（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院 安徽 蚌埠 233000）

0.引言

當前VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為前沿技術(shù)之一，通過虛擬現(xiàn)實建模語言技術(shù)、開放式圖形庫技術(shù)、視覺場景技術(shù)和多細節(jié)層次技術(shù)等，完成對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的搭建。設計虛擬校園系統(tǒng)時，應對校園內(nèi)部整體環(huán)境進行分析，通過技術(shù)人員對主道路和標志性建筑物的測量，構(gòu)建校園系統(tǒng)的基本框架。對校園系統(tǒng)內(nèi)部進行實體建模，使其更具真實性，提升用戶的體驗度，通過對建筑和植被等進行細節(jié)優(yōu)化，使用戶對校園環(huán)境認知更深刻。構(gòu)建虛擬校園系統(tǒng)，通過節(jié)點技術(shù)的優(yōu)化，可提升用戶與校園的交互。

1.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality）通過計算機技術(shù)可實現(xiàn)對虛擬世界的構(gòu)建，為體驗者提供三維立體性虛擬環(huán)境，通過全景式立體展現(xiàn)可使體驗者融入到體驗環(huán)境中。隨著技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)VR技術(shù)已廣泛應用到各個領域之中，如遠程可視性操控、網(wǎng)絡分布式計算技術(shù)、VR成像等。VR虛擬現(xiàn)實在設計過程中，以構(gòu)建整體虛擬環(huán)境為基礎，使體驗者可沉浸在虛擬環(huán)境，并產(chǎn)生相應的交互行為，以此為理念進行對虛擬世界的設計。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)原理

虛擬現(xiàn)實技術(shù)由于涉及領域較多，其技術(shù)較為復雜，需各項技術(shù)進行獨立工作但彼此間應產(chǎn)生相應的聯(lián)動功能。其主要技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實建模語言技術(shù)（VRML）、開放式圖形庫技術(shù)（OpenGL）、視覺場景技術(shù)（Viewpoint）、多細節(jié)層次技術(shù)（LOD）。

VRML技術(shù)在運行過程中一般以現(xiàn)實世界為參照物，對現(xiàn)實場景進行模型式構(gòu)建，并采集相應信息，通過比例式成像，在虛擬世界進行建模。VRML技術(shù)具有良好的兼容性，可在不同平臺進行設計與實現(xiàn)，在其運行過程中，可對體驗者進行行為監(jiān)控，防止因操作行為不當造成事故，在體驗者進行相應的行為動作時，VRML技術(shù)可進行對虛擬環(huán)境改變，為體驗者提供真實性。VRML技術(shù)是一種建模語言技術(shù)，其可增強信息環(huán)境的交互性，通過信息解釋功能，將對象、行為目標和信息語言進行融合，使整體虛擬環(huán)境更加真實。VRML在虛擬環(huán)境中其技術(shù)主要目標為虛擬節(jié)點，在虛擬環(huán)境進行構(gòu)建中，當環(huán)境結(jié)構(gòu)較為復雜時，一般以節(jié)點作為拆分單元，使其在運行過程中，通過對節(jié)點的組合利用進行重復性定義，使其參與到構(gòu)建場景中。

OpenGL技術(shù)通過開放式圖形庫，可由基本元素為主，對環(huán)境信息的模型進行函數(shù)型繪制，通過其元素的構(gòu)建形式，可對曲面、三維立體模型進行繪制，其在繪制過程中通過元素基本和投影基本進行繪制函數(shù)間的轉(zhuǎn)變，通過無縫式銜接狀態(tài)，可減少計算時間，提升成像速度。OpenGL技術(shù)通過外接設備來實現(xiàn)，其屬于程序式接口，與系統(tǒng)硬件運行方式不同，可在多平臺進行轉(zhuǎn)換，其具有融合性，可兼容平臺格式文件并實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

Viewpoint技術(shù)作為視覺場景技術(shù)，通過對圖像進行采集與存儲，可為環(huán)境提供豐富資源。通過技術(shù)對場景的設置，將三維圖像進行多角度審查，對陰影部位進行參數(shù)設置，并對光線進行優(yōu)化，使虛擬環(huán)境更具真實性。

LOD技術(shù)通過多細節(jié)層次的展示，提升體驗者對虛擬環(huán)境的認可度，增強體驗者的沉浸感。體驗者在進行運動中，通過對動作所經(jīng)歷的場景進行細節(jié)優(yōu)化，提升成像速度，將虛擬場景內(nèi)部的動態(tài)性質(zhì)進行優(yōu)化，降低交互延遲，防止在體驗者視角中發(fā)生頓挫感。

