襄陽職院三維數(shù)字校園虛擬漫游的研究與實(shí)現(xiàn)

楊雪++劉勁

摘要：二十世紀(jì)末，興起了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，現(xiàn)在隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅僅只停留在少數(shù)高端實(shí)驗(yàn)室中，而是已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。比如房地產(chǎn)公司為了吸引購房者而開發(fā)的地產(chǎn)漫游系統(tǒng)、又或者城市為了公益或是宣傳城市所開發(fā)的數(shù)字城市系統(tǒng)、還有訓(xùn)練仿真模擬系統(tǒng)等等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓造訪者身臨其境，各虛擬系統(tǒng)的使用者起到了宣傳的目的。而各大學(xué)為了達(dá)到宣傳學(xué)校，招攬全國各地考生，展示校園風(fēng)光等目的，也逐步將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用到了校園信息化建設(shè)中來，構(gòu)建了虛擬校園系統(tǒng)。

而本文正是因?yàn)楫?dāng)前形勢(shì)需要，作者率領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在多方考察國內(nèi)大學(xué)先進(jìn)的虛擬漫游系統(tǒng)之后，結(jié)合襄陽職院本身的情況，開發(fā)了具有襄陽職院特色的三維數(shù)字校園虛擬漫游系統(tǒng)，校園漫游和交互控制系統(tǒng)在本系統(tǒng)中得到了良好的體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：交互漫游；3DMAX；建模

中圖分類號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）20-0235-02

近年來，以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的數(shù)字校園建設(shè)受到了個(gè)學(xué)校的廣泛重視。數(shù)字校園用信息化的手段收集、分析并管理校園的規(guī)劃和建設(shè)，促進(jìn)校園內(nèi)各種資源的交流和配置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字校園的建設(shè)越來越多采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓造訪者身臨其境，在這種虛擬的三維校園中，訪問者會(huì)產(chǎn)生仿佛置身于真實(shí)校園中，虛擬校園能讓視覺對(duì)于空間次序的理解變得簡(jiǎn)單起來。所以校園的虛擬仿真系統(tǒng)能夠起到了宣傳的目的。本院為了達(dá)到宣傳學(xué)校，招攬全國各地考生，展示校園風(fēng)光的目的，也逐步將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用到了校園信息化建設(shè)中來，構(gòu)建了虛擬校園系統(tǒng)。

雖然能實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的軟件市面上并不少見，因考慮到開發(fā)成本和開發(fā)周期等，為了保證系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行，畫面真實(shí)感、沉浸感、動(dòng)態(tài)交互能力與實(shí)時(shí)性之間適度平衡，設(shè)計(jì)者經(jīng)過謹(jǐn)慎研究選擇，最終使用了一套方便、高效的技術(shù)方案。即利用仿真度高、復(fù)雜場(chǎng)景制作簡(jiǎn)便的混合建模技術(shù)，使用成本低、操作簡(jiǎn)便的3DMAX和SketchUp草圖大師等設(shè)計(jì)軟件，先建立起三維模型，這些模型依托大學(xué)的真實(shí)環(huán)境，對(duì)校園內(nèi)的各個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行建模，建模對(duì)象包括各類校舍建筑：明德樓、厚德樓、慎思樓、篤學(xué)樓、慎思樓、雅園宿舍樓小廣場(chǎng)、狀元橋，還包括各種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所：籃球場(chǎng)、練車場(chǎng)，最后還有綠化地帶、道路、假山和花草樹木等。建好模型后還需要構(gòu)建學(xué)院的地形然后將模型通過插件轉(zhuǎn)換成cmo文檔導(dǎo)入具備豐富的互動(dòng)行為模塊的實(shí)時(shí)3D環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件virtools中，從而構(gòu)建襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)三維校園虛擬游覽。

1 主要研究方法與技術(shù)路線

目前常用的建模方法可分為三種：

1）基于圖形的建模方法

2）基于圖像的建模方法

3）基于圖形和圖像相結(jié)合的建模方法

根據(jù)這三種建模方法而衍生開發(fā)出的常用軟件：IMAGIS 三維可視地理信息系統(tǒng)；草圖大師Sketch Up；AutoCAD；Creator；3DMAX；AutoCAD 等。由于采用航拍圖生成三維模型需要大量的資金投入，所以本研究主要利用3dmax 來對(duì)校園的各系院主樓進(jìn)行建模，利用GE 的三維建模插件Sketch Up 建置部分三維校園公共設(shè)施建筑物，除此之外還可以從Google earth中獲取地形圖，將地形與3dmax的模型整合好以后，再通過virtools max exporter插件將3dmax模型文件轉(zhuǎn)換成cmo文檔導(dǎo)出，最后再將其導(dǎo)入到具備豐富的互動(dòng)行為模塊的實(shí)時(shí)3D環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件virtools中進(jìn)行整合。

