王紹壘 胡帥勇 李剛 熊越

摘 要：文章將新的Unreal Engine4引擎建設(shè)理念應(yīng)用于虛擬校園游覽建設(shè)中，并在此基礎(chǔ)上對(duì)虛擬校園游覽的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)和文化方面等進(jìn)行了綜合分析，從而探討了虛擬校園游覽在新潛力下的價(jià)值與意義。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；VR技術(shù)；校園游覽

[項(xiàng)目名稱(chēng)：校園數(shù)字化展示與虛擬交互瀏覽平臺(tái)建設(shè)——以衡陽(yáng)師范學(xué)院東校區(qū)為例，項(xiàng)目編號(hào)：C1710；項(xiàng)目名稱(chēng)：湖南省傳統(tǒng)古鎮(zhèn)中田村VR+數(shù)字化展示。項(xiàng)目編號(hào)：校科字[2017]2號(hào)-16]

現(xiàn)階段對(duì)于虛擬校園游覽大部分停滯在世界上首個(gè)WebVR的語(yǔ)言VRML階段，VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，VRML的應(yīng)用在科技發(fā)展的今天弊端越來(lái)越突顯，一方面交互功能的擴(kuò)展為JAVA語(yǔ)言這使得運(yùn)行速度減慢，并且要下載各種插件之后才能用；另一方面制作繁瑣畫(huà)質(zhì)較差不能打包和編譯，估計(jì)沒(méi)有人能夠忍受VRML近乎幼稚的效果。想要虛擬校園更好地發(fā)展必須要一個(gè)能夠克服這些缺點(diǎn)的制作方式，而現(xiàn)階段Unreal Engine4引擎的出現(xiàn)為虛擬校園的繼續(xù)發(fā)展提供了新的潛力，那么在新潛力下的虛擬校園游覽的價(jià)值意義何在？

一、新理念下的虛擬校園游覽

虛擬校園游覽在技術(shù)方面為虛擬校園的發(fā)展提供新的理論依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個(gè)階段：有聲形動(dòng)態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的第一階段（1963年以前）；虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽為第二階段（1963-1972年）；虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1973-1989年）；虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段（1990-2004年）。到現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也繁多，技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快速，制作方法也由繁入簡(jiǎn)，由開(kāi)始的VRML一直發(fā)展到現(xiàn)在的Unreal Engine4引擎等。

本虛擬校園游覽拋棄了舊的VRML虛擬校園游覽的理念轉(zhuǎn)而進(jìn)入U(xiǎn)nreal Engine4引擎虛擬校園游覽理念，Unreal Engine4引擎虛擬校園游覽模式是通過(guò)程序語(yǔ)言和數(shù)學(xué)建模生成可執(zhí)行程序供虛擬游覽。該技術(shù)屬于虛擬化技術(shù)的一種，利用3D圖像引擎技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的虛擬。利用C++程序語(yǔ)言基于Epic公司提供的Unreal Engine4引擎開(kāi)源API重新封裝了一個(gè)3D圖像引擎并構(gòu)建一個(gè)“世界”類(lèi)，該類(lèi)定義了初始觀測(cè)的起點(diǎn)邏輯和面向FBX模型的兼容性模式并且派生出了一系列子類(lèi)，該系列子類(lèi)能編寫(xiě)基于場(chǎng)景的操作和數(shù)據(jù)處理。并且還搭建了一個(gè)測(cè)試專(zhuān)用的Debug Editor IDE（Integrated Development Environment，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境），并在IDE中重新封裝了可供美工人員建模的框架和可供非編程人員使用的可視化腳本“藍(lán)圖”。將該IDE遞交給美工人員，美工人員完成場(chǎng)景搭建后再由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試封裝成可運(yùn)行程序，與傳統(tǒng)的由程序員搭建場(chǎng)景和產(chǎn)品測(cè)試的開(kāi)發(fā)模式相比具有很強(qiáng)的靈活性和高效性。