2.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬校園系統(tǒng)中的設計

2.1 多媒體教室設計

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過將技術(shù)在虛擬和現(xiàn)實之間轉(zhuǎn)換，使體驗者有身臨其境的感受。其可用在多媒體教室之中，通過計算機網(wǎng)絡技術(shù)完成對三維立體模型的構(gòu)建，使學生感受到學習環(huán)境，并可進行實時溝通。計算機網(wǎng)絡由于其數(shù)據(jù)信息發(fā)達，可進行實時搜索，并通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)將信息進行三維化立體展示，增加學生對內(nèi)容的掌握，通過立體化教學方式可提升學生的學習興趣。在多媒體教學系統(tǒng)中，學生可通過知識內(nèi)容的立體化展示，使學生加深對知識的了解程度，通過實時性教學，可為學生提供便捷的學習方式，同時可將傳統(tǒng)教學方式的教學方法進行優(yōu)化，學生在學習過程中，可對問題進行系統(tǒng)性提問，通過在三維模型上進行留言，使教師及時對學習情況進行了解。通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)可對多媒體教室教學系統(tǒng)進行異步式通信處理，將信息傳遞進行針對性處理，以留言和提醒的方式，豐富教學方式，也可開展相應的活動及講座，提升學生的參與度。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)可對虛擬學校進行建模，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)操控性教學，體現(xiàn)出遠程教學的優(yōu)勢。在對多媒體教室進行設計時，應從虛擬建模和多媒體操控功能進行相應優(yōu)化性設計，使學生體驗到良好的教學環(huán)境，在教學過程中感受到三維教學的魅力；對多媒體操控功能進行設計，便于聲音的傳播和教師對系統(tǒng)進行操控。學生在多媒體教室上課時，可通過對知識進行網(wǎng)頁式多渠道信息瀏覽，并可使用其視屏功能，對內(nèi)容知識點進行延伸式講解，教課可通過學生的操作模式來了解學生的學習情況，并及時作出指導，提升整體教學質(zhì)量。

2.2 校園漫游設計

通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)對校園進行設計時，由于校園單位基數(shù)較大，其具有一定的空間性，應選好參照物，并確定單位之間的關(guān)系，將整體校園進行模塊式劃分，使每個模塊都有相應的參照點，當校園整體面積較大時，應進行精準定位，明晰整體校園框架。在對校園進行系統(tǒng)設計時，首先可將校園內(nèi)道路主干道作為參照標準進行平面式建模，以主縱向干道和主橫向干道的交匯點作為起點，并對其進行精準定位，通過對道路進行模塊式建立，使校園整體路徑得到二維式建立，在逐級對副干道進行建模，以逐層遞減的構(gòu)建方式，明確校園的整體路徑。其次應對校園內(nèi)標識性較高的建筑物進行三維式建模，將其與校園路徑進行比例式縮放，使其達到虛擬真實性。在對建筑進行三維建模時，應依據(jù)其具體構(gòu)建環(huán)境和實際需求，進行鏤空式建模和實體式建模，使其達到做優(yōu)化效果，鏤空式建模適用于建筑物內(nèi)單位數(shù)量較多且具有單一性，整體結(jié)構(gòu)處于定性思維的建設方式，一般用于教學樓、師生宿舍樓和綜合樓等。實體式建模適用于對建筑物內(nèi)部要求細致理解，對建筑內(nèi)單元的還原度要求較高等，在設計過程中應對細節(jié)進行優(yōu)化，使體驗者了解校園建筑及內(nèi)在意義，一般用于圖書館、體育館和實訓樓等。在進行實際設計時應對鏤空式樓體進行優(yōu)先建模，其具有簡易性和大眾性，內(nèi)部構(gòu)造和部分樓體具有相似性，通過由簡入繁的設計模式，對其他樓體和復雜建筑物進行設計和改造，在系統(tǒng)內(nèi)以立體化的方式表現(xiàn)出來。再次對校園內(nèi)部整體進行景觀進行建模，對樹木、植被、公共設施、路燈等進行構(gòu)建，使校園內(nèi)部場景更加真實，體驗者在進行虛擬體驗時，可對校園進行全面理解，加強整體的兼容性。最后對道路、建筑和校內(nèi)小型設施等進行模型優(yōu)化，使其融合成為整體，令其細節(jié)可完美展示，達到建模最終目的。

