Virtualizing a Campus: A SEEU Case Study
ABSTRACT
Creating a presentation for the web that drastically differs from standard ones is still a challenge and represents a milestone for many research groups. Virtual university campuses together with virtual learning represent one of these challenges, because it fuses in-place learning with Virtual Learning or education.
In this paper we present the in house development of the Virtual Campus for South East European University， the design methodologies， implementation experience， results and possibilities. Keywords
Virtual Campus， Virtual Education， 3-D Modeling
1 .INTRODUCTION
Virtual reality technology in recent years, one of the fastest growing technologyand multimedia technology, network technology and known as the three best prospect of computer technology. And other high-tech, external demand is the motive force of the development of virtual reality technology. In recent years, in simulation modeling, computer design, visualization in scientific computing, remote control robot fields, presents a common demand, namely the establishment of a more intuitive than the existing computer system input output system, can be connected with various ship sense, more friendly interface, one can immerse, beyond the inlet from, such as, interaction of multi-dimensional information environment. VR technology in artificial intelligence, computer graphics, interface technology, multimedia technology, network technology, parallel computation technology integration. It is a kind of effective human analogue in the natural environment, listen, dynamic behaviors such as advanced man-machine interaction technique.
Virtual reality ( Virtual Reality VR ), is one of the most effective human analogue in the natural environment, in listening, dynamic behaviors such as advanced human-computer interaction technology, is an integrated computer graphics technology, multimedia technology, real-time parallel computing technology, artificial intelligence, simulation technology and other subjects developed in twentieth Century 90years generation computing machine in the field of new technology. VR to simulate the way for the user to create a real-time reflect the entity object and interaction of three-dimensional image world, in the optic, listen, touch, smell and other perceived behavioral realistic experience, so that participants can direct exploration of virtual objects in the environment and the role of change, as if place oneself in the virtual reality world, are immersed in (immersive), imagination(imaginative and Realization of interactive I nteractive ).
VR technology every step is around the three characteristics and the. These three characteristics for immersion, interaction characteristics and conception characteristics characteristics. The three important characteristics used to distinguish adjacent technology, such as multimedia technology, computer visualization technology immersion feature, whereby the VR provides a virtual world, so that the user can feel it is true in an objective world; interactive features, requires that the user can use human familiar way, the entity in virtual environment observation and manipulation of concept; concept characteristic, namely' from qualitative and quantitative integrated environment for the perceptual and rational knowledge, thus the concept of novelty and germination'.
Virtual Worlds are environments that tend to look like the physical world and they create a sense of a place where a user can communicate, navigate, and do various things according to its navigation preferences. Virtual worlds have traditionally been developed as games, but lately as virtual campuses, museums or libraries. The virtual campus is an educational community that focuses on increasing student access to quality services. A SEEU virtual campus has been developed in the Computer Science and Technologies Department at the SEEU and it is based on the concept of virtual worlds. Few universities [5] offer a 3-D Modeling of physical facilities. Instead most of them are simple web sites, offering information and services in traditional way (virtual education)
[2，4，9]. Enriching the web with graphic possibilities rather than using the traditional approach, has been the milestone since from its very beginning. Crafting a web that will be able to present 3-D models in different ways is still a challenge. The new trends in 3- Modeling and web, emerged with new concepts and technologies concerning offering better services to customers. This new trend did not overpass universities as well. Educators and students from various research areas run to explore,present and collaborate their ideas in 3D.
The development of VR technology can be divided into three stages: nineteen fifties to 70 time, VR is the preparatory stage; at the beginning of the 80s to mid 80s, is a VR technology systematic, began to move out of the laboratory into practical application stage; at the end of the 80s to early 90s, is the rapid development of VR technology stage.
The first phase,50to 70 years, as the virtual reality the exploration stage of the United States in 1965 by Morton Heileg developed a motorcycle simulator called Sensorama, not only has a three-dimensional video and stereo effect, can have a feeling of wind and streets smell1968, American computer scientist I1E1Sutherland at the Harvard University developed the first computing machine graphics driver helmet mounted display HMD and head position tracking system, become the VR technology history an important milepost, virtual reality development laid the foundation.
