虚拟现实技术及其在虚拟校园中的应用

【摘要】虚拟现实技术是一项综合性的技术，它利用计算机编程领域和三维动画技术，虚拟现实生活场景，进而给人一种如临其境的感受，具有很好的交互性。如今随着科技的发展，虚拟现实技术已经被广泛应用到很多领域，其中虚拟校园就是一项被大众所喜爱的应用技术，这也是我国的教育事业逐步走向信息社会的必然趋势。本文介绍了虚拟现实技术的基本内涵、基本特征等，并详细介绍了虚拟现实技术在虚拟校园中的应用状况和目前建设虚拟校园所应用的关键技术以及关键技术等内容。

【关键词】虚拟现实技术;虚拟校园;应用

前言

随着科学技术的迅猛发展，我们进入到了一个信息和技术多元化的时代，对于21世纪来说，在科学技术界，最具有发展潜力的计算机应用技术要堪称网络技术、多媒体技术以及本文中要探究的虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality），其英文简称为VR，最早是在1989年由美国VPL公司创造的一个新词。虚拟现实技术主要是利用计算机生成的虚拟环境进行仿真和交互，因此在当今社会，人们对虚拟现实技术给予了高度的重视，并把其成为改变世界未来的重要技术，其地位仅次于互联网技术。近年来随着人们对虚拟现实技术的深入研究，其已经被广泛应用到多种领域，如教育、军事、建筑设计漫游、医疗以及产品设计等，并且为这些行业的发展带来了丰厚的经济效益和社会效益。

对于虚拟现实技术在虚拟校园中的应用也是近几年来的一个研究热点。众所周知，校园文化、学习氛围对教育的巨大影响及其作用。老师、同学、学友，教室、课堂，实验楼等等，校园的一草一木，每一次活动无不潜移默化地影响着我们每一个人，伴随我们健康、快乐的成长。从某种程度上来说，我们从校园中得到的收益远远超出书本所给予我们的。因此在网络技术的发展推动下，利用虚拟现实技术仿真我们的校园环境是社会发展一大亮点。

一、虚拟现实技术

（一）虚拟现实技术概述

虚拟现实技术（Virtual Reality）是一种综合性的技术，在计算机领域来说，虚拟现实技术称得上是一项新技术，它是建立在多种科学技术的基础上，例如计算机图形技术、网络技术、多媒体技术、立体显示技术、传感与测量技术、微电子技术、人机交互技术以及仿真技术等多种技术，同时虚拟现实技术也包综合运用了如光学、数学、力学、机构运动学等各种学科。在虚拟现实技术的实际应用中，人们是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，从而为使用者提供关于触觉、视觉、听觉等多种感官的模拟，让使用者产生如同身历其境一般的感觉，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。因此虚拟现实技术的兴起，不仅为智能工程的发展提供了新的界面工具，加强了人机交互界面的发展速度，同时还提供了新的描述方法用于各类工程的大规模数据可视化方面。总的说来虚拟实现技术不仅已经对人们的生活产生极大影响，还是21世纪重要的发展学科。

（二）虚拟现实技术的三个主要特征

1.浸没感（Immersion）

浸没感又可以称为临场感，它是指当使用者身处在模拟环境中时，用户有一种主人翁的感觉，有真实的存在性。真正理想的虚拟环境，应该达到使用者无法分辨现实与虚拟的目标，用户在虚拟环境中不会有杂乱的思想，而能够全身心的投入到计算机技术创建的虚拟世界中去，要让使用者感觉到周围的一切都是真实的，要保证虚拟环境中所听到的、看到的、闻到的以及尝到的都感觉起来和真的一样，不会出现与现实生活中的差别。

2.交互性（Interactivity）

交互性是指使用者身处模拟环境时，其对环境内物体的可操作程度以及触摸这些物体时得到的自然反应程度。例如，当使用者去品尝模拟环境中的虚拟饭菜时，鼻子可以闻到饭菜的香味，嘴巴可以品尝到饭菜的味道。当使用者用手去直接抓模拟环境中虚拟的物体时，手会产生却是有握着东西的感觉，并且还可以明显感觉处物体的重量，当使用者手握东西而在空中移动时，被抓的物体也能立刻随之移动。

3.想象力（Imagination）

虚拟现实技术依据计算机三维建模技术，不仅可以真实再现我们生活中的场景，还可以具有广阔的可想象空间，能够不断拓宽人类的认知范围，可以随人们的意愿而构造出客观不存在环境，甚至是一些现实生活中根本不可能发生的环境，也就是说虚拟现实技术具有较强的想象力。

