關于虛擬校園的應用與實現的探討

韋湘瑩 嵇靜嬋

摘要：虛擬校園平臺可以呈現學校的三維場景，集成學校的宣傳片與介紹，讓用戶對學校有更直觀的認識，本文在簡述“虛擬校園”基本理念的基礎上，提出了虛擬校園的建設目標，分析了虛擬校園的總體架構及虛擬校園實現的關鍵技術。

關鍵詞：虛擬校園；總體架構；數據采集；數據處理

目前，很多學校的數字化校園應用覆蓋教學、科研、管理與服務的方方面面，建設已相對完善，但在通過網絡對整個校園的直觀展示方面非常欠缺。虛擬校園平臺正是為新生、在校師生和校友及社會人員呈現學校的三維場景，集成學校的宣傳片與介紹，讓用戶對學校有更直觀的認識。同時系統與數字化校園平臺對接，校內人員可以通過虛擬場景的方式進入到各建筑物內，查看相應的資產設備，了解活動及相關的信息。虛擬校園的推廣與應用將使得學校的信息化服務水平得到更大的提高。

一、虛擬校園的建設目標

虛擬校園平臺的建設目標是給在校的師生、新生以及訪客打造一個三維可視化的、有聲有色的仿真校園景觀，同時，平臺與業務系統對接，在系統中不僅能感受立體的校園，還能進行交互，能查看到相應的數據展示，既可以為學校樹立良好的形象，提高學校的知名度，宣傳校園文化，還可以作為校園規劃的輔助工具。

二、虛擬校園的總體架構建設

虛擬校園的總體架構包括基礎設施層、數據資源層、服務平臺層、業務應用層，各層的構成與功能如下所述：

1、基礎設施層

基礎設施是指支撐虛擬校園系統管理、共享、服務以及應用所需的網絡、系統軟硬件設備及其運行環境，如圖1所示，主要包括存儲、備份系統、操作系統平臺、數據庫系統平臺、VR系統平臺、業務虛擬化平臺、數據庫服務器、應用服務器及網絡基礎設施等。

2、數據資源層

數據資源層指系統地理信息數據庫，由基礎地理信息數據、三維模型數據、用戶管理數據、全景數據以及校園現有其他系統對接數據組成。

地理信息系統是進行資源和數據管理的重要手段，能夠將校園的各種資源及基礎數據進行空間化管理，實現例如路徑導航，數據管理，資源布局分析之類數據分析，并且實現數據的快速制圖，以及快速進行組織內部的分享與傳播。

3、服務平臺層

服務平臺層是虛擬校園系統中實現地理信息服務的關鍵組成部分。搭建一個統一的、分布式、松散耦合的、以校園簡介、校園3D導航、全景地圖、圖書漂流、新生導航系統、位置及導航信息、平安校園、招生就業咨詢及統計、資產設備管理、網上服務大廳、智能機器人交互、以及其他業務系統數據對接功能和信息服務為主的支撐平臺。平臺依托基礎設施，采用SOA架構，其創建的地理信息服務可以很好地整合校園內部系統中應用。

平臺還提供對地理信息數據的一體化集中管理和維護，實現對各類數據的入庫、更新、管理。依據相關的國家、行業標準提供訪問、調用的地理信息服務；提供二次開發接口及功能服務，為部門業務應用開發提供地理信息服務支持。

4、業務應用層

業務應用層指的是基于基礎設施、數據資源及校園地理信息系統，面向校園管理部門用戶以及學生用戶提供各種業務應用服務，包括：手機APP子系統、B/S端子系統、后臺管理子系統及內部業務對接子系統。

三、虛擬校園實現的關鍵技術

虛擬校園的實現非常復雜，在此無法逐一說明，只能挑選一些關鍵技術進行介紹。

1、空間地理數據采集與建庫

空間地理數據采集與建庫是虛擬校園實現的基礎，由于三維模型需對全范圍的地形、地貌、道路、建筑分布情況需真實表現，尤其是對建筑物需較詳細表現，因此三維建模的依據是主要有：

（1）空間地理數據資料

空間地理數據資料包括校園內高精度地形圖、高分辨率航片（含立體像對）、高精度數字高程模型（DEM）、地名、典型公開版電子地圖要素等以及房屋等重點建筑的CAD矢量圖。

（2）實地拍攝采集資料

對建筑物的各個面，需要現場拍攝立面照片，用做貼圖紋理，重要的配套基礎設施也將拍攝照片以作紋理參考，并作現場標記。

收集好以上數據后，可通過數據轉換建模和手工建模結合的方法對數據進行加工，思路如圖2所示。

2、數據預處理

DOM、CAD數據、道路、綠化帶、房屋特征應為閉合線框。

數字照片，要用做模型貼圖紋理的素材，為保證貼圖表現真實，每張做完的貼圖要經過亮度/對比度，色相飽和度，色階等調圖像調整。

有透視角度的照片處理貼圖時，要去除透視角度，做到橫平豎直。照片中有其他混亂的物體時（人、車、植物、電線桿、電線等），在模型貼圖中全部處理干凈。

樹木雕塑等還需要褪底、制作通道，輸出格式可以為BMP、GIF、PNG、JPG、INI等。

照片由于受天氣影響較大，需要進行較色調整，以達到整體效果統一。

3、數據建設流程

數據是系統建設的基礎，也是各種應用和分析的依據，數據制作具有嚴格、規范的數據制作標準，和成熟、完善的數據制作工藝。

數據在進行以上處理后還要進行數據規范、紋理貼圖及數據建設精度，經過這一系列的處理，才可能保證數據生成是科學和有效的，系統也是可以支持的。

虛擬校園的是一個三維可視化的、有聲有色的仿真校園景觀，既可以為學校樹立良好的形象，提高學校的知名度，宣傳校園文化，還可以作為校園規劃的輔助工具，在對校園內部的建筑物、道路、輔助設施進行修建規劃時，可以在這個虛擬三維環境中對未來校園環境進行全面的審查，為校園規劃和設計提供更明確的目標。同時也提高了校園管理的效率和科學化水平，加快校園建設。

參考文獻：

[1]何水艷.虛擬校園的碰撞檢測研究[D]華中師范大學，武漢：2006.6

[2]王瑞雪.基于Web的虛擬校園系統的構建[D].山東農業大學，泰安：2006.6

作者簡介：韋湘瑩（1980—），女，廣西來賓人，柳州鐵道職業技術學院信息技術分院教師，講師，研究方向：交換技術和接入網技術。