虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在虛擬校園中的應用

文｜寧敏

虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在虛擬校園中的應用

文｜寧敏

隨著科技的飛速發(fā)展，信息技術(shù)的不斷進步，虛擬現(xiàn)實已逐步走進千家萬戶。在當今社會，人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)給予了高度的評價，稱其為改變世界未來的重要技術(shù)，并且它在眾多領域，如教育、醫(yī)療、軍事、航空、建筑漫游、工業(yè)設計等方面大放異彩，為這些行業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。同時教育信息化已成為時代發(fā)展的必然趨勢，其改革思想得到了普遍的認同和青睞，虛擬校園則在這個環(huán)境下應運而生，是其在數(shù)字化方面的具體應用。

盡人皆知，校園文化和學習氛圍對每個人的成長起著潛移默化的作用，學校的一草一木，校園環(huán)境無時無刻都在影響著我們每一個人，伴隨著我們健康、茁壯地成長。虛擬校園以網(wǎng)絡為基礎，利用先進的信息化手段，實現(xiàn)從環(huán)境、資源到活動的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)校園的基礎上構(gòu)建數(shù)字空間，拓展現(xiàn)實校園的時間和空間維度，擴展了傳統(tǒng)校園的功能，最終實現(xiàn)教育工程的全面信息化。不僅能直觀地展示教學設施、校園景觀及校園文化等，還能為網(wǎng)絡教育提供幫助。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將以其獨特的交互性、多感知性和想象性，為虛擬校園的建設提供強大的技術(shù)支持。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)仿真我們的校園無疑是校園建設的一大創(chuàng)新。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的新興產(chǎn)物，集計算機圖形技術(shù)，人工智能，多媒體技術(shù)、人機接口技術(shù)、人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)等各種技術(shù)于一體的計算機高級人機界面技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬世界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建一種適人化的多維信息空間，仿佛置身于一個虛擬的世界中。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三個特征：沉浸性、交互性和想象性。沉浸性是指通過模擬，讓參與者完全置身于虛擬世界中，體驗身臨其境的感覺。交互性是指參與者可以通過模擬設備實現(xiàn)人與虛擬世界之間的完整交流和互動。想象性是指通過虛擬技術(shù)可以將人類的想象力和創(chuàng)造思維最大程度地發(fā)揮出來。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬校園中的具體應用

（一）虛擬校園概述

隨著各校招生人數(shù)不斷壯大，學校管理體制不斷健全，我們可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)及三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建虛擬校園。虛擬校園是以數(shù)字化信息和網(wǎng)絡為基礎，在先進的計算機和網(wǎng)絡技術(shù)上建立起來的對教學、科研、管理、技術(shù)服務、日常事務等校園信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應用，使數(shù)字資源得到充分利用、優(yōu)化的一種虛擬教育環(huán)境。是在采集真實校園信息的基礎上，模擬人的感覺器官，創(chuàng)建一種多維空間，再現(xiàn)校園的景觀，使訪問者足不出戶就可以參觀校園，更直觀地了解校園的具體情況，盡情領略校園的文化氛圍和感受校園氣息，獲取相應的信息。虛擬校園還可創(chuàng)建用戶，分配不同權(quán)限，對學校的各方面進行統(tǒng)一管理。三維虛擬校園的直觀性，可以優(yōu)化領導管理，對于校園信息管理，校園規(guī)劃、建設等能夠全局掌控。通過這種全新的教育模式，不僅帶給人們?nèi)碌闹R體系，還能極大地提高管理水平，有效地促進遠程教育的發(fā)展。

（二）虛擬校園建設方案

1、 3D場景制作

3D場景制作是較為復雜的環(huán)節(jié)，需要準備的工作比較繁雜。首先要收集校園每個場所的具體尺寸、建筑結(jié)構(gòu)及外形等相關數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)采集，并對實物進行實地拍攝，采集每個地方的紋理貼圖及質(zhì)感，便于在三維軟件中用于模型制作。其次在3DSMAX、Lumion等軟件中運用多邊形、曲面等建模方式制作校園場景，需要制作教學樓、實訓室、校園道路、花草樹木等，在軟件中盡量按照前期收集的素材比例、造型和結(jié)構(gòu)制作模型。根據(jù)行業(yè)要求檢查模型，優(yōu)化模型。要體現(xiàn)模型的真實感則需要在軟件中對模型表面的材質(zhì)、紋理以及場景的光照進行設置。以圖片作為紋理并制作材質(zhì)；基于圖像的平面技術(shù)對樹葉建模；采用天空盒生成環(huán)境天空；運用Vue軟件直接創(chuàng)建復雜自然環(huán)境模型。再結(jié)合Photoshop、Bodypainter等軟件繪制場景的貼圖，完成最終效果制作。

2、實時漫游系統(tǒng)設計

場景的動畫漫游主要是運用三維技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將上述完成的場景，校園的教學樓、圖書館、體育館、校史館等校園中的全部景觀以各種視覺角度和不同的交互形式展現(xiàn)給瀏覽者。運用三維軟件制作角色模型，以角色扮演的方式讓瀏覽者游歷校園的每個角落。我校制作的虛擬校園動畫漫游只能實現(xiàn)自動漫游和少部分交互漫游。而虛擬場景的漫游實際上可以把視點的位置不斷改變，重繪三維場景，修改獲得新數(shù)據(jù)的相應參數(shù)，達到三維動畫實時交互的效果。虛擬場景的三維漫游效果主要有查詢式漫游、交互式漫游和自動漫游三種。在虛擬場景中設置合理的光照、特效等以增強場景的真實感。

3、多人在線聊天

為了能運用網(wǎng)絡進行有效地學習交流，共享資源，我校制作的虛擬校園還包括多人在線聊天系統(tǒng)，可供師生在線交流，課外解答學習上的疑難問題。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關鍵技術(shù)

（一）實時三維圖形生成和顯示技術(shù)

迄今為止，計算機圖形技術(shù)發(fā)展得較為成熟，技術(shù)的關鍵是在不影響圖形復雜程度和質(zhì)量的前提下，如何提高刷新頻率，能真正做到實時交互，是我們需要重點研究的內(nèi)容。

（二）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心，其目的就是獲取真實環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并建立對應的虛擬模型，創(chuàng)建虛擬世界。

（三）立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展有賴于立體顯示和傳感器的發(fā)展?，F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實還不能滿足系統(tǒng)需求，例如，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點。虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。

（四）應用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象。選擇適當?shù)膽脤ο罂梢源蠓鹊靥岣呱a(chǎn)效率，提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。因此必須研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具。例如虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。

人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需要離不開科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其巨大的優(yōu)勢已經(jīng)受到人們的推崇，逐步成為最先進和最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。而虛擬校園的出現(xiàn)打破了時間和空間的限制，不僅能逼真地向人們展示校園景觀和教學設施，還可將校園內(nèi)的地理信息、自然資源、社會資源和人文資源等各種資源進行數(shù)字化采集、處理和存儲，并建立相應的數(shù)據(jù)信息庫，創(chuàng)建全視覺的可視化虛擬校園三維立體平臺，最終實現(xiàn)信息資源的動態(tài)管理，在未來的發(fā)展中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還將繼續(xù)改善我們的生活質(zhì)量，并且改變我們的思維方式，讓我們把美好的場景可以永久地保存下來，并主動設計和制作心中的場景。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日趨完善，教育過程全面信息化的目標實現(xiàn)指日可待，虛擬校園建設必將邁上一個新的臺階，其將是未來教育方式的發(fā)展主流。

作者單位：廣西機電技師學院