二、虚拟校园

虚拟现实技术利用计算机生成的三维空间，为人们建造一种虚拟环境，提供人与计算机进行交互的机会，这对于世界的未来发展来说，虚拟现实技术必然会给社会带来重大变革。随着虚拟现实技术被广泛应用于各个领域，极大改变了人们以前的惯性行为，近年来将虚拟现实技术应用在虚拟校园中更是受到众多人的青睐，尤其是虚拟校园在现在很多高校的使用，例如北京大学、浙江大学、西北大学、上海交通大学、中国人民大学、西南交通大学等高校，都采用VR技术建设了虚拟校园，利用虚拟现实技术已经成为高校发展的一种趋势。

（一）虚拟校园概述

随着我国教育体制的不断改革，我国各大学校纷纷进行调整，尤其是当前的各大高校，出现了多校区模式，而这种模式会给学校的日常管理与规划带来很多的不便，再加上我国加大对高校的建设力度，高校的规模也在不断扩大，这导致其发展建设任务非常巨大，高校的管理迫切需要现代化。随着信息时代的到来，我们可以利用计算机网络技术、虚拟现实技术和三维地理信息系统技术在计算机网络上建构虚拟校园，以三维可视化的界面和虚拟现实场景界面使得虚拟校园中的各种设施和服务都是给人一种身临其境的感觉，从而对学校的教学、管理、科研以及生活服务等有关信息资源进行统一整合和集成，从而建立一个统一用户管理、统一权限控制和统一资源管理的现代化校园。这种超越时间、超越空间的虚拟校园可以极大提高高校校园的管理水平，同时这种虚拟现实技术还可以极大促进远程教育的发展，最终为数字大学的建设奠定良好的基础。

（二）虚拟校园建设方案

1.三维场景建模

三维场景建模就是指依靠计算机，将真实环境中的主要建筑物，例如建筑物、路灯、人工湖模型、树木、规划绿地等都按照物体的实际尺寸构成一个虚拟环境。常用的三维场景建模软件有3DS MAX、Auto CAD、Pro/E、Solid Edge、Solid Works等。其中3DS MAX 是一种非常优秀的三维动画造型软件，目前被广泛用于建筑、游戏、广告等多个领域;Auto CAD是一个功能齐全、应用广泛的图形软件包。一方面它具有丰富的绘图和绘图辅助功能，而且操作简单，可视化强，另一方面Auto CAD不仅能够熟练处理二维绘图，其三维空间内的建模和渲染功能也日益完善。

2.实时漫游系统设计

实时漫游系统设计就是要对三维场景中实时漫游控制，这个实现过程主要是利用视景开发库和程序开发语言来完成的。在实时漫游时，我们可以借助虚拟现实建模语言（VRML语言）并结合Java语言、或通过Vega、Virtools等实现。其中虚拟现实建模语言（Virtual Reality Modeling Language，VRML）是虚拟现实技术、Internet技术和多媒体技术这三种新技术的综合点。虚拟现实建模语言主要由Vega库和Lynx图形化用户接口组成，是一种可以开发的平台。在运用过程中时，通过Lynx的图形界面我们可以建立实时驱动中所必需的对象，例如：通道、场景、窗口等，还可以设定我们实时驱动时的对象初始化参数以及它们之间的相互关系。在程序运行过程中，我们可以利用Vega类函数来实现计算机与用户交互中的选择功能以及其他方面的特殊要求等。Virtools软件的功能非常多，而且很强大，首先其是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式例如2D图形或是音效、3D的模型等板块整合在一起;其次Virtools含有丰富的互动行为模块，可以对3D环境实现虚拟实景进行编辑，从而可以根据需要制作出许多具有不同用途的3D产品，例如我们常见的网际网络、建筑设计、教育训练、计算机游戏、交互式电视等。

三、结语

综上所述，如今虚拟现实技术依靠其巨大优势受到了我们人类的广泛认可与高度评价，在未来的发展中，虚拟现实技术还将会继续影响我们的生活，改变我们的思维方式，让我们对自己喜欢的现实生活场景可以长久的保留下来，并可以主动参与其中去构建心中所想的事物。因此虚拟现实技术必然会成为改变未来社会发展的一大科学技术。

参考文献

[1]张志安.基于VR技术的虚拟校园系统的设计与实现[J].光子学报.2011（05）.

[2]任艳斐.基于VRML的三维虚拟校园应用研究[J].计算机光盘软件与应用.2013（04）.

[3]张咸蔚.虚拟校园建设的关键技术及应用分析[J].计算机光盘软件与应用.2012（06）.

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