（漯河醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校，河南 漯河 462002）

建設(shè)智慧校園是教育領(lǐng)域在信息化普及及發(fā)展方面的趨勢(shì)，使校園教育朝著科學(xué)、智能、便利、高速、人性化的方向發(fā)展。構(gòu)建具有獨(dú)特意義和有價(jià)值融合的智慧校園，可以促進(jìn)老師與學(xué)生的深度交流，改善師生關(guān)系。智慧校園的教學(xué)模式得到了優(yōu)化，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也得到了創(chuàng)新，大容量信息的高效傳輸，又便利于學(xué)生接受，使他們對(duì)自己的工作、學(xué)習(xí)更加滿意。信息化可視化設(shè)計(jì)在為智慧校園建設(shè)提供有利條件的同時(shí)，也是改變現(xiàn)代校園教育模式、創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式的重要手段。目前，在智慧校園在高速創(chuàng)新發(fā)展建設(shè)階段，如何推進(jìn)智慧校園的信息可視化建設(shè)和發(fā)展，使大數(shù)據(jù)分析、挖掘、公有私有云計(jì)算成為其發(fā)展有效的技術(shù)支撐，為校園師生營(yíng)造一個(gè)科學(xué)、創(chuàng)新智能的學(xué)習(xí)環(huán)境，教學(xué)資源不斷疊加優(yōu)化實(shí)現(xiàn)利用最大化和智慧校園環(huán)境下的信息服務(wù)高度智能化。就是對(duì)一切數(shù)據(jù)記錄化，一切數(shù)據(jù)可視化，充分結(jié)合教學(xué)、管理、生活、科研和服務(wù)的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)各靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接入和呈現(xiàn)。

一、智慧校園

在狹義上，“智慧校園”是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以個(gè)性化服務(wù)為理念，通過(guò)信息化手段，將校園生活、工作、學(xué)習(xí)智慧化，致力于營(yíng)造智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境。大體上說(shuō)，智慧校園是“技術(shù)+教育+管理+服務(wù)+理念”五位一體的整體描述。以教育信息化為背景，運(yùn)用新一代信息技術(shù)，整合共享教育資源，構(gòu)建多元的信息資源平臺(tái)，以滿足信息時(shí)代的教、學(xué)、研需求；以智慧化服務(wù)于多元主體，形成智慧化、一體化教育新模式，為教師、學(xué)生、家長(zhǎng)等提供一個(gè)信息化、智能化的校園教學(xué)系統(tǒng)。

“中國(guó)智慧教育裝備產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟”秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝表示，智慧教育是頂層設(shè)計(jì)，應(yīng)具備的不僅僅是構(gòu)建一個(gè)完整的環(huán)境，而是一個(gè)集制度、教師、學(xué)生于一體的頂層設(shè)計(jì)集，其中智慧校園和智慧教室是構(gòu)建智慧教育環(huán)境的最重要環(huán)節(jié)和最具體的環(huán)節(jié)。然而，智慧課堂，卻是智慧教育、智慧校園和智慧教室中最直截了當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)，它不僅能體現(xiàn)出智慧環(huán)境的知覺(jué)和互動(dòng)性，更重要的是它所蘊(yùn)涵的智慧教學(xué)模式。

二、可視化的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.建模軟件

3 d Studio Max，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為3 d Max或3 ds MAX，是由 Discreet公司（后來(lái)被Autodesk公司合并）開(kāi)發(fā)的基于 PC系統(tǒng)的3d動(dòng)畫(huà)繪制和制作軟件。它的前身是3D Studio系列軟件，基于 DOS操作系統(tǒng)。windows NT之前，工業(yè)級(jí) CG制作是由 SGI圖形工作站壟斷的。3 DStudioMax+Windows NT組合的出現(xiàn)，一下子降低了 CG制作的門(mén)檻，開(kāi)始使用電腦游戲中的動(dòng)畫(huà)制作，之后更多地開(kāi)始參與電影特效制作。繼3 ds max7之后，Autodesk 3 ds Max正式改名為3 ds最新版本3ds max 2021。

2.平臺(tái)軟件

近年來(lái)web得到了快速的發(fā)展。隨著HTML5的普及，網(wǎng)頁(yè)的表現(xiàn)能力越來(lái)越強(qiáng)大。網(wǎng)頁(yè)上已經(jīng)可以做出很多復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)，精美的效果。但是，人總是貪的。那么，在此之上還能做什么呢？其中一種就是通過(guò)WebGL在網(wǎng)頁(yè)中繪制高性能的3D圖形。

