高校虛擬校園系統(tǒng)需求說明書1引言1.1編寫目的本需求說明書旨在明確高校虛擬校園系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）的功能邊界、非功能要求、架構(gòu)設(shè)計及驗收標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)開發(fā)、測試、部署及運維提供依據(jù)，確保系統(tǒng)滿足高校數(shù)字化校園建設(shè)需求，支撐教學(xué)、管理及校園生活的虛擬化升級。1.2背景隨著“數(shù)字中國”戰(zhàn)略推進，高校數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為必然趨勢。傳統(tǒng)校園存在空間限制（如跨校區(qū)交流不便）、資源利用率低（如實驗設(shè)備閑置）、互動性不足（如線上教學(xué)缺乏場景感）等問題。虛擬校園系統(tǒng)通過3D建模、實時交互、物聯(lián)網(wǎng)集成等技術(shù)，構(gòu)建“線上+線下”融合的校園生態(tài)，提升師生校園體驗、輔助教學(xué)科研、優(yōu)化管理效率。1.3范圍系統(tǒng)覆蓋3D虛擬校園場景、虛擬教學(xué)支持、校園服務(wù)管理、互動交流平臺四大核心模塊，支持學(xué)生、教師、管理員、訪客四類角色，集成教務(wù)、學(xué)工、財務(wù)等現(xiàn)有系統(tǒng)，實現(xiàn)“虛擬場景-真實服務(wù)”的聯(lián)動。1.4讀者對象開發(fā)團隊：指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計與編碼；高校管理部門：確認(rèn)需求匹配度；師生用戶：明確系統(tǒng)使用場景；測試團隊：制定測試用例與驗收標(biāo)準(zhǔn)。2系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)定位系統(tǒng)是高校數(shù)字化校園的核心支撐平臺，定位為：虛擬校園入口：通過3D場景實現(xiàn)校園全景展示與導(dǎo)航；教學(xué)輔助工具：提供虛擬課堂、實驗?zāi)M等教學(xué)支持；校園服務(wù)樞紐：整合繳費、預(yù)約、通知等服務(wù)，實現(xiàn)“一站式”訪問；互動交流社區(qū)：構(gòu)建師生、校友、訪客的線上社交場景。2.2系統(tǒng)目標(biāo)1.體驗提升：通過3D虛擬場景還原真實校園，支持沉浸式瀏覽與互動（如虛擬教室、操場活動）；2.教學(xué)賦能：提供虛擬實驗、虛擬課堂等工具，降低實驗成本，增強教學(xué)趣味性；3.管理優(yōu)化：整合校園服務(wù)流程（如預(yù)約、繳費），提升管理效率；4.數(shù)據(jù)驅(qū)動：通過用戶行為分析，為高校決策（如資源分配、活動策劃）提供數(shù)據(jù)支持。2.3業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)流程如下（以學(xué)生角色為例）：1.學(xué)生通過統(tǒng)一身份認(rèn)證登錄系統(tǒng)；2.進入3D虛擬校園場景，瀏覽教學(xué)樓、操場等場景；3.點擊“課程中心”，查看虛擬課堂預(yù)約信息，進入虛擬教室參與直播；4.點擊“校園服務(wù)”，預(yù)約圖書館座位，支付水電費；5.在社區(qū)板塊發(fā)布生活分享帖，與同學(xué)互動。3功能需求3.1用戶角色與權(quán)限角色權(quán)限描述學(xué)生瀏覽虛擬場景、參加活動、查看課程、提交作業(yè)、預(yù)約資源、社區(qū)互動教師管理課程（虛擬課堂、實驗）、批改作業(yè)、發(fā)布通知、查看學(xué)生數(shù)據(jù)管理員系統(tǒng)配置、用戶管理、數(shù)據(jù)備份、日志審計、接口集成訪客瀏覽虛擬場景、查看公開活動、獲取校園資訊3.2核心功能模塊3.2.13D虛擬校園場景功能描述：構(gòu)建與真實校園一致的3D虛擬環(huán)境，支持沉浸式瀏覽與互動。