楊芳萍 王鵬飛

摘要：隨著數(shù)字校園的快速發(fā)展，虛擬校園也開(kāi)始進(jìn)入人們的眼簾，規(guī)劃虛擬校園已成為高校發(fā)展的必然趨勢(shì);本論述根據(jù)隴東學(xué)院的基本情況，采用3dsMax將收集的數(shù)據(jù)、使用CAD繪制的圖紙進(jìn)行建模，并通過(guò)采用支撐多平臺(tái)的游戲開(kāi)發(fā)工具Unity3D的插件實(shí)現(xiàn)粒子等效果，完成了學(xué)校虛擬場(chǎng)景的創(chuàng)建，使用戶能夠身臨其境的感受到真實(shí)場(chǎng)景;采用JSP開(kāi)發(fā)技術(shù)、使用多維數(shù)據(jù)全組合編碼公式優(yōu)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)技術(shù)，改進(jìn)多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，解決數(shù)據(jù)信息隱蔽等問(wèn)題，完成了對(duì)樓宇信息、學(xué)生信息及師生便捷服務(wù)等管理。

關(guān)鍵詞：三維虛擬校園;場(chǎng)景;虛擬天氣;配色方案;全組合編碼

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1概述

伴隨著數(shù)字校園的快速發(fā)展，虛擬校園也開(kāi)始進(jìn)入人們的眼簾，人們開(kāi)始對(duì)虛擬校園產(chǎn)生憧憬。隴東學(xué)院是一所全日制綜合性省屬普通本科院校，為了讓更多的人們了解學(xué)校的辦學(xué)條件和辦學(xué)水平，更多的有識(shí)之士加入到這個(gè)大家庭中，加強(qiáng)學(xué)校的對(duì)外招生宣傳，推廣學(xué)校在線辦公等功能，以學(xué)校的校園數(shù)據(jù)和景觀圖像為基礎(chǔ)，構(gòu)建比二維平面更直觀形象，更逼近校園實(shí)景的三維虛擬校園已勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的虛擬校園都是建立在二維平面地圖和影像地圖的基礎(chǔ)上，已經(jīng)不能滿足學(xué)校對(duì)外招生宣傳、校園導(dǎo)航、信息化管理的多元化功能需求。利用最新的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，產(chǎn)生了最先進(jìn)的三維虛擬校園技術(shù)，三維比二維平面更直觀形象，更逼近校園的實(shí)景[1]。

2三維虛擬校園的場(chǎng)景規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)

以隴東學(xué)院為模型基礎(chǔ)，采用3dsMax三維建模軟件工具將收集的數(shù)據(jù)和通過(guò)CAD繪制的圖紙進(jìn)行建模，并通過(guò)采用支撐多平臺(tái)的游戲開(kāi)發(fā)工具Unity3D的插件實(shí)現(xiàn)粒子等效果，完成了學(xué)校虛擬場(chǎng)景的創(chuàng)建;再使用Unity3D軟件開(kāi)發(fā)出場(chǎng)景中角色漫游、碰撞檢測(cè)等功能，讓使用者能夠身臨其境的感受到真實(shí)場(chǎng)景;根據(jù)校園環(huán)境通過(guò)編寫腳本實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的四季變換等;采用JSP開(kāi)發(fā)技術(shù)，使用多維數(shù)據(jù)全組合編碼公式實(shí)現(xiàn)了樓宇管理系統(tǒng)、學(xué)生信息管理系統(tǒng)、便捷服務(wù)等功能。當(dāng)用戶輸入的用戶名和密碼正確無(wú)誤后，進(jìn)入系統(tǒng)主界面，其系統(tǒng)啟動(dòng)后的界面如圖1所示。

2.1三維虛擬場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)

2.1.1三維虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)

將學(xué)校管理的對(duì)象在三維地圖上進(jìn)行展示，通過(guò)三維地圖的輔助更直觀方便的對(duì)各個(gè)對(duì)象進(jìn)行管理監(jiān)控，其虛擬場(chǎng)景采用三維虛擬技術(shù)，以圖形操作界面的方式實(shí)現(xiàn)。虛擬場(chǎng)景具有四級(jí)縮放、任意拖動(dòng)、快速導(dǎo)航、鷹眼、測(cè)距、綜合查詢、地圖調(diào)用、快速信息標(biāo)注、分享等功能。場(chǎng)景的季節(jié)設(shè)計(jì)采用渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了春、夏、秋、冬、雪、夜場(chǎng)景季節(jié)景色的變化[2]。場(chǎng)景支持互聯(lián)網(wǎng)瀏覽，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)接口獲取天氣狀況，用戶可以選擇前后7d的氣象信息，并顯示在虛擬場(chǎng)景中，系統(tǒng)能夠根據(jù)時(shí)間顯示晝、夜、春、夏、秋、冬、節(jié)日等多種組合場(chǎng)景。虛擬校園場(chǎng)景上配有各類建筑的實(shí)景照片，并在一些位置制作全方位實(shí)景視頻。同時(shí)采用全息數(shù)字展示，最終模擬全息投影顯示的結(jié)果形成真實(shí)、立體感強(qiáng)、形象逼真的場(chǎng)景。點(diǎn)擊圖1上方的復(fù)選框場(chǎng)景按鈕，并分別單擊春、夏、秋、冬等按鈕，就實(shí)現(xiàn)了四季的不同基本場(chǎng)景，如圖2所示。

