三維信息表達(dá)在智慧校園中的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

王燕平 章立

摘要：本文分析高校智慧校園建設(shè)現(xiàn)狀，歸類整理校園內(nèi)各系統(tǒng)的信息類型及屬性，論述三維表達(dá)方式用于表達(dá)空間信息的優(yōu)勢(shì)，并設(shè)計(jì)總結(jié)智能校園系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)框架及設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞：智慧校園;三維信息表達(dá);信息可視化;空間信息

中圖分類號(hào)：G717 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2021）02-00-03

數(shù)字時(shí)代推進(jìn)教育信息化水平不斷提升，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)建設(shè)智慧校園已成為必然趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)推動(dòng)三維信息表達(dá)方式快速發(fā)展，為教育教學(xué)、人才培養(yǎng)提供了新的手段，同時(shí)，為智慧校園的發(fā)展創(chuàng)造了可靠的條件。近年來，為了推動(dòng)智慧校園的建設(shè)與發(fā)展，越來越多學(xué)者開始研究智慧校園的信息共享與系統(tǒng)集成。

1 智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智慧校園概述

2010年，南京郵電大學(xué)的宗平教授在發(fā)表的論文中提出智慧校園建設(shè)，他是我國最早提出智慧校園建設(shè)的人[1]。智慧校園建設(shè)借助信息化手段，采集校內(nèi)的資源并重新整合，做到資源的合理配置和最大化利用[2]。智慧校園系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)時(shí)代校園服務(wù)管理的新模式[3]，是當(dāng)今時(shí)代教育發(fā)展的“高級(jí)形態(tài)”，也是各學(xué)校建設(shè)的最終理想形態(tài)[4]。新時(shí)代的智慧校園建設(shè)應(yīng)以新技術(shù)為支撐，致力于構(gòu)建智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境、探索新型的教學(xué)模式、研究高效的管理模式。

1.2 智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀

我國高校信息化發(fā)源于20世紀(jì)80年代，21世紀(jì)后，逐漸進(jìn)入智慧校園發(fā)展階段[5]。從2012年發(fā)布的推動(dòng)“三通兩平臺(tái)”建設(shè)到2018年發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》[6]，北京、上海、江蘇一帶逐步開展智慧校園建設(shè)。部分高校智慧校園建設(shè)時(shí)間與建設(shè)內(nèi)容如表1所示。從表中可以看出，我國高校智慧校園建設(shè)早期著眼于智慧校園內(nèi)各系統(tǒng)功能優(yōu)化，后逐漸開始向系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)集成與系統(tǒng)一體化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。

2 智慧校園系統(tǒng)信息分析

2.1 校園系統(tǒng)的信息類型

校園系統(tǒng)存在大量冗雜的信息，通過了解上海海洋大學(xué)、上海對(duì)外經(jīng)貿(mào)大學(xué)等各大高校數(shù)據(jù)管理及其分類，可以發(fā)現(xiàn)高校中的信息分為人力資源、教學(xué)管理、公共服務(wù)、管線綜合、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、科研管理、財(cái)務(wù)資產(chǎn)共七個(gè)大類別，具體內(nèi)容如圖1所示。七個(gè)信息類別在高校傳統(tǒng)的管理中通常分為七類獨(dú)立的信息管理系統(tǒng)分別進(jìn)行管理，系統(tǒng)之間缺乏信息共享。現(xiàn)階段，部分高校意識(shí)到了數(shù)據(jù)共享與系統(tǒng)集成的重要性，開始建設(shè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合與集成，以實(shí)現(xiàn)校園的智慧管理（如下表）。分析以上信息類別可以發(fā)現(xiàn)，這些信息類別中有部分信息在建筑空間中產(chǎn)生，可以說此類信息具有部分空間屬性。如圖1，公共服務(wù)類型下的信息在教學(xué)樓與實(shí)驗(yàn)樓的物理空間中產(chǎn)生，運(yùn)用三維技術(shù)還原校內(nèi)建筑物理空間并呈現(xiàn)以上信息，可以提高管理效率。另外，校園中的各類管線，例如弱電管線、強(qiáng)電管線、供水線、供電線、下水管道，這些管線的信息為管線綜合信息。高校的管線從中心出發(fā)分布在校園的每一棟建筑物的各個(gè)角落，它們連接地上和地下，在校園中呈現(xiàn)復(fù)雜的三維分布。對(duì)于在設(shè)計(jì)施工階段所使用的管路圖紙，在運(yùn)營日常維修時(shí)，理解門檻較高，不利于工作效率提升。同時(shí)，部分管線具有隱蔽性，通常分布在墻體內(nèi)、地下等位置，又因其具有復(fù)雜性，當(dāng)某一管線出現(xiàn)問題時(shí)往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)無法找到關(guān)鍵問題所在地。因此，對(duì)校園內(nèi)的綜合管線進(jìn)行三維可視化呈現(xiàn)能夠?yàn)楣芾韼肀憷s短事故處理時(shí)間，從而減少學(xué)校運(yùn)營成本。

