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摘要：我国教育事业在发展的同时，对校园建设的要求也在不断提高。校园环境对学生的学习与成长有着重要影响。学校是学生进行学习与活动的重要场所，校园建设与体验和学生的身心发展有着一定的关联。随着我国经济水平与科学技术的不断发展，现阶段的校园建设越来越智慧化与数字化，将虚拟技术应用于校园建设中已成为当下校园发展的趋势。因此，本文主要对虚拟现实技术应用于数字校园沉浸式体验进行探讨。
关键词：虚拟现实技术；数字校园；沉浸式体验
The Application of Virtual Reality Technology to Immersive Experience in Digital Campus
Hu Xu
(Yancheng Institute of Technology,Yancheng Jiangsu,224000)
Abstract:China's education development at the same time,the requirements of campus construction,campus environment for students'learning and growth,school is an important place for students'learning and activities,campus construction and experience and the students'physical and mental development has a certain correlation,with the continuous development of economy and science and technology,the current campus construction is more and more intelligent and digital,apply virtual technology in campus construction has become the trend of campus development,conducive to the school management,but also can bring more rich experience for students.This paper will discuss the application of virtual reality technology to digital campus immersive experience.
Key words:virtual reality technology;digital campus;immersive experience
虚拟现实技术应用于数字校园设计并不是一个简单的框架设计，其中包含了缜密的逻辑思维和沉浸式的艺术触觉，与当前的数字媒体艺术设计理论及相关的人文社会科学理论密切相关。与传统的教务系统不同，在功能上，虚拟现实技术应用之下的系统能够大量、细致地梳理数据，并形成相对完善的智慧化功能体系。通过此系统，学生可以快速地获取有用信息，学校也可以获取学生的信息。
一、打造数字校园沉浸式体验的意义
(一)数字校园沉浸式体验应用是数字时代的需要
信息时代经历了物质信息时代和虚拟信息时代这两个发展阶段。随着我国高等教育的迅猛发展，新生数量呈几何级增长，面对日益繁杂的教务工作高校，需要一个智慧系统来提高工作效率。这个系统应当满足学生和教职工获取有用信息并参与修改或补充内容的需求，以及满足智慧化校园的沉浸式体验需求，使校园呈现出人性化、可视化、互换化、艺术化的效果，全面展现现代大学的风范[1]。
(二)数字校园沉浸式体验应用是学校发展的需要
随着我国高等教育的迅猛发展，网络平台成为高校展现学校文化、实力和水平的重要窗口。学校在更新数字技术的同时，需要通过交互艺术设计从视觉感受与体验方面展示校园风采。打造沉浸式体验的智慧化校园是学校展示特色形象的重要一环，也是学校技术发展的重要一步。
(三)数字校园沉浸式体验应用是学术发展的需要
虽然现代学科分类十分详细，但是当下，无论是课题研究还是教学都存在学科交叉的情况。智慧化校园的技术支持是信息和计算机专业领域的交叉，而沉浸式体验则是艺术设计和数字媒体专业领域的交叉。
