基于VR虚拟技术校史馆信息化建设的思考.pdf

Jun.20232023年6 月Gansu Science and TechnologyNo.6Vol.39第6 期第3 9 卷甘肃科技基于VR虚拟技术校史馆信息化建设的思考*张海军，范开欣（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃寸武威7 3 3 0 0 6)摘要：随着互联网技术和虚拟现实技术的成熟与发展，传统静态图文展示已无法满足新时代高等职业教育的发展需要，数字化、智能化校园建设成为大势所趋，基于VR（虚拟现实）技术的虚拟展示应运而生。VR虚拟校史馆以传统校史展示馆为基础，利用计算机图形学技术构建数字化展览馆，将校史馆及陈列品移植到互联网上，内容完整、色彩美观，传播速度快、用户体验感强、人机交互性能好。文章通过对甘肃畜牧工程职业技术学院VR虚拟校史馆创建设计、3 dsMax(三维动画软件）建模、VR场景制作的经验思考，探讨VR虚拟技术在校史馆信息化建设中的应用前景，有利于深人推进职业教育数字化、信息化发展关键词：VR技术；虚拟校史馆；信息化建设；教育数字化中图分类号：G202借助互联网思维，结合新技术与互联网深度融合，是传统领域发展的新趋势。新时代高等职业教育迅速发展，虚拟现实技术不断发展和迅猛成熟，实体校史馆逐渐显现出诸多缺陷与不足，比如传统静态图文展示的实体校史展馆受制于场地的限制，参观者须在相对固定的时间到实体馆方能参观，而虚拟校史馆极大地推进了校园信息化建设。VR虚拟校史馆是一种可以将校史馆和陈列品在互联网上进行展示、宣传与教育的数字化展览馆，是推进教育数字化发展的现实需要。文章以甘肃畜牧工程职业技术学院校史馆为原型，通过对其进行数据采集、3dsMax建模，VR平台后期效果制作，进行VR虚拟校史馆的设计制作与应用，确保实现了沉浸漫游、身临其境、赏心悦目，极大地增强了校史馆网上参观的真实性、体验感和层次感校史馆VR虚拟技术的研究应用11.1VR虚拟校史馆为充分发挥校史馆在传播校史文化、展示办学成就、扩大学校影响等方面的积极作用，国内不少高校利用现代信息化技术实施了校史馆虚拟展示，但大多为静态展示，这种展示存在信息量小、体验感差、更新缓慢等缺点，梯次化、立体化效果不佳，很大程度上影响了校史馆传播文化内涵、树立良好形象、展示学校精神作用的发挥。与之相比，VR虚拟展示技术具有真实的交互式体验感优势3，受到广泛欢迎。VR虚拟技术是一种集成了人工智能、传感交互等高新科技的动态虚拟技术，具有多感知、自主性、交互性、沉浸性等特点，主要活跃于影视、游戏、教育、医疗、军事等具有沉浸式体验需求的领域。利用VR技术构建虚拟校史馆，是新时代数字化展览馆建设的发展要求，有助于现代职业教育数字化、推进校园信息化建设。VR虚拟校史馆以传统校史展示馆为基础,将VR场景动态虚拟技术与真实校史馆相结合，参观者可以通过进人校园网站、微信公众号或手机扫码等方式获取VR平台链接，线上参观校史馆。目前来看，虚拟校史馆内容完整、色彩美观、数字化强，具有传播速度快、用户体验感强、人机交互性能好等优点，能够更好地再现校史馆的内部真实场景，让人沉浸漫游于校史馆之中，可以让目标受众赏心悦目、心情愉悦。1.2VR虚拟现实技术在校史馆应用的意义校史馆是陈列学校奋斗历程、展示学校办学过程和不同时期精神风貌的重要场馆，对追忆先辈、缅怀历史具有特殊的意义,是一个有历史革命高校的重要职责和使命。VR虚拟校史馆集中体现了梯次化、群众化、立体化、信息化和数字化路径，充分处*基金项目：2 0 2 2 年甘肃省高等学校创新基金项目“校园特色文化品牌创建与示范”（2 0 2 2 A-290）。58肃第3 9 卷技科甘理好了历史与现实的关系，在视觉、听觉和触觉方面具有更强的吸引力，更加有利于传播校史文化、弘扬学校精神、展示办学成就、扩大宣传影响。VR虚拟校史馆上线后，可以与实体校史馆共同构建“馆内+馆外”“线上+线下”党建、思政、精神、文化育人体系，着力打造对外交流的展示平台、学校精神的传承平台和德育人文的教育平台，更能够深化师生知校、立校、爱校、荣校教育，对推进校园信息化建设、人文校园建设，打造魅力“牧院”发挥着重要的作用，有利于把学校建设成为立足甘肃、面向全国，有特色、高水平的高等职业院校。