三维信息表达在智慧校园中的设计应用研究

王燕平 章立

摘要：本文分析高校智慧校园建设现状，归类整理校园内各系统的信息类型及属性，论述三维表达方式用于表达空间信息的优势，并设计总结智能校园系统功能结构、系统框架及设计策略。

关键词：智慧校园;三维信息表达;信息可视化;空间信息

中圖分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）02-00-03

数字时代推进教育信息化水平不断提升，运用先进技术建设智慧校园已成为必然趋势。计算机图形学推动三维信息表达方式快速发展，为教育教学、人才培养提供了新的手段，同时，为智慧校园的发展创造了可靠的条件。近年来，为了推动智慧校园的建设与发展，越来越多学者开始研究智慧校园的信息共享与系统集成。

1 智慧校园发展现状

1.1 智慧校园概述

2010年，南京邮电大学的宗平教授在发表的论文中提出智慧校园建设，他是我国最早提出智慧校园建设的人[1]。智慧校园建设借助信息化手段，采集校内的资源并重新整合，做到资源的合理配置和最大化利用[2]。智慧校园系统是大数据时代校园服务管理的新模式[3]，是当今时代教育发展的“高级形态”，也是各学校建设的最终理想形态[4]。新时代的智慧校园建设应以新技术为支撑，致力于构建智慧的学习环境、探索新型的教学模式、研究高效的管理模式。

1.2 智慧校园发展现状

我国高校信息化发源于20世纪80年代，21世纪后，逐渐进入智慧校园发展阶段[5]。从2012年发布的推动“三通两平台”建设到2018年发布《教育信息化2.0行动计划》[6]，北京、上海、江苏一带逐步开展智慧校园建设。部分高校智慧校园建设时间与建设内容如表1所示。从表中可以看出，我国高校智慧校园建设早期着眼于智慧校园内各系统功能优化，后逐渐开始向系统数据共享、数据集成与系统一体化趋势转变。

2 智慧校园系统信息分析

2.1 校园系统的信息类型

校园系统存在大量冗杂的信息，通过了解上海海洋大学、上海对外经贸大学等各大高校数据管理及其分类，可以发现高校中的信息分为人力资源、教学管理、公共服务、管线综合、系统数据、科研管理、财务资产共七个大类别，具体内容如图1所示。七个信息类别在高校传统的管理中通常分为七类独立的信息管理系统分别进行管理，系统之间缺乏信息共享。现阶段，部分高校意识到了数据共享与系统集成的重要性，开始建设统一的管理平台，实现数据融合与集成，以实现校园的智慧管理（如下表）。分析以上信息类别可以发现，这些信息类别中有部分信息在建筑空间中产生，可以说此类信息具有部分空间属性。如图1，公共服务类型下的信息在教学楼与实验楼的物理空间中产生，运用三维技术还原校内建筑物理空间并呈现以上信息，可以提高管理效率。另外，校园中的各类管线，例如弱电管线、强电管线、供水线、供电线、下水管道，这些管线的信息为管线综合信息。高校的管线从中心出发分布在校园的每一栋建筑物的各个角落，它们连接地上和地下，在校园中呈现复杂的三维分布。对于在设计施工阶段所使用的管路图纸，在运营日常维修时，理解门槛较高，不利于工作效率提升。同时，部分管线具有隐蔽性，通常分布在墙体内、地下等位置，又因其具有复杂性，当某一管线出现问题时往往牵一发而动全身，导致短时间内无法找到关键问题所在地。因此，对校园内的综合管线进行三维可视化呈现能够为管理带来便利，缩短事故处理时间，从而减少学校运营成本。

2.2 智慧校园系统的信息表达方式

传统校园系统中，大多使用图形、文字、图表等表达信息。其中，具有空间属性的信息多运用图形进行表达。图形、文字及图表分别具有以下特点：二维图形不包含深度信息;文字能够传达深层次的信息，但需要依附于个人的经历以及文化水平;表格作为图形的一种，用于传递经过组织整理的数据。这三类信息表达方式不适用于表达具有空间属性的信息。

各类校园系统中具有大量信息，为提高管理效率，需要在短时间内获取需要且有意义的信息，这要求信息表达方式符合人的视觉思维和认知过程[8]。传统的表达方式多用二维图形展示三维事物，通常需要展示一个事物的至少两个面，人才能在大脑中构成大致的形态。显然，运用二维图形表达空间信息，信息的传播效率较低，用户需求与信息表达方式之间存在矛盾。数字时代多媒体技术的发展与媒介环境的变化，推进了信息表现形式的转型，其中包括信息的多维度展现[9]。视觉信息表现形式由静态、平面向动态、立体交互的呈现形态优化转型[9]。三维模型用来描述物体的外观、形状、大小等基本属性，以及物体与物体之间综合复杂的空间信息关系。校园内地理信息密集且丰富，各类信息依附于地理信息产生，利用三维模型进行信息表达恰到好处。利用三维模型能够传递更加直观的、真实的空间信息。同时利用三维建模技术，结合计算机图形技术，能够实时地反馈信息的动态分布以及实时状态，呈现具有完整时空定位特征的空间信息，实现有效的视觉交流，大大提高信息获取效率。

2.3 三维建模技术应用案例与优势

如今，三维技术已经被广泛运用在公共设施管线综合管理、智能楼宇、智慧旅游等各领域中。宁波市道路改建团队运用三维技术还原地下管线空间关系，解决地下管线种类众多、空间关系复杂导致的管线废除利用困难、地下空间管理不便等问题，为市政工程施工提供便利[10]。为解决车站施工过程中管线错综复杂、二维图纸无法完整表达其空间关系的问题，苏州市轨道交通集团有限公司以苏州地铁5号线长江路站为例，采用三维技术对综合管线进行可视化呈现，以方便管理[11]。腾讯滨海大厦智能楼宇管理系统，运用三维技术直观地呈现楼宇内所有智能终端及各类管线的空间分布及状态，并将能耗数据以图表、数据对比的形式展示。以上案例均运用三维信息表达方式呈现大量复杂的空间信息，受众可直观了解依附于建筑空间结构的相关信息。三维技术的运用为道路改建、管线管理、楼宇管理等工作带来了便利。

参考文献：

[1] 陈琳，王蔚，李佩佩，等.智慧校园的智慧本质探讨——兼论智慧校园“智慧缺失”及建设策略[J].远程教育杂志，2016，34（04）：17-24.

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[14] 章立.三维交互技术在轨道交通枢纽空间导向系统中的应用[J].包装工程，2011，32（24）：76-79.

作者简介：王燕平（1997—），女，福建福清人，硕士在读，研究方向：数字媒体艺术。

章立（1971—），男，江苏无锡人，硕士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：数字媒体艺术。