虛擬現實技術及其在虛擬校園中的應用

文｜寧敏

虛擬現實技術及其在虛擬校園中的應用

文｜寧敏

隨著科技的飛速發展，信息技術的不斷進步，虛擬現實已逐步走進千家萬戶。在當今社會，人們對虛擬現實技術給予了高度的評價，稱其為改變世界未來的重要技術，并且它在眾多領域，如教育、醫療、軍事、航空、建筑漫游、工業設計等方面大放異彩，為這些行業帶來了豐厚的經濟效益和社會效益。同時教育信息化已成為時代發展的必然趨勢，其改革思想得到了普遍的認同和青睞，虛擬校園則在這個環境下應運而生，是其在數字化方面的具體應用。

盡人皆知，校園文化和學習氛圍對每個人的成長起著潛移默化的作用，學校的一草一木，校園環境無時無刻都在影響著我們每一個人，伴隨著我們健康、茁壯地成長。虛擬校園以網絡為基礎，利用先進的信息化手段，實現從環境、資源到活動的全部數字化，在傳統校園的基礎上構建數字空間，拓展現實校園的時間和空間維度，擴展了傳統校園的功能，最終實現教育工程的全面信息化。不僅能直觀地展示教學設施、校園景觀及校園文化等，還能為網絡教育提供幫助。虛擬現實技術將以其獨特的交互性、多感知性和想象性，為虛擬校園的建設提供強大的技術支持。使用虛擬現實技術仿真我們的校園無疑是校園建設的一大創新。

一、虛擬現實技術

（一）虛擬現實技術概述

虛擬現實技術是計算機技術與藝術相結合的新興產物，集計算機圖形技術，人工智能，多媒體技術、人機接口技術、人工智能技術和網絡技術等各種技術于一體的計算機高級人機界面技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬世界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建一種適人化的多維信息空間，仿佛置身于一個虛擬的世界中。

（二）虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術有三個特征：沉浸性、交互性和想象性。沉浸性是指通過模擬，讓參與者完全置身于虛擬世界中，體驗身臨其境的感覺。交互性是指參與者可以通過模擬設備實現人與虛擬世界之間的完整交流和互動。想象性是指通過虛擬技術可以將人類的想象力和創造思維最大程度地發揮出來。

二、虛擬現實技術在虛擬校園中的具體應用

（一）虛擬校園概述

隨著各校招生人數不斷壯大，學校管理體制不斷健全，我們可以運用虛擬現實技術、計算機網絡技術及三維地理信息系統技術構建虛擬校園。虛擬校園是以數字化信息和網絡為基礎，在先進的計算機和網絡技術上建立起來的對教學、科研、管理、技術服務、日常事務等校園信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應用，使數字資源得到充分利用、優化的一種虛擬教育環境。是在采集真實校園信息的基礎上，模擬人的感覺器官，創建一種多維空間，再現校園的景觀，使訪問者足不出戶就可以參觀校園，更直觀地了解校園的具體情況，盡情領略校園的文化氛圍和感受校園氣息，獲取相應的信息。虛擬校園還可創建用戶，分配不同權限，對學校的各方面進行統一管理。三維虛擬校園的直觀性，可以優化領導管理，對于校園信息管理，校園規劃、建設等能夠全局掌控。通過這種全新的教育模式，不僅帶給人們全新的知識體系，還能極大地提高管理水平，有效地促進遠程教育的發展。

（二）虛擬校園建設方案

1、 3D場景制作

3D場景制作是較為復雜的環節，需要準備的工作比較繁雜。首先要收集校園每個場所的具體尺寸、建筑結構及外形等相關數據，進行數據采集，并對實物進行實地拍攝，采集每個地方的紋理貼圖及質感，便于在三維軟件中用于模型制作。其次在3DSMAX、Lumion等軟件中運用多邊形、曲面等建模方式制作校園場景，需要制作教學樓、實訓室、校園道路、花草樹木等，在軟件中盡量按照前期收集的素材比例、造型和結構制作模型。根據行業要求檢查模型，優化模型。要體現模型的真實感則需要在軟件中對模型表面的材質、紋理以及場景的光照進行設置。以圖片作為紋理并制作材質；基于圖像的平面技術對樹葉建模；采用天空盒生成環境天空；運用Vue軟件直接創建復雜自然環境模型。再結合Photoshop、Bodypainter等軟件繪制場景的貼圖，完成最終效果制作。

2、實時漫游系統設計

場景的動畫漫游主要是運用三維技術、多媒體技術和虛擬現實技術，將上述完成的場景，校園的教學樓、圖書館、體育館、校史館等校園中的全部景觀以各種視覺角度和不同的交互形式展現給瀏覽者。運用三維軟件制作角色模型，以角色扮演的方式讓瀏覽者游歷校園的每個角落。我校制作的虛擬校園動畫漫游只能實現自動漫游和少部分交互漫游。而虛擬場景的漫游實際上可以把視點的位置不斷改變，重繪三維場景，修改獲得新數據的相應參數，達到三維動畫實時交互的效果。虛擬場景的三維漫游效果主要有查詢式漫游、交互式漫游和自動漫游三種。在虛擬場景中設置合理的光照、特效等以增強場景的真實感。

3、多人在線聊天

為了能運用網絡進行有效地學習交流，共享資源，我校制作的虛擬校園還包括多人在線聊天系統，可供師生在線交流，課外解答學習上的疑難問題。

三、虛擬現實技術的關鍵技術

（一）實時三維圖形生成和顯示技術

迄今為止，計算機圖形技術發展得較為成熟，技術的關鍵是在不影響圖形復雜程度和質量的前提下，如何提高刷新頻率，能真正做到實時交互，是我們需要重點研究的內容。

（二）動態環境建模技術

動態環境建模技術是虛擬現實技術的核心，其目的就是獲取真實環境的三維數據，并建立對應的虛擬模型，創建虛擬世界。

（三）立體顯示和傳感器技術

虛擬現實技術的發展有賴于立體顯示和傳感器的發展。現有的虛擬現實還不能滿足系統需求，例如，數據手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點。虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發新的三維顯示技術。

（四）應用系統開發工具

虛擬現實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象。選擇適當的應用對象可以大幅度地提高生產效率，提高產品開發質量。因此必須研究虛擬現實的開發工具。例如虛擬現實系統開發平臺、分布式虛擬現實技術等。

人們日益增長的物質文化需要離不開科技的發展，虛擬現實技術以其巨大的優勢已經受到人們的推崇，逐步成為最先進和最有發展潛力的技術之一。而虛擬校園的出現打破了時間和空間的限制，不僅能逼真地向人們展示校園景觀和教學設施，還可將校園內的地理信息、自然資源、社會資源和人文資源等各種資源進行數字化采集、處理和存儲，并建立相應的數據信息庫，創建全視覺的可視化虛擬校園三維立體平臺，最終實現信息資源的動態管理，在未來的發展中，虛擬現實技術還將繼續改善我們的生活質量，并且改變我們的思維方式，讓我們把美好的場景可以永久地保存下來，并主動設計和制作心中的場景。隨著虛擬現實技術的日趨完善，教育過程全面信息化的目標實現指日可待，虛擬校園建設必將邁上一個新的臺階，其將是未來教育方式的發展主流。

作者單位：廣西機電技師學院