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篇1

關(guān)鍵詞：建筑工程；預(yù)決算；管理體制；控制措施

建筑工程預(yù)決算作為控制建筑工程項(xiàng)目投資的重要手段之一，在工程項(xiàng)目招標(biāo)與企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理水平考核中起著關(guān)鍵作用，也是審計(jì)機(jī)關(guān)掌握企業(yè)投資狀況并監(jiān)督其經(jīng)營(yíng)管理的重要依據(jù)。但由于多種原因造成了我國(guó)建筑工程預(yù)決算在實(shí)際工作中還存在著預(yù)決算編制質(zhì)量較低，工程造假削低失控，工程投資控制不科學(xué)等問(wèn)題，為了適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，提高建筑企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，建立一個(gè)規(guī)范有序的建筑市場(chǎng)工程造價(jià)管理體系尤為重要。

1.建筑工程預(yù)決算存在的問(wèn)題

1.1建筑工程預(yù)算存在的問(wèn)題。由于我國(guó)許多建筑企業(yè)由于在自身財(cái)務(wù)管理制度方面還存在著許多不完善的地方，造成在進(jìn)行工程預(yù)決算中出現(xiàn)了預(yù)算編制誤差較大，虛增工程量等問(wèn)題，如果不加以控制的話，將給企業(yè)造成很大的財(cái)務(wù)損失。

1.1.1 工程預(yù)算定額不健全。許多建筑企業(yè)在進(jìn)行工程預(yù)算編制的時(shí)候，常常會(huì)遇到諸如借用定額問(wèn)題，例如在進(jìn)行房屋建筑工程預(yù)算編制的時(shí)候參照工民建標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定額，這類定額的借用，因?yàn)闆](méi)有考慮到地域、建筑類型、施工技術(shù)水平等因素的影響，而造成預(yù)算編制的不合理。

1.1.2 計(jì)算方法存在問(wèn)題。我國(guó)許多建筑企業(yè)在進(jìn)行建筑工程預(yù)算的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生預(yù)算不準(zhǔn)備的現(xiàn)象，之所以產(chǎn)生這種問(wèn)題的一個(gè)原因在于工程預(yù)算定額的不正確，而另外一個(gè)重要原因是其計(jì)算方法也有較大失誤，特別是在工程預(yù)算中，在工程的間接費(fèi)中，因?yàn)橛?jì)算方法是以直接工程費(fèi)為基數(shù)而導(dǎo)致工程造價(jià)產(chǎn)生失控的現(xiàn)象。因?yàn)樵谶M(jìn)行工程前期預(yù)算的編制過(guò)程中，僅能夠?qū)τ邢薜膸讉€(gè)材料的基價(jià)做出定價(jià)，而且價(jià)差是不能用于計(jì)算間接費(fèi)用中，但是在工程的實(shí)際施工過(guò)程中，將會(huì)涉及到高達(dá)上百種材料，這些材料的預(yù)算價(jià)格除去規(guī)定的材料以外，都需要直接進(jìn)入工程直接費(fèi)用中去，材料費(fèi)的增加是計(jì)算施工中間接費(fèi)用的最為敏感因素，因?yàn)椴牧腺M(fèi)越多的話，間接費(fèi)也就越多。而且因?yàn)椴牧系膬r(jià)格收到市場(chǎng)供求和國(guó)家政策的影響，常常會(huì)造成材料預(yù)算價(jià)格與實(shí)際價(jià)格不符合的問(wèn)題，導(dǎo)致間接費(fèi)的準(zhǔn)確性降低，工程造價(jià)失控。

1.1.3 人為因素對(duì)工程預(yù)算編制影響較大。我們知道，在工程預(yù)算的編制中，建筑公司對(duì)臨時(shí)房屋建筑工程的投資一般是有一個(gè)固定的公式可以計(jì)算，但是，這個(gè)計(jì)算公式并不是對(duì)所有的工程都使用的，特別是在建筑工程中，由于施工新的技術(shù)和機(jī)械的應(yīng)用以及管理水平的不斷提高，勞動(dòng)生產(chǎn)率也在不斷提高，同樣的一個(gè)施工工程，可能使用的施工人員大大減少，如果沒(méi)有考慮到這種可變的因素對(duì)施工工程的影響，最后會(huì)導(dǎo)致工程預(yù)算失真的問(wèn)題，從而導(dǎo)致工程投資失控現(xiàn)象。

1.2建筑工程決算中存在的問(wèn)題

1.2.1 高套定額。我國(guó)一些建筑企業(yè)在進(jìn)行工程決算的時(shí)候，常常會(huì)出現(xiàn)高套定額的問(wèn)題，高套定額就是在進(jìn)行項(xiàng)目工程決算的時(shí)候降低工程標(biāo)準(zhǔn)，但是卻套用了高標(biāo)準(zhǔn)的定額，從而兩者之間存在很大的差距。例如，許多建筑企業(yè)在進(jìn)行項(xiàng)目施工的時(shí)候，一般是使用人工挖土方的定額來(lái)套用人工挖基坑的定額，人工挖土方的定額單價(jià)一般為每100立方米732.39元，但是人工挖基坑的定額單價(jià)卻為每100立方米1150.41元，兩者定額單價(jià)差距很大，如果在進(jìn)行工程決算的時(shí)候，采取高套定額的話，無(wú)疑將會(huì)提高了工程造價(jià)。

1.2.2 虛增工程量。虛增工程量是一些施工企業(yè)為了增加施工成本的一種重要方法，雖然有的時(shí)候，這種虛增工程量并不是施工企業(yè)人為因素所造成的。例如，一些建筑企業(yè)在基建工程的一個(gè)分項(xiàng)工程中，往往會(huì)存在人為重復(fù)計(jì)算工程量的問(wèn)題，這種情況在一些隱蔽的工程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)；還有一種重復(fù)計(jì)算工程量的辦法就是施工單位在進(jìn)行工程決算的時(shí)候，把一些在定額項(xiàng)目中已經(jīng)列入決算的項(xiàng)目在其它定額項(xiàng)目中又列入其中，造成同樣一項(xiàng)工程因?yàn)閮纱卧诙~在計(jì)算而被重復(fù)計(jì)費(fèi)的問(wèn)題。

2.控制建筑工程預(yù)決算問(wèn)題的對(duì)策

隨著建筑公司財(cái)務(wù)管理的不斷健全，許多企業(yè)已經(jīng)采取了較為成熟和完善的建筑工程預(yù)決算控制方法。

2.1建筑工程預(yù)算完善措施

2.1.1 根據(jù)實(shí)際情況編制建筑工程預(yù)算定額體系。針對(duì)建筑工程預(yù)算定額過(guò)程中的借用問(wèn)題，建筑企業(yè)在進(jìn)行工程預(yù)算的時(shí)候，可以考慮根據(jù)建筑工程的地域分布和類型以及施工技術(shù)水平等因素，結(jié)合實(shí)際情況，制定出一套較為完整的預(yù)算編制定額體系。在進(jìn)行預(yù)算編制的時(shí)候，可以根據(jù)建筑工程的地域差異和實(shí)際施工水平，按照定額進(jìn)行靈活調(diào)整，即在工程預(yù)算基礎(chǔ)定額基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的施工難易程度，設(shè)置難易系數(shù)，從而最大提套施工的經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造更多的固定資產(chǎn)，而且也要對(duì)技術(shù)發(fā)展和工藝進(jìn)步所帶來(lái)的定額變化進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，不斷進(jìn)行補(bǔ)充，控制部分工程造價(jià)失控問(wèn)題。

2..1.2 提高工程造價(jià)計(jì)算方法的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)算的時(shí)候，常常會(huì)因?yàn)橛?jì)算方法的失誤，導(dǎo)致工程施工過(guò)程中，材料的實(shí)際價(jià)格因?yàn)槭袌?chǎng)需求和國(guó)家宏觀調(diào)控政策的影響，而和工程預(yù)算價(jià)格不符合，最終造成工程造價(jià)失控。針對(duì)這種狀況，首先需要建筑企業(yè)在進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)算的時(shí)候，盡可能增加預(yù)算的材料種類，減少材料費(fèi)，另外一方面。需要建筑企業(yè)能夠利用行業(yè)協(xié)會(huì)或者管理部門(mén)的作用，更廣泛手機(jī)材料的市場(chǎng)價(jià)格信息，針對(duì)不同的時(shí)間和區(qū)域，材料價(jià)格變動(dòng)的周期性信息，制定出建筑工程調(diào)價(jià)系數(shù)。

2.1.3 準(zhǔn)確計(jì)算施工期的人員數(shù)量。由于建安投資和臨時(shí)房屋建筑工程投資之間很難通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單公式就把二者聯(lián)系起來(lái)，因此，在進(jìn)行施工項(xiàng)目預(yù)算編制的時(shí)候，應(yīng)該盡可能按照實(shí)際施工狀況去計(jì)算施工期的人員數(shù)量，然后計(jì)算臨時(shí)性房屋的建筑面積和室外的工程量，最后再以相應(yīng)的定額標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出較為準(zhǔn)確的工程造價(jià)，從而避免由于公式的錯(cuò)誤而導(dǎo)致的工程預(yù)算計(jì)算誤差。

2.2建筑工程決算完善措施

1）對(duì)于建筑工程決算中存在的高套定額的現(xiàn)象，我們要根據(jù)高套定額的不同，實(shí)施分類審核的方法，審核人員不僅要能夠熟練掌握工程組計(jì)算的規(guī)則，而且也要掌握建筑項(xiàng)目施工的要求和竣工圖紙，只有這樣，才能達(dá)到知己知彼。

2）嚴(yán)格控制決算，避免重復(fù)計(jì)算。對(duì)于一些建筑工程在決算中重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題，最為根本的控制方法就是要嚴(yán)格控制決算中的計(jì)算方法。例如，首先要加強(qiáng)審計(jì)人員的工程量計(jì)算技能，并且要達(dá)到熟練掌握的程度，并且也要項(xiàng)目主管部門(mén)有嚴(yán)格的隱蔽工程現(xiàn)場(chǎng)簽到和記錄制度，達(dá)到有證可查。

3.結(jié)語(yǔ)

建筑工程預(yù)決算是決定和控制工程項(xiàng)目投資的重要措施和手段，是進(jìn)行招投標(biāo)、考核企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理水平的重要依據(jù)，也是審查機(jī)關(guān)掌握投資狀況，監(jiān)督經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重要依據(jù)。因此，建筑工程預(yù)決算必須具有高度的科學(xué)性、準(zhǔn)確性及權(quán)威性。

參考文獻(xiàn)

[1]熊曉花，鄒娟. 關(guān)于建筑工程預(yù)決算審計(jì)問(wèn)題的幾點(diǎn)思考[J]中國(guó)管理信息化(綜合版)，2006（3）

[2]陳讓農(nóng). 建筑工程預(yù)決算中存在的問(wèn)題及對(duì)策[J]經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2008（6）

篇2

關(guān)鍵詞:智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè);課程體系;教材建設(shè)

繼2004年北京大學(xué)率先在國(guó)內(nèi)建立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)之后,2005年,北京郵電大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)和西安電子科技大學(xué);2006年,首都師范大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、武漢工程大學(xué)和西安郵電學(xué)院;2007年,北京科技大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)和湖南大學(xué);2008年,河北工業(yè)大學(xué)和桂林電子科技大學(xué);2009年,重慶郵電大學(xué)和大連海事大學(xué);2010年,中南大學(xué)和上海理工大學(xué)先后經(jīng)教育部批準(zhǔn)先后設(shè)立了“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)[1-2]。在中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)的指導(dǎo)下,自2002年起,各相關(guān)專業(yè)教師定期召開(kāi)智能科學(xué)與技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會(huì),并出版教育論文專輯,大力推進(jìn)了我國(guó)智能科學(xué)與技術(shù)教育的健康、快速發(fā)展,并對(duì)我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)的人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)起到了極大的帶動(dòng)作用。

作為一個(gè)發(fā)展中的新興專業(yè),目前各高校仍主要結(jié)合自身基礎(chǔ)和特點(diǎn)建設(shè)該專業(yè)。如南開(kāi)大學(xué)以智能技術(shù)與智能工程為核心專業(yè)課程[3];北京科技大學(xué)從社會(huì)需求角度出發(fā),以提高學(xué)生軟件實(shí)踐能力為切入點(diǎn)[4];河北工業(yè)大學(xué)根據(jù)相關(guān)專業(yè)的就業(yè)現(xiàn)狀,以提高學(xué)生硬件實(shí)踐能力為著力點(diǎn)[5]。為了解決南開(kāi)大學(xué)、北京科技大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)3所高校共同面臨的課程體系和教材建設(shè)等問(wèn)題,三校教師分別于2010年6月16日和8月2日在南開(kāi)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了兩次研討,現(xiàn)將研討成果匯總于此。

1研討背景

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)自開(kāi)辦以來(lái),不可避免地要回答如下3個(gè)方面的問(wèn)題:

1) 來(lái)自用人單位的問(wèn)題:“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是做什么的?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢(shì)何在?

2) 來(lái)自學(xué)生及家長(zhǎng)的問(wèn)題:“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是學(xué)什么的?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢(shì)何在?

3) 來(lái)自教師自身的問(wèn)題:“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)應(yīng)該教什么?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢(shì)何在?

