關(guān)于虛擬校園的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)的探討

韋湘瑩 嵇靜嬋

摘要：虛擬校園平臺(tái)可以呈現(xiàn)學(xué)校的三維場(chǎng)景，集成學(xué)校的宣傳片與介紹，讓用戶對(duì)學(xué)校有更直觀的認(rèn)識(shí)，本文在簡(jiǎn)述“虛擬校園”基本理念的基礎(chǔ)上，提出了虛擬校園的建設(shè)目標(biāo)，分析了虛擬校園的總體架構(gòu)及虛擬校園實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：虛擬校園；總體架構(gòu)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理

目前，很多學(xué)校的數(shù)字化校園應(yīng)用覆蓋教學(xué)、科研、管理與服務(wù)的方方面面，建設(shè)已相對(duì)完善，但在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)校園的直觀展示方面非常欠缺。虛擬校園平臺(tái)正是為新生、在校師生和校友及社會(huì)人員呈現(xiàn)學(xué)校的三維場(chǎng)景，集成學(xué)校的宣傳片與介紹，讓用戶對(duì)學(xué)校有更直觀的認(rèn)識(shí)。同時(shí)系統(tǒng)與數(shù)字化校園平臺(tái)對(duì)接，校內(nèi)人員可以通過(guò)虛擬場(chǎng)景的方式進(jìn)入到各建筑物內(nèi)，查看相應(yīng)的資產(chǎn)設(shè)備，了解活動(dòng)及相關(guān)的信息。虛擬校園的推廣與應(yīng)用將使得學(xué)校的信息化服務(wù)水平得到更大的提高。

一、虛擬校園的建設(shè)目標(biāo)

虛擬校園平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)是給在校的師生、新生以及訪客打造一個(gè)三維可視化的、有聲有色的仿真校園景觀，同時(shí)，平臺(tái)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，在系統(tǒng)中不僅能感受立體的校園，還能進(jìn)行交互，能查看到相應(yīng)的數(shù)據(jù)展示，既可以為學(xué)校樹(shù)立良好的形象，提高學(xué)校的知名度，宣傳校園文化，還可以作為校園規(guī)劃的輔助工具。

二、虛擬校園的總體架構(gòu)建設(shè)

虛擬校園的總體架構(gòu)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)平臺(tái)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，各層的構(gòu)成與功能如下所述：

1、基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施是指支撐虛擬校園系統(tǒng)管理、共享、服務(wù)以及應(yīng)用所需的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)備及其運(yùn)行環(huán)境，如圖1所示，主要包括存儲(chǔ)、備份系統(tǒng)、操作系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)平臺(tái)、VR系統(tǒng)平臺(tái)、業(yè)務(wù)虛擬化平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等。

2、數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層指系統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、用戶管理數(shù)據(jù)、全景數(shù)據(jù)以及校園現(xiàn)有其他系統(tǒng)對(duì)接數(shù)據(jù)組成。

地理信息系統(tǒng)是進(jìn)行資源和數(shù)據(jù)管理的重要手段，能夠?qū)⑿@的各種資源及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間化管理，實(shí)現(xiàn)例如路徑導(dǎo)航，數(shù)據(jù)管理，資源布局分析之類數(shù)據(jù)分析，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速制圖，以及快速進(jìn)行組織內(nèi)部的分享與傳播。

3、服務(wù)平臺(tái)層

服務(wù)平臺(tái)層是虛擬校園系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的關(guān)鍵組成部分。搭建一個(gè)統(tǒng)一的、分布式、松散耦合的、以校園簡(jiǎn)介、校園3D導(dǎo)航、全景地圖、圖書漂流、新生導(dǎo)航系統(tǒng)、位置及導(dǎo)航信息、平安校園、招生就業(yè)咨詢及統(tǒng)計(jì)、資產(chǎn)設(shè)備管理、網(wǎng)上服務(wù)大廳、智能機(jī)器人交互、以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接功能和信息服務(wù)為主的支撐平臺(tái)。平臺(tái)依托基礎(chǔ)設(shè)施，采用SOA架構(gòu)，其創(chuàng)建的地理信息服務(wù)可以很好地整合校園內(nèi)部系統(tǒng)中應(yīng)用。

平臺(tái)還提供對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的一體化集中管理和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的入庫(kù)、更新、管理。依據(jù)相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供訪問(wèn)、調(diào)用的地理信息服務(wù)；提供二次開(kāi)發(fā)接口及功能服務(wù)，為部門業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供地理信息服務(wù)支持。

