（安徽电子信息职业技术学院 安徽 蚌埠 233000）

0.引言

当前VR虚拟现实技术作为前沿技术之一，通过虚拟现实建模语言技术、开放式图形库技术、视觉场景技术和多细节层次技术等，完成对虚拟现实技术的搭建。设计虚拟校园系统时，应对校园内部整体环境进行分析，通过技术人员对主道路和标志性建筑物的测量，构建校园系统的基本框架。对校园系统内部进行实体建模，使其更具真实性，提升用户的体验度，通过对建筑和植被等进行细节优化，使用户对校园环境认知更深刻。构建虚拟校园系统，通过节点技术的优化，可提升用户与校园的交互。

1.VR虚拟现实技术

1.1 虚拟现实技术概述

虚拟现实技术（Virtual Reality）通过计算机技术可实现对虚拟世界的构建，为体验者提供三维立体性虚拟环境，通过全景式立体展现可使体验者融入到体验环境中。随着技术的不断成熟，现VR技术已广泛应用到各个领域之中，如远程可视性操控、网络分布式计算技术、VR成像等。VR虚拟现实在设计过程中，以构建整体虚拟环境为基础，使体验者可沉浸在虚拟环境，并产生相应的交互行为，以此为理念进行对虚拟世界的设计。

1.2 虚拟现实技术原理

虚拟现实技术由于涉及领域较多，其技术较为复杂，需各项技术进行独立工作但彼此间应产生相应的联动功能。其主要技术包括虚拟现实建模语言技术（VRML）、开放式图形库技术（OpenGL）、视觉场景技术（Viewpoint）、多细节层次技术（LOD）。

VRML技术在运行过程中一般以现实世界为参照物，对现实场景进行模型式构建，并采集相应信息，通过比例式成像，在虚拟世界进行建模。VRML技术具有良好的兼容性，可在不同平台进行设计与实现，在其运行过程中，可对体验者进行行为监控，防止因操作行为不当造成事故，在体验者进行相应的行为动作时，VRML技术可进行对虚拟环境改变，为体验者提供真实性。VRML技术是一种建模语言技术，其可增强信息环境的交互性，通过信息解释功能，将对象、行为目标和信息语言进行融合，使整体虚拟环境更加真实。VRML在虚拟环境中其技术主要目标为虚拟节点，在虚拟环境进行构建中，当环境结构较为复杂时，一般以节点作为拆分单元，使其在运行过程中，通过对节点的组合利用进行重复性定义，使其参与到构建场景中。

OpenGL技术通过开放式图形库，可由基本元素为主，对环境信息的模型进行函数型绘制，通过其元素的构建形式，可对曲面、三维立体模型进行绘制，其在绘制过程中通过元素基本和投影基本进行绘制函数间的转变，通过无缝式衔接状态，可减少计算时间，提升成像速度。OpenGL技术通过外接设备来实现，其属于程序式接口，与系统硬件运行方式不同，可在多平台进行转换，其具有融合性，可兼容平台格式文件并实现转换。

Viewpoint技术作为视觉场景技术，通过对图像进行采集与存储，可为环境提供丰富资源。通过技术对场景的设置，将三维图像进行多角度审查，对阴影部位进行参数设置，并对光线进行优化，使虚拟环境更具真实性。

LOD技术通过多细节层次的展示，提升体验者对虚拟环境的认可度，增强体验者的沉浸感。体验者在进行运动中，通过对动作所经历的场景进行细节优化，提升成像速度，将虚拟场景内部的动态性质进行优化，降低交互延迟，防止在体验者视角中发生顿挫感。

2.VR虚拟现实技术在虚拟校园系统中的设计

2.1 多媒体教室设计

VR虚拟现实技术，通过将技术在虚拟和现实之间转换，使体验者有身临其境的感受。其可用在多媒体教室之中，通过计算机网络技术完成对三维立体模型的构建，使学生感受到学习环境，并可进行实时沟通。计算机网络由于其数据信息发达，可进行实时搜索，并通过VR虚拟现实技术将信息进行三维化立体展示，增加学生对内容的掌握，通过立体化教学方式可提升学生的学习兴趣。在多媒体教学系统中，学生可通过知识内容的立体化展示，使学生加深对知识的了解程度，通过实时性教学，可为学生提供便捷的学习方式，同时可将传统教学方式的教学方法进行优化，学生在学习过程中，可对问题进行系统性提问，通过在三维模型上进行留言，使教师及时对学习情况进行了解。通过VR虚拟现实技术可对多媒体教室教学系统进行异步式通信处理，将信息传递进行针对性处理，以留言和提醒的方式，丰富教学方式，也可开展相应的活动及讲座，提升学生的参与度。VR虚拟现实技术可对虚拟学校进行建模，通过计算机互联网技术实现操控性教学，体现出远程教学的优势。在对多媒体教室进行设计时，应从虚拟建模和多媒体操控功能进行相应优化性设计，使学生体验到良好的教学环境，在教学过程中感受到三维教学的魅力；对多媒体操控功能进行设计，便于声音的传播和教师对系统进行操控。学生在多媒体教室上课时，可通过对知识进行网页式多渠道信息浏览，并可使用其视屏功能，对内容知识点进行延伸式讲解，教课可通过学生的操作模式来了解学生的学习情况，并及时作出指导，提升整体教学质量。

