初探虛擬仿真技術在數字化校園中的應用

董敏蘭（湖南科技職業學院 410000）

初探虛擬仿真技術在數字化校園中的應用

董敏蘭（湖南科技職業學院 410000）

虛擬仿真技術是目前在計算機研究領域中一項熱點，隨著信息技術的快速發展，在數字化校園建設中，對虛擬仿真技術的采納已經成為必然趨勢。我國的數字化校園建設在虛擬仿真技術的應用方面還處于初級階段，本文試圖初步探索虛擬仿真技術在數字化校園建設中的優勢，并論述了數字化校園建設中對虛擬仿真技術的運用帶來的現實意義。

虛擬仿真技術；數字化校園；應用

一、 引言

基于互聯網網絡的數字化校園，將通過計算機網絡工具，整合校園的各類信息和平臺，全面實現各類校園資源的數字化，既減少了資源的重復和耗費，又將提升校園整個機構的運作效率，還能開發傳統校園曾經沒有的功能。然而在建設數字化校園的過程中，虛擬仿真技術憑借它特別的優勢，如：超真實的畫面沉浸感和人性化的人機交互性，給數字化校園的建設提供了一條現實而又有效地途徑。

二、虛擬仿真技術的概述

虛擬仿真技術是20世紀90年代以來興起的一門新型的信息應用技術，簡稱vr技術，還可以稱為靈境技術，是一眾多高新技術的匯集。虛擬仿真可以概述為以多感知性、沉浸感、構想性和交互性為特征的計算機高級人機界面。從具體應用上來看它是一種集合圖形處理技術、人機交互技術、音頻技術、以及三維顯示技術、還有軟件技術等多門現代科學技術綜合發展的新型計算機應用技術。達到利用計算機網絡創建一個模擬真實世界的虛擬三維網絡世界，給用戶彷佛置身于真實世界的體驗。目前此技術被廣泛地應用于各個社會領域，如數字校園建設、產品多維度展示、房地產銷售、服裝效果展示、城市規劃建設等。虛擬仿真技術從出現至今，經過十幾年的發展已經漸漸走進了我們的生活。而在數字校園建設中，走進電腦上的虛擬校園，你直觀的感受校園自然風光以及配套資源。

三、虛擬仿真技術需求背景

隨著計算機軟硬件的發展和網絡技術的日益成熟， 計算機技術的應用將引領我們走向更高層面的探索，當前政府指定數字化城市的建設是未來我們城市建設努力的方向，校園建設作為城市建設的一個部分，其數字化建設不可回避，近年來也受到了相關部門以及高校的重視。近些年，很多高校對校園信息化建設工作不斷加大投入，很多高校給予了數字化校園建設相對寬裕的鼓勵政策和經濟支持，數字化校園建設已成為了高校發展的必然趨勢和建設重點。

科學技術以及信息技術的飛速發展，使得數字化校園建設成為新時代的必然，并不斷推進著數字化校園建設，為數字化校園建設提供強有力的技術支撐，眾多院校也同樣期望在教育資源、教育教學與教學管理等方面全面實現數字化，數字校園正是順應這種需求應運而生，并如火如荼地在全國、全世界各地建立并完善。數字校園主要是在傳統校園的基礎上，構建一個完善的數字化平臺，在這個平臺上捆綁教學、教務、科研、管理、后勤服務等信息資源，實現校園各部門全面信息化，并確保這些信息能夠在統一的平臺上有秩序運轉，更好地服務各個職能部門。隨著數字化技術的發展，以數字化技術為主的虛擬仿真技術以其自身的優勢和潛力，也正受到廣大教育工作者的重視和青睞，這便是實現數字化校園建設的有效途徑。目前，我國很多高校也都著手在進行相關技術的探索，并有一定的研究成果，如，浙江大學虛擬校園建設率先在國家成就獎上嶄露頭角，還有清華大學、中南大學、南京大學等高校也都在努力開拓校園的可視化以及相關資源的虛擬化建設。

四、虛擬仿真技術的應用

虛擬仿真技術作為一門新興的發展中的技術，給社會眾多行業帶來了強勁的吸引力和影響力，其研究前景也適合非常寬廣的，虛擬仿真技術在虛擬數字化校園中的應用前景也非常廣泛。

1.虛擬校園環境

虛擬校園是對大學校園環境的的數字化和仿真化模擬，其技術要點是通過采集校園有代表性的位置的影像，經過拼接、修改轉化成一個校園全景圖像，該全景圖包括校園整體影像信息以及天空、地面影像360度全方位影像資料，然后利用相關軟件和網絡生成一個可以點擊查看的交互式文件，并上傳到網絡，最終實現用戶的空間虛擬漫游。另外，在這個虛擬漫游場景中，可 以根據需要插入若干熱點，在熱點中嵌入相對應的地理信息，用戶可以通過點擊任意一個熱點，進入相對應的全景空間，并有身臨其境的感覺，仿佛置身于這個虛擬場景中，這樣的真實感，讓用戶可以足不出門就能領略到學校的自然風光，感受其優良的教學環境和配套資源。同時，還可以插入聲音模塊，包括校園簡介，特色專業介紹等，讓來訪者不僅能領略優美的校園風光，還能輕松了解學校的軟實力。