2VR校史馆的创建思路及流程甘肃畜牧工程职业技术学院校史馆建筑面积为6 0 0 m,内部空间分为溯源篇、荟萃篇、求索篇、谋新篇等4 大板块，全景式展现了学校七十载光辉历程，是融展示、研究、交流、体验于一体的校史空间主要参观群体分校外参访者和校内师生，主要通过互联网进行参观、浏览、学习、交流，使用的访问设备主要为手机和电脑。鉴于校史馆VR虚拟空间访问的快速、流畅需要，必须对VR虚拟平台创建的关键技术参数进行控制设定，否则不利于参观者浏览，而且还会影响心情，设计的关键技术参数设定为：响应延时2 0 ms,屏幕刷新率7 5Hz,陀螺仪刷新率1 kHz，瞬间同时访问量1 0 0 0 人。为克服静态虚拟展示参观视觉单一、听觉信息缺乏、互动性不足、用户参与感不强的不足，需要利用三维虚拟技术将展馆及其陈列品移植到互联网上进行展示、宣传4-6。甘肃畜牧工程职业技术学院VR虚拟校史馆创建流程从创建到发布，3 个主要工作阶段分别是空间数据采集、三维场景建模及烘焙、漫游设计，如图1 所示。空间数据采集校史馆实景空间尺校史馆实景3 6 0 无寸实地测量死角航拍基础数据收集实景虚拟对比构建空间布局图场景建模与凹凸法线校史馆内部空间3 D建模与凹凸法线VR平台材质设置、灯光设置，漫游设计，物体监测设置，交互体感设置交互式体感设置空间达成图1创建VR校史馆的工作流程3校史馆VR场景设计与实现3.1采集空间数据及绘制平面图空间数据的采集是三维场景建模的前提基础条件，直接决定着VR校史馆的整体形象和展示品质。因此，在三维场景建模之前，必须进行实地测量校史馆的内部空间图像数据，核心工作是使用鲁班尺、BOSCHDLE40激光测量仪等对校史馆、展台及展品等实物的图像资料进行采集、收集、整理，以确保能够真实分析理清校史馆内部构造、空间结构；为保证后期场景建模的效果，在空间图像数据采集完成后，务必使用AutoCAD（计算机辅助设计软件）把测量收集到的数据绘制成平面图，以便于为三维虚拟建模做铺垫打基础。59张海军等：基于VR虚拟技术校史馆信息化建设的思考第6 期3.2航拍采集图像为确保能够切实将校史馆的现状完整记录并保存下来,并将其作为3 dsMax建模的重要原始资料，就必须采用航拍技术对校史馆内部效果进行现场实景拍摄。要确保真实和准确地记录效果，务必在航拍前，先通过实地测量提前绘制成的AutoCAD平面图，理清校史馆的内部布局情况，以便更好地确定拍摄坐标。通过现场查看，进行校史馆的内部航拍拍摄，精准确定了1 2 个航拍坐标。为确保达到真实展示校史馆内景效果，航拍时需选择合适的高度拍摄，经过多次实地拍摄，最终确定在离地1.5m的高度安装拍摄设备；采取每隔9 0 拍摄一张照片的方式进行水平取景，最后将航拍设备调整到与地面垂直，拍摄天花板和地面。3.3三维建模及场景优化虚拟校史馆建设至关重要的工作环节就是3 dsMax三维建模，只有建好三维几何模型，才能真正确保整体效果的实现与完成。鉴于虚拟现实系统实时展示和网络带宽的限制，三维建模必须保证视觉效果，要尽量采用比较简单的模型。场景创建时最重要的工作是模型优化，其主要方式有减少分段数、删除隐藏面、使用纹理贴图、使用优化编辑器等。甘肃畜牧工程职业技术学院校史馆VR空间制作采用3 dsMax，严格按照采集数据1:1 进行还原，且使用软件自带的几何体开展数值建模，并删除场景中不可见的余面，如图2 所示。同时，在场景优化方面，为确保降低VR虚拟校史馆运行过程中可能出现的卡顿、提高VR校史馆场景的空间质感和光影效果，不在3 dsMax中设置材质效果，也不设置灯光效果。图2校史馆内部空间3 ds模型图3.4场景贴图烘焙场景烘焙能够很好地提升网上浏览的体验感和真实性。因而，为确保浏览顺畅、提高观看质感、达到视觉上逼真的光影效果，在制作好各个实体三维模型完成虚拟校史馆3 dsMax建模后，就需要将已经建模好的校史馆三维几何场景模型导人到VR系统中，进行三维场景贴图烘焙，设置校史馆内部场景的材质、灯光、碰撞检测和漫游方式等，将各种效果煊染到纹理，并确保实现永久保持。考虑适应性和可操作性，校史馆的烘焙采用3 dsMax自带的Mentalray染器，很好地实现了快速染逼真的环境8，极大地提升了参观的质感。3.4.1设置材质虚拟校史馆最终呈现的视觉效果直接受到场景材质设计参数的影响。