网络虚拟校园的构想与理论实现

王伟

（西安欧亚学院，陕西 西安 710065）

1 网络虚拟校园GIS的科学构想

目前，虚拟大学有两种定义[1]。第一种定义是从因特网（万维网）、虚拟现实技术和3S（GIS、GPS、RS）技术的角度出发，认为虚拟大学是对现实大学的一个三维虚拟再现。第二种定义是从信息、网络和媒体技术的角度出发，认为虚拟大学是一个以计算机和网络为平台的、远程教育为目的信息主体。这两种定义分别带来了不同的研究和实践。

地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS）是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统[2]。

西安欧亚学院坐落在历史悠久的文化名城——陕西省西安市。这里气候宜人，交通便利；校园绿树成荫，花草烂漫；建筑风格具有了欧式的典雅，堪称“绿色欧洲校园”。许多项目正在实施或尚未实施，即使身临其境也无法一览全貌。在建设好的西安欧亚学院网络虚拟校园GIS中，人们可以通过头盔、三维鼠标、操纵杆等设备以漫步、驾驶小汽车等方式“进入”校区，一览校区概貌，或赏其楼阁布局，并可对不满意的地方提供修改意见。通过这种视觉、触觉和感觉上的沉浸感，身临其境的观察、了解和体验网络虚拟校园GIS，实现对西安欧亚学院校本部和新校区的虚拟旅游。

初步构想如下:

本文的网络虚拟校园GIS是在第一种定义、研究和实践的基础上进行综合设计的，并对这两种定义的结合进行了初步的探讨。西安欧亚学院网络虚拟校园GIS是对现实大学三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，用于支持对现实大学的资源管理、环境规划和学校发展。

2 对网络虚拟校园GIS有关技术的释义

2.1 虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是集计算机图形学、人工智能、传感器技术等为一体，在计算机中生成一种具有三维世界效果的模拟环境。同时还可以通过各种传感器设备，使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境进行直接交互操作，并产生与现实世界相同的反馈信息，使人们得到与现实世界同样的感受[4]。基于这样的特点，它已广泛应用于战场模拟、虚拟农业、城市虚拟设计、虚拟旅游、古环境与古文化的再现等方面。现在，诸如科学可视化(Scientific Visualization)、合成环境 (Synthetic Environment)、赛博空间(Cyberspace)、人工现实(Artificial Reality)、仿真器技术(Simulator Technology)等，逐渐发展成为未来虚拟现实的一部分或一个侧面[5]。

2.2 GIS与WebGIS

地理信息系统（GIS）是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达的地理空间数据的计算机信息系统[6]。随着信息技术的发展和人们对GIS需求的不断增加，基于Internet技术的GIS-WebGIS应用而生。WebGIS实际上是在Web上实现GIS的功能，也就是将GIS综合进Web以进行信息发布。从互联网络的任意一个用户上使用浏览器就可以浏览WebGIS站上的空间数据、制作专题地图，进行地理信息的空间分析和空间查询，从而给Web的信息发布加上了GIS这一直观工具，使人们通过Web浏览查询信息更方便，也使GIS通过Web得到了普及[7]。

2.3 虚拟GIS与虚拟现实GIS

GIS技术同虚拟现实技术和科学计算可视化的结合，拓展了多维GIS、特别是三维GIS研究的内涵，提供了全新的空间数据分析模式和新的GIS应用模式。当前国际上把这种结合虚拟现实技术和科学计算可视化而设计的多维GIS称为虚拟GIS（Virtual GIS，简称VGIS）。人们可以充分利用虚拟GIS提供的“逼真”图形显示和高级的交互分析手段，充分发挥人在图形空间思维能力上的优势，探索数据分析，解决地学问题。同时，虚拟GIS拓展了在时间维上的表达能力，结合地学分析模型，虚拟GIS为过去和未来的某一地理场景提供了更为便利的手段，从而为发展高级的空间决策支持环境提供了可能。

虚拟现实 GIS（Virtual Reality GIS）是与虚拟GIS紧密相关的一个概念。虚拟GIS强调虚拟现实、科学计算可视化与GIS三者的结合，既强调高级人机接口在地学分析中的作用，又强调可视化思维和可视化分析在地学分析中的作用；而虚拟现实GIS主要强调虚拟现实与GIS的结合，强调高级人机接口在地学分析中的作用，所以虚拟现实GIS可以被理解为虚拟GIS的高级形式，是一种虚拟GIS[8]。

2.4 网络虚拟GIS

与网络相结合是当前虚拟GIS发展的方向。目前网络虚拟GIS主要采用两种架构方式:一种是以网络GIS为基础，将虚拟现实系统同GIS的Client端连接起来，在虚拟现实系统中提供简单的空间分析功能或是将GIS的分析结果转化为虚拟现实系统支持的数据格式，供虚拟现实系统观察；另一种是基于分布式虚拟现实系统，在虚拟现实系统中扩展空间数据类型的支持能力，提供简单的空间分析功能。

虚拟GIS在结构上一般都采用GIS+VR的方式。通过VR来创建虚拟信息空间和管理用户与虚拟信息空间的交互，而GIS则是用来管理空间数据。网络虚拟GIS基本上延用了这种结构，在GIS信息表达上是以三维GIS为基础进行扩展，特别是以面三维为主体的三维地理实体表达方面；在VR信息表达上大多是以虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language，简称 VRML)为基础。

[1]SCHANK R C.The Virtual University[J].Cyberpsychology&Be-havior，2000，3(1):9-16

[2]张剑平等.地理信息系统与MapInfo应用[M].北京:科学出版社;1999，1-8

[3]承继成等.数字地球导论[M].北京:科学出版社;2000，224-229

[4]刘勇奎等.虚拟现实技术和科学计算可视化[J].中国图像图形学报，2000，5(9):794-798

[5]崔伟宏.数字地球[C].北京:中国环境科学出版社;1999，137-145

[6]李长坡.数字城市关键技术探讨[J].许昌师专学报，2001，21(2):34-37

[7]汤国安，赵牡丹.地理信息系统[M].北京:科学出版社;2000，164-170

[8]谢传节等.基于XML和CORBA的网络虚拟校园GIS设计[J].测绘学报，2002，31(1):66-70