初探虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字化校園中的應(yīng)用

董敏蘭（湖南科技職業(yè)學(xué)院 410000）

初探虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字化校園中的應(yīng)用

董敏蘭（湖南科技職業(yè)學(xué)院 410000）

虛擬仿真技術(shù)是目前在計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域中一項(xiàng)熱點(diǎn)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在數(shù)字化校園建設(shè)中，對虛擬仿真技術(shù)的采納已經(jīng)成為必然趨勢。我國的數(shù)字化校園建設(shè)在虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用方面還處于初級階段，本文試圖初步探索虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的優(yōu)勢，并論述了數(shù)字化校園建設(shè)中對虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用帶來的現(xiàn)實(shí)意義。

虛擬仿真技術(shù)；數(shù)字化校園；應(yīng)用

一、 引言

基于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化校園，將通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工具，整合校園的各類信息和平臺，全面實(shí)現(xiàn)各類校園資源的數(shù)字化，既減少了資源的重復(fù)和耗費(fèi)，又將提升校園整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)作效率，還能開發(fā)傳統(tǒng)校園曾經(jīng)沒有的功能。然而在建設(shè)數(shù)字化校園的過程中，虛擬仿真技術(shù)憑借它特別的優(yōu)勢，如：超真實(shí)的畫面沉浸感和人性化的人機(jī)交互性，給數(shù)字化校園的建設(shè)提供了一條現(xiàn)實(shí)而又有效地途徑。

二、虛擬仿真技術(shù)的概述

虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來興起的一門新型的信息應(yīng)用技術(shù)，簡稱vr技術(shù)，還可以稱為靈境技術(shù)，是一眾多高新技術(shù)的匯集。虛擬仿真可以概述為以多感知性、沉浸感、構(gòu)想性和交互性為特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。從具體應(yīng)用上來看它是一種集合圖形處理技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、音頻技術(shù)、以及三維顯示技術(shù)、還有軟件技術(shù)等多門現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展的新型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。達(dá)到利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建一個模擬真實(shí)世界的虛擬三維網(wǎng)絡(luò)世界，給用戶彷佛置身于真實(shí)世界的體驗(yàn)。目前此技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個社會領(lǐng)域，如數(shù)字校園建設(shè)、產(chǎn)品多維度展示、房地產(chǎn)銷售、服裝效果展示、城市規(guī)劃建設(shè)等。虛擬仿真技術(shù)從出現(xiàn)至今，經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)漸漸走進(jìn)了我們的生活。而在數(shù)字校園建設(shè)中，走進(jìn)電腦上的虛擬校園，你直觀的感受校園自然風(fēng)光以及配套資源。

三、虛擬仿真技術(shù)需求背景

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟， 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用將引領(lǐng)我們走向更高層面的探索，當(dāng)前政府指定數(shù)字化城市的建設(shè)是未來我們城市建設(shè)努力的方向，校園建設(shè)作為城市建設(shè)的一個部分，其數(shù)字化建設(shè)不可回避，近年來也受到了相關(guān)部門以及高校的重視。近些年，很多高校對校園信息化建設(shè)工作不斷加大投入，很多高校給予了數(shù)字化校園建設(shè)相對寬裕的鼓勵政策和經(jīng)濟(jì)支持，數(shù)字化校園建設(shè)已成為了高校發(fā)展的必然趨勢和建設(shè)重點(diǎn)。

科學(xué)技術(shù)以及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字化校園建設(shè)成為新時代的必然，并不斷推進(jìn)著數(shù)字化校園建設(shè)，為數(shù)字化校園建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，眾多院校也同樣期望在教育資源、教育教學(xué)與教學(xué)管理等方面全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)字校園正是順應(yīng)這種需求應(yīng)運(yùn)而生，并如火如荼地在全國、全世界各地建立并完善。數(shù)字校園主要是在傳統(tǒng)校園的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個完善的數(shù)字化平臺，在這個平臺上捆綁教學(xué)、教務(wù)、科研、管理、后勤服務(wù)等信息資源，實(shí)現(xiàn)校園各部門全面信息化，并確保這些信息能夠在統(tǒng)一的平臺上有秩序運(yùn)轉(zhuǎn)，更好地服務(wù)各個職能部門。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字化技術(shù)為主的虛擬仿真技術(shù)以其自身的優(yōu)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園建設(shè)的有效途徑。目前，我國很多高校也都著手在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的探索，并有一定的研究成果，如，浙江大學(xué)虛擬校園建設(shè)率先在國家成就獎上嶄露頭角，還有清華大學(xué)、中南大學(xué)、南京大學(xué)等高校也都在努力開拓校園的可視化以及相關(guān)資源的虛擬化建設(shè)。

四、虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)作為一門新興的發(fā)展中的技術(shù)，給社會眾多行業(yè)帶來了強(qiáng)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(shù)在虛擬數(shù)字化校園中的應(yīng)用前景也非常廣泛。