無(wú)論是做什么、學(xué)什么還是教什么,歸根到底是課程體系和教材內(nèi)容。無(wú)論是研究生課程下移(帶來(lái)學(xué)生接受知識(shí)的困難),還是在其他專業(yè)教學(xué)體系基礎(chǔ)上做簡(jiǎn)單的增、刪、改(帶來(lái)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的凌亂),都是不行的,長(zhǎng)此以往的后果將是沒(méi)有優(yōu)勢(shì),只有劣勢(shì)。

南開(kāi)大學(xué)、北京科技大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)3所高校的“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)都源于自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ),而且都具有典型的工科特色;同時(shí)3所高校分別是教育部直屬“985”高校、教育部直屬國(guó)家“優(yōu)勢(shì)學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)”建設(shè)項(xiàng)目試點(diǎn)高校和河北省屬“211”高校,3所高校的“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)分別于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)上的異同特點(diǎn)以及地域便利的條件,為優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、交流融合提供了機(jī)遇。

2課程體系

根據(jù)研究任務(wù)的不同,智能科學(xué)技術(shù)涵蓋的內(nèi)容可以劃分為智能科學(xué)、智能技術(shù)、智能工程三個(gè)層次[6]。

1) 智能科學(xué):主要任務(wù)是研究人的智慧,建立人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)理論,并用其模擬人的智慧。

2) 智能技術(shù):在智能科學(xué)的框架內(nèi)創(chuàng)建人機(jī)結(jié)合智能系統(tǒng)所需要的方法、工具和技術(shù)。

3) 智能工程:利用智能科學(xué)的理念和思想,充分運(yùn)用智能技術(shù)工具創(chuàng)建各種應(yīng)用系統(tǒng)。它是當(dāng)前新技術(shù)、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向、開(kāi)發(fā)策略和顯著標(biāo)志。

根據(jù)上述智能科學(xué)技術(shù)的劃分,智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系同樣劃分為理論、技術(shù)與工程應(yīng)用3個(gè)層次,具體框架如圖1所示。

需要說(shuō)明的是,由于課時(shí)、學(xué)時(shí)等因素的限制,有些課程需要包含未列入課程的部分內(nèi)容。如智能科學(xué)與技術(shù)概論課程內(nèi)含系統(tǒng)論的簡(jiǎn)要介紹;智能控制系統(tǒng)包含可編程序控制器、智能傳感器、智能執(zhí)行器等內(nèi)容;智能工程包含若干典型智能系統(tǒng)實(shí)例。

3教材建設(shè)

經(jīng)南開(kāi)大學(xué)、北京科技大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)3所高校的討論,一致認(rèn)為工科專業(yè)應(yīng)以技術(shù)和工程應(yīng)用兩個(gè)層次為核心,并將人工智能導(dǎo)論和智能信息處理兩門(mén)課程的教材合并為智能技術(shù)。同時(shí),根據(jù)南開(kāi)大學(xué)側(cè)重理論、北京科技大學(xué)側(cè)重軟件、河北工業(yè)大學(xué)側(cè)重硬件的原則進(jìn)行分工,編寫(xiě)對(duì)應(yīng)課程的教學(xué)大綱和教材內(nèi)容。

3.1智能技術(shù)

本課程包括智能計(jì)算和計(jì)算機(jī)視覺(jué)兩部分,分別介紹以對(duì)人腦的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬為主要特征的聯(lián)接主義智能技術(shù)和以模擬人類視覺(jué)處理為主要特征的計(jì)算機(jī)視覺(jué)兩部分。它是智能技術(shù)的主干內(nèi)容;也是實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)、組成智能系統(tǒng)的重要工具,屬于本專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)智能技術(shù)的學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)能夠掌握智能技術(shù)的基本原理和方法。通過(guò)課堂講解、,并配合一定的作業(yè)練習(xí)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié),學(xué)生應(yīng)初步具備運(yùn)用智能技術(shù)和方法分析和解決問(wèn)題的能力。本課程擬定90學(xué)時(shí),其中授課54學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)36學(xué)時(shí)。

教材內(nèi)容包括智能計(jì)算和計(jì)算機(jī)視覺(jué)兩部分,智能計(jì)算部分包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論和遺傳算法/蟻群算法,計(jì)算機(jī)視覺(jué)包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論基礎(chǔ)、圖像預(yù)處理、圖像分割、物體識(shí)別、圖像理解、雙目立體視覺(jué)、三維視覺(jué)技術(shù)、主動(dòng)視覺(jué)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)講授單個(gè)神經(jīng)元(感知器)的動(dòng)作原理,與實(shí)際生物神經(jīng)元的對(duì)應(yīng)關(guān)系;講授BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組成,網(wǎng)絡(luò)的特性和對(duì)非線性函數(shù)的模擬功能;介紹BP算法的優(yōu)、缺點(diǎn);講授H網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu),H網(wǎng)絡(luò)在解決優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)越性。模糊理論講授模糊集合的概念,建立隸屬度函數(shù)的概念;介紹模糊規(guī)則的建立原則,模糊規(guī)則與模糊系統(tǒng)收入輸出量之間的關(guān)系;介紹模糊化以及模糊量精確化的幾種常用方法。遺傳算法和蟻群算法只作簡(jiǎn)要介紹,重點(diǎn)介紹這兩種算法的特點(diǎn)和成功的應(yīng)用實(shí)例,使學(xué)習(xí)者有一個(gè)感性認(rèn)識(shí),明確這種類型算法的“迭代”特點(diǎn)以及總體最優(yōu)目標(biāo)與個(gè)體行為之間的聯(lián)系。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論基礎(chǔ)主要介紹Marr的視覺(jué)計(jì)算理論、圖像的相關(guān)知識(shí)、傅立葉變換基礎(chǔ);圖像預(yù)處理主要介紹像素亮度變換、幾何變換、直方圖修正、局部預(yù)處理、圖像復(fù)原;圖像分割主要介紹閾值處理方法、基于邊界的分割方法、基于區(qū)域的分割方法;形狀表示與描述主要介紹鏈碼、使用片斷序列描述邊界、尺度空間方法、基于區(qū)域的形狀表示與描述;物體識(shí)別主要介紹知識(shí)的表示、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模擬退火、模糊系統(tǒng);圖像理解主要介紹并行和串行處理控制、分層控制、非分層控制;雙目立體視覺(jué)主要介紹雙目立體視覺(jué)原理、精度分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、立體成像、立體匹配、系統(tǒng)標(biāo)定;三維視覺(jué)技術(shù)主要介紹結(jié)構(gòu)光三維視覺(jué)原理、光模式投射系統(tǒng)、標(biāo)定方法、光度立體視覺(jué)、由紋理恢復(fù)形狀、激光測(cè)距法;主動(dòng)視覺(jué)主要介紹從陰影恢復(fù)形狀、從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)、主動(dòng)跟蹤。

3.2智能控制理論與技術(shù)

本課程是“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)課程,目的是使學(xué)生了解智能科學(xué)與控制理論結(jié)合所產(chǎn)生之智能控制理論的基本概念和應(yīng)用價(jià)值;使學(xué)生熟知當(dāng)前主流智能控制技術(shù)的種類,并掌握模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及進(jìn)化計(jì)算、群體智能的基礎(chǔ)知識(shí),了解智能技術(shù)與傳統(tǒng)控制方法的結(jié)合點(diǎn);加強(qiáng)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,以使學(xué)生更好地理解基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生使用高級(jí)智能控制方法解決實(shí)際控制問(wèn)題的能力。本課程的學(xué)習(xí)將使學(xué)生加深對(duì)控制理論的理解,明晰智能技術(shù)在控制中的應(yīng)用技巧,也為本科生繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。本課程擬定64學(xué)時(shí),其中授課54學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)。

教材內(nèi)容包括智能控制概論,介紹智能控制的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域,簡(jiǎn)介幾種重要的智能控制方法;專家控制,簡(jiǎn)介專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),講授專家PID控制器的原理與設(shè)計(jì)方法;模糊控制,講授模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、傳統(tǒng)的模糊控制原理和控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法、模糊PID控制的兩種形式,特別是PID控制參數(shù)的模糊整定技術(shù);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,講授前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中幾種典型的網(wǎng)絡(luò)模型以及學(xué)習(xí)算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的線性系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模控制等;進(jìn)化計(jì)算與控制,講授進(jìn)化計(jì)算的概念、遺傳算法的原理及其與其他智能方法的結(jié)合,介紹遺傳機(jī)器人學(xué);群體智能與控制,講授蟻群算法的基本原理及其在控制問(wèn)題中的應(yīng)用,介紹群體機(jī)器人學(xué)。

3.3單片機(jī)原理與應(yīng)用

本課程是“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的一門(mén)專業(yè)課程,目的是使學(xué)生了解單片機(jī)的組成原理及常用控制算法的實(shí)現(xiàn);掌握51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)和一般匯編程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)方法;熟悉常用的單片機(jī)硬件擴(kuò)展技術(shù);在此基礎(chǔ)上,熟練掌握控制算法的單片機(jī)程序編寫(xiě)與調(diào)試。本課程擬定54學(xué)時(shí),其中授課38學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。

教材內(nèi)容包括單片機(jī)系統(tǒng)概述,介紹單片機(jī)定義、單片機(jī)發(fā)展過(guò)程及單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu);單片機(jī)指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì),介紹指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì);硬件資源及接口技術(shù),介紹硬件資源和接口技術(shù);單片機(jī)使用技術(shù),介紹抗干擾技術(shù)、C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì);依次介紹PID控制器、狀態(tài)反饋控制器、模糊控制器、系統(tǒng)辨識(shí)、卡爾曼濾波、滑?？刂破鳌⒆顑?yōu)控制器、魯棒控制器、自適應(yīng)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的歷史沿革、基本原理、常用形式和單片機(jī)具體實(shí)現(xiàn)方法。

3.4嵌入式系統(tǒng)

本課程以當(dāng)前主流的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)為背景,以嵌入式系統(tǒng)原理為基礎(chǔ),以嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)體系為骨架,以嵌入式控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為目標(biāo),較為全面地介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念、軟硬件的基本體系結(jié)構(gòu)、軟硬件開(kāi)發(fā)方法、相關(guān)開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用領(lǐng)域、熱門(mén)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)實(shí)例以及當(dāng)前的一些前沿動(dòng)態(tài),為學(xué)生展示較為完整的嵌入式控制系統(tǒng)領(lǐng)域概況。本課程擬定64學(xué)時(shí),其中授課48學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。

教材依據(jù)嵌入式控制系統(tǒng)的特征,將控制算法、嵌入式系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)及組態(tài)軟件作為統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)介紹,突出嵌入式技術(shù)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用的特點(diǎn),重點(diǎn)介紹嵌入式控制系統(tǒng)軟硬件、電路、操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)性、可靠性等特性,從軟件體系結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)的角度出發(fā),強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)調(diào)度、Bootloader、BSP、嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、交叉開(kāi)發(fā)與仿真開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù),并特別引入了工業(yè)控制中需要的電磁兼容性設(shè)計(jì)和大量的典型嵌入式控制系統(tǒng)實(shí)例設(shè)計(jì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生不但可以學(xué)會(huì)使用工具開(kāi)發(fā)嵌入式軟硬件,而且可以從總體角度選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和方法,全面規(guī)劃和設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)。

3.5智能工程

本課程是“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的一門(mén)核心專業(yè)課程。面向智能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,著眼于解決工程應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題,從典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析出發(fā),通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。本課程擬定36學(xué)時(shí),全部為授課學(xué)時(shí)。

教材內(nèi)容包括智能工程概論,介紹智能工程現(xiàn)狀、工程設(shè)計(jì)原則和工程實(shí)際流程;常用傳感器原理,介紹傳感器一般特性、光電式傳感器和視覺(jué)傳感器;典型智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例,包括智能移動(dòng)機(jī)器人、智能電梯群控電梯等系統(tǒng)。

3.6智能機(jī)器人

課程通過(guò)對(duì)一個(gè)具有代表性的仿人機(jī)器人的拆解,將知識(shí)點(diǎn)拆解成6個(gè)主要教學(xué)模塊:1)機(jī)器人控制模塊,介紹各類控制模塊的原理與組成;2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),介紹電機(jī)與舵機(jī)的原理與控制方法;3)機(jī)器人動(dòng)作系統(tǒng),介紹機(jī)器人各部件的協(xié)調(diào)控制;4)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng),介紹典型的超聲波、影像傳感器的原理與識(shí)別算法;5)機(jī)器人表現(xiàn)系統(tǒng)原理,介紹人與機(jī)器人的交互原理;6)機(jī)器人通信系統(tǒng)原理,介紹機(jī)器人之間的數(shù)據(jù)與信息傳遞方法。學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí),能夠與基礎(chǔ)知識(shí)相聯(lián)系,并能掌握機(jī)器人這門(mén)技術(shù),為從事機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程擬定54學(xué)時(shí),其中授課44學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)。

教材面向“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè),同時(shí)兼顧信息類專業(yè)學(xué)生編寫(xiě),根據(jù)這類專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)組織內(nèi)容。從具體的機(jī)器人控制需求出發(fā),將自動(dòng)控制的基本理論和機(jī)器人控制特點(diǎn)相結(jié)合,講授機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成、規(guī)律、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。理論上反映當(dāng)前的最新進(jìn)展,內(nèi)容上考慮初學(xué)者的需求,側(cè)重普及性、實(shí)用性和新穎性,結(jié)構(gòu)體系符合信息類和控制類專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),力求簡(jiǎn)潔、清楚,對(duì)技術(shù)的敘述遵循目標(biāo)、問(wèn)題、理論依據(jù)、實(shí)現(xiàn)方法、實(shí)際情況、發(fā)展方向的方式。做到重點(diǎn)突出,符合實(shí)際,滿足需要,指導(dǎo)性強(qiáng)。

3.7智能控制系統(tǒng)

本課程是“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的一門(mén)專業(yè)課程,使學(xué)生了解智能控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí);掌握智能控制系統(tǒng)中最新的智能傳感技術(shù)、智能控制器、智能執(zhí)行能執(zhí)行器及智能網(wǎng)絡(luò)與接口技術(shù);掌握智能控制系統(tǒng)中多個(gè)關(guān)鍵硬件裝置的識(shí)別及其使用。通過(guò)學(xué)習(xí)多個(gè)智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)例,學(xué)生應(yīng)掌握智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與技術(shù),堅(jiān)實(shí)地掌握最新智能控制系統(tǒng)知識(shí),提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力,并為學(xué)習(xí)其他課程的打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本課程擬定64學(xué)時(shí),其中授課48學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。

教材內(nèi)容包括概述,介紹智能控制系統(tǒng)的基本概念、基本內(nèi)容和機(jī)構(gòu)及其發(fā)展趨勢(shì);智能傳感系統(tǒng),講授智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)、傳感器智能化的數(shù)據(jù)處理方法、多傳感器信息融合的方法、智能傳感器實(shí)現(xiàn)方法與典型實(shí)例;智能控制器設(shè)計(jì),講授基于單片機(jī)的智能控制器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用、基于PLC的智能控制器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用;智能電動(dòng)執(zhí)行器,講授智能電動(dòng)執(zhí)行器的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù),軟件設(shè)計(jì)技術(shù)以及典型的智能電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)例及其應(yīng)用;智能網(wǎng)絡(luò)與接口技術(shù),講授無(wú)線傳感器智能網(wǎng)絡(luò),工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)以及智能傳感器、智能控制器和智能執(zhí)行器的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)技術(shù);智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例,綜合利用前面的知識(shí)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于聲音定位的智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于微機(jī)電慣性傳感器的汽車(chē)多路況智能防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、大型設(shè)備的PLC智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)南開(kāi)大學(xué)、北京科技大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)3所高校的研討,我們凝練出較完整的“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)課程體系,體現(xiàn)出本專業(yè)的特色;提出可供3所高校共同使用的教學(xué)大綱和教材內(nèi)容,體現(xiàn)出學(xué)生培養(yǎng)的工程實(shí)踐導(dǎo)向。這些研究成果可以為開(kāi)辦“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的兄弟院校進(jìn)一步研討提供藍(lán)本,也可以為籌建該專業(yè)的高校所參考。

注:本文受到北京科技大學(xué)教學(xué)研究會(huì)第六批教學(xué)研究課題、北京科技大學(xué)教育教學(xué)研究基金青年教師教育教學(xué)研究立項(xiàng)項(xiàng)目、河北工業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目(2010-12)支持。

參考文獻(xiàn):

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[2] 教育部關(guān)于公布2009年度高等學(xué)校專業(yè)設(shè)置備案或?qū)徟Y(jié)果的通知[S]. 教高〔2010〕2號(hào),2010.

[3] 方勇純,劉景泰. 南開(kāi)大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)教學(xué)體系與實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2009(11):21-25.

