基于VR虛擬技術(shù)校史館信息化建設(shè)的思考＊

張海軍，范開欣

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

借助互聯(lián)網(wǎng)思維，結(jié)合新技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，是傳統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢[1]。新時(shí)代高等職業(yè)教育迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷發(fā)展和迅猛成熟，實(shí)體校史館逐漸顯現(xiàn)出諸多缺陷與不足，比如傳統(tǒng)靜態(tài)圖文展示的實(shí)體校史展館受制于場地的限制，參觀者須在相對固定的時(shí)間到實(shí)體館方能參觀，而虛擬校史館極大地推進(jìn)了校園信息化建設(shè)。VR虛擬校史館是一種可以將校史館和陳列品在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行展示、宣傳與教育的數(shù)字化展覽館，是推進(jìn)教育數(shù)字化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。文章以甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院校史館為原型，通過對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、3ds Max建模，VR平臺(tái)后期效果制作，進(jìn)行VR虛擬校史館的設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用，確保實(shí)現(xiàn)了沉浸漫游、身臨其境、賞心悅目，極大地增強(qiáng)了校史館網(wǎng)上參觀的真實(shí)性、體驗(yàn)感和層次感。

1 校史館VR虛擬技術(shù)的研究應(yīng)用

1.1 VR虛擬校史館

為充分發(fā)揮校史館在傳播校史文化、展示辦學(xué)成就、擴(kuò)大學(xué)校影響等方面的積極作用，國內(nèi)不少高校利用現(xiàn)代信息化技術(shù)實(shí)施了校史館虛擬展示，但大多為靜態(tài)展示[2]，這種展示存在信息量小、體驗(yàn)感差、更新緩慢等缺點(diǎn)，梯次化、立體化效果不佳，很大程度上影響了校史館傳播文化內(nèi)涵、樹立良好形象、展示學(xué)校精神作用的發(fā)揮。與之相比，VR虛擬展示技術(shù)具有真實(shí)的交互式體驗(yàn)感優(yōu)勢[3]，受到廣泛歡迎。

VR虛擬技術(shù)是一種集成了人工智能、傳感交互等高新科技的動(dòng)態(tài)虛擬技術(shù)，具有多感知、自主性、交互性、沉浸性等特點(diǎn)，主要活躍于影視、游戲、教育、醫(yī)療、軍事等具有沉浸式體驗(yàn)需求的領(lǐng)域。利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬校史館，是新時(shí)代數(shù)字化展覽館建設(shè)的發(fā)展要求，有助于現(xiàn)代職業(yè)教育數(shù)字化、推進(jìn)校園信息化建設(shè)。VR虛擬校史館以傳統(tǒng)校史展示館為基礎(chǔ)，將VR場景動(dòng)態(tài)虛擬技術(shù)與真實(shí)校史館相結(jié)合，參觀者可以通過進(jìn)入校園網(wǎng)站、微信公眾號或手機(jī)掃碼等方式獲取VR平臺(tái)鏈接，線上參觀校史館。目前來看，虛擬校史館內(nèi)容完整、色彩美觀、數(shù)字化強(qiáng)，具有傳播速度快、用戶體驗(yàn)感強(qiáng)、人機(jī)交互性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地再現(xiàn)校史館的內(nèi)部真實(shí)場景，讓人沉浸漫游于校史館之中，可以讓目標(biāo)受眾賞心悅目、心情愉悅。

