三維信息表達在智慧校園中的設計應用研究

王燕平 章立

摘要：本文分析高校智慧校園建設現狀，歸類整理校園內各系統的信息類型及屬性，論述三維表達方式用于表達空間信息的優勢，并設計總結智能校園系統功能結構、系統框架及設計策略。

關鍵詞：智慧校園;三維信息表達;信息可視化;空間信息

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）02-00-03

數字時代推進教育信息化水平不斷提升，運用先進技術建設智慧校園已成為必然趨勢。計算機圖形學推動三維信息表達方式快速發展，為教育教學、人才培養提供了新的手段，同時，為智慧校園的發展創造了可靠的條件。近年來，為了推動智慧校園的建設與發展，越來越多學者開始研究智慧校園的信息共享與系統集成。

1 智慧校園發展現狀

1.1 智慧校園概述

2010年，南京郵電大學的宗平教授在發表的論文中提出智慧校園建設，他是我國最早提出智慧校園建設的人[1]。智慧校園建設借助信息化手段，采集校內的資源并重新整合，做到資源的合理配置和最大化利用[2]。智慧校園系統是大數據時代校園服務管理的新模式[3]，是當今時代教育發展的“高級形態”，也是各學校建設的最終理想形態[4]。新時代的智慧校園建設應以新技術為支撐，致力于構建智慧的學習環境、探索新型的教學模式、研究高效的管理模式。

1.2 智慧校園發展現狀

我國高校信息化發源于20世紀80年代，21世紀后，逐漸進入智慧校園發展階段[5]。從2012年發布的推動“三通兩平臺”建設到2018年發布《教育信息化2.0行動計劃》[6]，北京、上海、江蘇一帶逐步開展智慧校園建設。部分高校智慧校園建設時間與建設內容如表1所示。從表中可以看出，我國高校智慧校園建設早期著眼于智慧校園內各系統功能優化，后逐漸開始向系統數據共享、數據集成與系統一體化趨勢轉變。

2 智慧校園系統信息分析

2.1 校園系統的信息類型

校園系統存在大量冗雜的信息，通過了解上海海洋大學、上海對外經貿大學等各大高校數據管理及其分類，可以發現高校中的信息分為人力資源、教學管理、公共服務、管線綜合、系統數據、科研管理、財務資產共七個大類別，具體內容如圖1所示。七個信息類別在高校傳統的管理中通常分為七類獨立的信息管理系統分別進行管理，系統之間缺乏信息共享?，F階段，部分高校意識到了數據共享與系統集成的重要性，開始建設統一的管理平臺，實現數據融合與集成，以實現校園的智慧管理（如下表）。分析以上信息類別可以發現，這些信息類別中有部分信息在建筑空間中產生，可以說此類信息具有部分空間屬性。如圖1，公共服務類型下的信息在教學樓與實驗樓的物理空間中產生，運用三維技術還原校內建筑物理空間并呈現以上信息，可以提高管理效率。另外，校園中的各類管線，例如弱電管線、強電管線、供水線、供電線、下水管道，這些管線的信息為管線綜合信息。高校的管線從中心出發分布在校園的每一棟建筑物的各個角落，它們連接地上和地下，在校園中呈現復雜的三維分布。對于在設計施工階段所使用的管路圖紙，在運營日常維修時，理解門檻較高，不利于工作效率提升。同時，部分管線具有隱蔽性，通常分布在墻體內、地下等位置，又因其具有復雜性，當某一管線出現問題時往往牽一發而動全身，導致短時間內無法找到關鍵問題所在地。因此，對校園內的綜合管線進行三維可視化呈現能夠為管理帶來便利，縮短事故處理時間，從而減少學校運營成本。

2.2 智慧校園系統的信息表達方式

傳統校園系統中，大多使用圖形、文字、圖表等表達信息。其中，具有空間屬性的信息多運用圖形進行表達。圖形、文字及圖表分別具有以下特點：二維圖形不包含深度信息;文字能夠傳達深層次的信息，但需要依附于個人的經歷以及文化水平;表格作為圖形的一種，用于傳遞經過組織整理的數據。這三類信息表達方式不適用于表達具有空間屬性的信息。

各類校園系統中具有大量信息，為提高管理效率，需要在短時間內獲取需要且有意義的信息，這要求信息表達方式符合人的視覺思維和認知過程[8]。傳統的表達方式多用二維圖形展示三維事物，通常需要展示一個事物的至少兩個面，人才能在大腦中構成大致的形態。顯然，運用二維圖形表達空間信息，信息的傳播效率較低，用戶需求與信息表達方式之間存在矛盾。數字時代多媒體技術的發展與媒介環境的變化，推進了信息表現形式的轉型，其中包括信息的多維度展現[9]。視覺信息表現形式由靜態、平面向動態、立體交互的呈現形態優化轉型[9]。三維模型用來描述物體的外觀、形狀、大小等基本屬性，以及物體與物體之間綜合復雜的空間信息關系。校園內地理信息密集且豐富，各類信息依附于地理信息產生，利用三維模型進行信息表達恰到好處。利用三維模型能夠傳遞更加直觀的、真實的空間信息。同時利用三維建模技術，結合計算機圖形技術，能夠實時地反饋信息的動態分布以及實時狀態，呈現具有完整時空定位特征的空間信息，實現有效的視覺交流，大大提高信息獲取效率。

2.3 三維建模技術應用案例與優勢

如今，三維技術已經被廣泛運用在公共設施管線綜合管理、智能樓宇、智慧旅游等各領域中。寧波市道路改建團隊運用三維技術還原地下管線空間關系，解決地下管線種類眾多、空間關系復雜導致的管線廢除利用困難、地下空間管理不便等問題，為市政工程施工提供便利[10]。為解決車站施工過程中管線錯綜復雜、二維圖紙無法完整表達其空間關系的問題，蘇州市軌道交通集團有限公司以蘇州地鐵5號線長江路站為例，采用三維技術對綜合管線進行可視化呈現，以方便管理[11]。騰訊濱海大廈智能樓宇管理系統，運用三維技術直觀地呈現樓宇內所有智能終端及各類管線的空間分布及狀態，并將能耗數據以圖表、數據對比的形式展示。以上案例均運用三維信息表達方式呈現大量復雜的空間信息，受眾可直觀了解依附于建筑空間結構的相關信息。三維技術的運用為道路改建、管線管理、樓宇管理等工作帶來了便利。

參考文獻：

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作者簡介：王燕平（1997—），女，福建福清人，碩士在讀，研究方向：數字媒體藝術。

章立（1971—），男，江蘇無錫人，碩士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：數字媒體藝術。