中国地质大学的前身是1952年由北京大学、清华大学、天津大学和唐山铁道学院等院校的地质系（科）合并组建的北京地质学院。是首批进入“211工程”建设行列的高等院校，目前已经发展为教育部“985”优势学科创新平台重点建设大学。2000年2月，中国地质大学由国土资源部整体划转教育部管理。2005年3月，大学总部撤销，京汉两地独立办学。2006年9月，教育部和国土资源部共建中国地质大学。

中国地质大学（北京）能源学院成立于1952年建校之初，历经了石油与天然气地质系、可燃矿产系、地质勘探系、能源地质系等演变过程，是我国能源勘探开发领域高级人才的摇篮，教学特色明显、学科优势较强。能源学院拥有较雄厚的科研实力，不断追踪世界学科发展动态，立于国内学科发展前缘。围绕着沉积盆地煤、油、气地质勘探与开发，形成了多个特色明显、处于国内前缘地位的研究领域，如沉积学、层序地层学、石油构造分析、含油气盆地分析、煤与煤层气地质学、油气成藏动力学、储层地质学、有机地球化学、天然气地质学、油气田开发地质学、油藏工程、油藏数值模拟、页岩气地质勘探与开发等。

页岩气是一种重要的非常规资源。近年来，美国页岩气发展势头强劲，正在改变美国天然气供应格局，甚至已经开始影响美国未来的整体能源局势。随着页岩气逐渐成为全球油气行业的新宠，我国也开始重点布局与发展页岩气。因此，能源学院在页岩气地质勘探与开发专业方面的研究与教学也就变得非常重要和急迫。当前的页岩气开采技术，主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术，这些技术正不断提高着页岩气井的产量。但是，如何让学生更直观、更形象的理解页岩气的产生、在底层中的存在方式及相关开采方式也就成为了教学过程中的一大难题。

随着《教育部关于国家级虚拟仿真实验中心建设通知》等重要文件的出台，虚拟仿真教学成为了高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，也成为了地质大学能源学院的教授们探索和追求新型教育模式的重要方向。虚拟现实技术能将三维空间的意念清楚的表示出来，能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用，并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。这种呈现多维度信息的虚拟学习和培训环境，将为参与者以最直观、最有效的方式掌握一门新知识、新技能提供前所未有的新途径。

根据中国地质大学（北京）能源学院的要求，我们以北京西山页岩气基地为基础模型设计了能够充分满足虚拟交互要求的西山地质漫游系统，主要从三维地质建模和构建三维仿真环境两个方面来考虑。即在计算机中，按实际的尺寸及比例将环境中的主要的山体模型建造起来，构成一个虚拟场景，包括山体、地表岩石、地下岩层、压裂油气层、以及其他主要视觉模型等。然后构建三维仿真环境，即完成对三维仿真控制的设计，对虚拟环境中的人物进行各种操作，漫游方式的设定和实现。

西山页岩气基地地质漫游的全部过程大致可以分为五个部分进行展示：

1)   地质师准备工具，从地质大学往西山基地出发

2)   西山地表地质现象漫游；

3)   西山山坳打直井，进入地下岩层构造展示；

4)   地下某岩层演化历史展示；

5)   从地下穿过油气层回到地表的过程展示

根据以上漫游过程的相关定义，系统具体实现过程如下：

1)   准备数据：主要通过野外现场考察拍照及收集图片等方式收集建立虚拟西山地质环境所必需的山体、岩石特征数据和纹理数据等，并对其进行必要的数据处理(如格式转换、图像处理等)。

2)   建立三维模型：通过现场收集到的照片及其他图片创建山体、地表岩石、地下岩层模型，并映射纹理和其他特征数据。

3)   模型优化：为了获得更好的运行性能，需要在建模过程中对模型进行不断的优化。

4)   虚拟交互设计：将建立好的三维模型导入虚拟现实软件平台，利用软件的交互设计功能，生成应用程序定义文件，最后设定漫游方式，实现对西山地质漫游系统的交互。

5)   软件导出：在虚拟现实软件平台里将定义好的虚拟交互程序打包输出，形成独立的可执行的西山地质漫游系统。

在西山地质漫游系统中，其技术的核心是通过计算机产生一种如同“身临其境”的三维空间环境，而且使操作者能够进入该环境，直接观测和参与该环境中事物的变化与相互作用。通过西山地质漫游系统的虚拟交互式的教学应用，提供了生动活泼的直观形象，展现学生不能直接观察到的事物，形成知识点。学生从思维，情感和行为等多方面都被调动起来，成为虚拟环境里的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都起到了积极的作用。

对于整个教育领域来说，借助于虚拟现实技术的虚拟仿真教学，还能带来以下诸多好处：

（1）弥补远程教学条件的不足。在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

（2）避免真实实验或操作所带来的各种危险。以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录像的方式来取代实验，学生无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术，可避免由于学生操作失误，而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

（3）彻底打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术，可以使学生进入到大至宇宙天体，小至原子粒子的内部进行观察，甚至进行交互。虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

（4）可以虚拟人物形象。虚拟现实系统可以虚拟历史人物、伟人、名人、教师、学生、医生等各种人物形象，创设一个人性化的学习环境，使教学的气氛更加活跃、自然、亲切。在外语教学中，可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。