2.2 校园漫游设计

通过VR虚拟现实技术对校园进行设计时，由于校园单位基数较大，其具有一定的空间性，应选好参照物，并确定单位之间的关系，将整体校园进行模块式划分，使每个模块都有相应的参照点，当校园整体面积较大时，应进行精准定位，明晰整体校园框架。在对校园进行系统设计时，首先可将校园内道路主干道作为参照标准进行平面式建模，以主纵向干道和主横向干道的交汇点作为起点，并对其进行精准定位，通过对道路进行模块式建立，使校园整体路径得到二维式建立，在逐级对副干道进行建模，以逐层递减的构建方式，明确校园的整体路径。其次应对校园内标识性较高的建筑物进行三维式建模，将其与校园路径进行比例式缩放，使其达到虚拟真实性。在对建筑进行三维建模时，应依据其具体构建环境和实际需求，进行镂空式建模和实体式建模，使其达到做优化效果，镂空式建模适用于建筑物内单位数量较多且具有单一性，整体结构处于定性思维的建设方式，一般用于教学楼、师生宿舍楼和综合楼等。实体式建模适用于对建筑物内部要求细致理解，对建筑内单元的还原度要求较高等，在设计过程中应对细节进行优化，使体验者了解校园建筑及内在意义，一般用于图书馆、体育馆和实训楼等。在进行实际设计时应对镂空式楼体进行优先建模，其具有简易性和大众性，内部构造和部分楼体具有相似性，通过由简入繁的设计模式，对其他楼体和复杂建筑物进行设计和改造，在系统内以立体化的方式表现出来。再次对校园内部整体进行景观进行建模，对树木、植被、公共设施、路灯等进行构建，使校园内部场景更加真实，体验者在进行虚拟体验时，可对校园进行全面理解，加强整体的兼容性。最后对道路、建筑和校内小型设施等进行模型优化，使其融合成为整体，令其细节可完美展示，达到建模最终目的。

2.3 标识导向设计

虚拟现实技术在进行设计时，通过对校园内部的标识导向进行设计，对校园内细节进行优化，可提升用户的体验度，在用户进行视觉移动时，可对虚拟世界进行实地性了解。技术人员在对标识导向体系设计之前，应对校园进行了解，清楚标识特点，以用户的角度去进行分析，对标识细节进行优化。将校园内部通过CAD模型精心基础构建，使其进行二维模型的构建，提供校园内部建模基础，技术人员对校园内部环境进行实地取景拍摄，重要地点可采取录像的方式，进行动态图像采集，将图像与CAD模型相融合，完成三维立体图像的构建，以此为基准进行模型的导出。通过开放式图片成像技术，为其提供大量的图片信息，经过程序间的运算，使图片信息进行三维立体化展示，提升用户对虚拟环境的融入感。

3.VR虚拟现实技术在虚拟校园系统中的实现

3.1 数据信息采集

为实现虚拟校园系统，需进行数据信息的采集，其可为整个系统提供建模基础，工作人员在进行采集过程中，由于校园占地较大，单位基数较高，提升了采集难度，此过程需要消耗大量的人力和物力。设计人员在进行设计时，应对整体校园环境进行分析，对标志性建筑物和标志性道路等进行查看，以其作为基准，并采取相应的测量方式，对其进行精准测量，使其达到虚拟真实性。设计人员应对其实际特性进行分析，考虑虚拟现实中场景切换的问题，对其进行多角度拍摄和录像，使其具有可查看性，提升用户的体验。应对图片和录像信息等进行范围性搜索，通过合理的场景对其进行搭配，提升虚拟现实场景中的流畅感，使用户得到畅快体验。设计人员通过对主体道路和标志性建筑物进行采集信息后，进行相应的贴图，使虚拟现实场景具有三维立体化，信息采集时，应对校园内部的细节进行优化，通过对植被、公共设施等进行直观性描述，提升用户的体验度。