2.3 標識導向設計

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在進行設計時，通過對校園內(nèi)部的標識導向進行設計，對校園內(nèi)細節(jié)進行優(yōu)化，可提升用戶的體驗度，在用戶進行視覺移動時，可對虛擬世界進行實地性了解。技術(shù)人員在對標識導向體系設計之前，應對校園進行了解，清楚標識特點，以用戶的角度去進行分析，對標識細節(jié)進行優(yōu)化。將校園內(nèi)部通過CAD模型精心基礎構(gòu)建，使其進行二維模型的構(gòu)建，提供校園內(nèi)部建?；A，技術(shù)人員對校園內(nèi)部環(huán)境進行實地取景拍攝，重要地點可采取錄像的方式，進行動態(tài)圖像采集，將圖像與CAD模型相融合，完成三維立體圖像的構(gòu)建，以此為基準進行模型的導出。通過開放式圖片成像技術(shù)，為其提供大量的圖片信息，經(jīng)過程序間的運算，使圖片信息進行三維立體化展示，提升用戶對虛擬環(huán)境的融入感。

3.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬校園系統(tǒng)中的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)信息采集

為實現(xiàn)虛擬校園系統(tǒng)，需進行數(shù)據(jù)信息的采集，其可為整個系統(tǒng)提供建?；A，工作人員在進行采集過程中，由于校園占地較大，單位基數(shù)較高，提升了采集難度，此過程需要消耗大量的人力和物力。設計人員在進行設計時，應對整體校園環(huán)境進行分析，對標志性建筑物和標志性道路等進行查看，以其作為基準，并采取相應的測量方式，對其進行精準測量，使其達到虛擬真實性。設計人員應對其實際特性進行分析，考慮虛擬現(xiàn)實中場景切換的問題，對其進行多角度拍攝和錄像，使其具有可查看性，提升用戶的體驗。應對圖片和錄像信息等進行范圍性搜索，通過合理的場景對其進行搭配，提升虛擬現(xiàn)實場景中的流暢感，使用戶得到暢快體驗。設計人員通過對主體道路和標志性建筑物進行采集信息后，進行相應的貼圖，使虛擬現(xiàn)實場景具有三維立體化，信息采集時，應對校園內(nèi)部的細節(jié)進行優(yōu)化，通過對植被、公共設施等進行直觀性描述，提升用戶的體驗度。

設計人員在進行采集校園信息時，一般以圖像資料為主。圖紙資料作為校園內(nèi)部概括性資料等，其通過對學校進行范圍性收集，對學校的整體地形地貌信息進行收集，方便整體校園輪廓的建模；對標志性建筑物景觀信息進行收集，可提供相應的參照物方便工作人員進行設計；對校園內(nèi)部規(guī)劃圖紙進行收集，與實際環(huán)境相對比，使虛擬真實環(huán)境的建模信息得到填充和優(yōu)化。貼圖資源以后期加工的方式為主，工作人員在進行采集信息時出現(xiàn)紕漏時，在后期可對信息進行重新采集，并進行相應的貼圖PS，完善建模信息，當校園環(huán)境由于外界因素發(fā)生變化時，設計人員也通過及時的采集信息，使虛擬現(xiàn)實環(huán)境得到更新。在進行貼圖資料的過程中，透明式貼圖以滲透融合為主，通過將原始圖片信息進行貼合處理，使其在加工過程中得到細節(jié)優(yōu)化，技術(shù)人員可通過透明式貼圖技術(shù)對圖片信息進行相應的關(guān)聯(lián)性操作，使圖片信息在整體建模過程中更為流暢。在不透明貼圖中，是通過將圖片信息直接作用于原始資料中，將其以覆蓋的形式，并通過相應的PS技術(shù)，使原始環(huán)境改變，可在整體系統(tǒng)制作后期進行實時更改，易于設計人員操作。