The second stage, the early 80s to 80time metaphase, begin to form the basic concept of VR, started by the experiment into the practical stage, an important sign of which is that: in 1985 Michael Mc Greevy finished under the VIEW virtual reality system, equipped with a dat
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校园可视化：SEEU大学的案例分析
摘要
创建一个大大不同于标准的环境仍然是一个挑战，同时也作为许多研究小组的一个里程碑。 虚拟大学校园与虚拟学习代表了其中的一个挑战，因为它融合了实地学习与虚拟学习或教育。在本文中，我们提出了在室内开发SEEU虚拟校园的设计方法，实施经验，结果和可能性。
关键词：虚拟校园，虚拟教育，3-D建模
1引言
虚拟现实技术是近年来发展最快的技术之一。它与多媒体技术 、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。与其他高新技术一样，客观需求是虚拟现实技术发展的动力。近年来，在仿真建模、计算机设计、可视化计算、遥控机器人等领域，提出了一个共同的需求，即建立一个比现有计算机系统更为直观的输入输出系统。成为能与各种船感器相联、更为友好的人机界面、人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的多维化信息环境。VR技术是人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术、并行计算技术等多种技术的集成。它是一种有效的模拟人在自然环境中视听、动等行为的高级人机交互技术。
虚拟现实 (Virtual Reality )是一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。是综合计算机图形技术、多媒体技术、并行实时计算技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的 20世纪90年代计算机领域的最新技术。VR以模拟方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界。在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化。仿佛置身于虚拟的现实世界中，产生沉浸感 (immersive)、想象(imaginative和实现交互性 interactive) 。
VR技术的每一步都是围绕这三个特征而前进的。这三个特征为沉浸特征、交互特征和构想特征。这三个重要特征用以区别相邻近的技术，如多媒体技术、计算机可视化技术沉浸特征，即在VR提供的虚拟世界中，使用户能感觉到是真实的进入了一个客观世界。交互特征，要求用户能用人类熟悉的方式对虚拟环境中的实体进行观察和操纵。构想特征，即“从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识，从而化概念和萌发新意”。
虚拟世界是一个看起来像物质世界并且他们允许用户通信，导航，根据喜好做各种事情的环境。 虚拟世界以前是因游戏而开发的，但最近已经涉足了虚拟校园，博物馆或者图书馆。虚拟校园是一个专注于以优质的服务用来提高学生访问量的教育社区。 SEEU的计算机科学与技术系已开发出虚拟校园，它是基于虚拟世界的概念。有几所大学[5]提供了一个的公用设施3-D模型。相反，他们大多是简单的网站，以传统的方式（虚拟教育）[2，4，9]提供信息和服务。用图形的来丰富网络而不是使用传统的方法，从一开始就成为了里程碑。制作出能够以不同的方式呈现3-D模型的网页仍然是一个难题。3维建模和网络中的新趋势，出现了新的概念和技术，为客户提供更好的服务。这种新的趋势并没有超过立交桥大学。来自不同的研究领域的教育工作者和学生运行在3D探索，提出和合作他们的想法。
VR技术的发展大致可分为三个阶段；20世纪50年代至70年代VR技术的准备阶段。80年代初80年代中期是VR 技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段。80年代末至90年代初是VR技术迅猛发展的阶段。
第一阶段50 70年代 为虚拟现实的探索阶段1965年由美国Morton Heileg开发了一个称Sensorama的摩托车仿真器，不仅具有三维视频及立体声效果，还能产生风吹的感觉和街道。1968年，美国计算机科学I1E1Sutherland在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统，成为VR 技术发展史上的一个重要里程碑，为虚拟现实的发展奠定了基础。
