校园仿真系统的设计

蔡娟 黄海龙

摘要：本文就各院校迎新建设过程中所涉及的虚拟校园建设的问题，利用三维仿真技术对校园仿真的运用、发展方式、规划及功能等问题进行探讨，设计空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。

关键词：院校；校园建设；校园仿真虚拟现实技术是二十世纪末发展起来的涉及众多学科的高新技术,也是近几年来计算机图形学的研究热点。使用虚拟现实技术的城市仿真为城市、城市局部以及城市生活区、风景区等地区进行规划,建立城市的三维数字化模型、实现现状模型与规划模型的融合,并对城市环境的漫游浏览、沿线飞行,城市系统的查询、分析、评估等提供便利。数字省市、数字城镇已经成为21世纪世界各发达地区的发展战略,以及被争先抢占的科技、产业和经济的制高点之一。三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游，包容和拓展常规GIS独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。

1虚拟仿真技术在国际及国内运用

产业和经济的制高点之一。为了加速城市的发展，提高管理水平，需要借助于现代化的科学手段进行城市体系规划与管理。据目前对我国大部分城市的摸底调查，除少数大、中城市已建立了城市管理信息系统外，而绝大部分地区的空间信息管理手段仍然沿用比较落后的手工操作方式，即便是用一些地理信息系统（GIS）管理着空间数据，但仍停留在简单的二维数据管理、显示的基本功能，分散地、相对独立地和非标准地管理模式，很难进行地域管理的三维综合研究和空间分析，使各级领导部门不可能及时地得到对空间的清晰、直观的认识。

另外，城市规划设计的主要研究对象是城市的体形结构与各个要素，在设计过程中需要进行大量的空间形象思维。同时，在设计中又应以城市的使用者的感觉为核心，分析城市设计各空间要素之间的关系。传统的城市模型只能获得城市的鸟瞰形象；效果图只能提供静态局部的视觉体验；动画不具备实时的交互性，人是被动的，并且制作周期长。这些传统技术只能实现简单、固定的演示功能，尚不能很好地满足当前城市设计的需要。另外，随着空间范围的扩大，传统的方法也无法胜任空间数据的管理和维护。

同样，在城市中存在大型的港口、工厂、地下管网、人防设施等部门，它们具有地形起伏较大、管网密集、需要精确定位等特点，用传统二维的表示方法很难加以描述和信息管理。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。从二维地图、沙盘、动画，到虚拟视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展趋势的必然结果。

2虚拟城市与仿真技术发展

美国目前已经有50个城市计划建立了“数字虚拟城市”。我国北京、上海、香港、台北、深圳、广州、南海、厦门市等也正在积极筹建之中。普遍认为，3D-GIS、空间视景数据库的建立是建立数字虚拟城市首先要解决的问题。国际上已经专门成立了类似组织，主要为城市服务。如德国的Rostock、Stuttgart等研究机构，对一些城市进行了研究，建立了原型系统。三维虚拟仿真技术最早主要应用在军事领域，从国内近几年来的发展情况，三维虚拟仿真技术在国内外快速发展，目前国内已有多家公司开发出城市仿真应用平台。

3国外城市与仿真技术主要实例

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）始于1994年的一个科研与运用相结合的项目，计划覆盖面积超过10,000平方英里，是当今城市仿真系统中最成功最为复杂的系统。视景包括从洛杉矶盆地的卫星影像到街道景观，精确到植物、建筑物的窗口、外墙的纹理等。其中洛杉矶大学医院的仿真详细到可以对建筑内部的每一个层面进行漫游，用鼠标点击墙面或天花板就能得到平面设计图及相应的属性数据，实现了在仿真中对GIS、CAD及对象属性的实时查询。该系统作为城市规划和建设的重要手段，在加州Pico Union区地震破坏的重建中得到应用。设计人员通过仿真模型和地理信息数据来确定毁坏的建筑物数量以及需要改造的街道、绿地、房屋等，对重建城区进行规划设计，再将新数据存入该系统，实现了信息系统的良性循环。

4校园三维仿真虚拟系统，可实现以下功能

⑴直觀的了解校园。⑵方便学生：大学内，教学楼、宿舍楼、食堂及实验楼等公共设施众多，有了三维虚拟校园，使新生在入学前就可以全面的了解校园的布局，交互式的查询，可以了解校园的所有信息，为尽快的适应学习生活提供方便。⑶有利于招生：网络宣传现已成为非常有效的手段，率先建立三维虚拟校园，有助于提高学院的形象，对大学的全国范围招生有极大的帮助。丰富的应用接口功能：校园信息搜索引擎：在网上校园中建立一个本地搜索引擎供用户浏览查找信息是非常有效的。譬如当我们搜索图书馆的主题时，在搜索结果列表里面，我们可以访问图书馆的具体位置、实景，以及图书的借阅情况、开放时间等；优化领导管理：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。

5虚拟城市应用展示

拟现实实时浏览平台可以对虚拟场景实现交互式的全方位漫游，三维数字景象和模型将复杂的数据进行可视化处理和显示，为客户带来的大视景，高沉浸感的高端解决方案，给用户一个身临其境的感觉，在城市(社区)规划、虚拟建造、装饰装修等方面具有广阔的应用前景。

[参考文献]

[1]薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计.机械工业出版社，2005.

[2]张晓华.控制系统数字仿真与CAD.机械工业出版社，2006.

[3]黄文梅,杨勇,熊桂林,成晓明.系统仿真分析与设计.国防科技大学出版社，2010.