1.2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在校史館應(yīng)用的意義

校史館是陳列學(xué)校奮斗歷程、展示學(xué)校辦學(xué)過程和不同時(shí)期精神風(fēng)貌的重要場館，對追憶先輩、緬懷歷史具有特殊的意義，是一個(gè)有歷史革命高校的重要職責(zé)和使命。VR虛擬校史館集中體現(xiàn)了梯次化、群眾化、立體化、信息化和數(shù)字化路徑，充分處理好了歷史與現(xiàn)實(shí)的關(guān)系，在視覺、聽覺和觸覺方面具有更強(qiáng)的吸引力，更加有利于傳播校史文化、弘揚(yáng)學(xué)校精神、展示辦學(xué)成就、擴(kuò)大宣傳影響。VR虛擬校史館上線后，可以與實(shí)體校史館共同構(gòu)建“館內(nèi)+館外”“線上+線下”黨建、思政、精神、文化育人體系，著力打造對外交流的展示平臺(tái)、學(xué)校精神的傳承平臺(tái)和德育人文的教育平臺(tái)，更能夠深化師生知校、立校、愛校、榮校教育，對推進(jìn)校園信息化建設(shè)、人文校園建設(shè)，打造魅力“牧院”發(fā)揮著重要的作用，有利于把學(xué)校建設(shè)成為“立足甘肅、面向全國，有特色、高水平”的高等職業(yè)院校。

2 VR校史館的創(chuàng)建思路及流程

甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院校史館建筑面積為600 m2，內(nèi)部空間分為溯源篇、薈萃篇、求索篇、謀新篇等4大板塊，全景式展現(xiàn)了學(xué)校七十載光輝歷程，是融展示、研究、交流、體驗(yàn)于一體的校史空間。主要參觀群體分校外參訪者和校內(nèi)師生，主要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行參觀、瀏覽、學(xué)習(xí)、交流，使用的訪問設(shè)備主要為手機(jī)和電腦。鑒于校史館VR虛擬空間訪問的快速、流暢需要，必須對VR虛擬平臺(tái)創(chuàng)建的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制設(shè)定，否則不利于參觀者瀏覽，而且還會(huì)影響心情，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)設(shè)定為：響應(yīng)延時(shí)≤20ms，屏幕刷新率75Hz，陀螺儀刷新率≥1 kHz，瞬間同時(shí)訪問量≥1 000人。

為克服靜態(tài)虛擬展示參觀視覺單一、聽覺信息缺乏、互動(dòng)性不足、用戶參與感不強(qiáng)的不足，需要利用三維虛擬技術(shù)將展館及其陳列品移植到互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行展示、宣傳[4-6]。甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院VR虛擬校史館創(chuàng)建流程從創(chuàng)建到發(fā)布，3個(gè)主要工作階段分別是空間數(shù)據(jù)采集、三維場景建模及烘焙、漫游設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 創(chuàng)建VR校史館的工作流程

3 校史館VR場景設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 采集空間數(shù)據(jù)及繪制平面圖

空間數(shù)據(jù)的采集是三維場景建模的前提基礎(chǔ)條件，直接決定著VR校史館的整體形象和展示品質(zhì)。因此，在三維場景建模之前，必須進(jìn)行實(shí)地測量校史館的內(nèi)部空間圖像數(shù)據(jù)，核心工作是使用魯班尺、BOSCH DLE40激光測量儀等對校史館、展臺(tái)及展品等實(shí)物的圖像資料進(jìn)行采集、收集、整理，以確保能夠真實(shí)分析理清校史館內(nèi)部構(gòu)造、空間結(jié)構(gòu)；為保證后期場景建模的效果，在空間圖像數(shù)據(jù)采集完成后，務(wù)必使用AutoCAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件）把測量收集到的數(shù)據(jù)繪制成平面圖，以便于為三維虛擬建模做鋪墊打基礎(chǔ)。

3.2 航拍采集圖像

為確保能夠切實(shí)將校史館的現(xiàn)狀完整記錄并保存下來，并將其作為3ds Max建模的重要原始資料，就必須采用航拍技術(shù)對校史館內(nèi)部效果進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)景拍攝。要確保真實(shí)和準(zhǔn)確地記錄效果，務(wù)必在航拍前，先通過實(shí)地測量提前繪制成的AutoCAD平面圖，理清校史館的內(nèi)部布局情況，以便更好地確定拍攝坐標(biāo)。通過現(xiàn)場查看，進(jìn)行校史館的內(nèi)部航拍拍攝，精準(zhǔn)確定了12個(gè)航拍坐標(biāo)。為確保達(dá)到真實(shí)展示校史館內(nèi)景效果，航拍時(shí)需選擇合適的高度拍攝，經(jīng)過多次實(shí)地拍攝，最終確定在離地1.5 m的高度安裝拍攝設(shè)備；采取每隔90°拍攝一張照片的方式進(jìn)行水平取景，最后將航拍設(shè)備調(diào)整到與地面垂直，拍攝天花板和地面。