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A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of

Intelligence Science and Technology

YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1

(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;

3. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

篇3

1．其中首要的一步，也是至關(guān)重要的一步就是確定項(xiàng)目．可以看出，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)的前提，項(xiàng)目的好壞直接影響到教學(xué)的開(kāi)展．根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的內(nèi)容體系，同時(shí)結(jié)合專業(yè)教師的研究方向和研究?jī)?nèi)容，確定項(xiàng)目“車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)”來(lái)組織整個(gè)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)內(nèi)容．車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)分為圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像校正、車(chē)牌定位、字符分割和字符識(shí)別等部分，并將它們作為子項(xiàng)目與數(shù)字圖像處理的相關(guān)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，車(chē)牌識(shí)別項(xiàng)目貫穿整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的始終．整個(gè)項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程見(jiàn)圖2．從圖2可以看出，數(shù)字圖像處理的內(nèi)容基本上可以通過(guò)車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)這一具體項(xiàng)目組織起來(lái)．除此之外，在實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)課程中，也結(jié)合學(xué)生的興趣以及指導(dǎo)教師的研究專長(zhǎng)和所承擔(dān)的課題，還設(shè)計(jì)了如人臉識(shí)別系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)閱卷系統(tǒng)、圖像碎片拼接系統(tǒng)、三維全景圖的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)的立體匹配及三維重建技術(shù)以及高光譜圖像壓縮等案例．

二、教學(xué)改革成果與分析

2013年以信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)11-1班為對(duì)照班，2014年以信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)12-1班為實(shí)驗(yàn)班，2個(gè)班級(jí)學(xué)生的學(xué)時(shí)數(shù)一樣，學(xué)生起步幾乎也是一樣，講授的數(shù)字圖像處理課程主要內(nèi)容相同．在11-1班中采用的是傳統(tǒng)教學(xué)模式，講授理論上的圖像處理原理和方法；在12-1班中采用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)．為了驗(yàn)證在數(shù)字圖像處理課程中應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法的效果，對(duì)2個(gè)班級(jí)分別進(jìn)行了數(shù)字圖像處理理論知識(shí)測(cè)試和編寫(xiě)一個(gè)圖像邊緣提取的程序．理論知識(shí)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1（滿分100分）．編程題是通過(guò)在線考試系統(tǒng)完成的，由計(jì)算機(jī)給出的成績(jī)，編程題測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2（滿分20分）．

三、結(jié)束語(yǔ)

篇4

關(guān)鍵詞：開(kāi)源；數(shù)字媒體；processing；互動(dòng)

1 開(kāi)源式創(chuàng)作的技術(shù)手段

開(kāi)源，即開(kāi)放源代碼，開(kāi)源式創(chuàng)作就是在開(kāi)放源碼的環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字媒體藝術(shù)創(chuàng)作。

漢語(yǔ)詞語(yǔ)：開(kāi)辟水源、開(kāi)辟收入的新來(lái)源等。開(kāi)源（Open Source，開(kāi)放源碼）被非盈利軟件組織（美國(guó)的Open Source Initiative協(xié)會(huì)）注冊(cè)為認(rèn)證標(biāo)記，并對(duì)其進(jìn)行了正式的定義，用于描述那些源碼可以被公眾使用的軟件，并且此軟件的使用、修改和發(fā)行也不受許可證的限制。[1]

談到當(dāng)下的數(shù)字媒體藝術(shù)的開(kāi)源式創(chuàng)作，就不得不說(shuō)到計(jì)算機(jī)這個(gè)媒介，更確切地說(shuō)是，個(gè)人電腦的普及才有了后來(lái)人類社會(huì)信息化時(shí)代的到來(lái)和互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃興起，為我們整個(gè)社會(huì)提供了全面多樣化的網(wǎng)絡(luò)的信息交換服務(wù)（或者是獲取信息的服務(wù)）。在我看來(lái)這也是開(kāi)源式創(chuàng)作的基礎(chǔ)。一方面計(jì)算機(jī)數(shù)碼攝像技術(shù)的巨大發(fā)展，為我們提供了采集更多越來(lái)越多便宜甚至是免費(fèi)的高質(zhì)量的圖像資料，這在以前是無(wú)法想象的。因?yàn)樵谟辛诉@么多視覺(jué)圖像資料的情況下進(jìn)行創(chuàng)作，要比只是從文字信息概念到視覺(jué)形象的設(shè)計(jì)更有效率和直觀。比如在做三種文化（包括歐洲、伊斯蘭、東方文化）的生活街市的三維模型時(shí)，所有的圖像參考資料都是通過(guò)Google、百度等搜索引擎，來(lái)查找到三種文化的各地代表性建筑、各個(gè)時(shí)期的代表性建筑和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人物等的視覺(jué)資料。所以，藝術(shù)作品的方案都是通過(guò)視覺(jué)圖像的腳本來(lái)表現(xiàn)和制作的，這樣就可以在給甲方做匯報(bào)和講解時(shí)更有說(shuō)服力和信任感。因?yàn)樵谔祚R行空的方案，到最后也要讓人理解、看得明白，這樣甲方才會(huì)給你最重要的兩樣?xùn)|西“時(shí)間和金錢(qián)”。一方面Internet中包容了人類文明共有的巨大的信息寶庫(kù)，為我們提供了信息資源的交流和共享，如各種搜索引擎、百科、視頻共享軟件、網(wǎng)盤(pán)的分享軟件等。正是在這種“混沌”的信息革命的大背景下，現(xiàn)在的中國(guó)的藝術(shù)家們可以個(gè)人電腦作為平臺(tái)工具來(lái)創(chuàng)作藝術(shù)作品。另一方面，越來(lái)越多的人對(duì)于自己的創(chuàng)新采取了無(wú)私的分享，如開(kāi)源軟件Processing、VVVV。

Processing我們把它叫做PDE開(kāi)發(fā)的環(huán)境，通常軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境叫IDE，Integrated Development Environment集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以輔助開(kāi)發(fā)程序的應(yīng)用軟件。就是集成代碼編寫(xiě)、分析功能、編譯的功能等一體化的開(kāi)發(fā)軟件套。①它有很多的例子和Processing，所以需要用到的很多的庫(kù)，那它自帶的這個(gè)庫(kù)就有PDF的生成和串口訊號(hào)，我們會(huì)用到這個(gè)庫(kù)。那在Processing里面你還可以“add library”，就是添加更多的庫(kù)，常用的庫(kù)有video、sound、minim等。

Processing有圖形用戶界面的優(yōu)勢(shì)，并且它能提供各種實(shí)時(shí)鮮明的圖像式反饋，可以大幅縮短學(xué)習(xí)的時(shí)間曲線，并更容易的理解抽象邏輯法則。其是Java語(yǔ)言的進(jìn)一步延伸，而且支持現(xiàn)有的java語(yǔ)言基本架構(gòu)，其將java的語(yǔ)法簡(jiǎn)化并將其運(yùn)算的結(jié)果“感官化”，使藝術(shù)家和青年學(xué)生們能夠很快的創(chuàng)作聲音和影像的交互式數(shù)字媒體藝術(shù)作品。但最重要的一點(diǎn)它是開(kāi)放源碼軟件平臺(tái)。

那什么是開(kāi)放源碼軟件平臺(tái)？在我看來(lái)就是軟件的源代碼是可以被任何人使用的，并且這個(gè)軟件的使用、修改和傳播不需要受到任何限制。這也是開(kāi)源式藝術(shù)創(chuàng)作的關(guān)鍵。

開(kāi)源式創(chuàng)作對(duì)于我們這些藝術(shù)創(chuàng)作者有什么好處呢？由于互聯(lián)網(wǎng)的普及，我們獲取別人的幫助就更加容易。比如我們可以更加便捷的在網(wǎng)站上獲取現(xiàn)成的類庫(kù)，應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)也變得更加容易。具體來(lái)說(shuō)，比如我們?cè)谧鲆粋€(gè)新媒體作品時(shí)，要用到關(guān)于攝像頭實(shí)時(shí)的扣像程序，我們就可以通過(guò)Processing相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)找到別的程序員已經(jīng)寫(xiě)好的類庫(kù)，它把攝像頭的各種參數(shù)如時(shí)間的控制和光圈的控制都已經(jīng)調(diào)好，我們只需要從網(wǎng)站上下載，然后導(dǎo)入程序庫(kù)，根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的情況進(jìn)行微調(diào)就可以用到藝術(shù)創(chuàng)作中來(lái)。當(dāng)然，在遇到具體寫(xiě)代碼的具體問(wèn)題時(shí)，也可以在相關(guān)的網(wǎng)站和論壇上找到答案。因?yàn)樽鳛樗囆g(shù)初學(xué)者所遇到的問(wèn)題幾乎前人都已經(jīng)遇到過(guò)，也有大多數(shù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)尋求幫助。這極大地縮短了藝術(shù)創(chuàng)作的時(shí)間周期，快速有效地解決了關(guān)鍵問(wèn)題和難點(diǎn)。同時(shí)，還極大地降低了創(chuàng)作此類交互藝術(shù)作品的資金成本。因?yàn)橐?qǐng)到專業(yè)的跟藝術(shù)家有合作經(jīng)驗(yàn)的程序員，會(huì)花費(fèi)極高的成本。而如今，只需要學(xué)習(xí)和了解程序運(yùn)行的基礎(chǔ)知識(shí)和基本框架，就可以進(jìn)行具體的交互藝術(shù)作品創(chuàng)作，這極大地鼓舞了在想用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言進(jìn)行創(chuàng)作的外行。這就是所謂的二次開(kāi)發(fā)，利用已經(jīng)有的免費(fèi)框架和類庫(kù)進(jìn)行的重組和優(yōu)化，也能創(chuàng)作出有意思的藝術(shù)作品。并且通過(guò)軟件Processing自身擴(kuò)展庫(kù)與各種擴(kuò)展硬件接口的完美結(jié)合，再加上軟件自身高分辨率、高精度的渲染效率，使其應(yīng)用于展覽展示方面有著舉足輕重的作用。隨著相關(guān)數(shù)字科技的發(fā)展和人們欣賞水平的提高，許多城市科技館、世博會(huì)展館、政府展覽規(guī)劃館等，也都采用了各種各樣的新媒體藝術(shù)的互動(dòng)形式來(lái)進(jìn)行創(chuàng)作和設(shè)計(jì)。

但是，什么是新媒體的創(chuàng)作手法或方法呢？又是怎么樣不斷地將新的技術(shù)手段引入當(dāng)代新媒體藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域？它不僅可以靈活地產(chǎn)生、集成、儲(chǔ)存和應(yīng)用多種媒介信息，還具有新媒體藝術(shù)作品的人機(jī)交互能力和信息傳達(dá)效果，從而進(jìn)一步拉近藝術(shù)作品和觀眾的距離。也就是說(shuō)顯著地提高了藝術(shù)作品的娛樂(lè)性和觀賞性。

從數(shù)字媒體技術(shù)手段分主要?jiǎng)?chuàng)作方式：

第一，信息采集，信息處理與輸出。這是進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)作的最基本的一種創(chuàng)作手法。信息的采集，就是通過(guò)數(shù)碼攝像機(jī)采集的音視頻文件，或是圖像文件。信息處理，就是通過(guò)采集設(shè)備轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)，然后在后期軟件上進(jìn)行加工處理。然而，現(xiàn)在可以通過(guò)processing和vvvv實(shí)時(shí)采集聲音，然后實(shí)時(shí)輸出，從而觸發(fā)數(shù)字圖形的變化。

第二，信息傳輸與轉(zhuǎn)換。在新媒體藝術(shù)中體現(xiàn)的最多的是新興的互動(dòng)多媒體藝術(shù)創(chuàng)作中。人機(jī)交互技術(shù)在互動(dòng)多媒體藝術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，交互技術(shù)正向多媒體、多通道的方向前進(jìn)，如手勢(shì)識(shí)別技術(shù)、表情識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、三維輸入設(shè)備、視線跟蹤技虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。科技不斷地進(jìn)步，不斷的有新的技術(shù)應(yīng)用到新媒體藝術(shù)創(chuàng)作中來(lái)，但其根本就是，信息傳輸與轉(zhuǎn)換。比如圖像到聲音的轉(zhuǎn)換、從文字資料到聲音轉(zhuǎn)換，以及各種不同文化之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)之間的轉(zhuǎn)換。而在互動(dòng)藝術(shù)中最顯著的特征，或者說(shuō)與其他以往的藝術(shù)類型不同的根本區(qū)別就是實(shí)時(shí)的信息傳輸與轉(zhuǎn)換。在藝術(shù)上強(qiáng)調(diào)藝術(shù)的互動(dòng)，是對(duì)傳統(tǒng)藝術(shù)分類的極大挑戰(zhàn)。而交互的形式和類型又可以細(xì)分，人與作品的互動(dòng)類型和方式有：非接觸式互動(dòng)，如各種感應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用和攝像頭動(dòng)作捕捉技術(shù)的應(yīng)用等。

在數(shù)字媒體藝術(shù)中，主要相關(guān)的交互技術(shù)包括：計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、手寫(xiě)識(shí)別技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、語(yǔ)音交互技術(shù)、多通道人機(jī)交互技術(shù)等。其中，比較難以理解的兩個(gè)技術(shù)在這里做一點(diǎn)引用介紹。計(jì)算機(jī)視覺(jué)：“科學(xué)研究表明，人類80%的信息是通過(guò)視覺(jué)獲得的。讓計(jì)算機(jī)類似于人類的視覺(jué)功能成為眾多科學(xué)家的夢(mèng)想，這個(gè)夢(mèng)想正在逐步實(shí)現(xiàn)。目前的計(jì)算機(jī)視覺(jué)主要是采用攝像機(jī)代替人眼，計(jì)算機(jī)代替人。”[2]“多通道人機(jī)交互技術(shù)的特點(diǎn)是：使用多個(gè)感覺(jué)和應(yīng)用通道、在三維空間內(nèi)直接操作、允許非精確的交互、交互具又雙向性、交互的隱含性。”[3]

數(shù)字媒體藝術(shù)的創(chuàng)作手法有哪些呢？或者說(shuō)與傳統(tǒng)的視覺(jué)藝術(shù)相比較它們的根本區(qū)別在哪里？傳統(tǒng)的視覺(jué)藝術(shù)主要靠符號(hào)與圖像來(lái)表現(xiàn)，而新媒體藝術(shù)主要靠光電的統(tǒng)一，是非敘事、個(gè)性的。更重要的一點(diǎn)是，它不像傳統(tǒng)藝術(shù)創(chuàng)作那樣一筆一畫(huà)都要自己刷出來(lái)，數(shù)字媒體藝術(shù)的創(chuàng)作可以不是從零開(kāi)始的。例如，Processing通過(guò)之前的程序員寫(xiě)好的程序模塊進(jìn)行重新地組合和優(yōu)化，就可以創(chuàng)作出不同且有意思的創(chuàng)意作品。并且通過(guò)軟件Processing自身擴(kuò)展與硬件接口（Kinect、Arduino等）的完美結(jié)合，還可以創(chuàng)作出有意思的機(jī)械傳動(dòng)裝置。具體的創(chuàng)作手法包括：挪用、拼貼、嫁接等。