場景構(gòu)建：輸入：校園CAD圖紙、實景照片、建筑參數(shù)；輸出：3D虛擬場景（含教學(xué)樓、操場、圖書館等標(biāo)志性建筑）；要求：1:1還原校園布局，支持室內(nèi)外切換（如教學(xué)樓入口→教室內(nèi)部）。導(dǎo)航與交互：導(dǎo)航：支持路徑規(guī)劃（如“校門→實驗樓302”）、語音提示、實時位置顯示；交互：支持點擊查看建筑信息（如“實驗樓：共5層，含物理/化學(xué)實驗室”）、與虛擬NPC對話（如“保安：圖書館開放時間為8:00-22:00”）。場景定制：支持高校自定義場景（如添加新建筑、修改場景風(fēng)格）；支持季節(jié)/時間切換（如冬季雪景、夜間燈光效果）。3.2.2虛擬教學(xué)支持功能描述：輔助線下教學(xué)，提供虛擬課堂、實驗?zāi)M等工具。虛擬課堂：實時互動：支持視頻直播、語音連麥、屏幕共享、白板書寫；課堂管理：教師可設(shè)置簽到、布置作業(yè)、發(fā)起投票；學(xué)生可提問、上傳文件、查看課件；場景融合：虛擬教室與真實教室聯(lián)動（如通過攝像頭將真實教師畫面投射至虛擬課堂）。虛擬實驗?zāi)M：學(xué)科覆蓋：支持物理（如電路連接）、化學(xué)（如滴定實驗）、生物（如細(xì)胞培養(yǎng)）等學(xué)科；操作邏輯：分步引導(dǎo)（如“取試液→滴加試劑→觀察現(xiàn)象”）、錯誤提示（如“滴定速度過快，結(jié)果偏差”）、結(jié)果驗證（如自動計算實驗誤差）；實驗考試：支持限時操作、自動評分、成績導(dǎo)出（對接教務(wù)系統(tǒng)）。3.2.3校園服務(wù)管理功能描述：整合校園服務(wù)，實現(xiàn)“線上預(yù)約、線下使用”的聯(lián)動。通知公告：分類展示（學(xué)術(shù)/活動/后勤通知）、推送提醒（短信/微信/系統(tǒng)消息）、已讀標(biāo)記；支持附件上傳（如講座海報、通知文檔）。繳費管理：費用類型：學(xué)費、住宿費、水電費；操作流程：查詢繳費賬單→選擇支付方式（微信/支付寶）→完成支付→狀態(tài)同步（對接財務(wù)系統(tǒng)）；記錄查詢：支持導(dǎo)出繳費明細(xì)（PDF/Excel）。資源預(yù)約：預(yù)約類型：圖書館座位、實驗室、會議室、校車；操作流程：選擇時間段→提交預(yù)約→收到確認(rèn)通知→線下使用（通過二維碼核銷）；規(guī)則設(shè)置：支持預(yù)約上限（如每人每天預(yù)約1個座位）、取消限制（如提前2小時可取消）。3.2.4互動交流平臺功能描述：構(gòu)建師生、校友的線上社交場景。社區(qū)板塊：板塊分類：學(xué)術(shù)交流、生活分享、活動組織；互動功能：發(fā)帖、回帖、點贊、收藏、舉報（管理員審核）。活動管理：活動發(fā)布：教師/管理員發(fā)布虛擬活動（如線上講座、虛擬招聘會）；報名流程：查看活動詳情→提交報名→收到確認(rèn)通知→參與活動（通過虛擬場景入口進入）；活動統(tǒng)計：支持查看報名人數(shù)、參與率、反饋意見。消息系統(tǒng)：消息類型：點對點消息、群消息（班級/社團群）、系統(tǒng)消息；功能：聊天記錄保存（1年）、表情/文件發(fā)送、消息撤回（5分鐘內(nèi)）。3.2.5系統(tǒng)管理功能描述：支持系統(tǒng)運維與配置。用戶管理：用戶注冊：支持學(xué)號/工號自動同步（對接教務(wù)系統(tǒng)）、手動錄入；權(quán)限分配：基于RBAC模型（角色-權(quán)限-用戶），支持批量修改權(quán)限；用戶禁用：對違規(guī)用戶進行禁用（如發(fā)布不良內(nèi)容）。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)：自動備份：每天凌晨2點備份數(shù)據(jù)庫（存儲至云服務(wù)器）；手動備份：支持按需備份（如重大更新前）；恢復(fù)測試：定期驗證備份數(shù)據(jù)的完整性（每季度1次）。