基于VRP技术的人机互动虚拟校园环境平台的设计与构建

赵庆华，李 姝

近几年来，人们对校园环境建设及其管理环节十分重视，因其关系到总体教学质量的提升，以及院校的教育培养方向。所以，在目前的技术水平下，将校园环境更好地进行规划与呈现，是我国现代化校园管理所要重点关注并积极解决的问题。现阶段，我国高校采用了人机互动虚拟校园模型来解决这一问题，该模型的建立可以让外界通过计算机设备来浏览并规划虚拟校园场景。这就体现出了现代高科技数字化校园的优势，这一成绩的取得有赖于各类型模拟操作软件以及硬件设备的有力支撑。

一、虚拟现实校园环境概述

虚拟现实情景创设是以计算机技术为核心来构建的模拟环境，依托现代高科技硬件以及软件产品生成逼真的虚拟环境，以此来营造一种直观的立体化场景，并采取一系列手段来激发亲临现场环境中受众群体的视觉、听觉、触觉等感观感受，让人们宛如进入到一个真实的现实环境当中，从而获得更加真实的体验［1］。在目前，虚拟现实技术被广泛应用于各种实体产业当中，如航天航空领域、社会公共医疗领域、工业设备制造领域等等。虚拟现实校园环境也同样是依赖于虚拟现实技术构建而成，为了更好地规划实景校园环境设计，在研究该项目的过程中，主要采取的是3ds Max建模软件系统来实施具体的操作，每项操作步骤都要通过完善的设计来执行。而且，在VRP（虚拟现实平台）三维互动仿真系统的支撑下，还构建起了互动型虚拟环境观摩平台，为体验者营造出逼真的主体建筑物室内外校园环境的漫游之旅。

二、人机互动虚拟校园环境的设计思路

从人机互动虚拟校园环境设计的最初目标来看，该项目是为了强化院校教育规划管理而布设的，同时，也为了加强校园内外部之间的沟通。实际上，人机互动虚拟校园环境的设计框架结构较为简单，系统内部所采用的技术型软件与硬件设备也较为常见，但因人机互动虚拟模型所调动的是参与者的整体感观，所以，该项目只有在实践的过程中其优势才被彻底激发出来。

（一）人机互动虚拟校园环境的设计初衷

从根本上来讲，借助现代科技手段来营造虚拟校园环境是为了便于院校自身与外界建立良性的沟通关系，人际互动虚拟校园环境的布设有利于人们以最短的时间全面了解该院校，并对虚拟校园环境有一个直观的印象。在过去较长的一段时期里，在诸多现代化管理模式未进行实践的阶段，学校管理系统也大致分为几个部门在共同运作，如教学部门、学籍管理部门、图书馆等。随着现代信息技术产业的升级，将最新的科技引入到学校管理体系当中，为的就是在科技手段的作用下，更好地展示现代化校园环境，提升校园管理的总体质量。

（二）人机互动虚拟校园环境的设计框架

人机互动虚拟校园环境的营造需要大型计算机设备来做铺垫，其中，大型融合服务显示设备起到了较为关键的作用。整个虚拟校园系统设计共分为四个主要流程：其一，校园环境中的素材收集与甄选。这一步骤需要在校园现实环境中来完成，实际上就是针对校园的各个角落进行底图资料的采集，不仅需要收集校区遥感影像图案，还要针对校园的整体规划以及建筑设计图形等内容进行整理，为后续虚拟校园模型的构建做基础的素材准备；其二，运用3ds Max图形设计软件及相关技术来拟建校园环境模型。这一过程要从地面建模开始，再到校园当中的实体建筑物，直至将建筑物内的各类物质摆放完毕，包括细节物件的勾勒；第三，在之前所构建的校园虚拟模型的基础上，对不同的校园建筑物进行无形的完善处理。这一过程包括给模型进行贴图，覆盖真实材质，营造出良好的视觉效果；最后，烘焙操作与VRP编辑处理环节。这是虚拟现实系统模型设计环节中最重要的一部分内容。虚拟校园环境设计总体流程较为复杂，但大体来说，都是运用现代化计算机技术及操作软件来执行。在动画融合以及测试灯光等环节的支持下，通过编辑以及检测等过程来完善虚拟场景，使虚拟模型更具真实感［2］。