2 從藝術(shù)家個(gè)人創(chuàng)作的角度而言

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，眾多新媒體藝術(shù)家采用各種不同的媒介和手段來(lái)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，帶來(lái)了各種類型的新媒體藝術(shù)樣式，如實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)、數(shù)字?jǐn)z影、電子游戲、影像裝置、互動(dòng)影像裝置藝術(shù)、網(wǎng)絡(luò)藝術(shù)等，可以通過(guò)它們來(lái)表達(dá)藝術(shù)家個(gè)人的藝術(shù)理念。這類藝術(shù)創(chuàng)作主要是從藝術(shù)家個(gè)人的角度來(lái)創(chuàng)作表達(dá)，而不用刻意闡釋、說(shuō)明主題和中心思想，這跟我在下文中提到的新媒體藝術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)作有著根本的區(qū)別。藝術(shù)家個(gè)人創(chuàng)作相對(duì)于藝術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)作是自由的，但由于個(gè)人創(chuàng)作上受到資金和技術(shù)的限制，創(chuàng)作效果會(huì)大打折扣，這和在數(shù)字媒體藝術(shù)項(xiàng)目中投入巨大的資金、人力和時(shí)間，來(lái)展示用“高精尖”科技手段和展示宏大敘事主題是完全不同的。但是，他們并不會(huì)因此停下腳步，還是繼續(xù)在利用不同的媒介和技術(shù)來(lái)進(jìn)行創(chuàng)作，同時(shí)不斷地探索出各自獨(dú)特的藝術(shù)語(yǔ)言，并在此期間涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的新媒體藝術(shù)家和一系列超前的藝術(shù)作品。

3 從項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)作的角度而言

如今，大型展示文化藝術(shù)中，任何一個(gè)成功的數(shù)字媒體藝術(shù)展項(xiàng)的設(shè)計(jì)案例，在其背后一定是多學(xué)科和各類團(tuán)隊(duì)之間共同協(xié)作努力的結(jié)果，這一既成事實(shí)已在行業(yè)內(nèi)受到越來(lái)越多的廣泛認(rèn)同。同時(shí)，新媒體藝術(shù)展項(xiàng)的重要性和學(xué)科交叉的特性也越來(lái)越多地得到了社會(huì)大眾的認(rèn)同，這跟新媒體創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)在上海不斷地參加各類的藝術(shù)活動(dòng)項(xiàng)目可以說(shuō)明。從“感?動(dòng)”新視覺(jué)電子音樂(lè)會(huì)暨第一屆上海電子藝術(shù)節(jié)開(kāi)幕式，到第二屆河流體――全景戶外開(kāi)幕特演，再到上海世博會(huì)城市生命館。而此時(shí)，作為藝術(shù)家在整個(gè)的新媒體藝術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的過(guò)程中更像是一個(gè)管理者和組織者，藝術(shù)家不僅要從作品方案主題有一個(gè)方向上的正確掌控和把關(guān)，與此同時(shí)還需要協(xié)同不同學(xué)科領(lǐng)域之間的合作關(guān)系。而藝術(shù)家在這個(gè)時(shí)候必須對(duì)參與合作團(tuán)隊(duì)的學(xué)科領(lǐng)域有一定的了解，這樣在團(tuán)隊(duì)合作的過(guò)程中才不會(huì)被合作技術(shù)人員耍花招，牽著鼻子走。新媒體藝術(shù)展項(xiàng)中的重點(diǎn)是交互設(shè)計(jì)?！敖换ピO(shè)計(jì)是從人機(jī)交互HCI領(lǐng)域分支并發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，它是跨學(xué)科領(lǐng)域，涉及了計(jì)算機(jī)學(xué)科、信息學(xué)、人類工程學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)科等諸多學(xué)科?！盵4]例如，為世博會(huì)主題館“城市生命館”活力車(chē)站做設(shè)計(jì)的天幕方案時(shí)，經(jīng)過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程之后，就足以了解交互設(shè)計(jì)的學(xué)科交叉性和跨領(lǐng)域合作的特征。在項(xiàng)目開(kāi)始之前，首先詳細(xì)分析和深入了解了項(xiàng)目的需求與用戶體驗(yàn)?zāi)康?，所展示?nèi)容的方式和系統(tǒng)的限制、要求，環(huán)境條件，展區(qū)的大小、空間、高度、采光、人流，以及根據(jù)展示演義的主題與觀眾的接受心理的理解等，然后分別做好時(shí)間腳本和相應(yīng)的軟硬件設(shè)施的需求。

4 方案的限制和預(yù)算[3]

在大型的展示設(shè)計(jì)中使用交互技術(shù)，既要考慮到藝術(shù)設(shè)計(jì)方案的藝術(shù)表現(xiàn)力，又要兼顧技術(shù)的可行性，因?yàn)楹芏嗥嫠济钕氲乃囆g(shù)項(xiàng)目方案由于多種原因是無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而原因或者由于項(xiàng)目的資金和時(shí)間限制是無(wú)法在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，或者是交互技術(shù)不成熟、不夠穩(wěn)定。例如，電子藝術(shù)節(jié)的項(xiàng)目工作，由于前期在構(gòu)想和方案上投入了大量的精力和時(shí)間，導(dǎo)致時(shí)間分配不均而影響到大局。所以，藝術(shù)家個(gè)人的創(chuàng)作和藝術(shù)項(xiàng)目創(chuàng)作的不同，因?yàn)樗囆g(shù)家個(gè)人的理想化可以在自己的具體經(jīng)驗(yàn)中解決，可是集體的創(chuàng)作方案出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)靠的是集體的力量，一個(gè)藝術(shù)家是無(wú)法解決所有問(wèn)題的。但最初在討論方案時(shí)，沒(méi)有或者很少有技術(shù)人員參與，就算是參與也很少有發(fā)言的權(quán)利。當(dāng)然這并不能說(shuō)明前期的準(zhǔn)備沒(méi)有一點(diǎn)用，至少在項(xiàng)目的初期就明確和把握了藝術(shù)作品創(chuàng)作的主題，對(duì)進(jìn)行二次創(chuàng)作有著重要意義的。對(duì)一個(gè)藝術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)各個(gè)工作環(huán)節(jié)的工作進(jìn)度和時(shí)間節(jié)點(diǎn)的把握非常重要，否則就是在浪費(fèi)的是整個(gè)工作團(tuán)隊(duì)的時(shí)間，并且還會(huì)消磨團(tuán)隊(duì)的士氣。所以，整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行到了一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，再好的藝術(shù)設(shè)計(jì)方案也要在各個(gè)方面要“落地”。具體包括：作品方案的時(shí)間腳本、動(dòng)作腳本和協(xié)同的環(huán)境腳本、作品的材料和體積大小、所需的資金預(yù)算和時(shí)間預(yù)算等。同樣，個(gè)人創(chuàng)作也要做好方案的預(yù)算，因?yàn)閭€(gè)人的創(chuàng)作更容易受到技術(shù)和資金的限制。

5 與創(chuàng)作有關(guān)的三個(gè)問(wèn)題

5.1 怎么樣理解信息傳輸?shù)臅r(shí)間差異性

在創(chuàng)作實(shí)時(shí)互動(dòng)作品時(shí)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差異性的問(wèn)題，因?yàn)榈谝粋€(gè)人看到的內(nèi)容和第二個(gè)人到的內(nèi)容是不一樣的。不過(guò)，時(shí)監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)用可以緩解此問(wèn)題，與傳統(tǒng)拿剪輯完成的影像作品來(lái)展示是完全不同的。信息就像河流一樣不斷在變化，而且具有極強(qiáng)的不確定性。

5.2 怎樣處理展示空間與藝術(shù)作品的關(guān)系

數(shù)字媒體藝術(shù)作品對(duì)展示空間要求極高，作品的展示空間是整個(gè)藝術(shù)作品的有機(jī)組成部分和主要表現(xiàn)手段之一?？臻g的處理對(duì)于藝術(shù)作品的觀念和藝術(shù)作品的表現(xiàn)力有著重要的作用。

5.3 如何處理數(shù)字媒體藝術(shù)創(chuàng)作的限制

在運(yùn)用一種交互技術(shù)時(shí)，既要考慮到藝術(shù)方案的藝術(shù)表現(xiàn)力，也要兼顧技術(shù)的可行性，因?yàn)楹芏鄡?yōu)秀的藝術(shù)方案由于許多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)。主要有兩方面，一方面是藝術(shù)項(xiàng)目的資金限制和時(shí)間限制，還有一方面是技術(shù)限制，因?yàn)橐恍┙换ゼ夹g(shù)根本就不成熟，不能穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

注釋：①開(kāi)源，網(wǎng)絡(luò)（）。

參考文獻(xiàn)：

[1] 保羅?萊文森（美）.新新媒介[M].何道寬，譯.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

[2] 馬曉翔.新媒體裝置藝術(shù)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2013.

篇5

關(guān)鍵詞：交叉學(xué)科；跨學(xué)科；計(jì)算神經(jīng)科學(xué)；人工智能；研究生培養(yǎng)

文章編號(hào)：1672-5913（2013）18-0001-05

中圖分類號(hào)：G642

1 背景

科學(xué)史上，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都產(chǎn)生在不同學(xué)科的碰撞和融合中。在自然科學(xué)領(lǐng)域，許多偉大的科學(xué)家都有著復(fù)雜的學(xué)科背景，20世紀(jì)1/3的諾貝爾獲獎(jiǎng)項(xiàng)目出現(xiàn)在交叉科學(xué)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)學(xué)科里很多大科學(xué)家也都有著交叉學(xué)科的背景，如計(jì)算機(jī)之父馮·諾伊曼其實(shí)是個(gè)數(shù)學(xué)家，在經(jīng)濟(jì)、量子力學(xué)及幾乎所有數(shù)學(xué)領(lǐng)域都作出過(guò)重大貢獻(xiàn)，他提出的計(jì)算機(jī)二進(jìn)制表達(dá)正是得益于其敏銳的數(shù)學(xué)洞察力。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系張鈸院士多次在公開(kāi)講座中提到，經(jīng)他統(tǒng)計(jì)，自1966年美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）設(shè)立圖靈獎(jiǎng)以來(lái)一直到2012年，60個(gè)獲獎(jiǎng)?wù)咧?/3的人都有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等理科專業(yè)背景，甚至還有政治等人文科學(xué)背景；相反，純粹是計(jì)算機(jī)專業(yè)或相近專業(yè)如電子學(xué)、無(wú)線電學(xué)等背景出身的人并不多。由此可見(jiàn)，熟練掌握其他學(xué)科的知識(shí)對(duì)于在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)大有裨益。

高校培養(yǎng)交叉學(xué)科人才，一是要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)不同學(xué)科的課程，二是開(kāi)設(shè)一些本身就是多學(xué)科交叉的課程。國(guó)內(nèi)高校已經(jīng)做了大量嘗試，也收到了不錯(cuò)的效果。2013年，《計(jì)算機(jī)教育》雜志專門(mén)策劃了跨學(xué)科教學(xué)專題，對(duì)國(guó)內(nèi)跨學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐情況進(jìn)行報(bào)道。很多高校的一線教學(xué)人員都報(bào)告了他們?cè)诮徊鎸W(xué)科教育方面的構(gòu)想或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)。

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是一門(mén)新興學(xué)科，對(duì)于促進(jìn)腦科學(xué)、信息科學(xué)尤其是人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。2010年3月23-25日，中國(guó)科學(xué)院、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)的知名學(xué)者齊聚北京，舉行第367次香山科學(xué)會(huì)議，主題為“神經(jīng)信息學(xué)與計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的前沿問(wèn)題”。與會(huì)專家探討了計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，指出該學(xué)科在國(guó)內(nèi)外都還發(fā)展不成熟，我們應(yīng)抓住機(jī)遇建立一流的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，除了加大科研資助和鼓勵(lì)科研創(chuàng)新外，優(yōu)質(zhì)的課程教學(xué)必不可少。鑒于計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的多學(xué)科交叉特點(diǎn)，許多專業(yè)都可以嘗試進(jìn)行這方面的教學(xué)，包括醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子，自動(dòng)化等，筆者將論述計(jì)算神經(jīng)科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的關(guān)系以及開(kāi)設(shè)該課程所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

2 計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的特點(diǎn)及其與計(jì)算機(jī)科學(xué)的關(guān)系

借助飛速發(fā)展的現(xiàn)代科技，人類已經(jīng)能夠上天入地，但是對(duì)于腦的認(rèn)識(shí)卻十分有限。諾貝爾獎(jiǎng)得主克里克（Crick）說(shuō)過(guò)：“對(duì)我們?nèi)藖?lái)說(shuō)，在科學(xué)研究中沒(méi)有比研究自己的腦更重要的了。我們對(duì)整個(gè)世界的認(rèn)識(shí)都有賴于它?！闭J(rèn)識(shí)人腦的工作機(jī)理有兩方面的意義，一是促進(jìn)神經(jīng)疾病診療技術(shù)的發(fā)展，二是提高人工智能的水平。

誠(chéng)如艾薩克·阿西莫夫（Issac Asimov）所言，“人腦是我們所知道的最復(fù)雜的組織”。它有大約1011個(gè)神經(jīng)元，而平均每個(gè)神經(jīng)元要與103～104個(gè)神經(jīng)元相連。雖然這些數(shù)字現(xiàn)在看來(lái)并非很大（能存儲(chǔ)1T=1012Byte的硬盤(pán)在市場(chǎng)上已經(jīng)很普遍），但問(wèn)題是計(jì)算機(jī)硬件是我們事先按一定規(guī)則構(gòu)建的系統(tǒng)，我們對(duì)于它每一部分的結(jié)構(gòu)與功能都非常清楚，而人腦卻是一個(gè)黑箱。想象一下讓一臺(tái)計(jì)算機(jī)穿越回唐朝，讓那個(gè)時(shí)代的人們了解這臺(tái)計(jì)算機(jī)的工作原理是一件多么不可想象的事情。

幸運(yùn)的是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)手段正發(fā)生著翻天覆地的變革，我們面對(duì)的黑箱正在慢慢變灰。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)手段，我們可以觀察到“箱子”的部分內(nèi)部。然而，只看到大腦內(nèi)部的一些的結(jié)構(gòu)和它們之間的關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。唐朝人打開(kāi)計(jì)算機(jī)主機(jī)蓋，能看到主板、CPU、內(nèi)存條甚至一些精細(xì)的電子元件，但這對(duì)于他們完全理解計(jì)算機(jī)的工作原理還差很遠(yuǎn)。他們需要綜合各種技術(shù)手段得到計(jì)算機(jī)內(nèi)部情況，從硬件問(wèn)的相互連接關(guān)系推斷出馮·諾伊曼設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展變化，從軟件的功能推斷出算法邏輯，從二進(jìn)制代碼推斷出可讀代碼。要得到這些結(jié)果，只有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是不夠的，還必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，從蛛絲馬跡中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和原則。人腦就好比一臺(tái)唐朝人眼中的計(jì)算機(jī)。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)就是一門(mén)試圖通過(guò)理論分析和建模計(jì)算的方式理解腦工作原理的學(xué)科。