三維虛擬校園場(chǎng)景不僅實(shí)現(xiàn)了四季等的基本場(chǎng)景，而且還可根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)天氣預(yù)報(bào)接口讀取天氣信息，并按照陰、晴、雨、雪、多云的天氣狀況、根據(jù)節(jié)假日情況增加了節(jié)日動(dòng)態(tài)特效，將四季、晝夜、天氣、節(jié)日等信息可根據(jù)情況任意組合，最多達(dá)到了40多種場(chǎng)景的組合，比如夜間雪景場(chǎng)景如圖3所示。

2.1.2數(shù)字化配色方案

對(duì)于點(diǎn)、線組成的圖，受縮放、斜切、旋轉(zhuǎn)、透視等因素影響較大，容易產(chǎn)生其他圖案及紋理;圖案和圖像縮放受影響不大，受斜切、旋轉(zhuǎn)、透視等不對(duì)稱拉伸影響變化較大等問(wèn)題要進(jìn)行基線誤差處理。在圖像引用過(guò)程中，應(yīng)考慮因硬件制約，致使原點(diǎn)、線構(gòu)成的圖形（圖案）出現(xiàn)清晰的紋理等問(wèn)題，應(yīng)盡可能采用誤差修正方式，采用近似虛化點(diǎn)線彌補(bǔ)效果不足。因此，在完成三維虛擬場(chǎng)景的圖像效果處理過(guò)程巾，其程序生成配色方案主要以RGB格式為基礎(chǔ)建立的色彩對(duì)比模型，有9個(gè)小的單元格組成，中間為對(duì)比色，周圍為背景色[4]，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)完成。

（1）對(duì)比色R（0.128.255）G（0.128.255）B（0.128.255）采用自由組合的方式產(chǎn)生，即以128為基色值，共有3*3*3=27種。

則設(shè)有A為變化值總數(shù)：A=3，i為A的變量i=0，1，2，N為對(duì)比色的總數(shù)：N=3^3=27，L為RGB控制變量L=A^i.count。

對(duì)比色的生成為RGB（Int（L/（A^i.count）Mod A*基色值），（L/（A^i.count） Mod A*基色值），（L/（A^i.count） Mod A*基色值）。

（2）當(dāng)i.count因程序控制變量變化時(shí)，i由0到2變化，與基色值相乘得到對(duì)比色的RGB值。對(duì)比色的基色值為128[3]，見(jiàn)表1所列。

（3）背景色R（0.64.128.192.255）G（0.64.128.192.255）B（0.64.128.192.255）采用自由組合的方式產(chǎn)生，即以64為基色值，共有5*5*5=125種。

對(duì)比色的生成為RGB（Int（L/（A^i.count）Mod A*基色值），（U（A^i.count） Mod A*基色值），（U（A^i.count） Mod A*基色值）。

（4）當(dāng)i.count因程序控制變量變化時(shí)，i由0到2變化，與基色值相乘得到對(duì)比色的RGB值[3]。

（5）在其生成的數(shù)字化配色方案中，為了方便制作者的查找使用，在配色方案下附加背景色及對(duì)比色的RGB值。在色彩的擴(kuò)展中，采用紅、綠、藍(lán)各自同時(shí)擴(kuò)展，將色彩顯示在同一個(gè)平面上，每行顯示綠擴(kuò)展，每3個(gè)單元為一次，每行5次;藍(lán)擴(kuò)展采用列擴(kuò)展，每3個(gè)單元為一次，擴(kuò)展5次;紅色采用跳躍擴(kuò)展，紅色不變綠藍(lán)同時(shí)擴(kuò)展，紅色擴(kuò)展后綠藍(lán)再次擴(kuò)展[3]，完成了配色方案的擴(kuò)展算法。

2.2樓宇信息管理系統(tǒng)

