基于数字化虚拟技术的南京航空航天大学校园导视系统设计

摘 要：随着信息技术的迅猛发展，数字化虚拟技术在环境设计等众多领域得到长足发展，因此本项目立足于展示南京航空航天大学校园环境，以动态的数字化虚拟技术进行互动展示，力求建立一套积极有效且顺应时展的一种设计表达方式。我校的历史文脉与校内景观有着非常紧密的关联，因为它是老师学生以及到访者的主要活动场所，是融合了物质要素与精神要素的“发源地”。

关键词：数字化虚拟技术；校园导视系统；环境设计

1 数字化虚拟技术的发展现状

国内在20世纪80年代末开始进行此项目的研究，但现在还处于一个初级阶段。这项技术在我国虽起步较晚，但现在已受到国家相关部门和科学家们的高度重视，并结合我国的国情，制定出了一系列有关本项目的研究计划与目标。例如九五规划、国家自然科学基金委、归家高技术研究发展计划等都把VR列入研究项目。同时国内一些重点院校，也正在积极地投入到这一项目领域的研究工作当中。

2 数字化虚拟技术在校园导视系统设计应用的目的与意义

传统的校园展示多以二维以及影像视频为主，而随着时代的发展，数字化技术越来越被大家所认同，它能够将二维以及三维图像集于一身，更加直观、清晰地为用户提供所需信息，相较于二维平面，数字化虚拟技术更具有科学先进性。

为能够充分展示出校园文化风采，提高学校知名度，数字化虚拟技术的应用能够很好的满足这一需求，同时也更为直观地展示出校园文化。基于数字化虚拟技术的虚拟校园漫游，结合虚拟现实技术、图形图像技术、计算机网络技术、计算机多媒体技术等领域的高新技术等，对校园的三维景观、建筑、地形和环境进行虚拟化和数字化，建立一个虚拟校园漫游系统，该系统能够全方位地展示校园的各种环境，具有较强的交互性，用户在虚拟校园中漫游会有身临其境的感觉，也能够对虚拟校园中的实体进行全方位的观察、操作和访问，并能进入部分建筑物内部进行体验。

本系统能够为学校树立一个直观且全方位的校园形象，也对我校知名度的提升以及校园管理朝着现代化与技术性的方向发展与推进。数字化虚拟技术为校园的规划以及建设、观光指导、校园内外宣传能够提供一个系统化、智能化的平台，也为用户们提供了极大的便利。本项目希望在立足于数字虚拟化技术的应用基础上，能够形成一套对南航校园导视系统的实践与应用。

3 数字化虚拟技术在南京航空航天大学校园导视系统设计中的应用

3.1 南京航空航天大学校园导视系统的数字化设计概念

导视系统设计是传统建筑设计与视觉传达的中间学科。在现代城市生活中，鉴于当今对导视系统空间的认识，我们大致可以分为两种不同的类型――开放型和封闭型。不同的空间形式对于导视的要求都具有各自科学和人性化的导航设计。导视系统所针对的对象可以简单地分为组织化和非组织化两类，组织化的导视系统只希望被组织内部的人懂，而非组织化的导视系统针对的是大众，一般我们常见的导视一般都属于非组织化的。

该项目立足于数字化虚拟技术，强调虚拟模型仿真性、动态性、交互性，以多点切入的动画特效技术改变传统作品展示形式，试图分享一套无图纸化校园环境改造方案，通过多元化表现手段陈述校园特色、人文历史的同时，引导科学与艺术的人文关怀，通过校园环境设计在深度及广度上的剖析，同时运用三维打印技术生成微观模型并深化方案，营造跨学科探索设计表现的新型模式。

三维建模技术是当前计算机模拟方面的前沿技术，它能够将二维的图像拓展成为三维立体的空间模型，数字实体三维实景展示作为一种视觉新技术，能够帮助我们轻松的将现实中的场景制作用于网络、媒体及多种载体中进行展示与使用，其突出的特点是能够用数字化掌握校园地域结构在时间和空间的变化过程。虚拟建模结合全局光照技术，能够给作品带来现实中无法实现的效果。