?OpenGL，WebGL到Three.js

OpenGL大概許多人都有所耳聞，它是最常用的跨平臺(tái)圖形庫(kù)。WebGL是基于OpenGL設(shè)計(jì)的面向web的圖形標(biāo)準(zhǔn)，它提供了一系列JavaScript API，使圖形渲染能夠利用圖形硬件實(shí)現(xiàn)更高的性能。js是一個(gè)易于使用的圖形庫(kù)，它通過(guò)封裝和簡(jiǎn)化 WebGL接口而形成。簡(jiǎn)單點(diǎn)的說(shuō)法：WebGL可以看成瀏覽器給我們提供的接口，在javascript中可以直接用這些API進(jìn)行3D圖形的繪制。而Three.js就是在這些接口上又幫我們封裝得更好用一些。

?WebGL與Three.js對(duì)比

既然有了WebGL，我們?yōu)槭裁催€需要Three.js？這是因?yàn)閃ebGL門(mén)檻相對(duì)較高，需要相對(duì)較多的數(shù)學(xué)知識(shí)。雖然WebGL提供的是面向前端的API，但本質(zhì)上WebGL跟前端開(kāi)發(fā)完全是兩個(gè)不同的方向，知識(shí)的重疊很少。相關(guān)性只是他們都在web平臺(tái)上，都是用javascript而已。一個(gè)前端程序員或許還熟悉解析幾何，但是還熟悉線性代數(shù)的應(yīng)該寥寥無(wú)幾了，更何況使用中強(qiáng)調(diào)矩陣運(yùn)算中的物理意義，這在教學(xué)中也是比較缺失的。因此，前端工程師想要短時(shí)間上手WebGL還是挺有難度的。于是，Three.js很好地封裝了 WebGL提供的接口，簡(jiǎn)化了許多細(xì)節(jié)，并且大大降低了學(xué)習(xí)成本。而且 WebGL的靈活性幾乎沒(méi)有損失。

3.應(yīng)用軟件

基于校園可視化地圖的基礎(chǔ)，學(xué)校傳統(tǒng)的系統(tǒng)軟件可以改造升級(jí)，以可視化為載體進(jìn)行更加直觀地展示，如資產(chǎn)管理、攝像頭管理等。可視化校園也可以為學(xué)校的大數(shù)據(jù)分析提供新的呈現(xiàn)載體，讓數(shù)據(jù)真正的可視化。

三、可視化設(shè)計(jì)分析

1.框架結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。資源數(shù)據(jù)是信息可視化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，需要通過(guò)電子設(shè)備和人工采集整理等手段進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)生成、收集、處理、媒體呈現(xiàn)、受眾5個(gè)層次。在校園環(huán)境基本穩(wěn)定的前提下，可視化設(shè)計(jì)主要通過(guò)數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和最終數(shù)據(jù)來(lái)體現(xiàn)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集部分、處理決策部分和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)采集部分采用布點(diǎn)分布圖，顯示部分根據(jù)交互式分段設(shè)計(jì)。在智慧校園可視化設(shè)計(jì)的背景下，利用可視化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用圈結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)（受眾），然后收集數(shù)據(jù)，獲取所需的數(shù)據(jù)信息，完成決策處理和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，再進(jìn)行媒體展示（設(shè)計(jì)），再根據(jù)媒體展示或設(shè)計(jì)，完成新的數(shù)據(jù)生產(chǎn)（受眾），如此循環(huán)。視覺(jué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用圈相互補(bǔ)充，相互依存。交互式部分的設(shè)計(jì)框架。交互式部分作為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，著重于網(wǎng)頁(yè)端的設(shè)計(jì)，用戶客戶端的設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)主要有可視化基本結(jié)構(gòu)、GUI組件、任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)?？梢暬O(shè)計(jì)是一個(gè)可供人有效處理的圖形系統(tǒng)，它由圖形空間、圖形屬性等構(gòu)成，可視化弱化了文字及傳統(tǒng)數(shù)字的信號(hào)的晦澀難懂，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將若干復(fù)雜的、多樣的媒體信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖形、圖像、圖標(biāo)等，使之更加簡(jiǎn)化。當(dāng)前大熱的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是基于可視化技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，方便實(shí)際操作。交互式部分的設(shè)計(jì)，要有整體的任務(wù)流程，然后完成交互操作設(shè)計(jì)，視覺(jué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用戶界面組件設(shè)計(jì)，多種設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)，最終形成用戶圖形反饋。