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的形成始于1988年，Seinowski、Koch和Churchland在Science雜志上發(fā)表了計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的“宣言”。從廣義上講，只要是通過(guò)建模、仿真等手段對(duì)神經(jīng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行定量分析的，都屬于計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的范疇。近年來(lái)，由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的革新和腦科學(xué)研究的蓬勃發(fā)展，這方面的研究早已不局限于生物、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科，很多其他學(xué)科的研究人員以各種方式參與到腦科學(xué)的研究中，包括數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、電子、材料等，他們將該學(xué)科中的一些定量計(jì)算理論引入神經(jīng)科學(xué)并據(jù)此研究腦科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。

國(guó)外許多著名高校都設(shè)有計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究中心或相應(yīng)專業(yè)，包括MIT：CSAIL-ArtificialIntelligence Group；Stanford University：Center forMind，Brain and Compution；Harvard University：Mind/Brain/Behavior Program；CMU/University ofPittsburg：Center for the Neural Basis Of Cognition：University College London：Gatsby ComputationalNeuroscience Unit；Columbia University：BionetGroup。這其中大多數(shù)都有信息科學(xué)類院系的參與，如MIT的Artificial Intelligence Group就是在計(jì)算機(jī)與人工智能實(shí)驗(yàn)室下的一個(gè)組，而Stanford University 的Center for Mind，Brain andComputation由計(jì)算機(jī)系、電子系、語(yǔ)言系、神經(jīng)生物系、心理系以及神經(jīng)科學(xué)研究所的教授組成。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一些杰出學(xué)者也參與了計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究，包括MIT的David Marr和Tomaso Poggio，CMU的Tom Mitchell，Caltech的Pietro Perona，Stanford Universit），的Fei-Fei Li等。這里還不包括大量的以計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程等為教育背景但主要活躍在神經(jīng)生理學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等傳統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者。

一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)及其相近領(lǐng)域的研究人員對(duì)神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的貢獻(xiàn)越來(lái)越大，已經(jīng)成為腦科學(xué)研究中一支不可忽視的力量；另一方面，神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的研究進(jìn)展對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的某些方面起到很大的推動(dòng)作用。例如，近年來(lái)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域非常熱門(mén)的深度學(xué)習(xí)（Deep Learning），在很大程度上受到大腦感覺(jué)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，見(jiàn)圖1。其中，圖1（a）為大腦視覺(jué)皮層各區(qū)域的位置及信息處理通道，圖1（b）為深度學(xué)習(xí)的框架。

3 面向計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

相對(duì)于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等專業(yè)，面向計(jì)算機(jī)專業(yè)的研究生開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程相對(duì)容易。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)本科階段的培養(yǎng)，計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生在理論證明、邏輯推斷、數(shù)據(jù)分析等方面的基礎(chǔ)更扎實(shí)，他們接受醫(yī)學(xué)、生物、心理學(xué)等學(xué)科的知識(shí)相對(duì)容易；但反過(guò)來(lái)，讓那些習(xí)慣了生理和心理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生接受一些計(jì)算理論方面的知識(shí)則相對(duì)困難。而相對(duì)于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等理科專業(yè)，計(jì)算機(jī)專業(yè)的研究生在模型實(shí)現(xiàn)方面有優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)楝F(xiàn)在很多計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的模型都涉及大規(guī)模計(jì)算，扎實(shí)的編程基礎(chǔ)使得他們?cè)谔幚磉@類問(wèn)題上更加得心應(yīng)手。這些是面向計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程的機(jī)遇。然而我們面臨的挑戰(zhàn)更大，主要包括兩個(gè)方面，論述如下。

3.1 課程定位的挑戰(zhàn)

通過(guò)調(diào)查一些國(guó)外著名大學(xué)開(kāi)設(shè)的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)課程的立足點(diǎn)都是“理解腦”，以揭開(kāi)大腦的秘密為目的，而且無(wú)論該課程是神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)或相關(guān)院系開(kāi)設(shè)的（如Baylor College ofMedicine神經(jīng)科學(xué)系的課程Theoretical Neuroscience-Learning，Perception，Cognition，MIT腦與認(rèn)知科學(xué)系的課程Inlroduction to Computational Neuroscience），還是交叉學(xué)科中心開(kāi)設(shè)的（如UniversityCollege London Gatsby ComputationalNeuroscience Unit的課程ComputationalPerception and Scene Analysis），甚至是一些計(jì)算機(jī)類院系開(kāi)設(shè)的（如CMU計(jì)算機(jī)系的課程Computational Perception），都是這樣。

如果在國(guó)內(nèi)高校面向計(jì)算機(jī)專業(yè)開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程，將課程目標(biāo)定位于“理解腦”，會(huì)存在一定的現(xiàn)實(shí)困難。國(guó)外著名高校非常注重基礎(chǔ)研究和交叉學(xué)科研究，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，他們培養(yǎng)的研究生已經(jīng)形成了學(xué)習(xí)其他學(xué)科知識(shí)的習(xí)慣，但國(guó)內(nèi)研究生在選修課程方面則顯得更加功利一些，只選修那些目前對(duì)自己有用的課程。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，修一門(mén)有關(guān)理解大腦工作機(jī)理的課程顯得比較怪異，這與他們將來(lái)從事的IT工作似乎風(fēng)馬牛不相及；為此，我們一方面需要從課程體制、培養(yǎng)計(jì)劃等方面引導(dǎo)學(xué)生重視基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科的課程，另一方面還需要考慮在現(xiàn)階段如何通過(guò)課程定位吸引計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生選修相關(guān)課程。

3.2 師資力量的挑戰(zhàn)

交叉學(xué)科課程的講授對(duì)授課教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，授課教師需要具有交叉學(xué)科的研究背景，這樣才能把學(xué)科前沿看得更清楚，把問(wèn)題講得更透徹，但這通常不是一件容易的事，對(duì)于計(jì)算神經(jīng)科學(xué)這一學(xué)科跨度非常大的交叉學(xué)科而言更是這樣。國(guó)內(nèi)這一學(xué)科目前還處于萌芽階段，從事相關(guān)研究的學(xué)者相對(duì)較少，零散地分布在各自院校的不同院系，而且無(wú)論是在哪個(gè)院系，他們都是少數(shù)派。師資力量的不足已經(jīng)成為制約計(jì)算神經(jīng)科學(xué)在國(guó)內(nèi)高校和科研院所發(fā)展的主要因素之一。

4 應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的措施

4.1 準(zhǔn)確進(jìn)行課程定位

為了使學(xué)生更容易接受計(jì)算神經(jīng)科學(xué)這一課程，我們首先需要給這一學(xué)科下一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。從狹義上講，我們建議將計(jì)算神經(jīng)科學(xué)定義為神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)和人工智能的交叉學(xué)科，三者之間的關(guān)系如圖2所示。人工智能是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)專業(yè)方向（這里的人工智能包含機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等各種智能計(jì)算的理論與方法），是計(jì)算機(jī)科學(xué)與神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)產(chǎn)生交叉的主要領(lǐng)域。相對(duì)于計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的廣義定義，這一定義拉近了其與計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的心理距離。

針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，該課程定位不能只是“理解腦”，還要強(qiáng)調(diào)“利用腦”，教師需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：一方面人工智能為神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)提供研究的工具，另一方面后兩者的發(fā)展又反過(guò)來(lái)促進(jìn)人工智能等信息領(lǐng)域的技術(shù)革新。學(xué)生理解了這一點(diǎn)，選修這一課程的積極性才會(huì)提高。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)在計(jì)算機(jī)專業(yè)內(nèi)并不是一門(mén)孤立的課程，它其實(shí)要用到很多概率論、線性代數(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等領(lǐng)域的知識(shí)，與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等學(xué)科有著緊密的聯(lián)系。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)與清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系一些專業(yè)課程之間的關(guān)系如圖3所示，其中箭頭表示課程間的支持關(guān)系。

4.2 有效提高師資力量

一方面，我們要鼓勵(lì)教師進(jìn)行計(jì)算神經(jīng)科學(xué)這一交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究，培養(yǎng)該領(lǐng)域的杰出學(xué)者或從國(guó)外全職引進(jìn)一批這樣的學(xué)者，這是解決師資力量不足的根本之道。如果在全職引進(jìn)人才方面有困難，可以通過(guò)國(guó)家的各種引智計(jì)劃引進(jìn)一批短期工作的學(xué)者，讓他們開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)方面相關(guān)課程，以便有志于此方面教學(xué)科研的本地教師參與學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)課程的本土移植。

另一方面，我們也可嘗試讓多個(gè)專業(yè)的教師同時(shí)講授這門(mén)課程。教師一起確定教學(xué)大綱，分工合作，各自講授涉及自己專業(yè)的那一部分內(nèi)容并適當(dāng)向神經(jīng)科學(xué)靠攏。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是較容易找到合適的教師并且每名教師不用花太多精力學(xué)習(xí)其他領(lǐng)域的知識(shí)，缺點(diǎn)是內(nèi)容會(huì)比較散，難以形成一個(gè)有機(jī)整體，更麻煩的是教師如果不專門(mén)從事計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究，那么對(duì)于某些知識(shí)點(diǎn)則難以講透；因此這項(xiàng)措施只是權(quán)宜之計(jì)，一旦條件成熟，我們還是建議由從事計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究的教師授課。

5 教學(xué)內(nèi)容的選擇

由于計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多并且分布在很多學(xué)科里，因此要求學(xué)生將這些學(xué)科的課程全部學(xué)完后再學(xué)這門(mén)課程，顯然不現(xiàn)實(shí)也不必要。另外，將所有計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的知識(shí)點(diǎn)都在課堂上講解一遍也不現(xiàn)實(shí)，這就涉及教學(xué)內(nèi)容的選擇問(wèn)題。

5.1 教學(xué)內(nèi)容精而新

“精”強(qiáng)調(diào)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的篩選，有兩個(gè)原則：一是重要的基礎(chǔ)知識(shí)必須講到，這些基礎(chǔ)知識(shí)包括神經(jīng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息論、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的與計(jì)算神經(jīng)科學(xué)密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，這樣培養(yǎng)出的學(xué)生才能舉一反三；二是挑選有代表性的專題，如神經(jīng)元模型、有監(jiān)督學(xué)習(xí)、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)等，把每個(gè)專題講深入了，才能讓學(xué)生體會(huì)到這一學(xué)科的常規(guī)研究思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生將來(lái)從事相關(guān)研究工作的能力。

“新”強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性。一個(gè)尷尬的事實(shí)是現(xiàn)在真正稱得上計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的教材很少，筆者認(rèn)為最經(jīng)典的教材要數(shù)Peter Dayan和LarryAbbott主編的Theoretical Neuroscience，該教材由MIT出版社于2001年出版。這本教材內(nèi)容很豐富，基本覆蓋計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)所有的大方向，缺點(diǎn)是內(nèi)容比較陳舊。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)近年來(lái)發(fā)展迅速，大量的經(jīng)典工作都沒(méi)有包含在該教材中。該教材若作為研究生課程教材顯然不合適，因此教師必須總結(jié)近年來(lái)該領(lǐng)域的一些重要進(jìn)展，如在頂級(jí)期刊（如Nature、Science等）上挑選一些重要研究成果并將這些內(nèi)容歸納到自己的講義中。

5.2 教學(xué)內(nèi)容向計(jì)算機(jī)科學(xué)傾斜

教師在教學(xué)過(guò)程中不僅要強(qiáng)調(diào)揭開(kāi)腦的奧秘，還要強(qiáng)調(diào)這些奧秘對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的意義和作用。一方面挑選一些能讓計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)揮重要作用和計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的內(nèi)容，如神經(jīng)信號(hào)處理和人機(jī)接口，因?yàn)檫@些需要用到較多的模式識(shí)別技術(shù)；另一方面強(qiáng)調(diào)為我所用，挑選一些對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)有用的內(nèi)容，如稀疏編碼、深度學(xué)習(xí)等在機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注的話題。

6 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科，為了響應(yīng)在國(guó)內(nèi)建立一流計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的號(hào)召，對(duì)于科研和教學(xué)我們都不能忽視。目前國(guó)內(nèi)有能力開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課程的學(xué)校還不多，即使有也只集中在醫(yī)學(xué)、心理學(xué)等院系，其定位一般側(cè)重于“理解腦”。長(zhǎng)此以往，國(guó)內(nèi)對(duì)于腦科學(xué)的研究將面臨跛腳走路的尷尬境地，因?yàn)槟X科學(xué)研究的另一任務(wù)——提高人工智能的水平將被忽略，因此在工科院系尤其是信息科學(xué)相關(guān)院系開(kāi)設(shè)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)方面的課程非常有必要。研究型高校應(yīng)抓住機(jī)遇，從政策上鼓勵(lì)工科院系開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，這對(duì)于國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界從容應(yīng)對(duì)腦科學(xué)革命這一挑戰(zhàn)具有重要意義。

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篇6

關(guān)鍵詞：數(shù)字媒體技術(shù)；課程體系；實(shí)踐教學(xué)

0.引言

2003年，浙江大學(xué)在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)設(shè)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)后，國(guó)內(nèi)各大高校根據(jù)自身的情況紛紛開(kāi)設(shè)了該專業(yè)，其中有些是從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)或軟件工程專業(yè)設(shè)置數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)（如浙江大學(xué)、江南大學(xué)），有些是從藝術(shù)專業(yè)中分離出該專業(yè)（如中國(guó)傳媒大學(xué)），而有些則依托自身在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)開(kāi)辦該專業(yè)（如北京郵電大學(xué)）。這些高校在專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中均強(qiáng)調(diào)“技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合”“培養(yǎng)復(fù)合型人才”，但他們的側(cè)重點(diǎn)不完全一致，工科院校強(qiáng)調(diào)“以技術(shù)為主藝術(shù)為輔”，而藝術(shù)類院校則強(qiáng)調(diào)“以藝術(shù)為主技術(shù)為輔”，這就造成了目前該專業(yè)在人才培養(yǎng)目標(biāo)上的不明確。2012年，教育部頒布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》，原數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)和影視藝術(shù)技術(shù)專業(yè)從電氣信息類下分離出來(lái)成為新目錄中計(jì)算機(jī)類下的數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)，并規(guī)定該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是“培養(yǎng)德、智、體等全面發(fā)展，掌握數(shù)學(xué)與自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)以及與數(shù)字媒體相關(guān)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程等學(xué)科的基本理論、基本知識(shí)、基本技能和基本方法，具備良好的技術(shù)素質(zhì)和一定的藝術(shù)修養(yǎng)，能在互動(dòng)媒體、媒體網(wǎng)絡(luò)、新媒體工程等領(lǐng)域從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作的高級(jí)復(fù)合型人才?！毙履夸涍M(jìn)一步規(guī)范了數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)、人才培養(yǎng)的基本要求以及培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該掌握哪些知識(shí)，應(yīng)該具備什么樣能力，并要求在加強(qiáng)學(xué)生基本理論與方法的同時(shí)強(qiáng)調(diào)注重基本技能的培養(yǎng)。為此，在專業(yè)建設(shè)與教學(xué)過(guò)程中，必須增加實(shí)踐性強(qiáng)的課程，提高教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐性，合理地開(kāi)展實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)活動(dòng)，給學(xué)生提供較多的參與實(shí)踐和鍛煉的機(jī)會(huì)。