1.虛擬校園環(huán)境

虛擬校園是對大學(xué)校園環(huán)境的的數(shù)字化和仿真化模擬，其技術(shù)要點(diǎn)是通過采集校園有代表性的位置的影像，經(jīng)過拼接、修改轉(zhuǎn)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(guān)軟件和網(wǎng)絡(luò)生成一個可以點(diǎn)擊查看的交互式文件，并上傳到網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)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(jù)需要插入若干熱點(diǎn)，在熱點(diǎn)中嵌入相對應(yīng)的地理信息，用戶可以通過點(diǎn)擊任意一個熱點(diǎn)，進(jìn)入相對應(yīng)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(shí)感，讓用戶可以足不出門就能領(lǐng)略到學(xué)校的自然風(fēng)光，感受其優(yōu)良的教學(xué)環(huán)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(yè)介紹等，讓來訪者不僅能領(lǐng)略優(yōu)美的校園風(fēng)光，還能輕松了解學(xué)校的軟實(shí)力。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室同樣是一種基于網(wǎng)絡(luò)化合虛擬仿真技術(shù)而產(chǎn)生的數(shù)字化仿真系統(tǒng)，是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，同樣有著傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室該有的實(shí)驗(yàn)器材、儀器和原料，只是以數(shù)字化的形式存在，它是一個嶄新的教學(xué)環(huán)境，在這個實(shí)驗(yàn)室里學(xué)生要操作的設(shè)備全都虛擬化的存在，學(xué)生可以在這個環(huán)境中自由選擇、搭配、調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)器材，虛擬化的設(shè)施設(shè)備更能激發(fā)學(xué)生大膽的實(shí)驗(yàn)，踴躍創(chuàng)新。充分地調(diào)動了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動性、積極性，更有利于培養(yǎng)他們的自主思考、分析、判斷的能力和勇于創(chuàng)新的意思。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)室能讓學(xué)生更敏感的反饋信息。隨著虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室方面建設(shè)的不斷發(fā)展。相關(guān)部分對虛擬實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建的意識越來越濃，虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建不僅能夠給科研工作帶來有利幫助，而且還在教學(xué)方面，加大實(shí)驗(yàn)室的利用率的同時，還降低了實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)成本。近年來，已有很多高校紛紛依據(jù)自己的專業(yè)特色和科研現(xiàn)狀，建立了一些虛擬實(shí)驗(yàn)室，但還尚處于發(fā)展初始階段，其前景還是客觀的，它將持續(xù)推進(jìn)教育教學(xué)的向前發(fā)展，邁向更高的臺階。如：清華大學(xué)的數(shù)字化制造系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，北京交通大學(xué)軌道交通通訊控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等。

3.虛擬圖書館

虛擬圖書館依據(jù)圖書館真實(shí)本來的建筑外觀、內(nèi)部場館結(jié)構(gòu)、以及圖書（期刊）及數(shù)字圖書館平臺復(fù)制到虛擬環(huán)境中，達(dá)到對實(shí)體圖書館的導(dǎo)引、延伸和補(bǔ)充的目的。在虛擬圖書館里，讀者可以點(diǎn)擊圖書各類菜單進(jìn)入相應(yīng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫。還可以創(chuàng)建虛擬圖書館的目錄大廳和供用戶在線體驗(yàn)的圖書館閱覽室的實(shí)景虛擬，你只要點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)上的目錄大廳實(shí)景圖，就可以輕松地看到虛擬圖書館的館內(nèi)實(shí)景和陳設(shè)狀態(tài)以及藏書信息，在這虛擬場景中的書架上任意點(diǎn)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(fèi)預(yù)覽一個篇章。虛擬圖書館還可以通過交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)查閱個人借閱信息或者體驗(yàn)借閱的全過程服務(wù)，包括查詢、預(yù)約、借閱、歸還一系列服務(wù)，不再依賴傳統(tǒng)的借閱方式。虛擬仿真技術(shù)在圖書館的成功應(yīng)用，為圖書館的創(chuàng)新服務(wù)提供了新途徑。

4.虛擬課堂

虛擬仿真技術(shù)為我們的網(wǎng)絡(luò)課堂，提供了更生動的表現(xiàn)形式，讓我們的網(wǎng)絡(luò)課堂不再只是文字和圖片的交流形式了，它構(gòu)建的是一個非常真實(shí)的課堂情景，在這個情景中，它能再現(xiàn)我們課堂中、課本上出現(xiàn)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(xué)習(xí)。而在英語學(xué)習(xí)的教學(xué)中，可以通過虛擬仿真技術(shù)，設(shè)置國外的虛擬場景，讓你感覺自己身臨國外旅游現(xiàn)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(xué)習(xí)環(huán)境中鍛煉自己的口語，更能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，而提升我們的教學(xué)質(zhì)量。除此之外，在虛擬課堂中學(xué)生還可以隨時與課堂中的虛擬老師一起交流探討學(xué)習(xí)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(yùn)用虛擬仿真技術(shù)， 我們使用的課件可以結(jié)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(shè)置用戶的交互程序，讓我們的學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中可以自主控制學(xué)習(xí)的進(jìn)度，或者選擇性的學(xué)習(xí)課件中的重點(diǎn)內(nèi)容，通過切換不同的角度去觀看課件內(nèi)容中的細(xì)節(jié)部分，這樣更能加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。如在室內(nèi)設(shè)計(jì)工程實(shí)務(wù)的課程，利用虛擬仿真技術(shù)可以對空間中的尺度由準(zhǔn)確的描述，空間中各造型的施工要點(diǎn)以及施工過程有清晰的展示，還可以深入構(gòu)造的內(nèi)部，很直觀的看到其使用材料的型號和規(guī)格，大大提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的課堂效果。

五、結(jié)語

伴隨虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展和完善，以及相應(yīng)的硬件設(shè)備價格的逐漸降低，虛擬仿真技術(shù)在校園虛擬環(huán)境的建設(shè)、虛擬課堂的創(chuàng)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(yīng)用，我們的數(shù)字化校園的建設(shè)將會邁上新的臺階。

[1]汪成為，高文，王行仁.靈境（虛擬仿真）技術(shù)的理論、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[M].北京： 清華大學(xué)出版社， 1996.

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[3]范靈.《基于靜態(tài)圖像的虛擬校園全景展示》.廣東工業(yè)大學(xué)穴位論文，2007.

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湖南科技職業(yè)學(xué)院社會科學(xué)一般課題，課題名稱：基于VR全景交互技術(shù)的校區(qū)環(huán)境可視化應(yīng)用研究，課題編號：KJ16208