校園仿真系統的設計

蔡娟 黃海龍

摘要：本文就各院校迎新建設過程中所涉及的虛擬校園建設的問題，利用三維仿真技術對校園仿真的運用、發展方式、規劃及功能等問題進行探討，設計空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息系統。

關鍵詞：院校；校園建設；校園仿真虛擬現實技術是二十世紀末發展起來的涉及眾多學科的高新技術,也是近幾年來計算機圖形學的研究熱點。使用虛擬現實技術的城市仿真為城市、城市局部以及城市生活區、風景區等地區進行規劃,建立城市的三維數字化模型、實現現狀模型與規劃模型的融合,并對城市環境的漫游瀏覽、沿線飛行,城市系統的查詢、分析、評估等提供便利。數字省市、數字城鎮已經成為21世紀世界各發達地區的發展戰略,以及被爭先搶占的科技、產業和經濟的制高點之一。三維虛擬仿真平臺旨在建設一個具有大范圍的海量城市數據一體化管理、無縫三維實時漫游，包容和拓展常規GIS獨具特色的空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息系統。

1虛擬仿真技術在國際及國內運用

產業和經濟的制高點之一。為了加速城市的發展，提高管理水平，需要借助于現代化的科學手段進行城市體系規劃與管理。據目前對我國大部分城市的摸底調查，除少數大、中城市已建立了城市管理信息系統外，而絕大部分地區的空間信息管理手段仍然沿用比較落后的手工操作方式，即便是用一些地理信息系統（GIS）管理著空間數據，但仍停留在簡單的二維數據管理、顯示的基本功能，分散地、相對獨立地和非標準地管理模式，很難進行地域管理的三維綜合研究和空間分析，使各級領導部門不可能及時地得到對空間的清晰、直觀的認識。

另外，城市規劃設計的主要研究對象是城市的體形結構與各個要素，在設計過程中需要進行大量的空間形象思維。同時，在設計中又應以城市的使用者的感覺為核心，分析城市設計各空間要素之間的關系。傳統的城市模型只能獲得城市的鳥瞰形象；效果圖只能提供靜態局部的視覺體驗；動畫不具備實時的交互性，人是被動的，并且制作周期長。這些傳統技術只能實現簡單、固定的演示功能，尚不能很好地滿足當前城市設計的需要。另外，隨著空間范圍的擴大，傳統的方法也無法勝任空間數據的管理和維護。

同樣，在城市中存在大型的港口、工廠、地下管網、人防設施等部門，它們具有地形起伏較大、管網密集、需要精確定位等特點，用傳統二維的表示方法很難加以描述和信息管理。虛擬環境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境感覺的交互式視景仿真。從二維地圖、沙盤、動畫，到虛擬視景仿真是一個合乎人們認識深化和技術發展趨勢的必然結果。

2虛擬城市與仿真技術發展

美國目前已經有50個城市計劃建立了“數字虛擬城市”。我國北京、上海、香港、臺北、深圳、廣州、南海、廈門市等也正在積極籌建之中。普遍認為，3D-GIS、空間視景數據庫的建立是建立數字虛擬城市首先要解決的問題。國際上已經專門成立了類似組織，主要為城市服務。如德國的Rostock、Stuttgart等研究機構，對一些城市進行了研究，建立了原型系統。三維虛擬仿真技術最早主要應用在軍事領域，從國內近幾年來的發展情況，三維虛擬仿真技術在國內外快速發展，目前國內已有多家公司開發出城市仿真應用平臺。

3國外城市與仿真技術主要實例

美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）始于1994年的一個科研與運用相結合的項目，計劃覆蓋面積超過10,000平方英里，是當今城市仿真系統中最成功最為復雜的系統。視景包括從洛杉磯盆地的衛星影像到街道景觀，精確到植物、建筑物的窗口、外墻的紋理等。其中洛杉磯大學醫院的仿真詳細到可以對建筑內部的每一個層面進行漫游，用鼠標點擊墻面或天花板就能得到平面設計圖及相應的屬性數據，實現了在仿真中對GIS、CAD及對象屬性的實時查詢。該系統作為城市規劃和建設的重要手段，在加州Pico Union區地震破壞的重建中得到應用。設計人員通過仿真模型和地理信息數據來確定毀壞的建筑物數量以及需要改造的街道、綠地、房屋等，對重建城區進行規劃設計，再將新數據存入該系統，實現了信息系統的良性循環。

4校園三維仿真虛擬系統，可實現以下功能

⑴直觀的了解校園。⑵方便學生：大學內，教學樓、宿舍樓、食堂及實驗樓等公共設施眾多，有了三維虛擬校園，使新生在入學前就可以全面的了解校園的布局，交互式的查詢，可以了解校園的所有信息，為盡快的適應學習生活提供方便。⑶有利于招生：網絡宣傳現已成為非常有效的手段，率先建立三維虛擬校園，有助于提高學院的形象，對大學的全國范圍招生有極大的幫助。豐富的應用接口功能：校園信息搜索引擎：在網上校園中建立一個本地搜索引擎供用戶瀏覽查找信息是非常有效的。譬如當我們搜索圖書館的主題時，在搜索結果列表里面，我們可以訪問圖書館的具體位置、實景，以及圖書的借閱情況、開放時間等；優化領導管理：三維虛擬校園的直觀特性，可以優化領導管理，對于校園信息管理、校園規劃、建設等能夠全局掌控。

5虛擬城市應用展示

擬現實實時瀏覽平臺可以對虛擬場景實現交互式的全方位漫游，三維數字景象和模型將復雜的數據進行可視化處理和顯示，為客戶帶來的大視景，高沉浸感的高端解決方案，給用戶一個身臨其境的感覺，在城市(社區)規劃、虛擬建造、裝飾裝修等方面具有廣闊的應用前景。

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