4、業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層指的是基于基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源及校園地理信息系統(tǒng)，面向校園管理部門用戶以及學(xué)生用戶提供各種業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)，包括：手機(jī)APP子系統(tǒng)、B/S端子系統(tǒng)、后臺(tái)管理子系統(tǒng)及內(nèi)部業(yè)務(wù)對(duì)接子系統(tǒng)。

三、虛擬校園實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬校園的實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，在此無(wú)法逐一說(shuō)明，只能挑選一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

1、空間地理數(shù)據(jù)采集與建庫(kù)

空間地理數(shù)據(jù)采集與建庫(kù)是虛擬校園實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，由于三維模型需對(duì)全范圍的地形、地貌、道路、建筑分布情況需真實(shí)表現(xiàn)，尤其是對(duì)建筑物需較詳細(xì)表現(xiàn)，因此三維建模的依據(jù)是主要有：

（1）空間地理數(shù)據(jù)資料

空間地理數(shù)據(jù)資料包括校園內(nèi)高精度地形圖、高分辨率航片（含立體像對(duì)）、高精度數(shù)字高程模型（DEM）、地名、典型公開(kāi)版電子地圖要素等以及房屋等重點(diǎn)建筑的CAD矢量圖。

（2）實(shí)地拍攝采集資料

對(duì)建筑物的各個(gè)面，需要現(xiàn)場(chǎng)拍攝立面照片，用做貼圖紋理，重要的配套基礎(chǔ)設(shè)施也將拍攝照片以作紋理參考，并作現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記。

收集好以上數(shù)據(jù)后，可通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換建模和手工建模結(jié)合的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，思路如圖2所示。

2、數(shù)據(jù)預(yù)處理

DOM、CAD數(shù)據(jù)、道路、綠化帶、房屋特征應(yīng)為閉合線框。

數(shù)字照片，要用做模型貼圖紋理的素材，為保證貼圖表現(xiàn)真實(shí)，每張做完的貼圖要經(jīng)過(guò)亮度/對(duì)比度，色相飽和度，色階等調(diào)圖像調(diào)整。

有透視角度的照片處理貼圖時(shí)，要去除透視角度，做到橫平豎直。照片中有其他混亂的物體時(shí)（人、車、植物、電線桿、電線等），在模型貼圖中全部處理干凈。

樹(shù)木雕塑等還需要褪底、制作通道，輸出格式可以為BMP、GIF、PNG、JPG、INI等。

照片由于受天氣影響較大，需要進(jìn)行較色調(diào)整，以達(dá)到整體效果統(tǒng)一。

3、數(shù)據(jù)建設(shè)流程

數(shù)據(jù)是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是各種應(yīng)用和分析的依據(jù)，數(shù)據(jù)制作具有嚴(yán)格、規(guī)范的數(shù)據(jù)制作標(biāo)準(zhǔn)，和成熟、完善的數(shù)據(jù)制作工藝。

數(shù)據(jù)在進(jìn)行以上處理后還要進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范、紋理貼圖及數(shù)據(jù)建設(shè)精度，經(jīng)過(guò)這一系列的處理，才可能保證數(shù)據(jù)生成是科學(xué)和有效的，系統(tǒng)也是可以支持的。

虛擬校園的是一個(gè)三維可視化的、有聲有色的仿真校園景觀，既可以為學(xué)校樹(shù)立良好的形象，提高學(xué)校的知名度，宣傳校園文化，還可以作為校園規(guī)劃的輔助工具，在對(duì)校園內(nèi)部的建筑物、道路、輔助設(shè)施進(jìn)行修建規(guī)劃時(shí)，可以在這個(gè)虛擬三維環(huán)境中對(duì)未來(lái)校園環(huán)境進(jìn)行全面的審查，為校園規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供更明確的目標(biāo)。同時(shí)也提高了校園管理的效率和科學(xué)化水平，加快校園建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何水艷.虛擬校園的碰撞檢測(cè)研究[D]華中師范大學(xué)，武漢：2006.6

[2]王瑞雪.基于Web的虛擬校園系統(tǒng)的構(gòu)建[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，泰安：2006.6

作者簡(jiǎn)介：韋湘瑩（1980—），女，廣西來(lái)賓人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)分院教師，講師，研究方向：交換技術(shù)和接入網(wǎng)技術(shù)。