基于VR技术的虚拟校园系统设计与实现

基于 VR技术的虚拟校园系统设计与实现

林昊 杨益本 马志财

辽宁科技学院 辽宁省本溪市 117000

摘要：在计算机科学技术的迅速发展下，传感器技术、计算机图形技术、软硬件技术也开始迅速发展，且在虚拟现实领域得到广泛的应用，虚拟现实已经以飞快的步伐进入人们的生活，推动各行业的发展。而现在将校园数字，虚拟化己经受到了社会各界的广泛关注，且与此相关的研究也不断的增加，数字校园也就是综合应用卫星通信技术，地理信息系统和相应的多媒体等技术而实现虚拟校园的目的。在此虚拟过程中需要利用电脑将校园内的环境、建筑、设施等数据进行虚拟化，这样用户通过终端就可以很方便的和虚拟校园进行交互。

关键词：VR技术的虚拟校园系统设计实现

前言：虚拟现实技术涉及多个学科的很多内容，包括人工智能、电子学、数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术、心理学等，是这些学科交叉集成的结合，并且广泛地应用于教育、建筑、医疗以及军事等多个领域．由于涉及很多学科，它在现实中发挥的作用也是巨大的，将虚拟现实技术引入“数字校园”的建设研究中，为校园的规划和设计提供一种全新的手段。

一、基于VR技术的虚拟校园系统设计

1. 虚拟现实技术中的VRML 技术。对于该技术而言，其主要作用就是依据现实世界构建相关场景模型， 并且在虚拟世界中也可用于进行三维建模。对于VRML 技术而言，其在不同平台中均具备较好兼容性， 通过对该技术进行应用可实现对人的操作行为进行监控， 并且能依据人的操作行为改变而不断发生变化。VRML 属于一种三维建模语言，具有解释功能， 并且具备面向对象及面向Web 特点， 其能够使WWW 交互性得以增强， 使其能够更加丰富， 在VRML 技术中， 其对象属于结点， 一些比较复杂的物体均为由结点聚集而形成， 通过实例结点能够被多次利用， 在对其进行定义及命名之后， 可使其在构建动态三维虚拟场景中进行参与。

2. 3DMax 软件。对于该技术而言， 其能够为不同行业提供比较丰富的3D 模型资源。在3DMax场景中，通过对三维对象材质、灯光及阴影等相关参数进行合理设置， 可增强三维对象真实性。另外， 可通过对独特压缩技术、流式播放方式及良好互动等， 使3DMax得以更好应用。

3. LOD 技术。在用户对于虚拟环境沉浸感方面， 动态特性以及交互延迟会对其产生较大影响， 其中比较重要的一项指标就是图片生成速度。在画面效果能够保证比较真实的基础上， 通过对LOD 技术进行应用， 可使景物表面细节得以逐层简化， 可依据每个原始模型， 对多种不同接近精度几何模型进行创建， 从而可使虚拟场景几何复杂性得以降低， 可使模型塑造效率得以有效提升。

对于虚拟多媒体教室子系统而言， 其所指的就是在利用多媒体及三维仿真技术基础上在计算机网络上对学习环境进行构建， 从而使处于不同位置教师及学生能够更加便捷地进行交流及学习。在系统中可对实时通信功能进行利用， 可使传统教学中无法得以实现的很多教学活动均能够得以较好实现， 同时通过对异步通信功能进行利用， 可使一些新型教学活动得以实现， 比如异步辅导以及异步讲座等相关教学活动， 同时在此基础上还能够对虚拟大学进行构建， 从而可使现代化远程教育得以较好实现。在虚拟多媒体教师子系统设计过程中， 其主要包括两个部分内容，其中一个部分为对虚拟多媒体教师进行建模， 另外一部分为实现多媒体播放及控制功能。在进入多媒体教室之后，访问人员可自主浏览相关资源， 自主点播视频， 还能够自主播放课件， 从而使学生及教师能够进行较好学习。

