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    1. 數字校園系統


       數字校園是以高度發達的計算機網絡為核心技術,以信息和知識資源的共享為手段,強調合作、分享、傳承的精神,是網絡化、數字化、智能化有機結合的新型教育、學習和研究的教育環境。這種新型的、開放式教育模式提供了適應學習者個性化成長和發展需求的學習環境和自主選擇多種媒體組合的學習資源、能夠創新的運用和創造資源?;谔摂M現實技術的三維虛擬校園系統是數字校園的基礎和平臺,目前主流的三維虛擬校園系統是基于VRP數字校園系統

       

       

       

      系統作用

      數字化校園是利用計算機技術、網絡技術、通訊技術以及科學規范的管理對校園內的教學、科研、管理和生活服務有關的所有信息資源進行整合、集成和全面的數字化,以構成統一的用戶管理、統一的資源管理和統一的權限控制;通過組織和業務流程再造,推動學校進行制度創新、管理創新,最終實現教育信息化、決策科學化和管理規范化。
      以教師、學生、管理人員為主體,以教學、科研、管理活動為主要服務對象,通過校園數字化實現資源高度共享、信息高速流動,建設數字化教學、科研與管理環境。
      傳統校園的基礎上,以網絡為基礎,從環境、資源、到活動全部數字化,實現網上辦公、網上管理和網上服務。
      學校在開展教育、科研和管理及對外通訊工作全過程中運用寬帶、交互性和專業性的局域網絡實現數字化教學和學校辦學數字化、信息化和智能化。

      組成部分

      數字校園的建設包括校園基礎信息化環境的建設和校園應用系統的建設。校園基礎化環境包括校園網絡化環境,基本的信息化終端建設,數字教室的建設。校園應用系統應包括基礎應用系統和功能應用系統。
      校園一卡通在學校內也稱為校園卡系統,是數字校園的有機組成部分,校園一卡通工程是數字校園的標志性工程和前導性工程。校園卡是將廣大師生員工與數字校園有機連接在一起的最有效的媒介,實現了 “一卡在手,走遍校園”,校園卡是校園數字化的重要形象和重要標志之一,所謂“校園一卡通”,即在學校內,凡有現金、票證或需要識別身份的場合均采用卡來完成。此種管理模式代替了傳統的消費及身份識別管理模式,為學校的管理帶來了高效、方便與安全。一卡通系統是數字校園建設的重要組成部分,是為校園信息化提供信息采集的基礎工程之一,具有學校管理決策支持系統的部分功能。

      系統建設

      三維虛擬校園系統是數字校園的基礎和平臺, 開展三維虛擬校園系統及相關課題的研究適應了信息社會發展的趨勢,具有重要的理論意義和現實意義。 近年來,"數字城市"和"數字校園" 開始涌現并逐步轉變為現實。 隨著數字化技術的進一步發展,實現學校管理數字化、智能化是新時期對學校發展提出的新要求。
      數字校園系統結合三維可視化技術與虛擬現實技術,再現實際地理環境的真實情況,系統具有動態性和實時交互性的特點。 三維虛擬校園系統設計的交互中,主要包括視圖操作(平移、旋轉、渲染、光照、霧化、視點變換)、三維漫游(繞點漫游、沿路徑漫游、自由漫游)及漫游控制等功能。 用戶可以在系統中通過行走, 鳥瞰以及選擇不同的攝像機視圖來多視角觀看校園景觀,以達到全方位認識校園的目的。

      平臺選擇

      平臺選擇包括建模平臺的選擇和開發平臺的選擇。
      (1)建模平臺的選擇。2013年前三維建模的方法主要有:
      ①直接利用傳統GIS中的二維線劃數據及其相應的高度屬性進行三維建模,各建筑物表面可加上相應的紋理,但這種方法只限于平頂建筑物的三維建模。
      ②使用3D 軟件,如AutoCAD、3DMAX可直接做出逼真的三維模型,特別是對于那些不規則的建筑物(如路燈、涼亭、塔型建筑物等)效果較好。
      ③利用數字攝影測量技術進行三維建模,但采用這種方法過程較復雜,成本高,逼真度不好?;陂_發系統成本和條件的考慮,本文利用二維CAD數據、數碼相機實地拍攝的紋理數據、GoogleEarth 航拍地圖基礎,使用3DMAX 對地物進行三維建模。
      (2)開發平臺的選擇。2013年前開發平臺種類繁多,通過比較,本系統采用我公司獨立開發的一款三維虛擬現實平臺--VR-Platform(簡稱VRP)三維互動仿真平臺。
      該軟件特點是可同時支持多個max 版本的安裝與使用,支持適時導航圖顯示、視角切換功能,能模擬高效高精度物理碰撞,支持自動漫游、手動漫游,可自定義漫游軌跡,可使用行走相機、飛行相機、繞物旋轉相機等相機,可提供完善的SDK 接口。該軟件適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化,真正做到了管理意義上的所見即所得。

      三維模型

      場景三維建模是虛擬三維校園漫游系統主要構成部分,也是工作最為繁重的部分。模型的好壞直接影響仿真的效果和相似度,所以構建的模型一定要遵循建筑物的實際形狀。在建模過程中,把獲取的原始工程CAD 圖紙導入到3DMAX 中,根據CAD 圖紙建筑物的頂面圖、立面圖創建三維模型。在創建模型時,為方便后期導入到VR-Platform 三維互動仿真平臺,有幾點需要恪守的建模準則。
      首先要盡量做簡模。虛擬現實中的運行畫面每一幀都是靠顯卡和CPU 實時計算出來的,如果面數太多,會導致運行速度急劇降低,甚至無法運行;模型面數的過多,還會導致文件容量增大,在網絡上發布也會導致下載時間增加。
      第二點要注意模型的三角網格面盡量為等邊三角形,不要出現長條型,因為長條形的面不利于實時渲染,還會出現鋸齒、紋理模糊等現象。
      第三點模型的數量不要太多。如果場景中的模型數量太多會給后面的工序帶來很多麻煩,如會增加烘焙物體的數量和時間,降低運行速度等,因此,一個完整場景中的模型數量控制在2000 個以內(根據個人機器配置)。

      第四點合理分布模型的密度。在VRP 中,所有模型的面與面之間的距離不要太近。推薦最小間距為當前場景最大尺度的二千分之一。在制作場景長(或寬)為1km 的室外場景時,物體的面與面之間距離不要小于20cm。如果物體的面與面之間貼得太近,在運行該VR場景時,會出現兩個面交替出現的閃爍現象。另外還需要注意在表現細長條的物體時,盡量不用模型而用貼圖的方式表現;相同材質的模型,遠距離的不要合并;保持模型面與面之間的距離;刪除看不見的面;用面片表現復雜造型等準則。