虚拟现实文献综述
2020-03-02 11:45:11 来源：范文大全收藏下载本文
《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述
摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况
前言
教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。
一、虚拟现实技术的发展状况的研究
虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。
在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。（3）交互性。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。
虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。
二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析
目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚拟社区和3S技术的发展角度，数字校园被定义为对现实校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，是基于对现实校园的一个三维虚拟环境，用于支持对现实校园的资源管理、环境规划和学校发展[6]。
虚拟现实技术是集影视广告，动画，多媒体，网络可以于一身的推广方式。虚拟现实技术应用在数字校园中，使用计算机技术来生成一个虚拟的三维校园环境，并赋予其可操作性，让浏览者可以与这一虚拟客体进行交流[7]，是体现校园风貌、规模和实力的象征和标志，其主要核心是协助校园推广、宣传，招生等方面的需求，主要通过以下几个方面体现：
1、直观的交流方式
应用虚拟现实技术，学校领导可通过亲身感受，评估展示方案的特点与优劣，以便做出最佳展示方案，不但可以避免决策失误，而且可以大大提高校园展示的价值，从而提高校园风貌在学生心中的形象，而且保护投资。
2、方便的设计工具
虚拟现实不仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它易视觉形式反映了设计者的思想，比如当在一座大楼前模拟首先要做的事情就是对这座大厦的结构，外形做细致的构思，为之定量化，还需要许多设计图，虚拟现实可以把这种构思变成看得见得虚拟物体和环境，使以往只能借助传统的沙盘[8]的设计模式提升到数字化的即看即得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量和效率。
3、最先进的展示手段
在校园风貌展示当中，传统的做法就是印刷宣传彩页或普通的网页展示等。由于印刷彩页是平面，普通的网页是二维的，让学生无法感受到亲临学校的感觉，而且无法将校园全部展示，只能了解校园标志性建筑，无法以正常人的视角去感受校园的规划，更无法获得人在其中的真实感受。近年来效果图和三维动画已经得到普及应用。然而，效果图只能提供静态局部的视觉体验，动画虽有较强的动态三维表现力，但不具备实时交互性，观察者只能按照事先设定好的路线和角度来浏览，很被动，信息获取不够全面。校园个性方面的优势往往无法表现。
综上所述，与传统的展示方式相比较，虚拟现实解决方案的各个指标具有明显优势。它在数字校园的应用[9]，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助。
三、VRML虚拟现实技术在数字校园系统的应用研究
虚拟现实建模语言（VRML）源于虚拟现实技术，是20世纪末发展起来的涉及众多学科的的高新技术[10]。它是集计算机、仿真、微电子、传感与测量技术于一体的高新科技的融合。而虚拟现实建模语言（VRML）正是利用了虚拟现实，在计算机中创立一种与现实生活相同的感受，有身临其境的感觉甚至生理感受，从而实现用户与虚拟现实直接进行交互。
三维场景建模就是构建虚拟校园环境，是漫游系统设计的核心问题之一．因为VRML是一种三维造型和渲染的图形描述性语言,它把“虚拟世界”看作一个“场景”，而场景中的一切都看作是“对象”也就是“节点”，对每一个对象的描述就构成了VRL文件[11]。而要把这些枯燥的语言和符号变成动态的虚拟世界，通过浏览器解释这些语句可以实时生成虚拟的校园场景。且VRML是一个高效，优秀的VR模型开发工具，它的优势在于大场景地理环境的生成，能高效快速的实现实时场景的绘制，所以，选择VRML完成三维场景建模。 随着计算机软硬件技术的发展，利用VRML虚拟现实技术进行复杂场景的虚拟漫游已成为可能，利用这一技术我们可以游览虚拟校园欣赏校园景致，达到使用户难辨真假的程度。
作为互联网时代的宠儿，Web孵化了五花八门的网络开发语言，如Html、XML、Java、JavaScript、ActiveX等等[12]。相对而言，VRML是其中一支不可忽视的力量。VRML是一种描述交互式三维场景和对象的文件格式，它允许描述三维对象并把它们组合到作者构想的虚拟场景中，目前广泛应用于创建充满动感的三维虚拟空间[13]。与其他网络开发语言相比，VRML具有自身特定的优势：
1、VRML是目前唯一基于万维网虚拟现实模型语言的国家标准，因此能得到众多软件开发商的支持。目前包括3DS MAX、Maya、SketchUp等建筑设计中常用的3D软件都支持VRML文件格式的输入、输出、而像blaxxun、Bitmanagement Software、Parallet Graphics等众多VRML浏览器开发商纷纷通过其产品开发不断提高VRML虚拟场景的性能[14]。这些支持有力地保障了VRML虚拟建筑开发中对前期CAD数据的高效利用，而且VRML作为一种国际标准同时也保证于虚拟建筑开发成果能得到长期的应用和共享。
2、VRML是基于万维网的开放型的国际标准，具有很强的环境适应性和功能的可扩展性。VRML场景可运行在Windows、MAC、Unix等多种机型及操作系统上，适应单机、局域网、广域网、万维网等多种环境[15]；同时VRML语言允许开发者将VRML场景与现有万维网中流行的各种先进的技术集成起来，从而极大得扩展VRML虚拟建筑场景的性能。
3、VRML场景的大小没有限制，场景的扩充和维护皆很方便。一个VRML场景的模型即可以使一个独立的VRML模型文件组成，也可以使由分布在网络上不同路径下的若干个分散的VRML模型文件组成。因此利于协同方式的建筑和文件管理。
4、VRML虚拟建筑是一个低成本甚至零成本投入的技术方法，开发者只需要在现有CAD软硬件系统基础上，添加一个VRML浏览器和一个VRML代码编辑器就可以进行VRML虚拟建筑的开发工作。VRML浏览器和代码编辑器都非常小型的程序，互联网上提供了大量此类工具的免费下载服务。
总结
数字校园是一项非常庞大的系统工程，它是集计算机技术、仿真、微电子、传感与测量技术于一体的高新技术的融合，是信息技术在教学领域的应用，若要超越单纯从技术视野中理解数字校园的概念，应将校园内的基础地理、自然资源、社会资源好人文资源等各种信息进行数字化采集和存储，分别建立相应的数据信息库，并建立全视角的可视化数字校园三维立体平台[16]，并在此基础上实现其应用支撑系统，即实现服务的开发、利用、广告、安全、管理等一体化，实现从信息生产到信息消费的信息流有序化，最终实现信息资源的动态管理，利用和优化配置、开发和增值。
我相信，作为一门新兴的，发展中的技术，虚拟现实技术的发展潜力是巨大的，前景是广阔的，随着虚拟现实技术理论与方法的逐步建立和日趋完善，数字校园建设必将迈上一个新的台阶。在数字校园里，通过各种现代化手段，实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程，从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的。
参考文献
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