第二阶段80年代初至80年代中期 开始形成VR技术的基本概念，开始由实验进入实用阶段。其重要标志是1985年在Michael McGreevy领导下完成VIEW虚拟现实系统。装备了数据手套和头部跟踪器,提供了手势、语言等交互手段,使VIEW成为名副其实的虚拟现实系统。成为后来开发虚拟现实的体系结构其他如VPL公司开发了用于生成虚拟现实RB2软件和Data Glove数据手套，为虚拟现实提供了开发工具。
第三阶段80年代末至90年代初为虚拟现实全面发展阶段虚拟现实技术已经从实验室的试验阶段走向了市场的实用阶段。对虚拟现实技术的研究也从基本理论和系统构成的研究转向应用过程中所遇到的具体问题的探讨。在虚拟现实系统中只有各种交互设备还不，还必须提供基本的软件支撑环境，用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进行高级交互。为了使VR 技术得到广泛应用。很有必要分析虚拟现实系统软件支撑环境体系结构,例如Dialogue系统，提出了一种通过基于事件驱动的中驱用户接口管理系统(UMIS) ，能进行多进程通讯的软件体系结构，解决了虚拟现实的动态灵活性问题，推进了软件支撑环境的发展。为了满足虚拟现实对计算复杂性的几是无限的要求，虚拟现实系统必须提供足够强的灵活性及可扩充性。要做到这一点，可以从软件与硬件两方面来考虑。在硬件体系结构方面，DIVISO公司在SuperVision系统中提出了一种基本的并行模型，开发了相关的并行处理器件和DVS 操作系统，使虚拟现实得以全面发展。
在本文中，我们提出了能够让学生在3维世界模拟游走以及与它进行交互的一个虚拟校园设计方法和实施方案。SEEU虚拟校园实际上旨在促进大学的现代化进程，试图把用户放在一个虚拟的三维环境，并给他提供必要的信息的相对较新的方法。文献[2，4，9]并未提供方案。其他方法，如“第二人生”[8]，用一个完整的新的基础设施，并采用不同协议SecondLife的协议），使得它无法通过普通的互联网用户使用，无需安装新的软件和协议。
SEEU虚拟校园的主要目标是创建基于现有的基础设施和协议的一个三维虚拟世界，增强它的实用性和易用性。虚拟校园SEEU使用的是重量轻，易于安装和建成后存在的Web协议（HTTP）的客户端。
本文的其余部分安排如下：在第1部分，提出了一个简单的介绍和虚拟校园的主要目标。在第2部分中，我们提出了SEEU虚拟校园实施的设计方法。在第3部分，提出了项目实施经验。第4节介绍了几个新的功能和丰富的可能性和方向的虚拟校园的业绩和成果。第5部分总结本文。
2设计方法
我们通常把虚拟世界理解为一个数字媒体单位的集合。人们所常把超文本，数字图像，数字音频和视频，以及3D建模作为演示工具。虚拟架构的设计材料的出现，并采取在不同的设计过程的影响[1]。虚拟校园的设计阶段分为三类：隐喻设计，类比设计和实施。
隐喻设计：通过隐喻的使用，我们在一个域中另一个域表达概念。到现在为止，已知的隐喻是：巨脑，信息 高速公路和多重隐喻[1]。 在多重隐喻与数字图书馆，电子信箱和电子市场下设计虚拟校园。使用这个比喻，所有这些分组可以让用户与虚拟环境进行交互。
类比设计：它涉及使用目前的设计，以创建一个新的设计[1] 为进一步增强和适应新的见解和可能性。在此阶段，SEE大学的物理体系结构已被采用，以满足虚拟架构。第一步是提供3-D模型位置的2-D大学地图。这个阶段的第二步，将地图做到我们选择的软件中去。
实施：使用谷歌SketchUp软件解决方案[3]。下面列出了不同的设计材料。
2。1 设计材料
与虚拟建筑相关的数字媒体类型包括：文字，图像，基于动画的框架，三维模型[ 7 ]。 文本：使用文本很重要，因为它影响了虚拟世界的用户。在我们的大学，官方语言是阿尔巴尼亚语，马其顿语和英语；因此所有的文字都是上述三种语言。
数字图像：这里我们指的光栅数字图像或位图图像，在计算机内存中的数组的离散比特表示的信息，其中每一位指定颜色和强度[ 6 ]。数字图像被用来描述校园环境，为了使我们设计的虚拟校园看起来更真实。
以框架为基础的动画：动画图片是一个有特定显示顺序图像。该框架可通过电影或视频摄像机[ 12 ]采样产生。虚拟校园的电影文件已经创建，并且被在在我校召开的会议所运用。
三维建模：三维模型为制作三维动画的基本资源。如果一个动画帧产生一个序列的投影捕捉和渲染的视图的三维模型，然后将产生的3D动画。因此，3D动画是三维模型的后期制作。不同的3D动画结果可以实现基于同一个三维模型，通过改变动画的方法或相机视图和路径[ 12 ]。一个照相机放在虚拟大学，帮助用户在校园里散步的地方，作为一个可视化的大门。
2。2用户评价