2 系統(tǒng)的主要功能與性能

1）全景地圖也稱為360度全景地圖、全景環(huán)視地圖。本系統(tǒng)具有360度全景瀏覽的功能，瀏覽者可以拖拽全景地圖從不同的角度瀏覽真實(shí)的校園環(huán)境。這種地圖主要是運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)對(duì)校園實(shí)時(shí)場(chǎng)景進(jìn)行4個(gè)角度環(huán)視拍攝之后，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期縫合，并加載播放程序來完成三維虛擬展示。

2）漫游功能。本研究的漫游分為兩種，自動(dòng)漫游和手動(dòng)漫游。自動(dòng)漫游訪問者可以界面選擇校園內(nèi)的某個(gè)建筑，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)演示出活動(dòng)路線以及自動(dòng)播放相應(yīng)的漫游動(dòng)畫。手動(dòng)漫游則是通過鼠標(biāo)和鍵盤來控制漫游高度和漫游方向，比如前進(jìn)、后退、向左移動(dòng)、向右移動(dòng)等，當(dāng)然也可以通過鼠標(biāo)對(duì)視角通過調(diào)節(jié)，可以向左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或者仰視、俯視等角度分別進(jìn)行瀏覽，讓訪問者有身臨其境的感覺。

3）學(xué)院各大系院的信息介紹以及鏈接其招生網(wǎng)站。系統(tǒng)對(duì)我院中各個(gè)系院的教學(xué)建筑樓都做了學(xué)院信息介紹的相關(guān)信息，通過點(diǎn)擊相應(yīng)的建筑物就能彈出二級(jí)學(xué)院的簡(jiǎn)介信息，并且添加了查看詳情的超級(jí)鏈接，將各二級(jí)學(xué)院的網(wǎng)站招生信息與之進(jìn)行鏈接。系統(tǒng)能讓學(xué)生及其家長(zhǎng)了解本學(xué)院的大概情況、學(xué)院的辦學(xué)歷史、各個(gè)二級(jí)學(xué)院的學(xué)科開設(shè)等情況，從而讓訪問者可以多方位了解襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

4）人機(jī)應(yīng)用界面應(yīng)做到如下幾點(diǎn)：

① 界面簡(jiǎn)潔、易用、功能齊全、美觀

② 在模型附近添加文本提示區(qū)

③ 三維地圖區(qū)“三維虛擬場(chǎng)景區(qū)，顯示校園風(fēng)光“

④ 漫游控制區(qū)“自動(dòng)漫游、手動(dòng)漫游、360全景漫游查看

3 學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值

到目前，三維地圖越來越多的應(yīng)用到大中院校的校園宣傳已經(jīng)數(shù)字化管理中。因此，此項(xiàng)研究具有廣闊的發(fā)展空間和商業(yè)價(jià)值。而我院的全國范圍招攬新生或展示校園布局等方面，三維虛擬校園漫游技術(shù)都具有極其重要的作用，第一，它可以讓瀏覽者直觀的了解校園，校園的各個(gè)片區(qū)以及角落都能被瀏覽者直觀的了解，這是三維虛擬校園具有最直接的意義。第二，有利于招生，對(duì)與學(xué)生家長(zhǎng)還不太了解本學(xué)院來講，非常有效的方式就是在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行宣傳，有意報(bào)考的新生可以通過學(xué)院的網(wǎng)站瀏覽三維校園，能夠讓學(xué)院全國范圍內(nèi)的招生更有效率。第三，為新生了解學(xué)院的情況提供方便。本院很多公共設(shè)施建筑群，其中明德樓、篤學(xué)樓、慎思樓、厚德樓、健行樓、致遠(yuǎn)樓等教學(xué)樓眾多，更不用提學(xué)生公寓、教師公寓已經(jīng)新舊食堂圖書館、籃球場(chǎng)等其他公共設(shè)施。對(duì)于想迫切了解自己想要就讀的院校來說，可以提供快捷便利的漫游

4 小結(jié)

通過對(duì)虛擬漫游系統(tǒng)技術(shù)的研究以及相關(guān)開發(fā)技術(shù)的掌握，并通過實(shí)踐設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了襄陽職院虛擬漫游系統(tǒng)，使瀏覽者對(duì)虛擬校園身臨其境。

但本系統(tǒng)尚有更進(jìn)一步的空間，可以以此為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)做擴(kuò)充，如擴(kuò)充多用戶交互功能，又比如三維模型的場(chǎng)景逼真度還可以再增高，還可以增加虛擬學(xué)生課堂等功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪亮，楊和嬌，楊昆.基于SketchUp和ArcGIS的三維數(shù)字校園設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地理空間信息，2014（1）.

[2] 周怡，陳鵬.同濟(jì)大學(xué)三維數(shù)字校屬性數(shù)據(jù)采集與建庫[J].福建電腦，2008（9）.

[3] 張文麗.數(shù)字校園三維仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（4）.

[4] 蘭長(zhǎng)明.校園數(shù)字三維地圖[D].南昌大學(xué)，2009