2.2 智慧校園系統(tǒng)的信息表達(dá)方式

傳統(tǒng)校園系統(tǒng)中，大多使用圖形、文字、圖表等表達(dá)信息。其中，具有空間屬性的信息多運(yùn)用圖形進(jìn)行表達(dá)。圖形、文字及圖表分別具有以下特點(diǎn)：二維圖形不包含深度信息;文字能夠傳達(dá)深層次的信息，但需要依附于個(gè)人的經(jīng)歷以及文化水平;表格作為圖形的一種，用于傳遞經(jīng)過組織整理的數(shù)據(jù)。這三類信息表達(dá)方式不適用于表達(dá)具有空間屬性的信息。

各類校園系統(tǒng)中具有大量信息，為提高管理效率，需要在短時(shí)間內(nèi)獲取需要且有意義的信息，這要求信息表達(dá)方式符合人的視覺思維和認(rèn)知過程[8]。傳統(tǒng)的表達(dá)方式多用二維圖形展示三維事物，通常需要展示一個(gè)事物的至少兩個(gè)面，人才能在大腦中構(gòu)成大致的形態(tài)。顯然，運(yùn)用二維圖形表達(dá)空間信息，信息的傳播效率較低，用戶需求與信息表達(dá)方式之間存在矛盾。數(shù)字時(shí)代多媒體技術(shù)的發(fā)展與媒介環(huán)境的變化，推進(jìn)了信息表現(xiàn)形式的轉(zhuǎn)型，其中包括信息的多維度展現(xiàn)[9]。視覺信息表現(xiàn)形式由靜態(tài)、平面向動(dòng)態(tài)、立體交互的呈現(xiàn)形態(tài)優(yōu)化轉(zhuǎn)型[9]。三維模型用來描述物體的外觀、形狀、大小等基本屬性，以及物體與物體之間綜合復(fù)雜的空間信息關(guān)系。校園內(nèi)地理信息密集且豐富，各類信息依附于地理信息產(chǎn)生，利用三維模型進(jìn)行信息表達(dá)恰到好處。利用三維模型能夠傳遞更加直觀的、真實(shí)的空間信息。同時(shí)利用三維建模技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地反饋信息的動(dòng)態(tài)分布以及實(shí)時(shí)狀態(tài)，呈現(xiàn)具有完整時(shí)空定位特征的空間信息，實(shí)現(xiàn)有效的視覺交流，大大提高信息獲取效率。

2.3 三維建模技術(shù)應(yīng)用案例與優(yōu)勢(shì)

如今，三維技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在公共設(shè)施管線綜合管理、智能樓宇、智慧旅游等各領(lǐng)域中。寧波市道路改建團(tuán)隊(duì)運(yùn)用三維技術(shù)還原地下管線空間關(guān)系，解決地下管線種類眾多、空間關(guān)系復(fù)雜導(dǎo)致的管線廢除利用困難、地下空間管理不便等問題，為市政工程施工提供便利[10]。為解決車站施工過程中管線錯(cuò)綜復(fù)雜、二維圖紙無法完整表達(dá)其空間關(guān)系的問題，蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司以蘇州地鐵5號(hào)線長(zhǎng)江路站為例，采用三維技術(shù)對(duì)綜合管線進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，以方便管理[11]。騰訊濱海大廈智能樓宇管理系統(tǒng)，運(yùn)用三維技術(shù)直觀地呈現(xiàn)樓宇內(nèi)所有智能終端及各類管線的空間分布及狀態(tài)，并將能耗數(shù)據(jù)以圖表、數(shù)據(jù)對(duì)比的形式展示。以上案例均運(yùn)用三維信息表達(dá)方式呈現(xiàn)大量復(fù)雜的空間信息，受眾可直觀了解依附于建筑空間結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息。三維技術(shù)的運(yùn)用為道路改建、管線管理、樓宇管理等工作帶來了便利。

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作者簡(jiǎn)介：王燕平（1997—），女，福建福清人，碩士在讀，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。

章立（1971—），男，江蘇無錫人，碩士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。