1.數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程與實(shí)踐教學(xué)模式

數(shù)字媒體專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，在教學(xué)過(guò)程中既要制訂一套科學(xué)的課程體系，也要合理地安排實(shí)踐與實(shí)訓(xùn)活動(dòng)，這些對(duì)學(xué)校的軟硬件條件提出了較高的要求。那么如何利用有限的資源條件，讓學(xué)生在掌握較扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)的同時(shí)為學(xué)生創(chuàng)造更多的實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，是我們需要深入思考和研究的問(wèn)題。結(jié)合江南大學(xué)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)近幾年的辦學(xué)歷程，筆者以為，要全面提高專業(yè)課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)水平，可從以下幾方面入手。

1.1創(chuàng)新科學(xué)的人才培養(yǎng)方案和課程體系

科學(xué)的人才培養(yǎng)方案是培養(yǎng)合格高校畢業(yè)生的根本保障。人才培養(yǎng)方案的制訂要結(jié)合高等學(xué)校的教育特點(diǎn)和自身?xiàng)l件，從市場(chǎng)和企業(yè)需求出發(fā)，面向社會(huì)以適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律。課程的設(shè)置要做到按需設(shè)置，在保證相對(duì)固定的情況下能適度調(diào)整，這樣才能培養(yǎng)出大批既掌握基本技能又能滿足社會(huì)需要的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

實(shí)現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，不是僅靠一門(mén)或幾門(mén)課程所能奏效的，而要靠全部專業(yè)課程來(lái)協(xié)調(diào)和補(bǔ)充。課程體系是否合理，直接關(guān)系到創(chuàng)新人才培養(yǎng)的成敗。根據(jù)江南大學(xué)目前的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，在課程體系的設(shè)置中借鑒國(guó)內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，在加強(qiáng)學(xué)科交叉與滲透的同時(shí)強(qiáng)調(diào)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主、藝術(shù)為輔的教學(xué)模式，以體現(xiàn)“藝工結(jié)合”的辦學(xué)特色。

為達(dá)到專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，在課程設(shè)置中我們將課程分為通識(shí)教育課程、學(xué)科平臺(tái)課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)選修課程、集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)以及素質(zhì)教育等6大類。其中，通識(shí)教育課程主要包括思想政治理論類課程、外語(yǔ)與自然科學(xué)基礎(chǔ)課程；學(xué)科平臺(tái)和專業(yè)核心課程主要是一些能體現(xiàn)專業(yè)特色的基礎(chǔ)必修課程和專業(yè)課程，包括一些藝術(shù)類課程，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉與滲透；專業(yè)選修課程主要是一些專業(yè)拓展性課程，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，為學(xué)生個(gè)性化發(fā)展打下基礎(chǔ)；集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)安排在短學(xué)期（每學(xué)年的第二學(xué)期）進(jìn)行，主要是針對(duì)已學(xué)過(guò)的課程而開(kāi)設(shè)的綜合應(yīng)用與設(shè)計(jì)類課程，目的是加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的自主創(chuàng)新應(yīng)用能力，以充分展示學(xué)生的個(gè)性化。

在課程的建設(shè)與執(zhí)行方面，除通識(shí)教育課程外，對(duì)其他課程根據(jù)設(shè)置、知識(shí)點(diǎn)、課程內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性等采用課程鏈和課程群的方式進(jìn)行，主要分為以下5大課程群：

（1）藝術(shù)類課程：素描、色彩與綜合構(gòu)成、藝術(shù)設(shè)計(jì)概論、平面設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)與表現(xiàn)、數(shù)字?jǐn)z影與攝像及視頻特技與非線性編輯。

（2）程序與算法類：離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)I（c）、程序設(shè)計(jì)II、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與語(yǔ)言C++、Java與對(duì)象分布技術(shù)、腳本編程技術(shù)、計(jì)算理論及云計(jì)算技術(shù)等。

（3）系統(tǒng)與硬件類：數(shù)字媒體技術(shù)概論、數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理、匯編與接口、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)字視音頻技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、面向?qū)ο蟮能浖こ碳叭斯ぶ悄堋?/p>

（4）圖形圖像及應(yīng)用類：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、高級(jí)圖形技術(shù)及應(yīng)用、人機(jī)交互技術(shù)、流媒體開(kāi)發(fā)技術(shù)、信息可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字娛樂(lè)、在線互動(dòng)媒體技術(shù)、XML技術(shù)、數(shù)字安全技術(shù)及計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)講座。

（5）網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)畫(huà)游戲類：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)站建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)傳播、動(dòng)畫(huà)原理與設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)編程技術(shù)、移動(dòng)媒體游戲設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)。

在以上課程體系中，要求各課程群內(nèi)的課程相關(guān)性較強(qiáng)并相互依托，而群間的課程相對(duì)獨(dú)立。通過(guò)對(duì)各課程群課程的設(shè)置、各課程的知識(shí)點(diǎn)與學(xué)分分配以及課程之間的內(nèi)容銜接等問(wèn)題進(jìn)行探討，可以加強(qiáng)不同課程間的銜接與協(xié)調(diào)，使課程設(shè)置更加合理，教學(xué)效果也會(huì)得到進(jìn)一步提升。另外，按課程群進(jìn)行課程體系建設(shè)，既可以充分發(fā)揮任課教師的專業(yè)特長(zhǎng)，又能促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

1.2強(qiáng)化動(dòng)手能力的培養(yǎng)，推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重大環(huán)節(jié)，是對(duì)理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充和拓展，它始終貫穿于高等教育的全過(guò)程。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是創(chuàng)新課程體系的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能提高學(xué)生對(duì)理論教學(xué)的加深、提高和綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。建立完善的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，我們從以下方面開(kāi)展工作：

（1）完善實(shí)踐教學(xué)體系，積極開(kāi)展課內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。制訂完善的實(shí)踐教學(xué)管理制度，加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐課程的監(jiān)督與管理；編寫(xiě)并適時(shí)修改實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)大綱，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段及模式的改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的興趣及能力，在學(xué)生中開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)。

（2）加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐與實(shí)訓(xùn)，做好校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地的建設(shè)。實(shí)習(xí)基地是實(shí)施實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要場(chǎng)所，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)技能訓(xùn)練和解決實(shí)際問(wèn)題能力的訓(xùn)練。在校內(nèi)，結(jié)合數(shù)字媒體學(xué)院的辦學(xué)宗旨和人才培養(yǎng)目標(biāo)，除平時(shí)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，利用短學(xué)期（每學(xué)年的第二學(xué)期）進(jìn)行專業(yè)課程設(shè)計(jì)，主要涉及面向?qū)ο笳n程設(shè)計(jì)、人機(jī)交互課程設(shè)計(jì)、三維建模、計(jì)算機(jī)組成課程設(shè)計(jì)、圖像處理課程設(shè)計(jì)、互動(dòng)媒體課程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)游戲課程設(shè)計(jì)等。由專業(yè)指導(dǎo)教師布置課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求學(xué)生在一周時(shí)間內(nèi)完成，最終以大作業(yè)或作品的形式提供成果，并評(píng)定成績(jī)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，能培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決某些實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立工作能力。在校外，我們聯(lián)合企業(yè)建立多個(gè)實(shí)訓(xùn)基地，為學(xué)生提供包括基本技能和綜合能力兩方面的真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境。實(shí)訓(xùn)期間，學(xué)生頂崗培訓(xùn)，并要求企業(yè)指定實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師，負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)期間的技能培養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通以及組織管理等方面的指導(dǎo)。通過(guò)實(shí)訓(xùn)，不僅培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力，還能培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)崗敬業(yè)、遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)以及創(chuàng)新意識(shí)等綜合素質(zhì)。

（3）以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生介入科研活動(dòng)。以討論式教學(xué)、研究式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)等多種形式，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展多種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和思想的交鋒，追蹤本專業(yè)的最新發(fā)展前沿，提高自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立研究能力。結(jié)合國(guó)家、省及校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，以項(xiàng)目的形式讓學(xué)有余力的學(xué)生通過(guò)自主選題或參與教師科研項(xiàng)目進(jìn)行初步的探索性研究工作。在組建學(xué)生項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)時(shí)，要求團(tuán)隊(duì)成員中既要有數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，也要有藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生，以真正體現(xiàn)“藝工”結(jié)合的培養(yǎng)宗旨。這幾年的經(jīng)驗(yàn)表明，讓學(xué)生參與科研項(xiàng)目，不僅培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，還能提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的愛(ài)好及其學(xué)習(xí)激情和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生在了解專業(yè)發(fā)展前沿的同時(shí)掌握從事科學(xué)研究的方法，為以后從事數(shù)字媒體工作打下了較好的基礎(chǔ)。

（4）切實(shí)加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的組織與監(jiān)督工作。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）環(huán)節(jié)是高校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能、提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是高等學(xué)校本科生教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分，是理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)與科研和生產(chǎn)相結(jié)合的過(guò)程，因此它有著任何課堂教學(xué)或教學(xué)實(shí)習(xí)所不可替代的功能，在培養(yǎng)高級(jí)專門(mén)人才過(guò)程中有著特殊的地位。為提高畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的質(zhì)量，必須制訂完善的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)行全程監(jiān)控。在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）期間，我們將整個(gè)過(guò)程分為畢業(yè)生動(dòng)員、學(xué)生選題、教師指導(dǎo)、質(zhì)量監(jiān)控以及評(píng)閱答辯等，時(shí)間從每年12月開(kāi)始到次年的6月。指導(dǎo)教師由高級(jí)職稱或具有博士學(xué)位的教師擔(dān)任，根據(jù)專業(yè)要求及從事的科研工作每位指導(dǎo)教師確定題目，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師的雙向選擇；學(xué)生選題后由指導(dǎo)教師下達(dá)具體的任務(wù)，系部組織學(xué)生開(kāi)題；實(shí)行中期檢查制度，對(duì)學(xué)生的工作進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控；嚴(yán)把畢業(yè)答辯關(guān)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題和科學(xué)研究能力的提高，為他們走上工作崗位奠定良好基礎(chǔ)。

（5）開(kāi)展多種形式的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。為激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，了解專業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)和社會(huì)對(duì)專業(yè)的需求，聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名學(xué)者和行業(yè)專家為學(xué)生開(kāi)展多種形式的學(xué)術(shù)和主題講座。學(xué)術(shù)專家可以就專業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展方向和最新的研究成果為本科生進(jìn)行介紹，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)和科學(xué)研究的興趣；行業(yè)專家則介紹一些新興產(chǎn)業(yè)的相關(guān)信息和發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合行業(yè)進(jìn)行一些技術(shù)培訓(xùn)，讓廣大師生深入了解企業(yè)和社會(huì)的需求。組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、信息技術(shù)競(jìng)賽等科技競(jìng)賽活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生努力追求夢(mèng)想、迎接挑戰(zhàn)，同時(shí)營(yíng)造學(xué)院濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，促進(jìn)更加良好學(xué)風(fēng)的形成。

實(shí)踐教學(xué)始終貫穿于高等教育的全過(guò)程，要不斷改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的方法和形式，把理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)擺在同等重要的地位；要通過(guò)引導(dǎo)吸引高水平教師從事實(shí)踐教學(xué)工作，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)與實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)；要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，充分利用國(guó)內(nèi)外資源，不斷拓展校際、校企、校所之間的合作，做好校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地的建設(shè)；推進(jìn)討論式教學(xué)、研究式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)等新型教學(xué)組織形式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立研究能力。

篇7

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)生了革命性的變化。而虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言vrml正是相應(yīng)其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構(gòu)造出任意模型，從而實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的預(yù)見(jiàn)。當(dāng)然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)和不足，從而做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本文正是基于這種技術(shù)和vrml開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了城市的仿真，能夠使政府規(guī)劃部門(mén)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商、工程人員及公眾可以從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。

本文研究的主要是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用。意義在于針對(duì)現(xiàn)代城市建設(shè)的盛行，利用環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、規(guī)劃設(shè)計(jì)等的綜合，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的仿真，更真實(shí)、鮮明、生動(dòng)地展現(xiàn)城市面貌，便于對(duì)城市規(guī)劃的可行性研究，有利于城市的規(guī)劃，建設(shè)和完善。

 

abstract ：the city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. and virtual reality modeling language happens to come into being going with it. people could construct any model according to his imagination, consequently the expectation of the city planning can be achieved. certainly we could find out the error and insufficiency, so that we could modify and improve it. the article bases on this technology and vrml exploitation tool to implement city emulation. it can make government layout department, project developer, engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying vr technology, and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer, and the participation of the public could come true.

this paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. the significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics, engineering, layout and vr technology. consequently we can show the more real, brilliance, dramatic city’s visage, so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning, city’s construct and city’ perfect.

 

keywords ：virtual reality；city planning；modeling；emulation

第一章  緒 論

1.1  什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（virtual world）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，它通過(guò)人的視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)的視景仿真。它是一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理與模式識(shí)別、語(yǔ)音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測(cè)量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)入這個(gè)環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對(duì)象并與之交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)不是真的，也不是現(xiàn)實(shí)，它只是一個(gè)在桌面上可實(shí)時(shí)地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)可使計(jì)算機(jī)的運(yùn)用更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時(shí)間內(nèi)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相隔離，然后投入到可實(shí)時(shí)交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺(jué)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一門(mén)綜合技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，來(lái)生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)以及嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自身的功能和一些設(shè)備，對(duì)所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進(jìn)行瀏覽和交互式考察[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)有三大特點(diǎn)：浸沉感、交互性和構(gòu)想性。

浸沉感指的是人浸沉在虛擬環(huán)境中，具有和在真實(shí)環(huán)境中一樣的感覺(jué)； 

交互性指在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)者不是被動(dòng)地感受，而是可以通過(guò)自己的動(dòng)作改變感受的內(nèi)容；

構(gòu)想性指虛擬的環(huán)境是人構(gòu)想出來(lái)的，因而可以用以實(shí)現(xiàn)一定目標(biāo)的用途。

1.2  虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，vr）是近來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界的熱點(diǎn)之一，在社會(huì)生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂(lè)等方面。 web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對(duì)它寄予厚望，希望利用這個(gè)技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個(gè)用戶可以進(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個(gè)真正的三維社區(qū)已不再只是夢(mèng)想中的事[2]。

虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢(mèng)寐以求的。在某種意義上說(shuō)它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗?duì)世界、自己、空間和時(shí)間的看法。它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來(lái)自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂(lè)將更加有情趣。因?yàn)閿?shù)字地球帶給我們的是一個(gè)絢麗多彩的三維的世界!