3.3 三維建模及場景優(yōu)化

虛擬校史館建設(shè)至關(guān)重要的工作環(huán)節(jié)就是3ds Max三維建模，只有建好三維幾何模型，才能真正確保整體效果的實(shí)現(xiàn)與完成。鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)展示和網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，三維建模必須保證視覺效果，要盡量采用比較簡單的模型[7]。場景創(chuàng)建時(shí)最重要的工作是模型優(yōu)化，其主要方式有減少分段數(shù)、刪除隱藏面、使用紋理貼圖、使用優(yōu)化編輯器等。甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院校史館VR空間制作采用3ds Max，嚴(yán)格按照采集數(shù)據(jù)1:1進(jìn)行還原，且使用軟件自帶的幾何體開展數(shù)值建模，并刪除場景中不可見的冗余面，如圖2所示。同時(shí)，在場景優(yōu)化方面，為確保降低VR虛擬校史館運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的卡頓、提高VR校史館場景的空間質(zhì)感和光影效果，不在3ds Max中設(shè)置材質(zhì)效果，也不設(shè)置燈光效果。

圖2 校史館內(nèi)部空間3ds模型圖

3.4 場景貼圖烘焙

場景烘焙能夠很好地提升網(wǎng)上瀏覽的體驗(yàn)感和真實(shí)性。因而，為確保瀏覽順暢、提高觀看質(zhì)感、達(dá)到視覺上逼真的光影效果，在制作好各個(gè)實(shí)體三維模型完成虛擬校史館3ds Max建模后，就需要將已經(jīng)建模好的校史館三維幾何場景模型導(dǎo)入到VR系統(tǒng)中，進(jìn)行三維場景貼圖烘焙，設(shè)置校史館內(nèi)部場景的材質(zhì)、燈光、碰撞檢測和漫游方式等，將各種效果渲染到紋理，并確保實(shí)現(xiàn)永久保持?？紤]適應(yīng)性和可操作性，校史館的烘焙采用3ds Max自帶的Mental ray渲染器，很好地實(shí)現(xiàn)了快速渲染逼真的環(huán)境[8]，極大地提升了參觀的質(zhì)感。

3.4.1 設(shè)置材質(zhì)

虛擬校史館最終呈現(xiàn)的視覺效果直接受到場景材質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。因此，在設(shè)置場景材質(zhì)時(shí)，要盡最大的可能選擇與校史館真實(shí)場景相同的素材，同時(shí)借助圖像處理軟件Photoshop制作虛擬校史館場景材質(zhì)UVW（坐標(biāo)）貼圖，設(shè)置VR中材質(zhì)參數(shù)，以確保與生活現(xiàn)實(shí)中校史展示館的內(nèi)部真實(shí)場景效果保持高度的一致。

3.4.2 設(shè)置燈光

對VR虛擬空間效果和用戶瀏覽流暢性的影響因素較多，除了有材質(zhì)選擇、參數(shù)設(shè)置的影響外，燈光的設(shè)置同樣也嚴(yán)重影響著虛擬效果，否則瀏覽效果不佳，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重卡頓。因此，在設(shè)置虛擬校史館VR燈光時(shí)應(yīng)著重對陰影效果的塑造，以確保光影效果最佳，使其空間效果更具真實(shí)感[9]。

3.4.3 漫游設(shè)計(jì)