二、虚拟现实技术的内涵及特点
(一)虚拟现实技术的内涵
虚拟现实技术是通过计算机多媒体技术对现实生活中或想象中的事物、图像、环境及运动等进行模拟，以及对人类五感等进行模拟，进而制造出三维空间，实现人与机器的交互操作，使用户产生身临其境的感觉，并获得更多的信息及更好的体验的技术。虚拟现实技术是一种先进的计算机技术，与传统的计算机技术相比，虚拟现实技术更加先进、应用前景更广。该技术将计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、传感感应技术、音频辨别及手语辨识技术等集合起来，能通过计算机技术生成一种模拟环境，让用户借助一定的设备与模拟环境进行互动。这里的模拟环境是指通过计算机技术生成的一种色彩丰富的图形，这种图形是一种与现实生活中的某种实体或想象世界相关的立体图形[2]。依靠这样的技术，人们能够通过相关设备与模拟世界进行互动与交流，能在一定程度上打破空间、时间与地点的限制，提高工作效率，丰富情感体验。虚拟现实技术是依靠计算机技术将复杂的信息数据转变为可视化的操作及交流互动的技术。互动的对象和主体不同，虚拟现实技术的表现形式也不同，该技术既能呈现出相似度极高的模拟场景，又能对某种构思或概念设计进行可视化展现，具有超强的灵活性。
(二)虚拟现实技术的特点
虚拟现实技术具有超高的灵活性与先进性，且应用范围不断扩大，具体特点如下。
第一，沉浸性。用户在使用虚拟现实技术时，不仅能以观察者的身份观看由计算机技术制作的十分逼真的三维立体图像，还能借助相应设备，以参与者的身份与模拟画面进行互动，进而产生身处模拟世界的感觉。因此，虚拟现实技术的应用具有沉浸体验的特点。
第二，互动性。虚拟现实系统建模的虚拟环境具有开放性特点，用户可以直接与虚拟环境中的物体进行互动，而虚拟环境中的物体也会随着用户的操作而作出不同反应。与此同时，用户能够通过相应设备触摸虚拟环境，深入感受虚拟环境中物体的运动与存在。例如，用户在通过相应的设备操作虚拟环境中的物体对象时，虚拟环境中的物体对象会随着用户的移动而移动，并且，当用户的移动速度变快或变慢时，虚拟环境中的物体移动速度也会随之变快或变慢[3]。
第三，多感知性。虚拟现实技术借助专用的传感和反应设施设备能够为用户提供相应的嗅觉、味觉、触觉及视觉感知，让用户产生一种身处其境的感觉，为用户带来更真实、更逼真的体验。
第四，构想性。虚拟现实技术不仅能呈现现实世界中的景象和物体，还能将想象中的画面与物体呈现出来，充分拓展人们的想象空间，丰富人们的想象力。
三、数字校园系统关键技术研究
(一)建模关键技术
数字校园中的各个场景模型都是现实生活中的场景和物体反射，模型创建是数字校园建设的重点与关键，建设虚拟现实校园系统主要通过建立三维模型进行。模型的质量是否达标会直接影响虚拟场景的最终效果，因此将虚拟现实技术应用于数字校园中时要选择适当的建模方式。
1.几何建模
在虚拟现实技术的发展进程中，几何建模技术的发展速度较快，是虚拟现实技术中最为成熟的技术。几何建模技术是指运用自身的三维造型软件，以现实环境与物体的外观为参考，通过人工方式对虚拟环境和虚拟实体进行建模的技术。几何建模是以计算机图形学为基础的三维几何模型创建和绘制的技术，该方式既有优点，也有一定的缺点。就其优点而言，几何建模技术创建的模型具有高精度、高逼真性等特点，能够较好地还原真实场景。其次，由于虚拟场景的模型是通过一系列的几何图形建立而成的，因此这些模型具有一定的可操作性，能够更好地实现人机互动。最后，几何建模技术发展较快，研究时间也较早，因此其技术相对来说更加成熟，能够用于各种领域[4]。就其缺点而言，当需要利用该技术进行大面积的建模或创建比较复杂的模型时，该技术耗费的时间和精力较多，工作量也相对较大。
2.基于图像的建模和绘制技术
基于图像的建模和绘制技术是近几年才逐渐发展起来的，这种技术能够支持用户在普通电脑上进行图形绘制，其工作原理是通过照相机或摄像机对现实生活中的实体对象进行拍照以收集图像，或者运用PS软件进行图片合成，之后再使用空间关联技术对其进行处理，从而创建出相应的模型。与几何建模技术相比，该技术的优点如下。
第一，该技术拥有较强的灵活性，而这一灵活性主要体现在建模原始图片上。在选择建模原始图片时，相机拍摄的图片或电脑技术合成的图片都能作为建模图片使用，将两者一起使用能使虚拟场景更加真实。第二，建模方式相对简单，一般情况下，使用该技术建模时，只需要对图像进行简单处理即可，不需要进行复杂的模型构建。因此，相对几何建模技术来说，该技术对计算机的硬件性能并没有过高要求，普通用户的计算机就可以实现对复杂场景的绘制。
