顿或者渲染时间长等问题。对于内容提供者来说，webgl需要把内容下载到用户本地，内容被盗用、破解、非法传输的风险会增加。

而随着计算机技术的发展，以及5G的普及，近几年，云流化（也称为：云渲染、像素流等）技术也在虚拟仿真部署中得到了越来越多的应用。简单来说云流化或者像素流技术是指将Unity3D、UE4等制作好的exe，直接跑在云端（云端或者局域网服务器均可）运行，画面实时传输到用户的网页浏览器端，浏览器以类似观看视频的方式呈现内容，鼠标键盘的操作指令实时控制云端的EXE，实现类似远程桌面（但比远程桌面更流畅，比如点量云流化或者腾讯云游戏等技术，可将延迟控制在几十毫秒）的效果。这种方案解决了WebGL必须下载内容到本地，以及加载时间长的问题。而且还支持在手机、电脑等终端打开仿真程序，兼容性和通用性更好一些。通过下图表格可以有更直观的对比，更多关于云流化在虚拟仿真教学中的应用欢迎随时交流。

技术方案	WebGL	云流化
本地安装EXE	否	否
打开方式	网页	网页
加载时间	长	短
内容下载	是	否
支持终端	电脑和部分手机	电脑+手机+电视大屏等
内容安全性	低	高
硬件参数要求	高	能看视频即可