3.2 實物建模

通過其對校園內(nèi)部表面環(huán)境進行信息采集，將構(gòu)建出校園整體框架，對校園內(nèi)部的實物進行建模使其更具備真實性。對標志性建筑物進行建模，通過對建筑物進行結(jié)構(gòu)分析，并以三維式幾何圖形構(gòu)建法，來構(gòu)建實體框架，設計人員在進行設計時，依照整體的尺寸進行分析，通過比例式縮放，加強建筑物與周邊環(huán)境的融合度。對整體框架構(gòu)建之后，應對建筑物門窗、線條和墻體等進行細節(jié)性優(yōu)化，增強虛擬環(huán)境的真實性，使體驗者通過虛擬環(huán)境對校園內(nèi)部的真實環(huán)境了解更透徹。在對校園內(nèi)部建筑物進行構(gòu)建時，以建筑物復雜程度為基準，當其外觀形狀較為規(guī)則時，其整體結(jié)構(gòu)與校園內(nèi)部其它建筑物相一致時，可通過貼圖的方式對建筑物進行建模，節(jié)省設計人員的工作時間。當對形狀較為復雜的建筑物進行建模時，且建筑物具備單獨的特性時，不能通過貼圖的方式進行加工，可采取三維構(gòu)建法對其進行立體構(gòu)建，使其具備相應的特性，并將建筑物進行多角度信息采集，通過此種方式將圖片信息進行細節(jié)化貼合，使建筑物具備完整性。通過對校園內(nèi)部標志性建筑物建模后，應對其植被景觀等進行建模，進而使用戶對校內(nèi)的生態(tài)環(huán)境進行正確的認知。在進行對植被景觀進行建模時，一般以樹木、草坪和花朵為主，在對樹木模型進行構(gòu)建時，設計人員應對其進行測量，并依據(jù)參照物將其位置進行正確擺放，以其達到虛擬環(huán)境的真實效果，應對樹木的紋理進行具體建模，通過照片信息采集，技術(shù)人員進行交互式照片影像映射，通過對其模型進行三維式立體構(gòu)建，以期達到樹木模型的正確構(gòu)建。技術(shù)人員需對樹木進行多角度照片信息采集，根據(jù)陽光的直射角度，對樹木的陰影范圍進行信息采集，在建模時，可通過貼圖的方式對樹體進行陰影式優(yōu)化，對其覆蓋區(qū)域應采取透明式底片處理，通過對細節(jié)的優(yōu)化，可提升用戶的體驗感。在對植被和花朵進行建模時，可將草坪的紋理直接覆蓋于二維平面之上，方便設計人員對其進行建模，在對校園內(nèi)部花朵進行建模時，技術(shù)人員對其進行多角度信息采集，調(diào)整圖片信息的擺放方式，對其進行相應的復制性建模，提升工作效率。

3.3 虛擬現(xiàn)實場景互動

實現(xiàn)虛擬校園環(huán)境，應以用戶體驗角度為出發(fā)點，在進行相應的設計時，重點突出其交互性，提升用戶的體驗感。虛擬現(xiàn)實建模語言技術(shù)可為虛擬現(xiàn)實環(huán)境提供相應的交互功能，當用戶在進行方位移動時，自動對當前的整體環(huán)境進行改變，達到視覺轉(zhuǎn)換的基本效果，通過系統(tǒng)內(nèi)虛擬模型的方位性轉(zhuǎn)變，達到場景之間的成像切換，提升虛擬環(huán)境的真實性。虛擬校園在進行系統(tǒng)交互時，由節(jié)點交互和編程節(jié)點為主要模式，完成系統(tǒng)的交互功能。在進行節(jié)點交互時，可通過虛擬環(huán)境現(xiàn)場之間的節(jié)點交互、感應器節(jié)點交互、對應性插值節(jié)點交互等，進行三維空間的節(jié)點交互，使用戶在進行行為動作時，通過傳感交互使場景發(fā)生相應的變化，完成虛擬環(huán)境系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。編程節(jié)點作為程序式操控，對虛擬校園系統(tǒng)進行程序編寫，通過對校園信息的采集，以靜態(tài)類型語言（Java）和動態(tài)類型語言（JavaScript）進行相應程序編寫，對校園內(nèi)部信息進行分析，通過靜態(tài)與動態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)與用戶之間的交互。通過用戶在系統(tǒng)中的行為動作，使系統(tǒng)進行節(jié)點捕捉，以Route命令進行節(jié)點的傳輸，達到對虛擬校園場景的基本切換，提升用戶與校園虛擬系統(tǒng)的交互感。

4.結(jié)語

綜上所述，通過對VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行概括，對其核心技術(shù)進行分析，并通過設計完成對虛擬校園系統(tǒng)的構(gòu)建。在進行對校園系統(tǒng)內(nèi)部進行建模時，應對建筑和道路進行實體測量，并在校園虛擬系統(tǒng)中進行比例式建模，在建模過程中，應進行細節(jié)優(yōu)化，使虛擬校園環(huán)境更真實。通過節(jié)點感應技術(shù)，使用戶在進行相應動作行為時，可對節(jié)點進行精準捕獲我，完成節(jié)點的運動軌跡，使用戶眼前呈現(xiàn)的景象更加具有流暢性。