虚拟现实技术在数字化校史馆中的应用研究
摘要：随着现代文化对地域文化的冲击和传统人文精神的缺失，人文文化精神的传承、历史文化遗产和非物质文化遗产的保护成为当前国内的一个研究热点，同时近几年人文资源的虚拟化和数字化，越来越受到教育界的关注，尤其是以虚拟现实为主导的Web3D技术为网络教育的发展提供了更加逼真的学习环境，基于此笔者以贵州师范学院数字化校史馆为例，探讨虚拟现实技术在数字化校史馆中的应用。
关键字：数字化校史馆；虚拟现实技术；应用研究中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0086-02.
1 数字化校史馆与虚拟现实技术
虚拟现实技术与传统的二维技术相比，具有沉浸性、想象性和交互性的三大特征，在视觉、听觉和触觉方面具有更强的吸引力，尤其是分布式虚拟现实技术可以把分布在不同地理位置的人整合在一个虚拟环境中，实现共享资源、相互交流和协作。
运用虚拟现实技术的来建立数字化校史馆，可以通过图像、声音等多媒体来展示学校发展历史，比实物展出更加生动、有趣，让浏览者更能体验校园的历史变迁演绎。同时数字化校史馆的设立，有利于集中展示校园文化与学校传统，促进学校传承和发扬优良的人文传统，有利于展示学校教育教学成果的荣誉，形成独特的办学特色，有利于学校开展人文教育和德育教育，不断继承和创新校园文化。
2 数字化校史馆的系统架构设计
数字校化史馆系统采用主流的浏览器/服务器（B/S）结构，如图 1 所示。
图 1 数字化校史馆的系统架构
服务器端需要配置 Web 服务和 Java 制作的 Server 服务应用程序，客户端需要在 IE 浏览器中安装三维浏览插件（BSContact Vrml-X3D 或者 Cortona）和安装 Java 制作的 Client 客户应用程序。浏览者利用个人电脑上的 IE 浏览器就可以灵活地进行浏览操作。
3 数字化校史馆功能模块的制作
数字化校史馆功能模块具体制作中，主要采用 Autodesk3ds Max 建模技术来实现三维数字化虚拟场景；采用 AvatarStudio 软件来制作虚拟人物；采用 Java 语言编写应用程序来实现多媒体操作。
3.1 三维数字化场景的制作
数字化校史馆中的三维数字场景，均采用 Autodesk3dsMax 建模技术来构建。三维数字场景中的数字对象均采用节点（Node）来描述，而不同类型的节点按照逻辑关系的组合规 则就可以构成三维场景图（Scene Graph）。三维场景中的主要节点包括两大类：第一大类是用于表现视觉和听觉角度对象的节点，其功能主要按照不同层次组织体系来反映三维场景中的空间结构；第二大类是用于路由机制和动作产生的节点，其功能主要是形成路由图（Route Graph），确定三维场景随时间的推移如何动态变化。
3.2 数字化虚拟人物的制作
浏览者能够以沉浸方式进行数字化校史馆，进行自主活动的一个主要因素就是虚拟人物，在数字场景中代表着三维场景中的浏览者。虚拟人物制作标准均采用 Blaxxun 公司的Avatar 机制标准，可以使用 Avatar Studio 软件来进行制作，利用该软件提供的相应工具可以设置虚拟人物身体各个部位的动作，如图 2 所示。
图 2 数字化虚拟人物的制作界面
每一个虚拟人物包括头、手、手臂、脚、腿、身体上部和身体下部等七个部分，在 Avatar Studio 软件中都转化为的关节点模型（Joint Model），通过简单的设置就可以制作出形态各异的虚拟人物。
3.3 视音频传输的实现
通过采用Java语言编写应用程序并且通过线程接口将这些操作写入虚拟场景文件中，从而实现浏览者之间进行视音频数据交互，并同时实现虚拟人物的分布式实时同步浏览。
Java 编写的服务应用程序主要包括以下两个部分：
发送端（Client）：在发送端的主线程中，包括视音频两个线程，分别对视音频进行采集，并同时监听接受端的连接请求，收到连接请求后，通过利用建立的视音频数据通道（UDP），对视/音频进行组播发送，实现视音频的双向传输。
接收端（Server）：在主线程中，向发送端主机发出连接请求（CALL），利用建立的信令通道（TCP 连接），接收到发送端地址及端口号后启动场景线程和视/音频两个线程，从而 实现场景浏览和视音频的双向传输。
4 数字化校史馆功能的实现
浏览者利用自己电脑中的IE浏览器就可以轻松地进入数字化校史馆，并支持多浏览者的实时交互浏览，同时通过使用客户端的麦克风、视频摄像头等硬件设备，还可以实现视频语音的交互功能。数字化校史馆浏览器的运行界面如图 3 所示。 图中 1 部分是数字化校史馆的虚拟馆景和代表浏览者的虚拟人物的显示窗口；2 部分是浏览者的视频交互窗口；3 部分是进入数字化校史馆的浏览者的列表显示窗口；4 部分是浏览者的语音交互控制面板；5 部分是数字化校史馆的综合控制面板。
参考文献：
[1] 张著,张天驰.陈怀友.虚拟现实技术与应用[M].清华大学出版社,2011.
[2] 胡小强.虚拟现实技术[M],北京邮电大学出版社,2010.
[3] 冯锐.图书馆网络化进程与虚拟学习环境探讨[J].图书馆信息技术,2004(9).
[4] 瞿炜娜. 基于虚拟现实技术的虚拟实验室的研究与实现[D].大庆:大庆石油学院,2003.
基金项目：贵州师范学院校内科研基金项目（12YB017）。
