基于3D数字技术的旅游管理专业实验室建设

周春林

摘 要：随着3D数字技术的发展，虚拟现实、增强现实与混合现实等环境显示技术与3D打印、物联网、大数据、云计算和人工智能技术一下子结合在一起，形成了新的技术环境，为高校旅游管理专业的实验室建设提出了新的课题与挑战。本文在对相关技术进行了追踪和应用分析之后，为旅游管理专业实验室建设提出了建设原则、技术路线和建设内容进行了初步的探讨。

关键词：3D数字技术；旅游管理；实验室建设

3D（三维）数字技术特指基于电脑、互联网的数字化3D技术，即三维数字化。（中国电子视像行业协会，2013）。随着科技进步的脚步迈进了新的时代，以即时现实（IR）、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等先进的视觉呈现技术和3D打印（制造）技术为代表的3D数字技术，与大数据（BD）、云计算（CC）、人工智能（AI）等紧密结合，展现出了令人难以置信的新技术可能，并开始逐渐深刻地影响了人类的生活方式。目前，3D数字技术与BD、CC、AI等已经进入高校实验教学领域，并迅速取得了大量的教学、科研成果。作为强调应用型、创新型人才培养目标的高等院校旅游管理专业，如何将3D数字技术引入实践教学中，成为一个崭新、急迫而又充满挑战性的课题。

3D数字技术在高等旅游教育实验室建设中的整体建设，应当依托建构主义教育理论，从高等院校旅游管理专业实验教学实际需求出发，结合3D数字技术发展的现实与趋势，最终形成一套整合的、基于3D数字技术的旅游管理实验室实验解决方案。这个方案应采取系统论思想，形成理论支持、技术支持、平台搭建、资源开发、应用拓展、人才培养的模式。其具体路线形式如下图：

基于3D数字技术的旅游管理专业实验室将承担酒店业务、旅行社业务、景区管理业务的虚拟现实教学业务，主要通过先进的交互式模拟现实技术来实现，分为地面互动子系统、多点纳米触控膜和魔镜子系统、3D投影金属幕子系统、体感控制双通道折幕投影子系统、外墙建筑3D投影子系统、交互式虚拟电子景区混合现实统子系统、3D数字化设计子系统、3D打印子系统、物联网与人工智能体验子系统、中控室子系统（集成灯光、音响、电源、播放）等10个子系统构成。这些子系统可以分别服务于旅行社服务管理流程、酒店业服务管理流程、景区（目的地）服务管理流程、旅游商品开发、旅游规划设计等课题体系的教学任务。

3D数字技术是虚拟现实、实时仿真和交互三维设计结合产生的关键数字化技术，主要包括3D数字显示技术、3D数字虚拟现实技术和3D数字打印技术。

其中，3D数字显示技术发端最早，目前应用也最广泛、最成熟。3D显示技术通过让双眼感受到不同画面，从而实现立体显示，主要包括眼镜3D技术和裸眼3D技术，目前广泛应用于立体影院、动漫制作、游戏制作、城市建设、生物医学等领域，让人有身临其境的感觉。眼镜3D技术需要佩戴3D眼镜，以消费市场应用居多，如3D电影；裸眼3D技术无需专业辅助设备即可体验3D效果，以商用领域居多，如全息影像、3D显示屏、3D投影等。裸眼3D技术是未来3D显示技术的发展方向。

3D数字虚拟现实技术（简称VR：Virtual Reality technology），又称临境技术，是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性技术。VR技术的工作机理是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术生成三维性人工环境，通过运用多种传感器和可视化设备作用于参与者，参与者能够进入并融进虚拟空间之中，并能够交互性地体验和感受虚拟现实世界，能够与虚拟环境中的人及事物进行思想和行为的交流。目前常见的3D显示技术以各种眼镜3D技术为主流，如谷歌眼镜、微软的Hololense，Facebook的Oculus Rift DK2、索尼Project Morpheus、三星Gear VR、HTCVive等。近年来，在VR技术的基础上，出现了向能够加强互动的体感虚拟（SVR）和增强现实（AR）技术发展的趋势。

混合现实（MR）技术是由真实现实、增强现实、虚拟现实等技术复合应用的结果，它不仅可以再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。MR的实质是计算机实时绘制出的图像或视频为素材构造出的虚拟空间与实景空间相互交叠的异次元展示空间，本身具有独特的真实性、感知性与交互性等特点。目前，许多国际大型国际展览集团，例如德国汉诺威展览公司、杜塞尔多夫展览公司、慕尼黑展览有限公司等大公司积极投入，使得以计算机虚拟仿真混合现实技术成为了现代展示的新趋势，在国际展览业中异军突起，产生了巨大的商业机会。

