【摘 要】本课题的研究对象是大一入学新生，从新生对自己所报的专业的基本情况、开设课程以及就业方向知之甚微这个事实出发，讨论校园虚拟现实三维场景的设计与实现的可行性与必要性。本文主要介绍了虚拟现实技术在“数字校园”建设中的应用，讨论了建立虚拟校园场景的重要基础——建模和交互技术，以河南师范大学田家炳教育书院为例，给出了虚拟校园三维场景技术路线的可行性分析。
【关键词】虚拟现实；数字校园；可行性；交互
虚拟现实是指为用户提供一种仿真的操作环境，利用计算机技术生成逼真的三维视觉、听觉、触觉的感观世界，为人们创造一种前所未有的真实事物的虚拟对照体，使人们对所研究的对象和环境获得身临其境的感受，从而提高人类认知的广度和深度，拓宽人类认识客观世界的“认识空间”和“方法空间”，最终达到更本质地反映客观世界的实质。“虚拟校园”是基于虚拟现实技术和建模技术，利用计算机软件制作出的仿真的校园场景。在虚拟校园中，浏览者能够充分地了解校园的建筑布局，甚至可以提前了解自身专业的课堂情景，并能够在某些场景中实现人机交互，从而使人们不必亲临校园也能熟悉该校园的概况。[1]
1.研究分析
1.1研究概述
以河南师范大学为例，对存在于校园环境中某一物体进行虚拟仿真，这里以田家炳教育书院作为虚拟校园中的一个重要场景。前期进行数据采集，建模，赋材质和贴图，模型优化合并导出后，创建出一个相对完善的建筑模型。后期，利用已完成的田家炳教育书院模型进行虚拟现实漫游和交互的实现设计。
1.2关键技术
1.2.1虚拟现实技术
（Virtual Reality）又称叫做“真实幻觉”或“灵境技术”，是多种技术综合的一门技术，它包括计算机三维技术，计算机图形技术，人机交互技术等，利用它能够使浏览者从多种感觉上产生真实、身临其境的实时感知交互。
1.2.2数据分析技术
随着大数据时代的到来，数据分析技术变得愈发重要。在虚拟校园中，进行人机交互的过程中会产生大量的数据存储在后台的数据库中，我们需要一种方法或手段来处理这些数据，并且能够详细地分析数据，然后反馈给虚拟校园系统之中的浏览者，呈现出对它们有用的信息。这种方法或手段就是数据分析技术。
1.3研究意义
在该虚拟校园环境中，尚未入学的大一新生可以进入本学院的标志性建筑（田家炳教育书院）进行相关课程的课堂实景体验，同时通过交互的过程了解本专业的基本情况、开设课程以及就业方向。
上述功能的陈述只是虚拟校园场景中所能实现的其中一个功能，该功能的实现，为后续研究中其他功能的实现奠定了基础，并且对于报考本学校，本专业的学生有很大的帮助，学生可以利用开学前的暑假时间好似亲身体验了校园生活，提前对校园生活尤其是课堂方式的改变、专业相关课程有相应的了解。上述研究意义的陈述，有效地促进了本研究的进行，为校园虚拟现实三维场景整体的设计与实现提供了支持和信心。
2.系统设计
2.1开发设计流程
分析了本研究虚拟校园所要实现的具体功能后，开始进行系统的总体设计。
系统的开发流程：
2.1.1前期
对田家炳教育书院进行照片拍摄和卷尺测量，拍摄的照片经后期处理后，可制作成精美的贴图使用；卷尺测量的数据作为建模的重要依据，校园虚拟现实三维场景中的建筑物体同真实环境中的建筑要具有高度的相似性，因而必须保证卷尺测量数据的精确性。上述操作完成后，开始进行建模，注意建模方法的恰当选择，要求渲染速度尽可能快，能够避免不必要的计算机耗时。
2.1.2中期
了解实现虚拟现实及本研究主要功能的具体方法：
第一种：可以采用高级编程语言VisualC++6.0（简称VC）结合三维图形开发接口OpenGL作为软件开发平台。具体实现是基于面向对象思想进行系统详细设计，包括3D模型设计和3D引擎设计。第二种：利用3DSMax 和DirectX 结合建模，用 DirectX 实现虚拟现实三维场景的交互等功能，开发语言为 C++。第三种：选择利用 VR-Platform 虚拟现实平台创建三维虚拟场景，实现人与环境的交互操作。[4]第四种：选择3Dmax和VRMLPAD作为校园虚拟现实三维场景中建筑模型的建立和实现部分VRML交互的开发工具软件。[5]
第一种：利用高级语言和三维图形开发库的方法来实现虚拟校园中三维场景的功能，其中常用的开发语言是C++，常用的图形开发库是 OpenGL3D、DirectX3D。
第二种：使用专用的三维虚拟开发工具，如：VRML语言（虚拟现实造型语言）。VRML 是一种描述交互式三维世界和对象的文件格式。[3]用于创建三维虚拟场景的工具有很多种，如国内中视典的VR-Platform（简称VRP）是目前被广泛使用的虚拟现实软件平台工具。作为虚拟现实软件开发平台的UE4目前已开始流行。
从上述可以看出实现本研究的功能有多种方法，在深入了解过这些方法的基础上，我们需要做的是根据我们的具体需求选择最为适合的方法，所依据的原则是：高效性、沉浸性、交互性、构想性。
2.1.3后期
选择合适的方法后，开始实现校园虚拟现实三维场景的展示和交互功能。
2.2细节设计
创建一个人物角色后，用户可以用鼠标或键盘控制该角色。
该人物角色到达田家炳大门前时，系统能够自动识别，大门可以自动打开，也就是说实现现实生活中的自动门功能。
角色进入田家炳后，可以穿过走廊，选择进入一间教室，进行课堂实景的呈现，用户能够选择本专业的相关课程进行学习。
在学习的过程中，用户可以同环境中的某些事物实现交互功能。
3.总结
本研究把虚拟校园三维场景与虚拟现实技术相结合，不单单是展示校园的地标性建筑，还结合了本专业学生的需求，运用虚拟现实技术向学生展示本专业的基本情况，这对于入学前的学生是一件很有帮助的事。
【参考文献】
[1]张捷.基于VRML的虚拟校园中交互和动画的设计与实现[J].数字技术与应用，2011，09：36-37.
[2]刘国庆.虚拟校园的建模技术研究[D].中国石油大学，2008.
[3]邱有春.虚拟校园场景建模和漫游系统实现[D].电子科技大学，2009.
[4]马萍.三维虚拟校园立体场景的设计与实现[D].山东师范大学，2013.
[5]徐明娟.三维交互式虚拟校园系统的研究与实现[D].南京航空航天大学，2005.
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