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摘要：随着高校数字化校园建设的不断推进，虚拟校园建设也在我国部分高校进行了探索与研究。本文采用文献资料法、理论结合实践，对虚拟校园建设的关键技术及应用进行了探讨与分析。文章首先就虚拟校园的概念进行了界定，进而阐述了虚拟校园建设的系统需求和一般流程，在此基础上就虚拟校园建设中的关键技术进行了详细的论述。这对推进高校信息化建设和数字化校园建设有着重要的借鉴作用与参考价值。
关键词：虚拟校园；图形技术；技术应用
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 06-0000-02
近年来我国高校数字化校园建设不断向前发展，虚拟校园建设作为其中一项重要研究方向，目前已经在部分高校得到了发展与探索。作为高校信息化建设中的新鲜事物，虚拟校园建设在发展中面临着诸多的技术问题需要进一步完善与解决。笔者在总结现有相关研究的基础上，就虚拟校园建设中的关键技术问题作以下探讨与分析。
一、虚拟校园的界定
从现有文献资料来看，关于“虚拟校园（Virtual Campus）”的定义还不十分统一。不过从现有的研究及应用实践，我们可以这么认为：所谓虚拟校园，就是运用虚拟现实技术对大学校园的数字化和虚拟化，从而模拟构建一个从视觉、听觉、触觉方面十分逼真的虚拟校园景观，最终我们可以借助计算机来对该校园进行全貌的了解，以及在虚拟校园中漫游，使我们有着有身临其境的感觉。因此，一个完美的虚拟校园其基本特征是：实时性、沉浸感、交互性和想象力。
虚拟校园是虚拟现实技术在现代教育中的应用，它的出现，为其推进校园的规划、优化高校的管理、以及辅助决策和学校发展等方面发挥了积极的作用。由于虚拟校园建设中涉及到的主要技术领域涵盖了地理信息系统技术、虚拟现实技术、宽带网络技术、多媒体技术、计算机图形学等方面。因此，在具体设计与应用中面临着诸多的技术问题需要我们不断进行探索与研究。
二、虚拟校园建设的系统需求和流程
（一）系统需求分析
从上述虚拟校园的概念界定中，可以知道虚拟校园建设系统的基本需求应包括以下几个方面：（1）构建交互场景，为参观者提供虚拟浏览环境；（2）构建一个基于教学管理功能相对完整的三维可视化虚拟校园；（3）构建一个以学生为中心，充分体现人性化的远程教育基础平台。
（二）虚拟校园建设的一般流程
由于虚拟校园系统的建设目的一方面在于让更多的人对整个学校有清晰的认识，熟悉校园内部的交通、环境等；另一方面可以用来辅助解决校园规划、设计中方案的一些问题。因此，其建设流程基本遵循着数据准备-数据处理-功能实现三个阶段；一般虚拟校园建设的流程如下图所示（见图1）：
图1：三维虚拟校园建设流程图
从流程图我们首先看数据准备阶段，在这一层，所需要完成的工作是地形图的扫描，对校园平面图进行扫描，完成对校园建筑物高程的量，以及地面摄影影像这几个方面的工作。
完成上述工作的基础上，就是将各种技术手段应用于虚拟校园建设的阶段。主要开展的工作包括三位建模，文理获取和虚拟地表的生成等。这是虚拟校园建设的关键阶段，各种技术应用是否科学合理，将对后期建成的三位虚拟校园产生直接效果上的影响。
第三个阶段是功能实现，对三位虚拟校园的各个方面进行再现，测试其效果及功能是否达成了建设目标。
三、虚拟校园建设中的关键技术及应用
（一）三维场景的建立及优化
虚拟校园建设中最基本的部分，就是需要运用三维技术对校园场景进行建模。场景模拟主要由地面建模、建筑建模、植物建模三部分构成。