（三）突显人机互动虚拟校园环境的最佳展示

在VRP技术影响下的人机互动虚拟校园环境的构建实际上是通过参与者与仿真环境的相互作用来实现的，将人本身对所接触事物的感知和认知能力最大程度地激发出来，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。从总体情况来看，虚拟现实系统本身的优势较为突出，因此，将其应用到实际环境当中所呈现出来的效果就更加明显。简单来说，人机互动虚拟校园仿真环境就是一种大型融合显示工程的实施，利用高科技场景所营造出来的氛围激发人们的各种体验感受。从具体细节来看，虚拟现实系统具有多感知性、浸没感、交互性以及构想性等特征，正是由于虚拟现实技术能够将操作者以及受众引入到一个逼真的模拟实景环境中，所以，人机互动虚拟校园场景才能如此趋近于真实环境。另外，人机互动虚拟校园最重要的智能作用主要体现在它的互动性方面，这就有别于单纯的大型融合显示项目的实施，在人机互动虚拟环境中，体验者可通过系统的部分模拟功能模块，与中心系统进行互动与交流，以此便能够呈现出此类型交互式三维虚拟环境模型的高技术融合效能。

三、基于VRP技术的人机互动虚拟校园环境体系的构建

（一）人机互动虚拟现实校园环境的总体铺设

人机互动虚拟校园平台是虚拟现实技术在数字化校园环境中的实践应用，实则是一种经计算机技术规划与处理后的校园模型。通过构建虚拟校园，人们可以凭借计算机等硬件设备来浏览实景校园环境，并提出有益的校园规划建议。这不仅为院校搭建了一个与外界沟通的虚拟网络场景平台，而且还为更好地规划校园建设提供了强大的技术支持。借助VRP 三维立体互动仿真模型的搭建，能够让校园管理的质量提升一个层次，因其能从全局来掌控实景校园建设，这是以往科技无法企及的高科技平台。

（二）构建人机互动虚拟校园环境所采用的核心技术

1.3ds Max模型处理技术

VRP场景模型的优化对VR－DEMO 的演示速度影响很大，前期如果不对场景的模型进行很好的优化，到了制作后期再对模型进行优化时就需要重新回到3ds Max里重新修改模型，并进行重新烘焙后再导入到当前的VRP 场景里。这样就出现了重复工作情况，大大降低了工作效率。从实际情况来看，3ds Max软件技术及模型优化策略的实施是构建人机互动虚拟校园场景过程中最重要的技术，也是构建虚拟校园环境漫游系统的核心程序，甚至可以说，3ds Max软件技术的应用状况直接影响到人机互动虚拟校园场景的总体运作效果，对虚拟现实校园项目而言有着极为特殊的意义。具体来看，3ds Max软件技术在应用的过程中可以将建筑物内外环境中的同质素材图形进行合并处理，从而使模型构建得更加简洁明了，同样，模型面数的优化处理也是如此。将模型之间的重叠面或底部面进行删除处理，这样便可以提升校园模拟环境布设内容的直观可视感。而且，如果能够重复利用制备完的图形或模块，则要尽可能善用这些重复内容来进行同质编辑。这样一来，就可以有效减少模型环境中的贴图量，进而降低同质图形或设计模块之间的差异性，提高人机互动虚拟校园模型设计的真实感。