重新封裝的3D圖像引擎利用了C++語(yǔ)言面向?qū)ο蟮奶匦源蟠笤黾恿舜a的可重用性和運(yùn)行的效率，相比用C語(yǔ)言搭建或重新封裝的圖像引擎擁有更加真實(shí)的圖形計(jì)算能力。

為解決跨平臺(tái)IO流映射問(wèn)題，使得不同平臺(tái)之間游覽者能使用相應(yīng)的控制器進(jìn)行場(chǎng)景的互動(dòng)，創(chuàng)建一個(gè)虛擬控制器，使得不同平臺(tái)的控制器電氣接口對(duì)于負(fù)責(zé)場(chǎng)景搭建和測(cè)試的策劃人員是透明的，策劃人員只需要在IDE中編寫(xiě)簡(jiǎn)單的腳本就能創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景中的可互動(dòng)操作。

為加強(qiáng)程序的運(yùn)行效率和降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求，應(yīng)使用異步加載和高模拓?fù)涞湍＜夹g(shù)。

高模拓?fù)涞湍Ｊ侵竿ㄟ^(guò)將具有高細(xì)節(jié)、高面數(shù)的模型按照UV展開(kāi)成二維平面，然后在其基礎(chǔ)上繪制貼圖，將貼圖烘焙出來(lái)，再按照高模的細(xì)節(jié)拓?fù)涞降图?xì)節(jié)、低面數(shù)的模型中，以此將高模的計(jì)算用貼圖來(lái)替代。以本項(xiàng)目場(chǎng)景中所有模型總面數(shù)為例，場(chǎng)景中所有高細(xì)節(jié)、高面數(shù)模型超過(guò)到500000個(gè)面，每個(gè)面以單獨(dú)坐標(biāo)形式將會(huì)產(chǎn)生1500000坐標(biāo)信息。若將模型直接用于場(chǎng)景中，計(jì)算機(jī)將需要直接處理超過(guò)5000000個(gè)面和超過(guò)1500000坐標(biāo)信息。若將高細(xì)節(jié)、高面數(shù)模型進(jìn)行拆分、烘焙、拓?fù)涞忍幚碇竽軐⒚鏀?shù)壓縮到8000-10000。數(shù)據(jù)的壓縮效率達(dá)到90%以上，可以大大增加計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率。

異步資源加載指的是在程序加載場(chǎng)景資源的時(shí)候并沒(méi)有100%加載資源，而是將將要加載的資源排入資源注冊(cè)表的隊(duì)列中去。程序運(yùn)行的時(shí)候?qū)?huì)優(yōu)先加載入口對(duì)象即起點(diǎn)附近的場(chǎng)景資源，離入口對(duì)象近的對(duì)象將會(huì)優(yōu)先排入資源注冊(cè)表的隊(duì)列中等待被加載，加載完成的對(duì)象將會(huì)被釋放等待下一次被加載，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增加內(nèi)存的利用率。即使場(chǎng)景資源量非常大，需要分塊加載，但是通過(guò)這種技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景資源的無(wú)縫加載并且能使場(chǎng)景運(yùn)行幀數(shù)穩(wěn)定在每秒25～30幀的區(qū)間內(nèi)。該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的沙盒化，使場(chǎng)景更加符合現(xiàn)實(shí)。

二、積極響應(yīng)政策把握主動(dòng)先機(jī)

教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及虛擬校園，虛擬校園游覽是對(duì)其的積極影響。

2016年8月26日，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于請(qǐng)組織申報(bào)“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域創(chuàng)新能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)的通知》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《通知》）指出，我國(guó)要建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室。針對(duì)我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用戶(hù)體驗(yàn)不佳等問(wèn)題，建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用創(chuàng)新平臺(tái)，支撐開(kāi)展內(nèi)容拍攝、數(shù)據(jù)建模、傳感器、觸覺(jué)反饋、新型顯示、圖像處理、環(huán)繞聲、（超）高清晰度高處理性能終端、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)測(cè)試等技術(shù)的研發(fā)和工程化，實(shí)現(xiàn)對(duì)行業(yè)公共服務(wù)水平的提升。申報(bào)單位需具備虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品集成研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力，并在體育直播、軍事、教育等領(lǐng)域取得應(yīng)用。