（1）地面建模：一般操作流程是根据CAD平面图对校园整体平面分布，来熟悉校园的大致规划与布局，然后根据遥感图像进行精确对位，将校园分为很多个块，在MAX中进行基础建模，构建基础平面。
（2）建筑建模：从校园的构成要素来讲，建筑物是其主要构成部分，也是虚拟校园系统中必须严格体现出来的内容。因此精确度要求极高，要达到逼真的效果。其建模的过程是：根据CAD施工图，在MAX中得到准确的模型框架，在此基础上按照照片和相关的纹理进行贴图，赋予不同建筑材料的材质，从而力求体现出真实感。
（3）植被模型的建立：作为校园风景的重要组成部分，校园的绿化植被建模十分重要。它是影响参观者对校园直观印象的直接因素，因此必须使植被的场景更具强烈的沉浸感和真实感。
在三维虚拟化校园场景的建立过程中，漫游系统的流畅性和场景真实性往往存在着冲突。因此在当前科学技术水平和条件下，这是虚拟现实系统开发一直难以逾越的难题。为了解决这一问题，我们就必须从三维建模入手来对其进行优化处理，力求使用最少的面而展示最理想的场景效果。
（二）纹理映射技术
纹理映射技术是虚拟校园系统建设中的重要技术之一，是当前计算机图形学中研究的一个热点课题。它利用事先获得的纹理影像来确定三维景物表面的点与纹理影像中像素点的映射关系，并按一定的算法将纹理影像映射到三维景物上的方式。为了增加虚拟校园场景的逼真效果，多数虚拟校园建设会运用这一技术手段来增加地形对象及场景地物的真实感。具体来说，可以分为地形场景的文理映射和地物模型的文理映射两种技术方法。
（1）地形场景的纹理映射：由于地形纹理图像数据量大，如果要求具有较高的真实感，内存的需求量更是十分巨大。在大规模地形的实时绘制时，需要不断地从硬盘到系统内存再到纹理内存调度纹理数据，如果用图形库的函数来实时建立多分辨率纹理则效率不高。
（2）地物模型的纹理映射：地物模型主要包括树木、路灯、灯箱及建筑物等模型，相对于地形纹理数据，其纹理数据量小，且多数纹理数据可通用，如树木纹理、建筑物墙面纹理和窗纹理等。因此，对于这些纹理数据，可采用Mip map纹理映射技术实现纹理的映射。
（三）可见性优化
为了减少了场景实时绘制数据量，目前应用较多的是使用场景模型的LOD技术。面对复杂场景重建时，就会出现一个难题，即：在确定的视点下只有很小一部分的面片或者点是可见的，大多数的面片是背向的、在视域外的或者被其他部分所遮挡，不可见。因此，虚拟校园建设中需要考虑运用一定的技术手段来实现场景的可见性，常用的技术方法是采用视域剔除和遮挡剔除来进行优化。
四、结束语
综上所述，在大力推进高校数字化校园建设的背景下，虚拟校园建设也取得了较快的发展，如清华大学、浙江大学、华南理工大学等高校已经有了初步的建设成果。虚拟校园的应用优势在于以直观的三维地形地物代替了传统的、抽象的二维地图符号，从而为用户提供了直观的、逼真的、便捷的校园场景及管理信息。虚拟校园系统在加强对外宣传，加强学校管理与辅助决策等方面表现出重要的推动作用。在互联网高度发展与普及的今天，一些学生家长在帮助子女选择就读学校或者想了解子女学校环境时，即时不能亲身前往学校，也可以通过网络便捷地的了解学校环境、硬件设施。通过这样的虚拟现实技术构建的虚拟校园无疑在未来具有很高的应用价值与广阔的发展前景。
参考文献：
[1]朱静雯,伍艳莲.基于OpenGL的虚拟校园漫游系统的实现[J].考试周刊,2009,35
[2]李杨,郁宇.虚拟现实在学校建设中的应用[J].华章,2010,25
[3]李星,段渭军,王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用[J].中国教育信息化,2011,3
