沈陽故宮虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：虛擬漫游（Virtual reality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。本文以中視典數(shù)字科技VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺設(shè)計(jì)的沈陽故宮虛擬漫游系統(tǒng)為例，分析了虛擬漫游系統(tǒng)的基本功能設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬漫游；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺（英文全稱Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）是一款由中視典數(shù)字科技獨(dú)立研發(fā)的，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。也是目前國內(nèi)市場占有率最高的一款虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。VRP軟件適用性強(qiáng)、操作簡單、高度可視化、所見即所得。所有的操作都以美工人員可以理解的方式進(jìn)行，如果操作者有良好的MAX建模和渲染基礎(chǔ)，只要對VRP稍加學(xué)習(xí)和研究就可以很快制作出自己的虛擬現(xiàn)實(shí)場景。本文以中視典數(shù)字科技VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺設(shè)計(jì)的沈陽故宮虛擬漫游系統(tǒng)為例，分析了虛擬漫游系統(tǒng)的基本功能設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用。

1 虛擬漫游

虛擬漫游（Virtual reality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。系統(tǒng)運(yùn)用三維動畫/3Dmax、虛擬現(xiàn)實(shí)VRP、大屏幕顯示、人機(jī)互動等先進(jìn)技術(shù)，觀眾可以通過操縱桿在城市、廠區(qū)、建筑小區(qū)等三維模型場景中進(jìn)行主動自主式漫游。虛擬漫游時(shí)觀眾可以置身于屏幕顯示的各景點(diǎn)的動態(tài)實(shí)景影像之中。

這種虛擬漫游的最大特點(diǎn)是：被漫游的對象是已客觀真實(shí)存在著的，只不過漫游形式是異地虛擬的而已，同時(shí)，漫游對象制作是基于對象的真實(shí)數(shù)據(jù)。它在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。本文以中視典數(shù)字科技VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺設(shè)計(jì)的沈陽故宮虛擬漫游系統(tǒng)，是按照沈陽故宮的真實(shí)建筑場景進(jìn)行的異地虛擬，漫游制作是基于真實(shí)數(shù)據(jù)。這種虛擬漫游可以使游客足不出戶地游覽沈陽故宮，應(yīng)用在旅游專業(yè)教學(xué)中則可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景在課堂的虛擬在線，使得學(xué)生能夠體驗(yàn)身臨其境式教學(xué)。

2 虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

2.1 基于多邊形繪制的漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

這種方法適合于場景組織不復(fù)雜、多邊形數(shù)目比較少的較規(guī)范、較簡單或簡化的場景繪制。例如建筑物遠(yuǎn)觀或大場景的建筑點(diǎn)綴等等。

2.2 基于模型導(dǎo)入的漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于幾何建模及模型導(dǎo)入的技術(shù)，通常利用造型軟件（如3DS Studio， AutoCAD等）手工搭建三維模型，建立場景。這種方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間建立模型，工作量很大，一般涉及到測量現(xiàn)場、定位和數(shù)字化結(jié)構(gòu)平面或者轉(zhuǎn)換現(xiàn)存CAD數(shù)據(jù)；其次很難校驗(yàn)其結(jié)果是否精確。

2.3 基于圖像的繪制技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)漫游系統(tǒng)

這種技術(shù)首見于Quick Time系統(tǒng)。它采用實(shí)時(shí)圖像圖形處理來生成三維觀察效果，用方向不受約束的圖像（包括360度漫游所需的信息）代替了電影片段，用實(shí)時(shí)圖像代替了電影播放。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是在景點(diǎn)切換時(shí)會有跳躍。

基于圖像的虛擬場景漫游技術(shù)，利用在某一固定位置所抓取的一個(gè)環(huán)境的360度全景圖像，通過展現(xiàn)全景圖像的相應(yīng)部分來實(shí)現(xiàn)相互的調(diào)整。全景圖像是利用一系列局像拼接起來的，能夠進(jìn)行全視野、360度全方位環(huán)視漫游的圖像環(huán)境。

基于圖像的虛擬場景漫游技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是利用攝影設(shè)備連續(xù)掃描周圍空間的真實(shí)圖像。要求精度高時(shí)，要利用激光掃描儀來獲得真實(shí)圖像數(shù)據(jù)。與在三維圖形世界中的漫游相比，這種系統(tǒng)可以避免復(fù)雜的三維建模工作，所以更適合復(fù)雜的自然風(fēng)光、地景的漫游。

3 沈陽故宮虛擬漫游系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)部功能

3.1.1 固定路線游覽教學(xué)功能

系統(tǒng)將每個(gè)景區(qū)幾條比較常用的、基礎(chǔ)性的成熟旅游路線保存下來，虛擬場景的瀏覽將按照預(yù)先設(shè)定好的線路及沿途景點(diǎn)風(fēng)光自動進(jìn)行播放，教師隨著路線的自動推移進(jìn)行講解，或者任意點(diǎn)暫停進(jìn)行定點(diǎn)環(huán)視瀏覽景觀、插入教學(xué)材料。固定路線瀏覽的教學(xué)功能能夠使場景的總體瀏覽效果真實(shí)體現(xiàn)，符合導(dǎo)游人員路線行進(jìn)實(shí)際。

3.1.2 自主游歷教學(xué)功能

自主游歷教學(xué)是對固定線路教學(xué)的補(bǔ)充。在固定的幾條旅游路線之外，教師還可以在場景中任意漫游，對場景中所涉及的事物進(jìn)行同步講解，學(xué)生模擬練習(xí)，配合錄制與回放功能，進(jìn)行講解點(diǎn)評。

3.2 考試評估教學(xué)功能

考試評估是教學(xué)中重要的一環(huán)，及時(shí)地檢驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果在教學(xué)過程中是很重要的，所以一般會在教學(xué)過程都會采取一些隨機(jī)性的測試來及時(shí)檢驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。這種考試一般隨機(jī)性強(qiáng)、測試方式靈活多樣。在一定程度上，該套系統(tǒng)使老師擺脫了繁重的教學(xué)工作，大幅度提高了教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，是一套藝術(shù)、技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用完美結(jié)合的教學(xué)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)在促進(jìn)人類第九藝術(shù)誕生，這種將真實(shí)場景虛擬再現(xiàn)的技術(shù)改變了旅游專業(yè)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的教學(xué)方式。通過實(shí)踐證明，在旅游專業(yè)教學(xué)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使得課堂教學(xué)內(nèi)容更加生動豐富，教學(xué)質(zhì)量提高成效明顯。