设计人员在进行采集校园信息时，一般以图像资料为主。图纸资料作为校园内部概括性资料等，其通过对学校进行范围性收集，对学校的整体地形地貌信息进行收集，方便整体校园轮廓的建模；对标志性建筑物景观信息进行收集，可提供相应的参照物方便工作人员进行设计；对校园内部规划图纸进行收集，与实际环境相对比，使虚拟真实环境的建模信息得到填充和优化。贴图资源以后期加工的方式为主，工作人员在进行采集信息时出现纰漏时，在后期可对信息进行重新采集，并进行相应的贴图PS，完善建模信息，当校园环境由于外界因素发生变化时，设计人员也通过及时的采集信息，使虚拟现实环境得到更新。在进行贴图资料的过程中，透明式贴图以渗透融合为主，通过将原始图片信息进行贴合处理，使其在加工过程中得到细节优化，技术人员可通过透明式贴图技术对图片信息进行相应的关联性操作，使图片信息在整体建模过程中更为流畅。在不透明贴图中，是通过将图片信息直接作用于原始资料中，将其以覆盖的形式，并通过相应的PS技术，使原始环境改变，可在整体系统制作后期进行实时更改，易于设计人员操作。

3.2 实物建模

通过其对校园内部表面环境进行信息采集，将构建出校园整体框架，对校园内部的实物进行建模使其更具备真实性。对标志性建筑物进行建模，通过对建筑物进行结构分析，并以三维式几何图形构建法，来构建实体框架，设计人员在进行设计时，依照整体的尺寸进行分析，通过比例式缩放，加强建筑物与周边环境的融合度。对整体框架构建之后，应对建筑物门窗、线条和墙体等进行细节性优化，增强虚拟环境的真实性，使体验者通过虚拟环境对校园内部的真实环境了解更透彻。在对校园内部建筑物进行构建时，以建筑物复杂程度为基准，当其外观形状较为规则时，其整体结构与校园内部其它建筑物相一致时，可通过贴图的方式对建筑物进行建模，节省设计人员的工作时间。当对形状较为复杂的建筑物进行建模时，且建筑物具备单独的特性时，不能通过贴图的方式进行加工，可采取三维构建法对其进行立体构建，使其具备相应的特性，并将建筑物进行多角度信息采集，通过此种方式将图片信息进行细节化贴合，使建筑物具备完整性。通过对校园内部标志性建筑物建模后，应对其植被景观等进行建模，进而使用户对校内的生态环境进行正确的认知。在进行对植被景观进行建模时，一般以树木、草坪和花朵为主，在对树木模型进行构建时，设计人员应对其进行测量，并依据参照物将其位置进行正确摆放，以其达到虚拟环境的真实效果，应对树木的纹理进行具体建模，通过照片信息采集，技术人员进行交互式照片影像映射，通过对其模型进行三维式立体构建，以期达到树木模型的正确构建。技术人员需对树木进行多角度照片信息采集，根据阳光的直射角度，对树木的阴影范围进行信息采集，在建模时，可通过贴图的方式对树体进行阴影式优化，对其覆盖区域应采取透明式底片处理，通过对细节的优化，可提升用户的体验感。在对植被和花朵进行建模时，可将草坪的纹理直接覆盖于二维平面之上，方便设计人员对其进行建模，在对校园内部花朵进行建模时，技术人员对其进行多角度信息采集，调整图片信息的摆放方式，对其进行相应的复制性建模，提升工作效率。

3.3 虚拟现实场景互动

实现虚拟校园环境，应以用户体验角度为出发点，在进行相应的设计时，重点突出其交互性，提升用户的体验感。虚拟现实建模语言技术可为虚拟现实环境提供相应的交互功能，当用户在进行方位移动时，自动对当前的整体环境进行改变，达到视觉转换的基本效果，通过系统内虚拟模型的方位性转变，达到场景之间的成像切换，提升虚拟环境的真实性。虚拟校园在进行系统交互时，由节点交互和编程节点为主要模式，完成系统的交互功能。在进行节点交互时，可通过虚拟环境现场之间的节点交互、感应器节点交互、对应性插值节点交互等，进行三维空间的节点交互，使用户在进行行为动作时，通过传感交互使场景发生相应的变化，完成虚拟环境系统转变。编程节点作为程序式操控，对虚拟校园系统进行程序编写，通过对校园信息的采集，以静态类型语言（Java）和动态类型语言（JavaScript）进行相应程序编写，对校园内部信息进行分析，通过静态与动态之间的转变，实现与用户之间的交互。通过用户在系统中的行为动作，使系统进行节点捕捉，以Route命令进行节点的传输，达到对虚拟校园场景的基本切换，提升用户与校园虚拟系统的交互感。

4.结语

综上所述，通过对VR虚拟现实技术进行概括，对其核心技术进行分析，并通过设计完成对虚拟校园系统的构建。在进行对校园系统内部进行建模时，应对建筑和道路进行实体测量，并在校园虚拟系统中进行比例式建模，在建模过程中，应进行细节优化，使虚拟校园环境更真实。通过节点感应技术，使用户在进行相应动作行为时，可对节点进行精准捕获我，完成节点的运动轨迹，使用户眼前呈现的景象更加具有流畅性。