日志管理：日志類型：用戶操作日志（登錄/報名/繳費）、系統(tǒng)日志（服務(wù)器啟動/錯誤信息）；日志查詢：支持按時間、用戶、操作類型篩選；日志保留：不少于6個月。4非功能需求4.1性能需求并發(fā)用戶：支持1000人同時在線；響應(yīng)時間：頁面加載≤2秒，操作反饋≤1秒（如點擊預(yù)約按鈕）；吞吐量：每秒處理500次請求（如繳費、報名）。4.2可用性需求系統(tǒng)uptime：≥99.9%（年度）；故障恢復(fù)時間：≤30分鐘（非核心功能），≤1小時（核心功能如虛擬課堂）；備份策略：數(shù)據(jù)每日備份，異地存儲（云+本地）。4.3可擴展性需求模塊化設(shè)計：支持功能擴展（如后續(xù)添加虛擬招聘會、虛擬講座）；接口兼容：支持與第三方系統(tǒng)（如智慧校園平臺、在線教育工具）集成；硬件擴展：支持服務(wù)器集群部署，應(yīng)對用戶增長。4.4兼容性需求瀏覽器：支持Chrome（≥80版）、Firefox（≥75版）、Edge（≥80版）；設(shè)備：支持PC（Windows/macOS）、移動端（iOS/Android）；分辨率：適配1920×1080（PC）、1080×1920（移動端）。4.5易用性需求界面設(shè)計：遵循MaterialDesign規(guī)范，簡潔明了，導(dǎo)航清晰；學(xué)習(xí)成本：新用戶10分鐘內(nèi)掌握核心功能（如虛擬場景導(dǎo)航、活動報名）；幫助文檔：提供在線教程（文字+視頻）、常見問題解答（FAQ）。5系統(tǒng)架構(gòu)5.1技術(shù)架構(gòu)系統(tǒng)采用前后端分離+微服務(wù)架構(gòu)，核心技術(shù)棧如下：前端：Vue.js（3D場景采用Unity/UnrealEngine）；后端：SpringBoot（Java）/Django（Python）；數(shù)據(jù)庫：MySQL（關(guān)系型數(shù)據(jù)）+Redis（緩存）+MongoDB（非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如日志）；3D引擎：Unity（支持跨平臺、低延遲）；部署：云服務(wù)器（AWS/阿里云）、CDN（加速靜態(tài)資源加載）、負(fù)載均衡（Nginx）。5.2部署架構(gòu)核心層：應(yīng)用服務(wù)器（運行后端服務(wù)）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）、3D資源服務(wù)器（存儲場景模型、紋理）；外部層：對接教務(wù)系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、支付平臺（微信/支付寶）。6數(shù)據(jù)需求6.1實體與屬性實體屬性用戶ID、姓名、學(xué)號/工號、角色（學(xué)生/教師/管理員）、聯(lián)系方式、頭像、創(chuàng)建時間虛擬場景ID、名稱、類型（建筑/景觀）、描述、3D資源路徑、更新時間活動ID、名稱、類型（學(xué)術(shù)/生活）、時間、虛擬場景入口、報名截止時間預(yù)約記錄ID、用戶ID、資源類型（座位/實驗室）、資源ID、預(yù)約時間、狀態(tài)（已預(yù)約/已使用）6.2數(shù)據(jù)關(guān)系用戶與課程：多對多（學(xué)生選修課程）；用戶與活動：多對多（學(xué)生報名活動）；用戶與預(yù)約記錄：一對多（用戶可預(yù)約多個資源）；虛擬場景與課程：一對多（一個場景可關(guān)聯(lián)多個課程，如實驗樓關(guān)聯(lián)多個實驗課程）。7接口需求7.1內(nèi)部接口前端與后端：采用RESTfulAPI，支持JSON格式；示例：`GET/api/courses?student_id=123`（獲取學(xué)生選修課程列表）；示例：`POST/api/activities/enroll`（提交活動報名）。