分別點(diǎn)擊圖1下方的“樓”“院”“學(xué)”“商”“醫(yī)”等按鈕，根據(jù)建筑的不同類型可實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能。單擊“樓”按鈕，進(jìn)入了“樓宇信息管理系統(tǒng)”，可以瀏覽到隴東學(xué)院所有樓宇的“樓院編號(hào)”“樓院名稱”“負(fù)責(zé)人”“聯(lián)系電話”“地址”“層數(shù)”“其他”“操作”等功能，在該頁(yè)面中可以預(yù)覽到25條樓宇記錄，并且也可單擊該頁(yè)面下方的“首頁(yè)”（“尾頁(yè)”）按鈕，直接瀏覽首頁(yè)（尾頁(yè)）記錄的樓宇信息，也可單擊該頁(yè)面下方的“上一頁(yè)”（“下一頁(yè)”）按鈕，直接瀏覽上一頁(yè)（下一頁(yè)）記錄的樓宇信息;還可通過(guò)“操作”功能的“詳情”，詳細(xì)的了解某棟樓宇的所有資料信息信息;通過(guò)“修改”按鈕，修改某樓宇的“樓宇名稱”“負(fù)責(zé)人”“聯(lián)系電話”“層數(shù)”“地圖坐標(biāo)”“地址”“地圖覆蓋物”等;修改的“地圖坐標(biāo)”的“X”和“Y”這兩個(gè)參數(shù)，它不是地圖覆蓋物的地圖坐標(biāo)，而是通過(guò)GIS基點(diǎn)換算而來(lái)的坐標(biāo)相對(duì)值，其基點(diǎn)在左上方[4];修改的“層數(shù)”中的“瀏覽”參數(shù)，它指的是數(shù)據(jù)采集到并添加樓院照片的文件;修改的“地圖覆蓋物”中的“瀏覽”參數(shù)，它指的是數(shù)據(jù)采集到的樓院上面發(fā)光的物體標(biāo)記文件[5];在“樓宇信息修改”對(duì)話框中，如果需要確定修改操作，那么需要單擊保存“按鈕”，否則單擊“取消”按鈕;在該頁(yè)面的右上方位置處，通過(guò)單擊“添加”（“刪除”）按鈕，也可添加或者刪除該樓宇管理系統(tǒng)中樓宇記錄，也可通過(guò)“查詢”按鈕，使用“樓宇編號(hào)”查詢某棟樓宇的相關(guān)記錄信息。具體操作界面如圖4所示。

通過(guò)該系統(tǒng)，也可以查看某棟樓宇的基本情況介紹，在圖1中點(diǎn)擊某棟學(xué)生宿舍樓，可以瀏覽到這棟樓所有宿舍居住學(xué)生的基本信息，如圖5所示。

2.3學(xué)生信息管理系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)隴東學(xué)院所有學(xué)生通過(guò)“學(xué)號(hào)”“姓名”“性別”“出生年月”“籍貫”“院系”“專業(yè)”“民族”“政治面貌”“學(xué)籍狀態(tài)”“聯(lián)系電話”學(xué)生信息管理等功能;也可通過(guò)“修改”按鈕，修改學(xué)生的基本信息;也可在該頁(yè)面的右上方位置處，通過(guò)單擊“添加”（“刪除”）按鈕，添加或者刪除該學(xué)生新項(xiàng)目管理系統(tǒng)中學(xué)生的記錄，也可通過(guò)“查詢”按鈕，使用“學(xué)號(hào)”查詢學(xué)生的相關(guān)記錄信息;為了進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)技術(shù)，運(yùn)用了基于邏輯運(yùn)算的全組合編碼公式，改進(jìn)了多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、優(yōu)化了程序邏輯結(jié)構(gòu)、解決了數(shù)據(jù)信息隱蔽等問(wèn)題[6]。

2.3.1全組合編碼公式

對(duì)多維數(shù)組Array n1…nm中任意元素Array a1…am的權(quán)重：

Arraya1…am=Array a1…am×R1a1-1…Rmam-1（1）

最終編碼Code：

Code=∑……∑∑Arraya1…am

（2）

R1>=MAX{Array n1，n2，…nm）+1

（3）

Rh>=R 且Rh∈{2i|i>=1），1

如果Array k1，k2…km在Array n1，n2…nm中由無(wú)到有，則：

Code=Code+Arrayk1，k2…km。

（4）

2.3.2判定公式

如果Array k1，k2…km在Array n1，n2…nm中由有到無(wú)，則：

Code=Code-Arrayk1，k2…km

（5）

對(duì)于任意元素Array k1，k2…km的判斷是這樣的：

Arrayk1，k2…km L Code

（6）

用以下算法進(jìn)行判斷：

If Jud=Arrayk1，k2…km Then

Arrayk1，k2…km存在于Code中

Else

Array k1，k2…km不存在于Code中

End If。

2.4師生便捷服務(wù)系統(tǒng)

采用JSP開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了師生在線便捷服務(wù)的功能。當(dāng)不同的用戶輸入正確的用戶名和密碼后即可進(jìn)入便捷服務(wù)系統(tǒng)界面。學(xué)生可以進(jìn)行課堂考勤的簽到等功能，教師可以通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行請(qǐng)假、發(fā)起課堂考勤、查看自己的課表等功能，具體操作截圖界面如圖6所示。

3結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化校園就是通過(guò)虛擬三維技術(shù)將管理、服務(wù)的提供者與每個(gè)學(xué)生信息相聯(lián)結(jié)，使學(xué)校的管理者與學(xué)生之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)管理、交流、教學(xué)等工作。學(xué)生可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)獲得學(xué)校信息、相關(guān)服務(wù)和教學(xué)活動(dòng)，教師可以在線便捷辦公，從而營(yíng)造出了一個(gè)“無(wú)網(wǎng)而不在”豐富多彩的虛擬學(xué)校。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2020-06-08

基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：18JR3RM234）。

作者簡(jiǎn)介：楊芳萍（1977-），女，漢族，甘肅甘谷人，大學(xué)本科，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)教育工作。