相關(guān)研究資料表明，虛擬校史館漫游路徑設(shè)置主要有兩大類，第一類是手動(dòng)漫游，第二類則是自動(dòng)漫游。甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院三維虛擬館的設(shè)計(jì)采用手動(dòng)漫游與自動(dòng)漫游相結(jié)合的方式。參觀者進(jìn)入VR虛擬校史館后，若10 s內(nèi)無任何操作，系統(tǒng)將沿著提前設(shè)定好的漫游路徑自動(dòng)漫游瀏覽校史館。若有觸碰手機(jī)屏幕或電腦鍵鼠操作時(shí)，則立即切換至手動(dòng)漫游，如圖3所示。手動(dòng)漫游有2種操控方式：一種是參觀者通過操控虛擬鍵盤，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、往左、往右移動(dòng)等功能；另一種是參觀者同時(shí)使用2個(gè)手指滑動(dòng)畫面實(shí)現(xiàn)前進(jìn)功能，同時(shí)使用3個(gè)手指滑動(dòng)畫面實(shí)現(xiàn)后退功能，使用1個(gè)手指滑動(dòng)畫面實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。

圖3 VR虛擬校史館的內(nèi)部漫游場景

3.4.4 場景碰撞設(shè)置

碰撞檢測對三維虛擬展館設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院VR校史展示館的內(nèi)部場景空間主要由柜體、展臺(tái)、展品、墻體等實(shí)物圍合而成，若不開啟場景碰撞功能，就會(huì)在用戶瀏覽時(shí)出現(xiàn)穿越空間實(shí)體的現(xiàn)象，將直接影響參觀者的情緒，真實(shí)感將會(huì)大打折扣。因此，開啟碰撞檢測功能，可以有效避免穿越墻體、柜體或碰撞到展臺(tái)、展品等情況，讓目標(biāo)群體真正感受到VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來的真實(shí)體驗(yàn)。

4 VR虛擬校史館的應(yīng)用前景

VR虛擬校史館就是利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的線上三維虛擬展館，充分利用三維全景技術(shù)結(jié)合三維動(dòng)畫技術(shù)制作而成，將傳統(tǒng)的實(shí)體校史館搬至線上網(wǎng)絡(luò)虛擬空間，實(shí)現(xiàn)了720°全方位、24 h全天候觀看瀏覽，臨場感及體驗(yàn)更完美，有全方位的視覺體驗(yàn)，如身臨其境一般，視覺、聽覺以及觸覺的吸引力、穿透力強(qiáng)。利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬校史館，能夠極大地克服參觀時(shí)間、場所位置等因素的影響，使參觀者足不出戶就能參觀校史館，可以極大地方便師生全面了解學(xué)校，能夠生動(dòng)形象地呈現(xiàn)出校園文化、歷史、精神，有利于傳播學(xué)校正能量、展示學(xué)校新形象，是現(xiàn)代化高等職業(yè)教育信息化建設(shè)必不可少的，是職業(yè)教育數(shù)字化發(fā)展的一個(gè)重要方面，必然將廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化校史館的建設(shè)之中，其在現(xiàn)代化高等職業(yè)教育信息化建設(shè)、智慧校園建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

校史館是見證學(xué)校歲月崢嶸面貌變遷、展現(xiàn)學(xué)校春華秋實(shí)碩果累累的場館，是學(xué)校深厚歷史積淀、豐富校園文化的精神載體?；赩R技術(shù)的虛擬校史館是一個(gè)新的形象展示平臺(tái)，為校史館提供了一種新的展示形式，讓人身臨其境、沉浸漫游、耳目一新，極大地提高了校史館的信息化程度和影響力，借助VR技術(shù)構(gòu)建虛擬校史館已是新時(shí)代數(shù)字化展覽館建設(shè)的必然趨勢和發(fā)展方向，選擇VR技術(shù)構(gòu)建虛擬校史館已是新時(shí)代中國高校信息化建設(shè)的必然趨勢，它將代表著中國高校通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向全球更高層次發(fā)展邁進(jìn)。