3D引擎與后端：采用WebSocket（實時交互），支持protobuf格式（減少數(shù)據(jù)量）；示例：傳輸虛擬課堂中用戶的位置信息（如“學(xué)生A移動至教室前排”）。7.2外部接口教務(wù)系統(tǒng)：獲取學(xué)生/教師信息、課程表（接口協(xié)議：SOAP/REST）；財務(wù)系統(tǒng)：同步繳費狀態(tài)、獲取賬單信息（接口協(xié)議：REST）；支付平臺：微信支付（JSAPI）、支付寶支付（APP支付）；地圖接口：高德地圖/百度地圖（關(guān)聯(lián)真實校園地理位置，如顯示虛擬場景與真實校園的對應(yīng)關(guān)系）。8安全需求8.1身份認(rèn)證多因素認(rèn)證：支持用戶名密碼+手機驗證碼登錄；第三方登錄：支持微信、QQ、微博登錄（需綁定學(xué)校賬號）；令牌機制：使用JWT（JSONWebToken）驗證用戶身份，有效期2小時（可刷新）。8.2數(shù)據(jù)加密存儲加密：敏感數(shù)據(jù)（如密碼、身份證號）采用AES-256加密存儲；備份加密：備份數(shù)據(jù)采用GPG加密（防止數(shù)據(jù)泄露）。8.3權(quán)限控制RBAC模型：角色（學(xué)生/教師/管理員）→權(quán)限（如“創(chuàng)建課程”“刪除用戶”）→用戶；細(xì)粒度控制：支持字段級權(quán)限（如教師只能查看自己課程的學(xué)生數(shù)據(jù)）。8.4安全審計操作日志：記錄用戶的所有操作（如登錄、報名、繳費），包括操作時間、用戶ID、操作內(nèi)容、IP地址；系統(tǒng)日志：記錄服務(wù)器異常（如數(shù)據(jù)庫連接失敗、內(nèi)存溢出），支持報警（通過郵件/短信通知管理員）。9驗收標(biāo)準(zhǔn)9.1功能驗收功能模塊驗收標(biāo)準(zhǔn)3D虛擬場景1:1還原真實校園布局，導(dǎo)航路徑準(zhǔn)確（如“校門→實驗樓302”無偏差）；支持室內(nèi)外切換（如點擊教學(xué)樓入口進入教室）。虛擬實驗?zāi)M分步引導(dǎo)正確（如“取試液→滴加試劑→觀察現(xiàn)象”），錯誤提示準(zhǔn)確（如“滴定速度過快，結(jié)果偏差+10%”）；支持實驗考試（限時30分鐘，自動評分）。繳費管理賬單查詢準(zhǔn)確（如學(xué)費金額與財務(wù)系統(tǒng)一致）；支付流程順暢（微信/支付寶支付成功后，狀態(tài)同步至財務(wù)系統(tǒng)）；支持導(dǎo)出繳費明細(xì)（PDF/Excel格式正確）?；顒訄竺顒釉斍轱@示完整（名稱、時間、虛擬場景入口）；報名流程順暢（提交后收到確認(rèn)通知）；活動統(tǒng)計準(zhǔn)確（如報名人數(shù)與實際參與人數(shù)一致）。9.2非功能驗收非功能類型驗收標(biāo)準(zhǔn)性能1000并發(fā)用戶下，頁面加載≤2秒，操作反饋≤1秒；吞吐量≥500次/秒（繳費、報名）?？捎眯韵到y(tǒng)uptime≥99.9%（月度統(tǒng)計）；故障恢復(fù)時間≤30分鐘（非核心功能），≤1小時（核心功能）。安全性通過滲透測試（無SQL注入、XSS攻擊等高危漏洞）；權(quán)限控制有效（學(xué)生無法訪問管理員功能）。易用性新用戶10分鐘內(nèi)掌握核心功能（如虛擬場景導(dǎo)航、活動報名）；幫助文檔覆蓋常見問題（如“如何預(yù)約圖書館座位”）。10附錄10.1術(shù)語定義3D虛擬校園場景：基于真實校園地理信息構(gòu)建的三維虛擬環(huán)境，支持沉浸式瀏覽與互動；虛擬課堂：融合3D場景與實時互動技術(shù)的線上教學(xué)場景（如虛擬教室中教師與學(xué)生實時互動）；虛擬實驗?zāi)M：通過3D引擎模擬真實實驗流程，支持分步操作、錯誤提示與結(jié)果驗證的教學(xué)工具。10.2參考文檔《教育部關(guān)于推進高等學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)的