這一系列的社會(huì)認(rèn)可代表著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在虛擬校園游覽中是一種必然的歷史趨勢(shì)。

三、拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)道路把握經(jīng)濟(jì)主流

虛擬校園游覽在經(jīng)濟(jì)方面拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)如今虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域猶如三國(guó)時(shí)期各種理念和產(chǎn)品層出不窮，每一種產(chǎn)品和理念的出現(xiàn)都會(huì)拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)的道路，這條路是所有人一步一步摸索出來(lái)的，虛擬校園的出現(xiàn)也定會(huì)為虛擬現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)增加一把助力。

由上面的KZero對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)的調(diào)查預(yù)測(cè)可得知2018預(yù)測(cè)消費(fèi)虛擬現(xiàn)實(shí)的全球活躍用戶(hù)將會(huì)超過(guò)1.7億，虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)收入也會(huì)同比增加。因此學(xué)校也應(yīng)把握主流趨勢(shì)發(fā)揮虛擬校園游覽的價(jià)值。

四、把握校園文化促進(jìn)和諧發(fā)展

虛擬校園游覽在校園文化方面具有促進(jìn)校園的和諧發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。虛擬校園游覽對(duì)校園文化建設(shè)的促進(jìn)主要體現(xiàn)在校園精神方面的學(xué)校影響力和學(xué)校認(rèn)可度兩個(gè)方面

（一）提升學(xué)校影響力

虛擬校園游覽作為一種展示工具，可作為一個(gè)標(biāo)桿式的展示，而這種展示是一種學(xué)校實(shí)力的認(rèn)證，也就是學(xué)校信息實(shí)力的認(rèn)證，因此在同等或高等的學(xué)校當(dāng)中這種虛擬現(xiàn)實(shí)的校園展示就是一種對(duì)校園文化的展示，在內(nèi)部展現(xiàn)校園的布局風(fēng)光等，往往校園中的布局和學(xué)院文字也是此學(xué)校的校園文化的側(cè)面反映。

（二）增加學(xué)校認(rèn)可度

校園建筑和校園標(biāo)志在虛擬校園中的出現(xiàn)和展示，使不了解本校園文化的各界社會(huì)人士都會(huì)有一種初步的認(rèn)識(shí)，這也是側(cè)面對(duì)校園文化做了一種宣傳，增加了社會(huì)各界對(duì)校園的認(rèn)可度。

由于筆者知識(shí)水平的局限性以及相關(guān)材料的不足還有一些內(nèi)容未作探討，同時(shí)，許多觀點(diǎn)難免主觀、論述也不夠全面。因此，懇請(qǐng)各位專(zhuān)家批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]KZero.Virtual Reality Software Revenue Forecasts 2014-2018[z].www.kzero.co.uk，2014.

[2]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史[Z].科普中國(guó)，2015-09-08.

[3]張秀梅.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)想要成主流還需跨越五個(gè)障礙[Z].騰訊數(shù)碼.2014-10-13.

[4]發(fā)改辦高技[2016]1919號(hào).國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于請(qǐng)組織申報(bào)“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域創(chuàng)新能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)的通知.國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳.2016-8-26.

[5]王庭照，許琦，趙微.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在特殊兒童教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2013，（03）.

[6]馬沖宇，陳堅(jiān)林.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)輔助語(yǔ)言教學(xué)——理論、方法與技術(shù)[J].外語(yǔ)電化教學(xué)，2012，（06）.

[7]王金崗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2011，（23）.

[8]張建武，孔紅菊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電化教育研究，2010，（04）.

[9]林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學(xué)的理論與實(shí)踐[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，（01）.

[10]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國(guó)科學(xué)（F輯：信息科學(xué)），2009，（01）.

作者單位：

衡陽(yáng)師范學(xué)院美術(shù)學(xué)院