二、虚系统实现

1.相关数据收集。在虚拟校园系统实现方面，数据收集属于十分重要的一项内容，同时也是基础内容。在数据收集过程中往往需要调动较多人力及物力，相关设计及研究人员应当对校园内建筑群特点进行认真观察，通过测量及相机拍摄等方式对建筑物实际属性进行了解，依据系统实际建设过程中对于不同场景所提出不同要求， 对相关图片进行合理处理，对数据进行较好整理，并且对相关数据及图片资源进行合理选择。其中,贴图内容主要为道路、林地以及楼宇与相关公共设施。对于所收集数据资料，其主要包括两部分内容，即图纸资料与贴图资料。其中，图纸资料的收集主要是通过向相关部门进行索要，其内容主要包括学校地形图、建筑景观、航拍照片以及校园工程制图等；对于贴图资料，其主要包括两种类型， 即透明贴图与不透明贴图，在对透明贴图进行制作过程中,可将原始图片向图形处理软件中导入，在经过精细化加工之后可得到， 在不透明贴图制作方面，可在前期拍摄及扫描基础上，以Photoshop软件对其实行加工处理， 将其储存于模型纹理库中，以便在后期进行调用。

2.系统实物建模。(1) 对校园内建筑物进行建模。在建筑物建模过程中，将建筑物基本结构作为对象,通过对基本几何体进行利用构建建筑物框架， 在此基础上进一步进行完善，从而得到与实际情况比较符合的建筑物门窗及墙体模型， 最终可得到建筑物整体模型，在建筑物模型制作方面，尽可能保证其线条比较简约流畅。在对学校内建筑物进行建模过程中，对于结构比较简单且外形比较规则的一些建筑物， 可利用贴图法进行建模；对于造型比较复杂且外形比较多样化的一些建筑物， 在建模过程中可对3DMax 中的一些技术进行利用， 另外， 应当从多个方位对建筑物进行拍摄， 之后向图形处理软件中导入以进行处理，从而对不规则贴图进行制作。(2) 对校园内植被进行建模。对于大多数校园内植被而言， 其主要包括两种，即面状草坪与点状花木。其中，对于草坪建模，可将草坪纹理贴于草坪平面之上，以对现实中草坪进行模型模拟；对于树木，其属于比较复杂的一种结构体，包含大量对象，所以依据真实树木形体实行详细建模很难得到比较理想的效果，就当前实际情况，在树木建模方面比较常用的方法就是纹理映射,具体就是将树木照片向交叉的两个矩形表面映射， 另外，在对树木模型进行绘制过程中,对于图片底色应当实行透明处理。

3.虚拟场景交互。对于虚拟校园系统，其比较明显的一个特点就是具有实时交互性， 而虚拟现实技术的中的IdeaVR引擎具有较强交互功能。虚拟校园系统交互主要包括两种类型，其中一种类型由交互节点产生，比如视场节点、感应器节点以及插值节点等；另外一种类型为编程节点通过设计程序而得以产生。在第一种类型交互中，系统中所产生事件可被交互节点捕获，在对其进行处理基础上， 可通过交互编辑器向场景中传递，从而使场景有相应变化产生。对于一些比较复杂的交互，使用零编程和图像化的方法，快速制定交互和行为逻辑，可使软件交互性得以扩展，从而可更好实现交互。

结束语：本文将作为校园规划和设计新方法的虚拟现实技术用于建立数字化校园系统巾，建立虚拟校园场景，并以虚拟校闻场景的各种物件作为超链接控制，实现场景转换和超媒体教材启动进入虚拟校园后，会使访问者产生感觉不仅提高了学生积极性和趣味性；同时也为学生提供了有个性化的学习支持服务。

参考文献：

[1]马振, 董改香. 关于3DMAX的虚拟校园漫游设计的研究[J]. 教育现代化, 2019(6): 190-192.

[2]秦爱梅, 梁思懿. 虚拟校园建模与场景漫游技术研究[J].信息与电脑(理论版), 2017, (21): 19-21.

[3]苌道方, 宓为建. 基于Vega的虚拟现实系统漫游引擎[J].计算机辅助工程, 2019(2): 31-33, 37.

由2021年辽宁科技学院大学生创新创业训练计划支持

项目编号：202111430080