(二)虚拟漫游关键技术
1.纹理映射技术
为确保虚拟环境的真实性，在创建虚拟环境时技术人员需要将现实环境中的色彩信息等展现出来，而这需要通过纹理映射技术来实现。所谓的纹理映射就是指将二维图像映射到三维物体的表面，使其具有三维效果。利用这种技术进行建模，因为不需要把虚拟场景中的所有细节一一通过多边形的方式表现出来，所以能大大减少虚拟场景中的多边形数量，有利于提高虚拟图形的现实速度。值得注意的是，在采用纹理映射技术时，技术人员需注意检查纹理消耗的内存空间。为减少对系统内存的消耗，技术人员应在保证虚拟环境真实性的基础上，采用尺寸较小的纹理进行建模。
2.实例化技术
在数字校园三维模型创建的过程中难免会遇到一些物体在外形、属性上具有一定的相似性，但是其所在的空间位置却不同。面对这种现象，利用实例化技术可以减少建模过程中的重复工作。实例化技术是指图形学中的一种算法，能够节省计算机在运行过程中的开销。在对相同属性的物体进行建模时，如果采用常规的复制手法将会大大增加多边形的数量，而利用实例化技术则能够有效解决这一问题。该技术既可以增加虚拟场景中的物体数量，又可以保持系统运行的负荷不变，从而有效节省系统运行的空间[5]。
四、数字校园交互设计
(一)交互平台构建
交互平台是建设数字校园的核心内容。数字校园交互平台应包括天气演示、校园导航、校园行走、自由漫游、学院简介及建筑漫游等内容。同时，平台还应实现以下功能：第一，展示三维场景，借助自由漫游和校园行走等模块将校园的三维场景全面展示出来；第二，借助鹰眼图对校园定位，提供鸟瞰功能；第三，模拟天气变化的功能；第四，属性查询功能，通过建筑漫游和学院简介等模块实现对某个建筑物的快速检索、查询和定位。
(二)交互功能实现
数字校园要想在创建的虚拟场景中实现交互功能，技术人员首先需在VRP高级界面中建立一个GUI窗口，之后根据模拟场景的特征对其风格、大小等属性进行设定。通过VRP高级界面实现数字校园的交互功能需要用到以下组件：第一，VRP编辑器，这是建立数字校园交互平台的关键开发工具，相关人员能够通过改变机器将3D场景导入VRP界面，然后进行具体的操作与编辑[6]；第二，VRP脚本编辑器，该组件汇集了所有的交互脚本，能够使数字校园交互功能更加灵活性，这样一来，用户便能够通过相关图像和模型进行各种函数自定义编辑，从而实现与虚拟场景的互动；第三，ATX动态贴图编辑器，该编辑器主要用于动画和贴图的编写。
(三)生成可执行文件
虚拟环境漫游任务的实现需要由多个相机共同进行创建，因此，漫游任务需要通过多条路径设置才能更好地实现虚拟环境下的漫游功能。对现实环境进行虚拟设计需要做好物理碰撞设定，不能穿越的物体需要进行碰撞检测。除此之外，与周围环境进行交互时，为了使虚拟环境更加真实，需要添加天空盒、太阳光晕和相应的背景音乐等。最后，利用VRP编辑器自带的打包功能，可将设置保存并编译成为可执行的文件，进而生成虚拟漫游系统[7]。
五、结语
综上所述，将虚拟现实技术应用于数字校园建设是今后的重要发展趋势，能够为学生及教师提供更加数字化、智能化及便携化的服务。在建设数字化校园时，技术人员要对虚拟现实技术进行合理选择与使用，对校园实际场景进行深入了解，以此打造更具有真实性的虚拟环境，为用户带来更加逼真和沉浸的体验，合力构建数字校园交互平台，促进校园更好发展。
【参考文献】
[1]杜沁雯，李浩铭，冯留柱，王斌.虚拟现实技术在数字校园中的应用[J].无线互联科技，2021(11).
[2]贺体刚.虚拟现实技术在数字校园中的应用[J].信息记录材料，2021(02).
[3]史瑞芳.虚拟现实技术在数字校园建设中的应用[J].数码世界，2017(12).
[4]谯琳.虚拟现实技术在校园漫游系统的运用探究[J].电脑知识与技术，2017(23).
[5]李景文，唐一飞，姜建武，周艳柳，叶苏娴.虚拟现实技术在智慧校园的应用研究[J].建材与装饰，2017(31).
[6]唐翠芳.基于虚拟现实技术的校园漫游系统设计与实现[J].科技创新导报，2016(20).
[7]张敏.虚拟现实技术在数字校园建设中的应用[J].湖南工业职业技术学院学报，2016(02).
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