[4]王利绒,朱东鸣.基于虚拟现实的教学系统的设计[J].中国远程教育,2011,1
[5]孟祥增,马萍,刘瑞梅.三维虚拟场景的创设与立体播放[J].中国电化教育,2011,8
关键词：虚拟校园；图形技术；技术应用
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 06-0000-02
近年来我国高校数字化校园建设不断向前发展，虚拟校园建设作为其中一项重要研究方向，目前已经在部分高校得到了发展与探索。作为高校信息化建设中的新鲜事物，虚拟校园建设在发展中面临着诸多的技术问题需要进一步完善与解决。笔者在总结现有相关研究的基础上，就虚拟校园建设中的关键技术问题作以下探讨与分析。
一、虚拟校园的界定
从现有文献资料来看，关于“虚拟校园（Virtual Campus）”的定义还不十分统一。不过从现有的研究及应用实践，我们可以这么认为：所谓虚拟校园，就是运用虚拟现实技术对大学校园的数字化和虚拟化，从而模拟构建一个从视觉、听觉、触觉方面十分逼真的虚拟校园景观，最终我们可以借助计算机来对该校园进行全貌的了解，以及在虚拟校园中漫游，使我们有着有身临其境的感觉。因此，一个完美的虚拟校园其基本特征是：实时性、沉浸感、交互性和想象力。
虚拟校园是虚拟现实技术在现代教育中的应用，它的出现，为其推进校园的规划、优化高校的管理、以及辅助决策和学校发展等方面发挥了积极的作用。由于虚拟校园建设中涉及到的主要技术领域涵盖了地理信息系统技术、虚拟现实技术、宽带网络技术、多媒体技术、计算机图形学等方面。因此，在具体设计与应用中面临着诸多的技术问题需要我们不断进行探索与研究。
二、虚拟校园建设的系统需求和流程
（一）系统需求分析
从上述虚拟校园的概念界定中，可以知道虚拟校园建设系统的基本需求应包括以下几个方面：（1）构建交互场景，为参观者提供虚拟浏览环境；（2）构建一个基于教学管理功能相对完整的三维可视化虚拟校园；（3）构建一个以学生为中心，充分体现人性化的远程教育基础平台。
（二）虚拟校园建设的一般流程
由于虚拟校园系统的建设目的一方面在于让更多的人对整个学校有清晰的认识，熟悉校园内部的交通、环境等；另一方面可以用来辅助解决校园规划、设计中方案的一些问题。因此，其建设流程基本遵循着数据准备-数据处理-功能实现三个阶段；一般虚拟校园建设的流程如下图所示（见图1）：
图1：三维虚拟校园建设流程图
从流程图我们首先看数据准备阶段，在这一层，所需要完成的工作是地形图的扫描，对校园平面图进行扫描，完成对校园建筑物高程的量，以及地面摄影影像这几个方面的工作。
完成上述工作的基础上，就是将各种技术手段应用于虚拟校园建设的阶段。主要开展的工作包括三位建模，文理获取和虚拟地表的生成等。这是虚拟校园建设的关键阶段，各种技术应用是否科学合理，将对后期建成的三位虚拟校园产生直接效果上的影响。
第三个阶段是功能实现，对三位虚拟校园的各个方面进行再现，测试其效果及功能是否达成了建设目标。
三、虚拟校园建设中的关键技术及应用
（一）三维场景的建立及优化
虚拟校园建设中最基本的部分，就是需要运用三维技术对校园场景进行建模。场景模拟主要由地面建模、建筑建模、植物建模三部分构成。
（1）地面建模：一般操作流程是根据CAD平面图对校园整体平面分布，来熟悉校园的大致规划与布局，然后根据遥感图像进行精确对位，将校园分为很多个块，在MAX中进行基础建模，构建基础平面。