在虚拟校园的设计阶段，我们已经涉及用户的SEEU虚拟校园实施的每一个步骤。我们已经确定了三个用户反馈有价值的主要阶段实施。这些阶段可以总结如下 。
2。2。1初步研究阶段
初步研究阶段，我们分析和选择软件及其基本特征，收集书籍和其他所需的资源，如数码相机，校园地图，建筑墙体纹理等作为项目团队，我们决定使用谷歌的SketchUp，因为被定义为第一阶段，其他技术相比，它的特点是简单，效率和可扩展性。
2。2。2测试阶段
第二阶段是指初步测试阶段。该草案提交给60个学习电脑绘图课程的学生。提出问题如下：
1、你如何评价SEEU虚拟校园的整体外观？
2、你多么容易找到VC内的导航？
3、导航速度是否满意？
4、3-D模型是否实事求是地反映我们的大学校园呢？
这一观察结果表明：
他们喜欢在虚拟大学自由观察
他们喜欢质地更复杂的纹理 ，而不是简单地去粉刷建筑物的墙壁
他们喜欢更好的高速性能
他们希望看到他们在互联网上的虚拟大学
2。2。3定稿和演示阶段
第三阶段被定义为最后确定阶段。在这个阶段，我们把最终设计提交给更广泛的受众。观众和用户的反馈表明：
他们喜欢虚拟校园的外观
在大学期间的营销活动中他们更喜欢使用虚拟校园
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3实施
虚拟校园的设计最初是基于虚拟世界的概念。如果他们在工作中没有去了解一个项目的实现，文字对他们来说就是抽象的。这部分涉及到实施校园本身的步骤的描述。
首先需要的是了解校园总体的精确的边缘。与大学的工作人员进行了沟通，他们给了我们要实现的项目的草图。在此之后，测绘可以开始。
3.1测图
测图定义了来自草图的一般参数。绘图已经在二维的环境中完成。这时，定义了域的大小，确定了每个对象的宽度和距离。
3.2对象挤压
一旦绘图完成，线框对象的定义，通过在某一个轴进行提升。这个过程完成缩放的3D对象的挤压。
3.3表面的定义和隐藏表面去除
在图2所示的线框对象只适用于建模，而不是一般的表现。下一步是定义表面的两侧以及不可见的隐藏表面。这被称作隐藏表面去除技术。这一技术对象获得相对于彼此深度。
3.4纹理映射
实施的最后一部分，当然最有价值的是纹理映射。主要的目标是产生适当的对象一样颜色定义的，并且与真实环境的颜色一致。这些色彩的定义可以是景观的长满草的纹理和植被，道路和停车场，以及对象的墙壁和屋顶。其他的，路灯或长椅只是辅助。
4结果和可能性
最后的实施阶段是一个完全模仿，按比例缩放虚拟看大学校园。按比例缩放模型是指建筑物的尺寸缩小，按照真实比例以营造一种真实的的三维的外观和感觉。图4显示完成的虚拟校园模型。虚拟校园用户提供了一定程度的交互性，这样可以漫步校园以及了解每一个对象名称和用途等额外的信息。
考虑到该seeu虚拟校园的主要目的是创建Web 3D的教育环境。这个3D环境有效地用于大学的推广在几个方向，如：
在谷歌地球系统发布模型[ 11 ]，这个阶段已完成。
创建一个在官方网站看到的seeu虚拟校园的VRML和X3D模型。上述网站的用户将有可能在校园的启用VRML的Web浏览器。
创建具有商业和市场营销的目的动画演示和视频文件。
我们完成了已基于XML的多媒体语言如SMIL [ 12 ]视频演示。上述SMIL表达代表一二分钟准则，随着多repletions的可能性在虚拟校园的主要对象。这使得它适合于沉默的背景介绍或可能的商业广告。
5.结论和展望
网络上的三维模型正变得越来越普遍。在本文中我们提出了一个方法，一个网上虚拟校园促进大学专门的建模。发展可能性的新版本更丰富的功能一直存在。我们设想的虚拟校园项目的进一步发展的方向：
增加互动的虚拟校园添加媒体文件的音频或视频链接。这可以通过将所谓的交互点做。交互点，在虚拟的三维世界中的特定区域，有特定的目的，包括一个特定的资源（如音频，视频或其他资源）
探索X3D是一种基于XML的版本的VRML和在同一时间，用于创建和操纵虚拟世界的XML标准的可能性。
考虑到建筑与所有正常的网站提供像功能完整的3-D基于网站的可能性：链接，图片和许多其他信息。
建模的三维环境是非常有趣和有吸引力的从用户的角度来看，因为它们提供比普通的网站更丰富，不同的环境。在本文中，我们提出了这样一个环境下，用于促进大学和创造更多的可用的和有吸引力的基于Web的演示。另一方面，发展的可能性是上述课题的进一步研究与实现。
6 参考文献
[1] 虚拟世界的设计架构
[2] Foothhill学院虚拟的校园中心
[3] 谷歌的SketchUp
[4] 伊利诺伊州虚拟校园 [5] IUPUI虚拟校园
[6] 米切尔，WJ（1995） 数字媒体设计（第二版），范·Nostrand莱因霍尔德，纽约。
[7] 施密特，G。（1998） 多媒体设计，国际期刊，第1卷。研究设计样稿
[8] 第二人生。
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