網絡虛擬校園的構想與理論實現

王偉

（西安歐亞學院，陜西 西安 710065）

1 網絡虛擬校園GIS的科學構想

目前，虛擬大學有兩種定義[1]。第一種定義是從因特網（萬維網）、虛擬現實技術和3S（GIS、GPS、RS）技術的角度出發，認為虛擬大學是對現實大學的一個三維虛擬再現。第二種定義是從信息、網絡和媒體技術的角度出發，認為虛擬大學是一個以計算機和網絡為平臺的、遠程教育為目的信息主體。這兩種定義分別帶來了不同的研究和實踐。

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱 GIS）是以采集、存儲、管理、描述、分析地球表面及空間和地理分布有關的數據的信息系統[2]。

西安歐亞學院坐落在歷史悠久的文化名城——陜西省西安市。這里氣候宜人，交通便利；校園綠樹成蔭，花草爛漫；建筑風格具有了歐式的典雅，堪稱“綠色歐洲校園”。許多項目正在實施或尚未實施，即使身臨其境也無法一覽全貌。在建設好的西安歐亞學院網絡虛擬校園GIS中，人們可以通過頭盔、三維鼠標、操縱桿等設備以漫步、駕駛小汽車等方式“進入”校區，一覽校區概貌，或賞其樓閣布局，并可對不滿意的地方提供修改意見。通過這種視覺、觸覺和感覺上的沉浸感，身臨其境的觀察、了解和體驗網絡虛擬校園GIS，實現對西安歐亞學院校本部和新校區的虛擬旅游。

初步構想如下:

本文的網絡虛擬校園GIS是在第一種定義、研究和實踐的基礎上進行綜合設計的，并對這兩種定義的結合進行了初步的探討。西安歐亞學院網絡虛擬校園GIS是對現實大學三維景觀和教學環境的數字化和虛擬化，用于支持對現實大學的資源管理、環境規劃和學校發展。

2 對網絡虛擬校園GIS有關技術的釋義

2.1 虛擬現實技術

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)技術是集計算機圖形學、人工智能、傳感器技術等為一體，在計算機中生成一種具有三維世界效果的模擬環境。同時還可以通過各種傳感器設備，使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境進行直接交互操作，并產生與現實世界相同的反饋信息，使人們得到與現實世界同樣的感受[4]。基于這樣的特點，它已廣泛應用于戰場模擬、虛擬農業、城市虛擬設計、虛擬旅游、古環境與古文化的再現等方面。現在，諸如科學可視化(Scientific Visualization)、合成環境 (Synthetic Environment)、賽博空間(Cyberspace)、人工現實(Artificial Reality)、仿真器技術(Simulator Technology)等，逐漸發展成為未來虛擬現實的一部分或一個側面[5]。

2.2 GIS與WebGIS

地理信息系統（GIS）是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達的地理空間數據的計算機信息系統[6]。隨著信息技術的發展和人們對GIS需求的不斷增加，基于Internet技術的GIS-WebGIS應用而生。WebGIS實際上是在Web上實現GIS的功能，也就是將GIS綜合進Web以進行信息發布。從互聯網絡的任意一個用戶上使用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站上的空間數據、制作專題地圖，進行地理信息的空間分析和空間查詢，從而給Web的信息發布加上了GIS這一直觀工具，使人們通過Web瀏覽查詢信息更方便，也使GIS通過Web得到了普及[7]。

2.3 虛擬GIS與虛擬現實GIS

GIS技術同虛擬現實技術和科學計算可視化的結合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內涵，提供了全新的空間數據分析模式和新的GIS應用模式。當前國際上把這種結合虛擬現實技術和科學計算可視化而設計的多維GIS稱為虛擬GIS（Virtual GIS，簡稱VGIS）。人們可以充分利用虛擬GIS提供的“逼真”圖形顯示和高級的交互分析手段，充分發揮人在圖形空間思維能力上的優勢，探索數據分析，解決地學問題。同時，虛擬GIS拓展了在時間維上的表達能力，結合地學分析模型，虛擬GIS為過去和未來的某一地理場景提供了更為便利的手段，從而為發展高級的空間決策支持環境提供了可能。

虛擬現實 GIS（Virtual Reality GIS）是與虛擬GIS緊密相關的一個概念。虛擬GIS強調虛擬現實、科學計算可視化與GIS三者的結合，既強調高級人機接口在地學分析中的作用，又強調可視化思維和可視化分析在地學分析中的作用；而虛擬現實GIS主要強調虛擬現實與GIS的結合，強調高級人機接口在地學分析中的作用，所以虛擬現實GIS可以被理解為虛擬GIS的高級形式，是一種虛擬GIS[8]。

2.4 網絡虛擬GIS

與網絡相結合是當前虛擬GIS發展的方向。目前網絡虛擬GIS主要采用兩種架構方式:一種是以網絡GIS為基礎，將虛擬現實系統同GIS的Client端連接起來，在虛擬現實系統中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結果轉化為虛擬現實系統支持的數據格式，供虛擬現實系統觀察；另一種是基于分布式虛擬現實系統，在虛擬現實系統中擴展空間數據類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。

虛擬GIS在結構上一般都采用GIS+VR的方式。通過VR來創建虛擬信息空間和管理用戶與虛擬信息空間的交互，而GIS則是用來管理空間數據。網絡虛擬GIS基本上延用了這種結構，在GIS信息表達上是以三維GIS為基礎進行擴展，特別是以面三維為主體的三維地理實體表達方面；在VR信息表達上大多是以虛擬現實建模語言(Virtual Reality Modeling Language，簡稱 VRML)為基礎。

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

[2]張劍平等.地理信息系統與MapInfo應用[M].北京:科學出版社;1999，1-8

[3]承繼成等.數字地球導論[M].北京:科學出版社;2000，224-229

[4]劉勇奎等.虛擬現實技術和科學計算可視化[J].中國圖像圖形學報，2000，5(9):794-798

[5]崔偉宏.數字地球[C].北京:中國環境科學出版社;1999，137-145

[6]李長坡.數字城市關鍵技術探討[J].許昌師專學報，2001，21(2):34-37

[7]湯國安，趙牡丹.地理信息系統[M].北京:科學出版社;2000，164-170

[8]謝傳節等.基于XML和CORBA的網絡虛擬校園GIS設計[J].測繪學報，2002，31(1):66-70