在国外，目前，3D数字技术实验教学应用已经有了众多实例。如美国明尼苏达大学采用了CAVE虚拟现实、3D触觉桌面等设备，以实施交互式计算机图形学的实验室；新加坡将Web3D技术应用于虚拟校园与虚拟课堂，阿卜杜拉国王大学成立了展示技术能力和跨校园研究的3D立体显示数字化实验室；印第安纳大学推出了促进视觉技術创新应用的可视化实验室；新加坡国际大学开启了智慧校园新领域的3D校园全监控 （可远程）；美国Ocoee中学推出了3D教室，此外，3D数字仿真旅游模拟教学系统、3D物流实训教学系统、虚拟学习社区平台、智能网络虚拟远程教学、Quest3D虚拟测绘实验室、X3D虚拟网络平台、CLO3D虚拟人体、Cult3D虚拟产品展示、虚拟创造学习者潜能、虚拟机器人、虚拟教学游戏、（Bailey etal.，2003）虚拟学科教学、虚拟实验应用、（Dumitrescu et al.，2009）教育虚拟环境（Mikropoulos et al.， 2011）及合作虚拟场景（Prasolo-va-F？rland，2008）等研究也在逐步开展。

而针对3D数字技术在教育教学上的研究则多是对教学组织、教学策略、教学绩效评估的单方面分析，如“未来教育与学习”（LIFE）项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获取3D教学对学生课堂专心度和学习成绩的影响；美国科罗拉多州的“博尔德谷学校区试点项目”反映了3D内容对学习效果的影响；美国谢尔顿学校一周的“领航测试项目”，探索了3D课程在中学数学应用的可能性，并将3D投影应用在特殊教育中；还有学者探讨了3D虚拟世界和远程学习；（Dickey，2005；Dalgarnoetal.，2009）分析了希腊8年级学生科学学习的媒体类型，结果显示3D学习的最显著优势是降低认知负荷（Korakakisetal.，2009）。endprint

在国内，3D数字技术在高等教育，尤其是旅游管理专业教学实践中的应用研究，起步虽晚，但已有越来越多的高校、科研机构的学者投入其中。如冯安峰（2009）等就3通道立体环幕技术在旅游教学中的应用提出了自己的设计，陈丹红（2007）、胡卫红（2007）、燕浩鹏（2008）、鲍礼铭（2015）等就VR在高等教育、教学的宏观层面的应用设计提出了各自的见解，杨莉（2010），姚裴（2012）、刘静（2012）、丛海勃（2013）、李丽红（2015）等分别从旅游教育、旅游实验、虚拟景区、虚拟导游等角度对虚拟现实在旅游教学中国应用问题进行了研究。相对而言，3D打印技术出现更晚，研究文献却也是后起直追，如王萍（2013）、王娟（2015）等分别对3D打印技术在旅游实验教学中应用进行了深入研究。

在最近十年的研究成果中，可以总结发现人们关注最多的是从3D数字技术角度在学科教学中的应用进行探讨，但是对于从旅游管理实验教学角度对教学要素、设计、组织、方法与3D数字技术的结合进行系统探讨的不多。这反映了3D数字技术在旅游高等教育实验室建设中还处于引进消化阶段，这与旅游高等教育不断发展、3D数字技术本身成熟度还不太高等现状是息息相关的。

总体看来，3D数字技术与高等院校旅游教育的实验室建设的结合是大势所趋，其各个层面的实验室应用，例如3D数字教室、3D数字实验室、仿真教学平台、远程教育、学科教学、分布式虚拟现实、开发工具、3D数字学社等，已经开展了实际应用尝试，但其整体应用方案尚在探索阶段，尚没有形成一个成熟的体系。有鉴于此，有必要探索3D数字技术在高等旅游教育实验室建设中的整体建设方案，应当把3D数字技术的特点与高等旅游教育培养应用型、创新型人才培养目标结合起来，依托合理教育理论，从实验室建设的各个层面进行系统性建设的探索。

3D打印技术起源于19世纪的美国，又被称为快速成型技术，是一种可以通过电脑辅助设计（CAD）、三维建模软件、计算机断层成像术（CAT）等软件工具，将三维数字信息转换成实物的技术。3D打印技术以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料等可粘合性材料设计制造成型，主流技术有立体光刻造型技术（简称SLA）、熔融层积成型技术（简称FDM）、选择性激光烧结（简称SLS）。经过30多年的发展，3D打印技术现已更加成熟、完善，且价格也有所降低，现今在各个学科领域、行业实践都可以看到3D打印的应用的场景。

基于3D数字技术的旅游管理专业实验室建设应满足功能性、先进性和艺术性的要求。所谓功能性就是必须首先满足教学实验的功能需要，避免设备浪费和功能不足。而先进性就是争取做到实验室设计和设备装备3-5年内保持技术领先，有一定的技术前瞻性。艺术性就是根据旅游管理的特点，实验室本身的空间布局和技术设备的嵌入要求有一定的艺术构思，给人美好的感受。

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