虚拟现实技术及其在虚拟校园中的应用

文｜宁敏

虚拟现实技术及其在虚拟校园中的应用

文｜宁敏

随着科技的飞速发展，信息技术的不断进步，虚拟现实已逐步走进千家万户。在当今社会，人们对虚拟现实技术给予了高度的评价，称其为改变世界未来的重要技术，并且它在众多领域，如教育、医疗、军事、航空、建筑漫游、工业设计等方面大放异彩，为这些行业带来了丰厚的经济效益和社会效益。同时教育信息化已成为时代发展的必然趋势，其改革思想得到了普遍的认同和青睐，虚拟校园则在这个环境下应运而生，是其在数字化方面的具体应用。

尽人皆知，校园文化和学习氛围对每个人的成长起着潜移默化的作用，学校的一草一木，校园环境无时无刻都在影响着我们每一个人，伴随着我们健康、茁壮地成长。虚拟校园以网络为基础，利用先进的信息化手段，实现从环境、资源到活动的全部数字化，在传统校园的基础上构建数字空间，拓展现实校园的时间和空间维度，扩展了传统校园的功能，最终实现教育工程的全面信息化。不仅能直观地展示教学设施、校园景观及校园文化等，还能为网络教育提供帮助。虚拟现实技术将以其独特的交互性、多感知性和想象性，为虚拟校园的建设提供强大的技术支持。使用虚拟现实技术仿真我们的校园无疑是校园建设的一大创新。

一、虚拟现实技术

（一）虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是计算机技术与艺术相结合的新兴产物，集计算机图形技术，人工智能，多媒体技术、人机接口技术、人工智能技术和网络技术等各种技术于一体的计算机高级人机界面技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟世界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建一种适人化的多维信息空间，仿佛置身于一个虚拟的世界中。

（二）虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术有三个特征：沉浸性、交互性和想象性。沉浸性是指通过模拟，让参与者完全置身于虚拟世界中，体验身临其境的感觉。交互性是指参与者可以通过模拟设备实现人与虚拟世界之间的完整交流和互动。想象性是指通过虚拟技术可以将人类的想象力和创造思维最大程度地发挥出来。

二、虚拟现实技术在虚拟校园中的具体应用

（一）虚拟校园概述

随着各校招生人数不断壮大，学校管理体制不断健全，我们可以运用虚拟现实技术、计算机网络技术及三维地理信息系统技术构建虚拟校园。虚拟校园是以数字化信息和网络为基础，在先进的计算机和网络技术上建立起来的对教学、科研、管理、技术服务、日常事务等校园信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用，使数字资源得到充分利用、优化的一种虚拟教育环境。是在采集真实校园信息的基础上，模拟人的感觉器官，创建一种多维空间，再现校园的景观，使访问者足不出户就可以参观校园，更直观地了解校园的具体情况，尽情领略校园的文化氛围和感受校园气息，获取相应的信息。虚拟校园还可创建用户，分配不同权限，对学校的各方面进行统一管理。三维虚拟校园的直观性，可以优化领导管理，对于校园信息管理，校园规划、建设等能够全局掌控。通过这种全新的教育模式，不仅带给人们全新的知识体系，还能极大地提高管理水平，有效地促进远程教育的发展。

（二）虚拟校园建设方案

1、 3D场景制作

3D场景制作是较为复杂的环节，需要准备的工作比较繁杂。首先要收集校园每个场所的具体尺寸、建筑结构及外形等相关数据，进行数据采集，并对实物进行实地拍摄，采集每个地方的纹理贴图及质感，便于在三维软件中用于模型制作。其次在3DSMAX、Lumion等软件中运用多边形、曲面等建模方式制作校园场景，需要制作教学楼、实训室、校园道路、花草树木等，在软件中尽量按照前期收集的素材比例、造型和结构制作模型。根据行业要求检查模型，优化模型。要体现模型的真实感则需要在软件中对模型表面的材质、纹理以及场景的光照进行设置。以图片作为纹理并制作材质；基于图像的平面技术对树叶建模；采用天空盒生成环境天空；运用Vue软件直接创建复杂自然环境模型。再结合Photoshop、Bodypainter等软件绘制场景的贴图，完成最终效果制作。

2、实时漫游系统设计

场景的动画漫游主要是运用三维技术、多媒体技术和虚拟现实技术，将上述完成的场景，校园的教学楼、图书馆、体育馆、校史馆等校园中的全部景观以各种视觉角度和不同的交互形式展现给浏览者。运用三维软件制作角色模型，以角色扮演的方式让浏览者游历校园的每个角落。我校制作的虚拟校园动画漫游只能实现自动漫游和少部分交互漫游。而虚拟场景的漫游实际上可以把视点的位置不断改变，重绘三维场景，修改获得新数据的相应参数，达到三维动画实时交互的效果。虚拟场景的三维漫游效果主要有查询式漫游、交互式漫游和自动漫游三种。在虚拟场景中设置合理的光照、特效等以增强场景的真实感。

3、多人在线聊天

为了能运用网络进行有效地学习交流，共享资源，我校制作的虚拟校园还包括多人在线聊天系统，可供师生在线交流，课外解答学习上的疑难问题。

三、虚拟现实技术的关键技术

（一）实时三维图形生成和显示技术

迄今为止，计算机图形技术发展得较为成熟，技术的关键是在不影响图形复杂程度和质量的前提下，如何提高刷新频率，能真正做到实时交互，是我们需要重点研究的内容。

（二）动态环境建模技术

动态环境建模技术是虚拟现实技术的核心，其目的就是获取真实环境的三维数据，并建立对应的虚拟模型，创建虚拟世界。

（三）立体显示和传感器技术

虚拟现实技术的发展有赖于立体显示和传感器的发展。现有的虚拟现实还不能满足系统需求，例如，数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。

（四）应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率，提高产品开发质量。因此必须研究虚拟现实的开发工具。例如虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

人们日益增长的物质文化需要离不开科技的发展，虚拟现实技术以其巨大的优势已经受到人们的推崇，逐步成为最先进和最有发展潜力的技术之一。而虚拟校园的出现打破了时间和空间的限制，不仅能逼真地向人们展示校园景观和教学设施，还可将校园内的地理信息、自然资源、社会资源和人文资源等各种资源进行数字化采集、处理和存储，并建立相应的数据信息库，创建全视觉的可视化虚拟校园三维立体平台，最终实现信息资源的动态管理，在未来的发展中，虚拟现实技术还将继续改善我们的生活质量，并且改变我们的思维方式，让我们把美好的场景可以永久地保存下来，并主动设计和制作心中的场景。随着虚拟现实技术的日趋完善，教育过程全面信息化的目标实现指日可待，虚拟校园建设必将迈上一个新的台阶，其将是未来教育方式的发展主流。

作者单位：广西机电技师学院