校園可視化在智慧校園中的前景分析

（漯河醫(yī)學高等?？茖W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，使校園教育朝著科學、智能、便利、高速、人性化的方向發(fā)展。構(gòu)建具有獨特意義和有價值融合的智慧校園，可以促進老師與學生的深度交流，改善師生關(guān)系。智慧校園的教學模式得到了優(yōu)化，學生的學習方式也得到了創(chuàng)新，大容量信息的高效傳輸，又便利于學生接受，使他們對自己的工作、學習更加滿意。信息化可視化設(shè)計在為智慧校園建設(shè)提供有利條件的同時，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、公有私有云計算成為其發(fā)展有效的技術(shù)支撐，為校園師生營造一個科學、創(chuàng)新智能的學習環(huán)境，教學資源不斷疊加優(yōu)化實現(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、管理、生活、科研和服務(wù)的實際需要，實現(xiàn)各靜、動態(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)，以個性化服務(wù)為理念，通過信息化手段，將校園生活、工作、學習智慧化，致力于營造智慧教學、智慧學習的教學環(huán)境。大體上說，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，以滿足信息時代的教、學、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、學生、家長等提供一個信息化、智能化的校園教學系統(tǒng)。

“中國智慧教育裝備產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟”秘書長羅百輝表示，智慧教育是頂層設(shè)計，應(yīng)具備的不僅僅是構(gòu)建一個完整的環(huán)境，而是一個集制度、教師、學生于一體的頂層設(shè)計集，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?shù)捏w現(xiàn)，它不僅能體現(xiàn)出智慧環(huán)境的知覺和互動性，更重要的是它所蘊涵的智慧教學模式。

二、可視化的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.建模軟件

3 d Studio Max，通常簡稱為3 d Max或3 ds MAX，是由 Discreet公司（后來被Autodesk公司合并）開發(fā)的基于 PC系統(tǒng)的3d動畫繪制和制作軟件。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 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制作的門檻，開始使用電腦游戲中的動畫制作，之后更多地開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.平臺軟件

近年來web得到了快速的發(fā)展。隨著HTML5的普及，網(wǎng)頁的表現(xiàn)能力越來越強大。網(wǎng)頁上已經(jīng)可以做出很多復(fù)雜的動畫，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WebGL在網(wǎng)頁中繪制高性能的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圖形庫。WebGL是基于OpenGL設(shè)計的面向web的圖形標準，它提供了一系列JavaScript API，使圖形渲染能夠利用圖形硬件實現(xiàn)更高的性能。js是一個易于使用的圖形庫，它通過封裝和簡化 WebGL接口而形成。簡單點的說法：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對比

既然有了WebGL，我們?yōu)槭裁催€需要Three.js？這是因為WebGL門檻相對較高，需要相對較多的數(shù)學知識。雖然WebGL提供的是面向前端的API，但本質(zhì)上WebGL跟前端開發(fā)完全是兩個不同的方向，知識的重疊很少。相關(guān)性只是他們都在web平臺上，都是用javascript而已。一個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)該寥寥無幾了，更何況使用中強調(diào)矩陣運算中的物理意義，這在教學中也是比較缺失的。因此，前端工程師想要短時間上手WebGL還是挺有難度的。于是，Three.js很好地封裝了 WebGL提供的接口，簡化了許多細節(jié)，并且大大降低了學習成本。而且 WebGL的靈活性幾乎沒有損失。

3.應(yīng)用軟件

基于校園可視化地圖的基礎(chǔ)，學校傳統(tǒng)的系統(tǒng)軟件可以改造升級，以可視化為載體進行更加直觀地展示，如資產(chǎn)管理、攝像頭管理等?？梢暬@也可以為學校的大數(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)計分析

1.框架結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計數(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)計的設(shè)計基礎(chǔ)，需要通過電子設(shè)備和人工采集整理等手段進行數(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個層次。在校園環(huán)境基本穩(wěn)定的前提下，可視化設(shè)計主要通過數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和最終數(shù)據(jù)來體現(xiàn)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集部分、處理決策部分和預(yù)測數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)采集部分采用布點分布圖，顯示部分根據(jù)交互式分段設(shè)計。在智慧校園可視化設(shè)計的背景下，利用可視化設(shè)計中的應(yīng)用圈結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計，首先進行數(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，再進行媒體展示（設(shè)計），再根據(jù)媒體展示或設(shè)計，完成新的數(shù)據(jù)生產(chǎn)（受眾），如此循環(huán)。視覺設(shè)計的應(yīng)用圈相互補充，相互依存。交互式部分的設(shè)計框架。交互式部分作為設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，著重于網(wǎng)頁端的設(shè)計，用戶客戶端的設(shè)計框架結(jié)構(gòu)主要有可視化基本結(jié)構(gòu)、GUI組件、任務(wù)驅(qū)動設(shè)計?？梢暬O(shè)計是一個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)字的信號的晦澀難懂，利用計算機技術(shù)將若干復(fù)雜的、多樣的媒體信號轉(zhuǎn)換成圖形、圖像、圖標等，使之更加簡化。當前大熱的虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是基于可視化技術(shù)的一個典型應(yīng)用，方便實際操作。交互式部分的設(shè)計，要有整體的任務(wù)流程，然后完成交互操作設(shè)計，視覺結(jié)構(gòu)設(shè)計，用戶界面組件設(shè)計，多種設(shè)計的關(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“即時新加坡”的視覺設(shè)計，市民每天可以看到不同的入境資訊、交通實時狀況、天氣轉(zhuǎn)變分析等，各維度的資料及基本構(gòu)架都以互動式的度數(shù)據(jù)資訊呈現(xiàn)在市民面前，讓政府或個人，都能隨時了解所需的資訊。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)。通過網(wǎng)絡(luò)和手機，我們可以隨時了解當?shù)氐奶鞖馇闆r，各種有時效的事件，以及相關(guān)實時信息等等。

3.關(guān)于信息化條件下的智慧校園可視化建設(shè)對策

首先，以師生需求為本，以學校師生的需求為本，在以老師學生需求為本的條件下，經(jīng)過成果研究，兼顧管理和技術(shù)兩個方面，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，要進一步符合智慧校園系統(tǒng)多樣化設(shè)計的要求，如有線接入端設(shè)計、手機移動端設(shè)計、室外屏設(shè)計等；將三種方法結(jié)合起來，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)。并將學校原有的各種資料統(tǒng)一整合在一起。在服務(wù)平臺上也可以加入各種種子系統(tǒng)，比如用戶的個性空間和簡單的交流聊天，方便用戶高效使用的視覺設(shè)計系統(tǒng)，以進一步增強系統(tǒng)與用戶的黏性。在未來社會，信息可視化設(shè)計除了滿足校園需求和校內(nèi)人員相互交流外，還能與各高校進行溝通，實時共享各高校的最新信息。學校之間的聯(lián)系在教育教學過程中十分重要，每一個學校都可以通過其服務(wù)平臺，共享各自優(yōu)秀的學科資源，還可以將知名企業(yè)和政府資源整合到校園系統(tǒng)中，使學校資源得到最大的利用。學校在管理過程中，可以根據(jù)實際情況和需要自行進行管理，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。透過這個跨越學校、平臺、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。

可視化智能校園是未來學校發(fā)展的一個重要方向，因為數(shù)據(jù)可視化以圖形、圖像等更為生動、更易理解的方式來展現(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，以便更好地理解及使用數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果。換句話來說，數(shù)據(jù)可視化為通過圖表將數(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人的生活，因此，對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，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。