数字校园系统


 数字校园是以高度发达的计算机网络为核心技术,以信息和知识资源的共享为手段,强调合作、分享、传承的精神,是网络化、数字化、智能化有机结合的新型教育、学习和研究的教育环境。这种新型的、开放式教育模式提供了适应学习者个性化成长和发展需求的学习环境和自主选择多种媒体组合的学习资源、能够创新的运用和创造资源。基于虚拟现实技术的三维虚拟校园系统是数字校园的基础和平台,目前主流的三维虚拟校园系统是基于VRP数字校园系统

 

 

 

系统作用

数字化校园是利用计算机技术、网络技术、通讯技术以及科学规范的管理对校园内的教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行整合、集成和全面的数字化,以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制;通过组织和业务流程再造,推动学校进行制度创新、管理创新,最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化。
以教师、学生、管理人员为主体,以教学、科研、管理活动为主要服务对象,通过校园数字化实现资源高度共享、信息高速流动,建设数字化教学、科研与管理环境。
传统校园的基础上,以网络为基础,从环境、资源、到活动全部数字化,实现网上办公、网上管理和网上服务。
学校在开展教育、科研和管理及对外通讯工作全过程中运用宽带、交互性和专业性的局域网络实现数字化教学和学校办学数字化、信息化和智能化。

组成部分

数字校园的建设包括校园基础信息化环境的建设和校园应用系统的建设。校园基础化环境包括校园网络化环境,基本的信息化终端建设,数字教室的建设。校园应用系统应包括基础应用系统和功能应用系统。
校园一卡通在学校内也称为校园卡系统,是数字校园的有机组成部分,校园一卡通工程是数字校园的标志性工程和前导性工程。校园卡是将广大师生员工与数字校园有机连接在一起的最有效的媒介,实现了 “一卡在手,走遍校园”,校园卡是校园数字化的重要形象和重要标志之一,所谓“校园一卡通”,即在学校内,凡有现金、票证或需要识别身份的场合均采用卡来完成。此种管理模式代替了传统的消费及身份识别管理模式,为学校的管理带来了高效、方便与安全。一卡通系统是数字校园建设的重要组成部分,是为校园信息化提供信息采集的基础工程之一,具有学校管理决策支持系统的部分功能。

系统建设

三维虚拟校园系统是数字校园的基础和平台, 开展三维虚拟校园系统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势,具有重要的理论意义和现实意义。 近年来,"数字城市"和"数字校园" 开始涌现并逐步转变为现实。 随着数字化技术的进一步发展,实现学校管理数字化、智能化是新时期对学校发展提出的新要求。
数字校园系统结合三维可视化技术与虚拟现实技术,再现实际地理环境的真实情况,系统具有动态性和实时交互性的特点。 三维虚拟校园系统设计的交互中,主要包括视图操作(平移、旋转、渲染、光照、雾化、视点变换)、三维漫游(绕点漫游、沿路径漫游、自由漫游)及漫游控制等功能。 用户可以在系统中通过行走, 鸟瞰以及选择不同的摄像机视图来多视角观看校园景观,以达到全方位认识校园的目的。

平台选择

平台选择包括建模平台的选择和开发平台的选择。
(1)建模平台的选择。2013年前三维建模的方法主要有:
①直接利用传统GIS中的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模,各建筑物表面可加上相应的纹理,但这种方法只限于平顶建筑物的三维建模。
②使用3D 软件,如AutoCAD、3DMAX可直接做出逼真的三维模型,特别是对于那些不规则的建筑物(如路灯、凉亭、塔型建筑物等)效果较好。
③利用数字摄影测量技术进行三维建模,但采用这种方法过程较复杂,成本高,逼真度不好。基于开发系统成本和条件的考虑,本文利用二维CAD数据、数码相机实地拍摄的纹理数据、GoogleEarth 航拍地图基础,使用3DMAX 对地物进行三维建模。
(2)开发平台的选择。2013年前开发平台种类繁多,通过比较,本系统采用深圳中视典数字科技有限公司独立开发的一款三维虚拟现实平台--VR-Platform(简称VRP)三维互动仿真平台。
该软件特点是可同时支持多个max 版本的安装与使用,支持适时导航图显示、视角切换功能,能模拟高效高精度物理碰撞,支持自动漫游、手动漫游,可自定义漫游轨迹,可使用行走相机、飞行相机、绕物旋转相机等相机,可提供完善的SDK 接口。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化,真正做到了管理意义上的所见即所得。

三维模型

场景三维建模是虚拟三维校园漫游系统主要构成部分,也是工作最为繁重的部分。模型的好坏直接影响仿真的效果和相似度,所以构建的模型一定要遵循建筑物的实际形状。在建模过程中,把获取的原始工程CAD 图纸导入到3DMAX 中,根据CAD 图纸建筑物的顶面图、立面图创建三维模型。在创建模型时,为方便后期导入到VR-Platform 三维互动仿真平台,有几点需要恪守的建模准则。
首先要尽量做简模。虚拟现实中的运行画面每一帧都是靠显卡和CPU 实时计算出来的,如果面数太多,会导致运行速度急剧降低,甚至无法运行;模型面数的过多,还会导致文件容量增大,在网络上发布也会导致下载时间增加。
第二点要注意模型的三角网格面尽量为等边三角形,不要出现长条型,因为长条形的面不利于实时渲染,还会出现锯齿、纹理模糊等现象。
第三点模型的数量不要太多。如果场景中的模型数量太多会给后面的工序带来很多麻烦,如会增加烘焙物体的数量和时间,降低运行速度等,因此,一个完整场景中的模型数量控制在2000 个以内(根据个人机器配置)。

第四点合理分布模型的密度。在VRP 中,所有模型的面与面之间的距离不要太近。推荐最小间距为当前场景最大尺度的二千分之一。在制作场景长(或宽)为1km 的室外场景时,物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近,在运行该VR场景时,会出现两个面交替出现的闪烁现象。另外还需要注意在表现细长条的物体时,尽量不用模型而用贴图的方式表现;相同材质的模型,远距离的不要合并;保持模型面与面之间的距离;删除看不见的面;用面片表现复杂造型等准则。