因此，在设置场景材质时，要尽最大的可能选择与校史馆真实场景相同的素材，同时借助图像处理软件Photoshop制作虚拟校史馆场景材质UVW（坐标）贴图，设置VR中材质参数，以确保与生活现实中校史展示馆的内部真实场景效果保持高度的一致。3.4.2设置灯光对VR虚拟空间效果和用户浏览流畅性的影响因素较多，除了有材质选择、参数设置的影响外，灯光的设置同样也严重影响着虚拟效果，否则浏览效果不佳，甚至出现严重卡顿。因此，在设置虚拟校史馆VR灯光时应着重对阴影效果的塑造，以确保光影效果最佳，使其空间效果更具真实感93.4.3漫游设计相关研究资料表明，虚拟校史馆漫游路径设置主要有两大类，第一类是手动漫游，第二类则是自动漫游。甘肃畜牧工程职业技术学院三维虚拟馆的设计采用手动漫游与自动漫游相结合的方式。参观者进人VR虚拟校史馆后，若1 0 s内无任何操作，系统将沿着提前设定好的漫游路径自动漫游浏览校史馆。若有触碰手机屏幕或电脑键鼠操作时，则立即切换至手动漫游，如图3 所示。手动漫游有2 种操控方式：一种是参观者通过操控虚拟键盘，实现前进、后退、往左、往右移动等功能；另一种是参观者同时使用2 个手指滑动画面实现前进功能，同时使用3 个手指滑动画面实现后退功能，使用1 个手指滑动画面实现旋转功能第3 9 卷肃60技科甘甘斯管畜牧学校图3VR虚拟校史馆的内部漫游场景3.4.4场景碰撞设置碰撞检测对三维虚拟展馆设计有着十分重要的意义。甘肃畜牧工程职业技术学院VR校史展示馆的内部场景空间主要由柜体、展台、展品、墙体等实物围合而成，若不开启场景碰撞功能，就会在用户浏览时出现穿越空间实体的现象，将直接影响参观者的情绪，真实感将会大打折扣。因此，开启碰撞检测功能，可以有效避免穿越墙体、柜体或碰撞到展台、展品等情况，让目标群体真正感受到VR虚拟现实技术所带来的真实体验。4VR虚拟校史馆的应用前景VR虚拟校史馆就是利用VR虚拟现实技术搭建的线上三维虚拟展馆，充分利用三维全景技术结合三维动画技术制作而成，将传统的实体校史馆搬至线上网络虚拟空间，实现了7 2 0 全方位、2 4 h全天候观看浏览，临场感及体验更完美，有全方位的视觉体验，如身临其境一般，视觉、听觉以及触觉的吸引力、穿透力强。利用VR技术构建虚拟校史馆，能够极大地克服参观时间、场所位置等因素的影响，使参观者足不出户就能参观校史馆，可以极大地方便师生全面了解学校，能够生动形象地呈现出校园文化、历史、精神，有利于传播学校正能量、展示学校新形象，是现代化高等职业教育信息化建设必不可少的，是职业教育数字化发展的一个重要方面，必然将广泛应用于现代化校史馆的建设之中，其在现代化高等职业教育信息化建设、智慧校园建设中具有广阔的应用前景。5结语校史馆是见证学校岁月嵘面貌变迁、展现学校春华秋实硕果累累的场馆，是学校深厚历史积淀、丰富校园文化的精神载体。基于VR技术的虚拟校史馆是一个新的形象展示平台，为校史馆提供了一种新的展示形式，让人身临其境、沉浸漫游、耳目一新，极大地提高了校史馆的信息化程度和影响力，借助VR技术构建虚拟校史馆已是新时代数字化展览馆建设的必然趋势和发展方向，选择VR技术构建虚拟校史馆已是新时代中国高校信息化建设的必然趋势，它将代表着中国高校通过虚拟现实技术向全球更高层次发展迈进参考文献：1方丹,雷洋.基于Web3D技术的虚拟展馆设计与实现价值工程,2 0 1 7,3 6(6):9 2-9 4.2林乙煌,罗茂.基于VR技术的虚拟校史馆设计与实现长春师范大学学报,2 0 2 1,4 0(2):8 2-8 6.3赵文博虚拟现实技术(VR技术)在家居设计中的应用 工业设计,2 0 1 7(1 1):9 8-9 9.4 李海涛，李冀，贾常见，等.基于Web的三维虚拟展馆的设计与实现 长江大学学报（自科版),2 0 1 3(1 0):4 0-4 2+4 6.5王磊,刘杜娟,高珏,等.基于Web的三维虚拟数字展馆的研究与实现 J计算机技术与发展,2 0 1 5,2 5(5):1 2 7-1 3 0.6何奇颖.虚拟现实技术在VR党史馆中的应用 J.数字通信世界,2 0 1 9(7):2 2 1-2 2 3.7孙染。基于Internet的虚拟展示系统的设计与实现 D.北京：北京邮电大学，2 0 1 1.8】纪菲.网络景观电子地图的设计与研发 D青岛：中国海洋大学,2 0 0 9.9胡春花,陈晓梅基于虚拟现实的3 D演出场馆漫游系统的设计与实现 电脑知识与技术,2 0 1 4(1 1)：7 4 7 3-7 4 8 4.