我們相信社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新使這一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的將來(lái)，或許就在十年以后，或許二十年以后。

1.3  國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究概況

美國(guó)是vr技術(shù)的發(fā)源地。美國(guó)vr研究技術(shù)的水平基本上就代表國(guó)際vr發(fā)展的水平。目前美國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。

在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國(guó)家之一，主要致力于建立大規(guī)模vr知識(shí)庫(kù)的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實(shí)硬件是從美國(guó)進(jìn)口的。

在vr開(kāi)發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺(jué)反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國(guó)是領(lǐng)先的。到1991年底，英國(guó)已有從事vr的六個(gè)主要中心，它們是windustries（工業(yè)集團(tuán)公司），british aerospace（英國(guó)航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要從事vr職產(chǎn)品銷售）[3]。

和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)vr技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門(mén)和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，制定了開(kāi)展vr技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把vr列入了研究項(xiàng)目。 在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行vr研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺(jué)接口方面開(kāi)發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接[3]。

浙江大學(xué)cad&cg國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已輕成功地虛擬出了人的高級(jí)行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問(wèn)題，并正在研究人說(shuō)話時(shí)頭勢(shì)和手勢(shì)動(dòng)作，話音和語(yǔ)調(diào)的向步等。

還有其他一些大學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)面取得了驕人成績(jī)，在這里就不再介紹了。總之，雖然我們和其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在差距，但我國(guó)的發(fā)展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4  本文研究的主要內(nèi)容

本文主要是介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)極其應(yīng)用，及其相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)工具vrml語(yǔ)言。通過(guò)對(duì)城市的模擬設(shè)計(jì)，更深入的了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及掌握vrml語(yǔ)言的使用。

第一章主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展前景以及現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。以便讓讀者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有一定的了解。

第二章主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)工具vrml語(yǔ)言的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實(shí)與vrml的聯(lián)系以及vrml的創(chuàng)作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握vrml。

第三章是系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)，主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和vrml的使用。通過(guò)介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，物理建模技術(shù)以及城市模型的概要設(shè)計(jì)，使得讀者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的了解更加深入和透徹。

第四章主要講了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是告訴讀者怎樣利用vrml語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模型的虛擬實(shí)現(xiàn)。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)可以使讀者的運(yùn)用vrml語(yǔ)言的能力大大增強(qiáng)。

第五章主要講了在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及相應(yīng)的解決方法。

第二章  vrml簡(jiǎn)介

2.1  vrml的發(fā)展歷史

vrml使用場(chǎng)景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)建立3d實(shí)境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以sci開(kāi)發(fā)的open inventer 3d工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。vrml的場(chǎng)景圖是一種代表所有3d世界靜態(tài)特征的節(jié)點(diǎn)等級(jí)：幾何關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點(diǎn)以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有的生產(chǎn)三維產(chǎn)品的廠商，無(wú)論是cad、建模、動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)，還是vrml,它們的結(jié)構(gòu)核心都是場(chǎng)景圖。

1993年9月，tong parisi和mark pesce開(kāi)發(fā)了第一個(gè)vrml瀏覽器，稱為labyrinth，它是www上三維瀏覽器的原形。

1994年春，在日內(nèi)瓦第一屆www大會(huì)上，由tim berners-lee和dave raggett所組織的一個(gè)名為bird_of_feather (bof)的小組提出了vrml這個(gè)名字，當(dāng)時(shí)所代表的含義是virtual reality makeup language，但是后來(lái)為了反映三維世界的建立而改成了virtual reality modeling language，縮寫(xiě)為vrml。在這次大會(huì)以后，一個(gè)www-vrml mail list的組織成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通過(guò)選擇open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案經(jīng)修訂，在1994年第二次www大會(huì)上公布為vrml1.0的初稿。

另一位sgi的原open inventor設(shè)計(jì)師paul strauss開(kāi)始作一個(gè)vrml公共域的詞解程序，當(dāng)時(shí)流行于業(yè)界的名字叫qvlib。這個(gè)程序的作用是把vrml的可讀文件格式轉(zhuǎn)換成瀏覽器可理解的格式。這個(gè)詞解程序于1995年1月公開(kāi)。它可以安裝到各式各樣的平臺(tái)上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來(lái)[4]。

1996年8月在sgi的 moving worlds提案基礎(chǔ)上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎(chǔ)制定的，于1997年4月提交國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso jyci/sc24委員會(huì)審議，依照慣例命名為vrml97。

1998年12月在原vrml組織的基礎(chǔ)上成立了web3d聯(lián)盟，致力于vrml ng標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于制定x3d網(wǎng)絡(luò)三維標(biāo)準(zhǔn)。在x3d的旗幟下，vrml將結(jié)合java3d和xml等技術(shù)，成為internet上三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2  vrml與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的英文名稱為virtual reality，簡(jiǎn)稱vr，即利用計(jì)算機(jī)的高科技手段構(gòu)造出一個(gè)虛擬的世界，使參與者獲得與現(xiàn)實(shí)一樣的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)在當(dāng)今國(guó)際上倍受矚目的課題。

當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)尚未出現(xiàn)的時(shí)期，仿真只能在實(shí)物上進(jìn)行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點(diǎn)是：由于仿真是在實(shí)物上進(jìn)行，因而實(shí)時(shí)性強(qiáng)且精度較高，但是實(shí)施的難度和費(fèi)用都較大。在計(jì)算機(jī)技術(shù)問(wèn)世且被引入仿真領(lǐng)域的初期，仿真技術(shù)步入了半模擬半數(shù)字的階段。這時(shí)系統(tǒng)中的一些部分由計(jì)算機(jī)代替，另一部分則由實(shí)物充當(dāng)，所以，在一定程度上仍然保留著實(shí)時(shí)性仿真的特點(diǎn)[5]。

80年代后期，仿真在諸多方面都發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，仿真研究的對(duì)象已由連續(xù)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)。仿真已由重視實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析。計(jì)算機(jī)已成為一種重要的仿真工具。計(jì)算機(jī)仿真是一門(mén)利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。

由于從強(qiáng)調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)與圖形技術(shù)和對(duì)象技術(shù)結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強(qiáng)。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，仿真已從研究制造對(duì)象的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及加工、裝配過(guò)程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、庫(kù)存管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的組織、產(chǎn)品測(cè)試等，涉及到企業(yè)制造活動(dòng)的各個(gè)方面。這些轉(zhuǎn)變明顯地說(shuō)明，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，它的重要性與特殊功能已越來(lái)越突出。虛擬現(xiàn)實(shí)促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成的一個(gè)逼真的、具有視、聽(tīng)、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環(huán)境，置身于該環(huán)境中的人們可以通過(guò)各種傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行相互作用，達(dá)到彼此融為一體的程度。近年來(lái)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術(shù)、可視化技術(shù)、分布處理技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得建立人機(jī)一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，仿真因此形成一些新的發(fā)展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等[5]。

2.3  vrml原理

1.vrml對(duì)三維虛擬世界的描述

vrml規(guī)定了3d應(yīng)用中大多數(shù)常見(jiàn)的功能。

(1)建模能力，vrml定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節(jié)點(diǎn)，建模能力較強(qiáng)。                                       

基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder

    構(gòu)造幾何形體：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid

    造型編組、造型定位、旋轉(zhuǎn)及縮放：group、transform

    特殊造型：billbord、backgroud、text

基本幾何形體節(jié)點(diǎn)只能作十分有限的幾種造型，用點(diǎn)、線、面索引節(jié)點(diǎn)及拉伸節(jié)點(diǎn)就可以構(gòu)造任意復(fù)雜的實(shí)體形狀。特殊造型節(jié)點(diǎn)可用于場(chǎng)景中的文字、背景顏色等設(shè)置。造型編組可以用來(lái)描述裝配關(guān)系，其中transform節(jié)點(diǎn)可以確定裝配位置、方向。

(2)真實(shí)感及渲染能力，通過(guò)提供豐富的相關(guān)節(jié)點(diǎn)的渲染，可以很精細(xì)地實(shí)現(xiàn)光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。

    光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight

    材質(zhì)著色：material、appearance、color、colorinterpolator

    紋理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform

    霧：fog

    明暗控制說(shuō)明：normal、normalinterpolator

    三維聲音：sound

場(chǎng)景光照的設(shè)置直接影響觀察者的視覺(jué)效果，這幾種光照節(jié)點(diǎn)可以提供各種虛擬場(chǎng)景的光源。不同材質(zhì)的物體色彩及反光效果不同，vrml的材質(zhì)及著色節(jié)點(diǎn)的使用可以仿造如同真實(shí)物體給出的視覺(jué)效果。文理節(jié)點(diǎn)可以對(duì)實(shí)體表面粘貼圖片或進(jìn)行像素點(diǎn)的設(shè)置以使實(shí)體具有同實(shí)物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對(duì)場(chǎng)景的光線反射有影響。聲音節(jié)點(diǎn)可以在場(chǎng)景中模擬出實(shí)際空間可能產(chǎn)生的各種聲響，如音樂(lè)、碰撞聲等[6]。

(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點(diǎn)可以控制對(duì)三維世界的觀察方式。

    傳感器：cylindersensor、planesensor、visibilitysensor、proxymitysensor、spheresensor、touchsensor

    控制視點(diǎn)：viewpoint、navigationinfo

各種傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知用戶鼠標(biāo)的指針，touchsensor節(jié)點(diǎn)在數(shù)控車(chē)床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點(diǎn)控制可以預(yù)先提供給用戶一些更好的觀察角度。

(4)動(dòng)畫(huà)，vrml提供了方便的動(dòng)畫(huà)控制方式。

關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器：timesensor

線性插值器及姿態(tài)調(diào)整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator

這兩組節(jié)點(diǎn)的配合使用可以產(chǎn)生場(chǎng)景中的動(dòng)畫(huà)效果，關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)線性插值器節(jié)點(diǎn)按時(shí)間順序給出關(guān)鍵值插值，這些插值就是關(guān)鍵震動(dòng)畫(huà)時(shí)控制實(shí)置、狀態(tài)所需要的中間過(guò)渡值。

(5)細(xì)節(jié)等級(jí)管理及碰撞檢測(cè)：lod、collision

細(xì)節(jié)等級(jí)管理是對(duì)復(fù)雜實(shí)體的細(xì)節(jié)顯示加以控制，使該實(shí)體可在視點(diǎn)外或遠(yuǎn)離視點(diǎn)時(shí)不顯示或粗略顯示。vrml自身提供的碰撞檢測(cè)是指觀察者在虛擬場(chǎng)景中的替身與實(shí)體的碰撞。

(6)超鏈接及嵌入：anchor、inline

這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使vrml可以由一個(gè)虛擬場(chǎng)景直接鏈接到另一個(gè)場(chǎng)景，或者將另一個(gè)場(chǎng)景中的實(shí)體嵌入自己的場(chǎng)景中。

2.vrml的執(zhí)行模式

通過(guò)使用vrml的script節(jié)點(diǎn)編程、與java間事件訪問(wèn)和建立場(chǎng)景圖內(nèi)部消息通道能夠很方便的實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)體的交互和動(dòng)畫(huà)功能。vrml場(chǎng)景圖可以接受兩種事件驅(qū)動(dòng)：從路由語(yǔ)句傳過(guò)來(lái)的入事件及由外部程序接口寫(xiě)入的直接事件。路由語(yǔ)句說(shuō)明由場(chǎng)景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出事件域傳出的事件傳遞到一個(gè)節(jié)點(diǎn)的入事件域。場(chǎng)景中傳感器節(jié)點(diǎn)通常定義了觸發(fā)事件，它通過(guò)路由發(fā)送到場(chǎng)景圖的其他節(jié)點(diǎn)的入事件域。如傳感器節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)事件直接傳遞到插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生關(guān)鍵值插值，也可以傳遞script節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算處理產(chǎn)生關(guān)鍵值插值。script節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)程就是javascript語(yǔ)法編寫(xiě)腳本程序。script節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)url域引入java程序到其他需要的節(jié)點(diǎn)，比如傳送給實(shí)體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫(xiě)入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執(zhí)行過(guò)程都是一樣的。如果需要外部程序的響應(yīng)，它應(yīng)該能夠有讀取節(jié)點(diǎn)出事件域數(shù)據(jù)的接口[7]。

2.4  vrml的創(chuàng)作工具

創(chuàng)作vrml可以用你喜歡的文本編輯器，如windows95下的notepad，dos下edit等。當(dāng)然，最后要獎(jiǎng)文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對(duì)于復(fù)雜的三維造型，如果vrml語(yǔ)句逐句寫(xiě)出，那么其工作量是非常大的，有時(shí)也是無(wú)法完成的，幸運(yùn)的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開(kāi)發(fā)了vrml文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創(chuàng)建一個(gè)三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對(duì)于復(fù)雜的三維造型vrml環(huán)境中顯示就不成問(wèn)題了。

推薦讀者使用的vrml創(chuàng)作工具是vrmlpad，它是一種功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單好用vrml開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件，其完全vrml97標(biāo)準(zhǔn)。vrmlpad可以對(duì)vrml文件進(jìn)行瀏覽編輯，對(duì)資源文件進(jìn)行有效的管理，并且提供了vrml文件的向?qū)?，可以幫助開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)和開(kāi)發(fā)自己的vrml虛擬現(xiàn)實(shí)作品[8]。

 

第三章  系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1  虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1.1  概況

隨著全球知識(shí)經(jīng)濟(jì)的興起，信息產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，上至政府、軍隊(duì)，下到各企事業(yè)單位都開(kāi)始重視信息技術(shù)的創(chuàng)新研究和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，并已經(jīng)或準(zhǔn)備給予大量的投入。而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動(dòng)力的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀和未來(lái)的描繪（身臨其境的城市感受、實(shí)時(shí)景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計(jì)者、城市建設(shè)管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。vr技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運(yùn)用vr技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門(mén)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機(jī)的組成部分，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤(pán)乃至動(dòng)畫(huà)等所不能達(dá)到的[9]。

3.1.2  虛擬城市的有機(jī)組成

仿真的虛擬環(huán)境

類似于時(shí)下流行的三維動(dòng)畫(huà)，同樣是通過(guò)強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。但是vr技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的三維場(chǎng)景則是由動(dòng)畫(huà)制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)屬于一種演示作品。

多方式、運(yùn)動(dòng)中感受城市空間

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以全方位,多種樣式（步行、驅(qū)車(chē)、飛行、ufo等）,完全由用戶自由控制在場(chǎng)景中漫游。vr技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場(chǎng)景；而vr技術(shù)可以由用戶在三維場(chǎng)景中任意漫游，人機(jī)交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及其他感覺(jué)封閉起來(lái)，產(chǎn)生一種身臨其境的錯(cuò)覺(jué)。這樣一來(lái)，很多不易察覺(jué)的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無(wú)可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。

實(shí)時(shí)多方案比較

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動(dòng)畫(huà)那樣，每做一次修改都需要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)意圖通過(guò)vr技術(shù)實(shí)時(shí)的反映出來(lái)，用戶可以做出很全面的對(duì)比，并且虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。