（2）建筑建模：从校园的构成要素来讲，建筑物是其主要构成部分，也是虚拟校园系统中必须严格体现出来的内容。因此精确度要求极高，要达到逼真的效果。其建模的过程是：根据CAD施工图，在MAX中得到准确的模型框架，在此基础上按照照片和相关的纹理进行贴图，赋予不同建筑材料的材质，从而力求体现出真实感。
（3）植被模型的建立：作为校园风景的重要组成部分，校园的绿化植被建模十分重要。它是影响参观者对校园直观印象的直接因素，因此必须使植被的场景更具强烈的沉浸感和真实感。
在三维虚拟化校园场景的建立过程中，漫游系统的流畅性和场景真实性往往存在着冲突。因此在当前科学技术水平和条件下，这是虚拟现实系统开发一直难以逾越的难题。为了解决这一问题，我们就必须从三维建模入手来对其进行优化处理，力求使用最少的面而展示最理想的场景效果。
（二）纹理映射技术
纹理映射技术是虚拟校园系统建设中的重要技术之一，是当前计算机图形学中研究的一个热点课题。它利用事先获得的纹理影像来确定三维景物表面的点与纹理影像中像素点的映射关系，并按一定的算法将纹理影像映射到三维景物上的方式。为了增加虚拟校园场景的逼真效果，多数虚拟校园建设会运用这一技术手段来增加地形对象及场景地物的真实感。具体来说，可以分为地形场景的文理映射和地物模型的文理映射两种技术方法。
（1）地形场景的纹理映射：由于地形纹理图像数据量大，如果要求具有较高的真实感，内存的需求量更是十分巨大。在大规模地形的实时绘制时，需要不断地从硬盘到系统内存再到纹理内存调度纹理数据，如果用图形库的函数来实时建立多分辨率纹理则效率不高。
（2）地物模型的纹理映射：地物模型主要包括树木、路灯、灯箱及建筑物等模型，相对于地形纹理数据，其纹理数据量小，且多数纹理数据可通用，如树木纹理、建筑物墙面纹理和窗纹理等。因此，对于这些纹理数据，可采用Mip map纹理映射技术实现纹理的映射。
（三）可见性优化
为了减少了场景实时绘制数据量，目前应用较多的是使用场景模型的LOD技术。面对复杂场景重建时，就会出现一个难题，即：在确定的视点下只有很小一部分的面片或者点是可见的，大多数的面片是背向的、在视域外的或者被其他部分所遮挡，不可见。因此，虚拟校园建设中需要考虑运用一定的技术手段来实现场景的可见性，常用的技术方法是采用视域剔除和遮挡剔除来进行优化。
四、结束语
综上所述，在大力推进高校数字化校园建设的背景下，虚拟校园建设也取得了较快的发展，如清华大学、浙江大学、华南理工大学等高校已经有了初步的建设成果。虚拟校园的应用优势在于以直观的三维地形地物代替了传统的、抽象的二维地图符号，从而为用户提供了直观的、逼真的、便捷的校园场景及管理信息。虚拟校园系统在加强对外宣传，加强学校管理与辅助决策等方面表现出重要的推动作用。在互联网高度发展与普及的今天，一些学生家长在帮助子女选择就读学校或者想了解子女学校环境时，即时不能亲身前往学校，也可以通过网络便捷地的了解学校环境、硬件设施。通过这样的虚拟现实技术构建的虚拟校园无疑在未来具有很高的应用价值与广阔的发展前景。
参考文献：
[1]朱静雯,伍艳莲.基于OpenGL的虚拟校园漫游系统的实现[J].考试周刊,2009,35
[2]李杨,郁宇.虚拟现实在学校建设中的应用[J].华章,2010,25
[3]李星,段渭军,王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用[J].中国教育信息化,2011,3
[4]王利绒,朱东鸣.基于虚拟现实的教学系统的设计[J].中国远程教育,2011,1
[5]孟祥增,马萍,刘瑞梅.三维虚拟场景的创设与立体播放[J].中国电化教育,2011,8