2.VRP场景烘焙及其关键点

烘焙能把在非实时环境中渲染完成的灯光材质等效果转换到实时交互的环境中去，因此烘焙纹理的质量直接影响最终效果，提高烘焙技术非常重要。而良好的烘焙技术固然重要，但是在VRP场景烘焙之前做好充分的准备也是十分重要的。因为在具体的操作中物体的UV 平铺情况、烘焙所默认的纹理情况等都会对最终的场景烘焙结果造成不同程度的影响。因此，在进行VRP场景烘焙之前，需要首先针对整个场景进行渲染，并同时排查场景模型中的灯光效果。当做好基础的渲染处理以后，则需要对模型贴图的名称进行修正。除此之外，还要注意VRP 编辑过程中的模型破面与重面状况，为了更好地进行烘焙处理，则要在执行指令之前，对场景中的破面以及重面现象进行排查，当排查无误以后再将其导入到VRP编辑器中进行操作。

（三）技术细节处理与完善

在构建人机互动虚拟校园场景模型时还需要注意诸多细节的完善处理，例如：在渲染场景中的长条形状的物件时，则避免采用模型贴图的处置方法来完成，而是要尽可能保证物件本身的真实属性。在进行远距离同质模型的布设时，即便所使用的模型材质相同，也不要将其进行合并处理，以此来保证虚拟校园场景模型的完整性。从具体的实践过程中可以看到，构建一套基于VRP技术的人机互动虚拟校园模型并非易事，需要进行周密的设计，才能达到最终设计效果。

四、在VRP技术支撑下的虚拟校园环境展示

在人机互动虚拟校园场景所采用的先进性技术的融合背景之下，该项目的研究有了较大的进步。通常情况下，需要借助3ds Max模型处理技术以及VRP技术的融合，VRP 技术与实践的整合应用展示出了较为逼真的校园建筑环境。从现实的角度来看，凭借VRP 技术的应用可以进一步强化校园规划与管理［3］。

（一）VRP 技术与实践的整合应用展示出了较为逼真的校园建筑环境

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。营造一个逼真的校园建筑环境，有助于外界深入了解校园环境，从而有利于学校本身的推广与建设，也有利于其内部管理层制定出有关校园规划的正确决策。

（二）凭借VRP 技术的应用可以进一步强化校园规划与管理

当VRP技术在我国某重点大学虚拟校园建设项目中具体实施以后，获得了诸多实践性成果，并在VRP技术平台的支持下，最终实现了人机互动虚拟校园环境，为强化校园管理基本架构的规划带来便利。从总体来看，校园虚拟设计项目的架设过程有一定的科学性，并且，在其设计步骤上也有章可循。因此，将依托于VRP 技术的虚拟环境建设策略应用到其他相关领域中也是可以实现的。无论如何，现阶段所实施的人机互动虚拟模型框架架设已经成熟，从实践过程来看，VRP技术与校园管理的整合应用较为可行。VRP技术为我国现代化高校校园的数字化管理提供了强有力的技术支撑，促使我国各类型教育机构都朝向数字化校园的方向发展，为全社会培养出一批批符合时代需求的高素质人才。

电子信息技术等现代化科技与诸多实践项目的整合应用给人们以新的体验，逼真的模拟现实场景充斥着人们的感观。通过创设人机互动虚拟校园环境，让步入到该环境中的体验者有一种身临其境的感觉，其总体设计思路围绕着人们的视觉、听觉、触觉等直观感知能力而展开。总而言之，基于VRP 技术的人机互动虚拟现实校园模型的架设，对于更好地规划现代化校园风貌以及教学软环境建设起到了极为重要的作用。从各类先进性技术的应用策略来看，基于VRP技术的人机互动虚拟现实校园环境的构建实际上是将多种类型的软件技术与硬件设备集中到统一的环境当中，并在多媒体技术的支撑下，为人们展示出虚拟校园场景。

［1］ 梁智杰，李众立，邓庆娜.VR－Platform 校园漫游系统研究与实现［J］.计算机系统应用，2010（9）：125－127.

［2］ 杜棋东，张文金，陈国林.基于VRP 技术的机车车辆虚拟演示系统的设计与实现［J］.计算机与数字工程，2012（3）：110－111.

［3］ 马贺清，陈建平，于萍萍.VRP虚拟校园建设及其关键技术［J］.计算机系统应用，2012（5）：155－157.