2.信息可視化的應(yīng)用案例

透過(guò)“即時(shí)新加坡”的視覺(jué)設(shè)計(jì)，市民每天可以看到不同的入境資訊、交通實(shí)時(shí)狀況、天氣轉(zhuǎn)變分析等，各維度的資料及基本構(gòu)架都以互動(dòng)式的度數(shù)據(jù)資訊呈現(xiàn)在市民面前，讓政府或個(gè)人，都能隨時(shí)了解所需的資訊。西方智慧公民系統(tǒng)，它收集和分享該地區(qū)的位置地理信息、移動(dòng)寬帶、智能基礎(chǔ)設(shè)施，主要是把人、環(huán)境和城市聯(lián)系在一起，以便綜合優(yōu)化資源、技術(shù)和服務(wù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)，我們可以隨時(shí)了解當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r，各種有時(shí)效的事件，以及相關(guān)實(shí)時(shí)信息等等。

3.關(guān)于信息化條件下的智慧校園可視化建設(shè)對(duì)策

首先，以師生需求為本，以學(xué)校師生的需求為本，在以老師學(xué)生需求為本的條件下，經(jīng)過(guò)成果研究，兼顧管理和技術(shù)兩個(gè)方面，構(gòu)建和諧穩(wěn)定、高效安全、持續(xù)發(fā)展的信息化條件下的智慧校園。其次，要進(jìn)一步符合智慧校園系統(tǒng)多樣化設(shè)計(jì)的要求，如有線接入端設(shè)計(jì)、手機(jī)移動(dòng)端設(shè)計(jì)、室外屏設(shè)計(jì)等；將三種方法結(jié)合起來(lái)，可以更加全面、有效地提供校園范圍內(nèi)的信息和數(shù)據(jù)。并將學(xué)校原有的各種資料統(tǒng)一整合在一起。在服務(wù)平臺(tái)上也可以加入各種種子系統(tǒng)，比如用戶的個(gè)性空間和簡(jiǎn)單的交流聊天，方便用戶高效使用的視覺(jué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)與用戶的黏性。在未來(lái)社會(huì)，信息可視化設(shè)計(jì)除了滿足校園需求和校內(nèi)人員相互交流外，還能與各高校進(jìn)行溝通，實(shí)時(shí)共享各高校的最新信息。學(xué)校之間的聯(lián)系在教育教學(xué)過(guò)程中十分重要，每一個(gè)學(xué)校都可以通過(guò)其服務(wù)平臺(tái)，共享各自優(yōu)秀的學(xué)科資源，還可以將知名企業(yè)和政府資源整合到校園系統(tǒng)中，使學(xué)校資源得到最大的利用。學(xué)校在管理過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況和需要自行進(jìn)行管理，不同用戶也可以根據(jù)自己的需要和熟悉的部位選擇應(yīng)用。透過(guò)這個(gè)跨越學(xué)校、平臺(tái)、行業(yè)的完整系統(tǒng)，為校園內(nèi)的師生提供更好的智慧平臺(tái)。

可視化智能校園是未來(lái)學(xué)校發(fā)展的一個(gè)重要方向，因?yàn)閿?shù)據(jù)可視化以圖形、圖像等更為生動(dòng)、更易理解的方式來(lái)展現(xiàn)數(shù)據(jù)的大小、詮釋數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和發(fā)展趨勢(shì)，以便更好地理解及使用數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果。換句話來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)可視化為通過(guò)圖表將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，使數(shù)據(jù)更加系統(tǒng)地呈現(xiàn)，它可以大大方便和豐富校園中每一個(gè)人的生活，因此，對(duì)智能校園的研究也很多，將三維建模與可視化技術(shù)應(yīng)用于校園中，作為智能校園的虛擬平臺(tái)，在改變現(xiàn)有三維建模與可視化技術(shù)的現(xiàn)狀后，可以大大提高智能校園的交互性和服務(wù)范圍。