2.虛擬實驗室

虛擬實驗室同樣是一種基于網絡化合虛擬仿真技術而產生的數字化仿真系統，是對傳統實驗室的數字化。在虛擬實驗室中，同樣有著傳統實驗室該有的實驗器材、儀器和原料，只是以數字化的形式存在，它是一個嶄新的教學環境，在這個實驗室里學生要操作的設備全都虛擬化的存在，學生可以在這個環境中自由選擇、搭配、調節實驗器材，虛擬化的設施設備更能激發學生大膽的實驗，踴躍創新。充分地調動了學生實驗的主動性、積極性，更有利于培養他們的自主思考、分析、判斷的能力和勇于創新的意思。另外，虛擬實驗室能讓學生更敏感的反饋信息。隨著虛擬仿真技術在實驗室方面建設的不斷發展。相關部分對虛擬實驗室創建的意識越來越濃，虛擬實驗室的創建不僅能夠給科研工作帶來有利幫助，而且還在教學方面，加大實驗室的利用率的同時，還降低了實驗室的維護成本。近年來，已有很多高校紛紛依據自己的專業特色和科研現狀，建立了一些虛擬實驗室，但還尚處于發展初始階段，其前景還是客觀的，它將持續推進教育教學的向前發展，邁向更高的臺階。如：清華大學的數字化制造系統虛擬仿真實驗教學中心，北京交通大學軌道交通通訊控制虛擬仿真實驗教學中心等。

3.虛擬圖書館

虛擬圖書館依據圖書館真實本來的建筑外觀、內部場館結構、以及圖書（期刊）及數字圖書館平臺復制到虛擬環境中，達到對實體圖書館的導引、延伸和補充的目的。在虛擬圖書館里，讀者可以點擊圖書各類菜單進入相應的文獻數據庫。還可以創建虛擬圖書館的目錄大廳和供用戶在線體驗的圖書館閱覽室的實景虛擬，你只要點擊計算機上的目錄大廳實景圖，就可以輕松地看到虛擬圖書館的館內實景和陳設狀態以及藏書信息，在這虛擬場景中的書架上任意點擊一種專著或期刊，就可以自動訪問到該專著的目錄信息及簡介，有的還可以免費預覽一個篇章。虛擬圖書館還可以通過交互技術實現查閱個人借閱信息或者體驗借閱的全過程服務，包括查詢、預約、借閱、歸還一系列服務，不再依賴傳統的借閱方式。虛擬仿真技術在圖書館的成功應用，為圖書館的創新服務提供了新途徑。

4.虛擬課堂

虛擬仿真技術為我們的網絡課堂，提供了更生動的表現形式，讓我們的網絡課堂不再只是文字和圖片的交流形式了，它構建的是一個非常真實的課堂情景，在這個情景中，它能再現我們課堂中、課本上出現的給類人物形象，名人或偉人，讓你感覺與這些人物形象置身在你身邊，身臨其境中去學習。而在英語學習的教學中，可以通過虛擬仿真技術，設置國外的虛擬場景，讓你感覺自己身臨國外旅游現場，你的身邊都是外國人，你可以與他們面對面交流，在這樣的學習環境中鍛煉自己的口語，更能調動學生的學習熱情和積極性，而提升我們的教學質量。除此之外，在虛擬課堂中學生還可以隨時與課堂中的虛擬老師一起交流探討學習過程中遇到的迷惑不解的問題。

5.虛擬課件制作

在制作課件中運用虛擬仿真技術， 我們使用的課件可以結合三維的圖形、圖像，插入聲音、音樂的媒體形式，使我們的課件更加生動、直觀，并可以設置用戶的交互程序，讓我們的學生在學習的過程中可以自主控制學習的進度，或者選擇性的學習課件中的重點內容，通過切換不同的角度去觀看課件內容中的細節部分，這樣更能加深學生對學習內容的理解。如在室內設計工程實務的課程，利用虛擬仿真技術可以對空間中的尺度由準確的描述，空間中各造型的施工要點以及施工過程有清晰的展示，還可以深入構造的內部，很直觀的看到其使用材料的型號和規格，大大提升了學生學習的課堂效果。

五、結語

伴隨虛擬仿真技術的發展和完善，以及相應的硬件設備價格的逐漸降低，虛擬仿真技術在校園虛擬環境的建設、虛擬課堂的創建、還有虛擬圖書的借閱、管理等方面的將得到更為廣泛和深入的應用，我們的數字化校園的建設將會邁上新的臺階。

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[4]趙慶展，趙欣，常靜.虛擬校園全景漫游系統的實現[J].石河子大學學報（自然科學版），2006.

湖南科技職業學院社會科學一般課題，課題名稱：基于VR全景交互技術的校區環境可視化應用研究，課題編號：KJ16208