作为校园景观的一个重要的发展标志，数字化导向系统的设计功能在不断丰富与发展中，这种形式能够充分呼应高校文脉的历史传承，同时也希望在运用这项技术的同时加强现实与历史的关联性。

3.2 南京航空航天大学校园导视系统的数字化三维场景设计

前期分析所要收集校园地理、地貌的平面图、校园建筑物的各立面照片、实物贴图的资料，根据校园数字化虚拟技术系统的需求，对其系统的结构与功能进行数据分析，采集相关的数据和资料，并使用PS软件进行图像后期处理。

在三维场景建模的过程中，首先对校园内某一建筑进行分析，由于地形、道路、花草树木、建筑以及其它的辅助设计建模方法，结合系统需要进行场景还原建模，力求创建出所占内存最小最优的模型。

根据测量出的实物尺寸的资料，在3DMAX中进行等比三维建模，然后将制作好的模型进行材质的处理贴图。之后根据虚拟校园漫游系统中建筑及环境场景的要求将不同分辨率的图像进行采集收集，将所收集到的图像进行大小、杂志、亮度、对比度等效果处理，再利用软件进行材质贴图，在建好的场景中添加灯光、天光等光照系统。最后进行调试渲染，使整个场景能够还原出现实世界的真实感和立体感。

数字化虚拟校园系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术，以直观地三维模型代替传统的二维图形，使校园地理空间信息在电脑中立体化显示。

传统的校园信息展示都是建立在二维平面图像或视频影像的基础上，这种表达方式性能单一、交互性差；而我们所构建的三维数字校园是利用虚拟现实技术将真实的校园场景通过数字化模型再现到计算机中，用户对所构建的三维虚拟场景可以进行自由漫游，交互性强。因此数字化虚拟技术校园不仅能给广大用户占下厨一个更加真实和立体的校园环境，同时也能够为我校师生以及相关工作人员提供可视化浏览校园资源的途径，同时能够提供用户一个随时随地漫游校园的机会，是一个非常便利的对外宣传窗口。

3.3 南京航空航天大学校园导视系统数值化交互漫游界面设计

实时漫游作为每个虚拟现实系统的最终体验形式，可将虚拟现实漫游方式分为三种：一是自动式漫游体系。整体来讲是按照既定的路径。这就好像我们事先给定一系列的路径坐标点，然后用户依次路径这些给定的点的位置来体验我们的虚拟校园系统。二是查询式漫游体系。通过选择要到达的目的地，从而生成多条不同的路径供人们选择。三是交互式漫游体系。通过鼠标与键盘的操作，利用它们来选择行进方向。它可以生成一个不存在的视点，并能够在浏览器中查询到现实中每个虚拟的视角及位置。

4 结束语

本项目紧跟时代步伐，从艺术与科学的交叉点出发，主张利用科技改变设计的表现形式，利用科技促进设计的思维模式，利用科技验证设计成果。同时能够具有较强的应用价值，倡导环境设计成果展示向真实化、动态化、互动化的方向发展，通过数字虚拟技术中的三维面片建模技术、曲面布线技术、仿真渲染与交互技术系统性的构建出一整套属于南京航空航天大学的导视系统设计，并且能够结合案例及时总结相应的设计方法论与建立理论框架。

如果该成果理论框架得以实现，可以对环境设计、建筑设计、工业设计及部分工科专业在无纸化设计、非开模制作领域实现理论与技术共享。最终希望能够形成一套适应时展的宽口径、多视角下的环境设计思维模式。

作者简介：吕侃笑，南京航空航天大学本科生，主要研究方向：校园数字化虚拟技术与交互系统。

*通讯作者：李伟，南京航空航天大学艺术学院，副教授。