  三維空間信息交流

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過(guò)其數(shù)據(jù)接口與gis信息相結(jié)合，即所謂的vr-gis，從而可以在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維空間的遠(yuǎn)程操作。

公眾參與與方案展示

對(duì)于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來(lái)制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來(lái)。當(dāng)項(xiàng)目方案最終確定后，也可以通過(guò)視頻輸出制作多媒體宣傳片，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的宣傳展示效果。

3.1.3  虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)城市規(guī)劃的影響

1．城市規(guī)劃管理

信息技術(shù)對(duì)城市規(guī)劃管理的影響主要表現(xiàn)在辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化主要是提高城市規(guī)劃管理部門(mén)內(nèi)部的管理水平、質(zhì)量和效率。隨著社會(huì)的信息化，通過(guò)因特網(wǎng)可以建立城市規(guī)劃管理部門(mén)與城市建設(shè)者之間的有效信息通信渠道，可以通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上報(bào)建，報(bào)建單位只要在本單位與因特網(wǎng)相連的計(jì)算機(jī)就可完成報(bào)建過(guò)程和提供所需的材料，規(guī)劃審批可以在因特網(wǎng)上完成。

規(guī)劃管理與規(guī)劃設(shè)計(jì)更緊密的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管理與設(shè)計(jì)的一體化，審批的結(jié)果可以電子數(shù)據(jù)的形式迅速的反饋給設(shè)計(jì)部門(mén)，而設(shè)計(jì)部門(mén)可盡快地將設(shè)計(jì)結(jié)果以電子數(shù)據(jù)的形式提交給管理部門(mén)，這些信息的傳輸可以通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)完成。

通過(guò)因特網(wǎng)可以進(jìn)行規(guī)劃評(píng)審，各地的專家可以在家里對(duì)規(guī)劃成果進(jìn)行評(píng)審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)專家所需的各種信息（如建筑物三維動(dòng)態(tài)模型），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議交流意見(jiàn)，專家甚至可以實(shí)時(shí)與規(guī)劃師交流，提出自己意見(jiàn)和設(shè)想，并可以較快地通過(guò)建立數(shù)字模型加以證實(shí)[10]。

2．城市規(guī)劃設(shè)計(jì)

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)將更廣泛應(yīng)用cad和gis技術(shù)，而計(jì)算機(jī)圖形輸入技術(shù)的改進(jìn)和智能化，五筆輸入技術(shù)，使規(guī)劃設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)更為方便，而不影響靈感產(chǎn)生。

設(shè)計(jì)過(guò)程中所需的數(shù)據(jù)將數(shù)字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)，而各種地下管線的資料由于數(shù)據(jù)庫(kù)的建立而更加方便的獲得。現(xiàn)在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應(yīng)信息系統(tǒng)建立而能很方便地獲得。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的三維動(dòng)態(tài)建模更加方便，設(shè)計(jì)成果更加形象和直觀。

在規(guī)劃設(shè)計(jì)和規(guī)劃審批中由于規(guī)劃成果的數(shù)字化，使得對(duì)各種規(guī)劃成果和方案的定量分析、模擬和預(yù)測(cè)成為可能，經(jīng)濟(jì)可行性分析也更為方便，促進(jìn)規(guī)劃決策的科學(xué)化。

通過(guò)因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設(shè)計(jì)專家共同合作完成設(shè)計(jì)也將成為可能，這樣可以構(gòu)建了一個(gè)不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設(shè)計(jì)事務(wù)所。

3．公眾參與

公眾可以通過(guò)因特網(wǎng)動(dòng)態(tài)了解規(guī)劃設(shè)計(jì)方案和參與規(guī)劃審批，而且規(guī)劃方案與成果的表現(xiàn)形式由于采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規(guī)劃師的意圖，公眾通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)表個(gè)人的意見(jiàn)，與規(guī)劃師、管理人員和其它有關(guān)人員進(jìn)行直接對(duì)話，使公眾參與更加有效，促進(jìn)決策過(guò)程的民主化。

4．城市規(guī)劃研究與教育

因特網(wǎng)構(gòu)成了一個(gè)巨大的電子圖書(shū)館，各種城市規(guī)劃研究成果將以電子出版物的形式出現(xiàn)，城市規(guī)劃研究者將通過(guò)因特網(wǎng)查到各種城市規(guī)劃資料，并可通過(guò)電子郵件、bbs（電子公告欄）及其它一些網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行交流。

因特網(wǎng)同時(shí)也將成為一個(gè)龐大的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生可以通過(guò)因特網(wǎng)利用多媒體技術(shù)學(xué)習(xí)城市規(guī)劃的理論與知識(shí)。

在信息時(shí)代，電子游戲也將成為一個(gè)很好的教育手段，城市規(guī)劃方面的游戲軟件將出現(xiàn)，可以對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)與審批及城市建設(shè)過(guò)程進(jìn)行模擬，使城市規(guī)劃學(xué)習(xí)及城市規(guī)劃的宣傳與教育通過(guò)玩電子游戲的過(guò)程來(lái)完成。

總之，信息時(shí)代的到來(lái)，使人類構(gòu)造了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現(xiàn)實(shí)空間和由比特（bit）構(gòu)成的信息空間(cyberspace)中，現(xiàn)實(shí)空間與信息空間的物理界面（interface）是由計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，人們通過(guò)這一界面可跨越現(xiàn)實(shí)空間與一些時(shí)間的限制，了解現(xiàn)實(shí)世界的過(guò)去和現(xiàn)在，預(yù)測(cè)未來(lái)，進(jìn)行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構(gòu)造城市發(fā)展的藍(lán)圖，并通過(guò)建設(shè)者在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)。

3.2  物理建模技術(shù)

3.2.1  人工的幾何建模方法

由構(gòu)造vr的觀點(diǎn)看，幾何建模是構(gòu)造vr的致命技術(shù)，它的限制可能妨礙vr的進(jìn)展。vr研究將受益于共享的開(kāi)放的建模環(huán)境，包括物理建模環(huán)境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個(gè)vr工作所報(bào)告的模型獲取過(guò)程。vr的幾何建模一般通過(guò)基于pc或基于工作站的cad工具獲取。在北卡大學(xué)漫游建筑的項(xiàng)目中，autocad用于產(chǎn)生構(gòu)成一座教堂幾何模型的12000個(gè)多邊形。討論的一個(gè)問(wèn)題是"由為其它目的寫(xiě)的cad程序中取出要求的數(shù)據(jù)"。由autocad產(chǎn)生的文件取出三維幾何并不困難，但問(wèn)題是并非所有要求的數(shù)據(jù)都以vr要求的形式提供。特別是沒(méi)有提供有關(guān)建筑物實(shí)際物理的數(shù)據(jù)，用于實(shí)時(shí)漫游算法的劃分信息，以后由手工或?qū)Ｓ贸绦蚣尤搿?/p>

vpl reality built for two (rb2) 系統(tǒng)使用macintosh ⅱ，作為固體建模的設(shè)計(jì)站，用iris工作站作為繪制/顯示站。rb2是用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)vr的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。在rb2下開(kāi)發(fā)是快速的交互的，具有可實(shí)時(shí)編輯的屬性約束和交互。rb2的幾何建模功能利用了軟件模塊rb2 swivel和數(shù)據(jù)流/實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)控制臺(tái)body electric。rb2在組織上有大量跟隨者，他們沒(méi)有足夠的資源開(kāi)發(fā)自己的vr。rb2是交鑰匙系統(tǒng)，它的幾何物理文件格式是專有的。

在npsnet項(xiàng)目中，初始的三維插圖集由simnet數(shù)據(jù)庫(kù)得到。這些模型知道的武器系統(tǒng)的三維外表比simnet少得多。結(jié)果，研究者開(kāi)發(fā)了保存這些三維模型的開(kāi)放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫(xiě)了系統(tǒng)，包含了面向?qū)ο蟮膭?dòng)畫(huà)能力。例如，npsnet研究組正在利用multigen cad工具開(kāi)發(fā)無(wú)物理的模型，這用于sgi基于performer的npsnet-4系統(tǒng)。有物理的cad系統(tǒng)已開(kāi)始開(kāi)發(fā)，但還很貴，只是專用的。許多ve應(yīng)用要復(fù)制真實(shí)世界。不是用手建立模型，最好利用視覺(jué)或其它感覺(jué)自動(dòng)獲取模型。自動(dòng)獲取復(fù)雜環(huán)境模型(如工廠環(huán)境)當(dāng)前還不現(xiàn)實(shí)，但這是合適的課題。同時(shí)，自動(dòng)或接近自動(dòng)獲取幾何模型，現(xiàn)在在某些情況是現(xiàn)實(shí)的。部分自動(dòng)的交互式獲取在不久將是可行的?，F(xiàn)在已有利用激光掃描建立實(shí)際物體三維外形的設(shè)備出售。

3.2.2  自動(dòng)的幾何建模方法

三維掃描儀（3 dimensional scanner）又稱為三維數(shù)字化儀（3 dimensional digitizer）。它是當(dāng)前使用的對(duì)實(shí)際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實(shí)世界的立體彩色信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供了有效的手段。它與傳統(tǒng)的平面掃描儀、攝像機(jī)、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對(duì)象不是平面圖案，而是立體的實(shí)物。其次，通過(guò)掃描，可以獲得物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，彩色掃描還可以獲得每個(gè)采樣點(diǎn)的色彩。某些掃描設(shè)備甚至可以獲得物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而攝像機(jī)只能拍攝物體的某一個(gè)側(cè)面，且會(huì)丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和色彩的數(shù)字模型文件。這可以直接用于cad或三維動(dòng)畫(huà)。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。

1．三維信息獲取技術(shù)

早期用于三維測(cè)量的是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標(biāo)準(zhǔn)立體測(cè)量裝備。它將一個(gè)探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅(qū)動(dòng)探針沿三個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)探針接觸物體表面時(shí)，測(cè)量其在三個(gè)方向的移動(dòng)，就可知道物體表面這一點(diǎn)的三維坐標(biāo)?？刂铺结樤谖矬w表面移動(dòng)和觸碰，可以完成整個(gè)表面的三維測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，物體形狀復(fù)雜時(shí)的控制復(fù)雜，速度慢，無(wú)色彩信息。

機(jī)械測(cè)量臂借用了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的接觸探針原理，把驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)改為可精確定位的多關(guān)節(jié)隨動(dòng)式機(jī)械臂，由人牽引裝有探針的機(jī)械臂在物體表面滑動(dòng)掃描。利用機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的角度傳感器的測(cè)量值，可以計(jì)算探針的三維坐標(biāo)。因?yàn)槿说臓恳蛊渌俣缺茸鴺?biāo)測(cè)量機(jī)快，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，靈活性好。但不如光學(xué)掃描儀快。也沒(méi)有彩色信息。faro和immersion公司提供這類產(chǎn)品。

借助雷達(dá)原理，發(fā)展了用激光或超聲波等媒介代替探針進(jìn)行深度測(cè)量。這是激光或超聲波測(cè)距器。測(cè)距器向被測(cè)物體表面發(fā)出信號(hào)，依據(jù)信號(hào)的反射時(shí)間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點(diǎn)法"或"圖像雷達(dá)"。不少公司開(kāi)發(fā)了用于大尺度測(cè)距的產(chǎn)品（如用于戰(zhàn)場(chǎng)和工地）。小尺度測(cè)距的困難在于信號(hào)和時(shí)間的精確測(cè)量。leica和acuity推出了采用激光或紅外線的測(cè)距器。senix公司推出了超聲波測(cè)距器。它受遮擋的影響較小。但要求測(cè)量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反射特性的影響。

基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺(jué)法，立體視覺(jué)法，從輪廓恢復(fù)形狀法，從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)形狀法，結(jié)構(gòu)光法，編碼光法等。其中的結(jié)構(gòu)光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設(shè)備的基礎(chǔ)。這些方法可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式法的代表是立體視覺(jué)法。主動(dòng)式法的代表是結(jié)構(gòu)光法，編碼光法。光學(xué)掃描的裝置比較復(fù)雜，價(jià)格偏高，存在不可視區(qū)，也受到物體表面反射特性的影響[11]。

用于獲得物體內(nèi)腔尺寸的方法之一是工業(yè)ct。它以高能x射線對(duì)零件內(nèi)部進(jìn)行分層掃描。它的缺點(diǎn)是精度不高，價(jià)格昂貴，且存在放射性危害。

美國(guó)cgi公司生產(chǎn)的自動(dòng)斷層掃描儀（automatic cross section scanner, acss）可以克服這些缺點(diǎn)。但要求對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行破壞。

2．三維掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在硬件和控制技術(shù)方面，掃描運(yùn)動(dòng)的伺服裝置要求精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機(jī)械掃描是當(dāng)前的趨勢(shì)。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。

三維信息獲取技術(shù)方面，三維信息獲取的原理應(yīng)綜合考慮精度，速度，易實(shí)現(xiàn)性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實(shí)施方案，采用巧妙的技術(shù)策略，提升產(chǎn)品的性能。還要研究計(jì)算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理技術(shù)。

色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個(gè)因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺(jué)。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺(jué)感受有關(guān)。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質(zhì)和對(duì)入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現(xiàn)的色彩。

三維構(gòu)型，顯示及修改技術(shù)方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和色彩。這些采樣點(diǎn)的集合稱為"點(diǎn)云"（point cloud）。必須用點(diǎn)，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點(diǎn)云"構(gòu)成"形"。同樣的點(diǎn)集進(jìn)行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復(fù)雜表面的散亂點(diǎn)的構(gòu)形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來(lái)，并對(duì)缺陷進(jìn)行人工修改。還必須支持多種數(shù)據(jù)格式，將結(jié)果按指定的格式輸出[12]。

定標(biāo)技術(shù)方面，確定有關(guān)的裝置參數(shù)就是定標(biāo)。它與計(jì)算模型和誤差模型有關(guān)。定標(biāo)精度和可靠程度直接影響測(cè)量精度。定標(biāo)還可以校正裝置的誤差。對(duì)彩色掃描，還有色彩定標(biāo)問(wèn)題。

3.3  城市建模

本設(shè)計(jì)采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。

3.3.1  總體建模

總體建模初步構(gòu)造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎(chǔ)之上對(duì)局部布景的詳細(xì)設(shè)計(jì),是個(gè)逐步細(xì)化的過(guò)程。

整體建模如下：用background設(shè)置天空和地面的色彩。background節(jié)點(diǎn)用于生成vrml的背景空間，背景采用了立方體空間的表現(xiàn)形式，在其外放置了一個(gè)地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無(wú)限大的，并包圍著vrml世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠(yuǎn)不能接近它們。用viewpoint節(jié)點(diǎn)定義了瀏覽者在虛擬環(huán)境中的游行方式。viewpoint視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個(gè)指定位置，用戶可以從該點(diǎn)來(lái)觀察場(chǎng)景。在每一個(gè)新的觀察點(diǎn)，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動(dòng)，就使得取景器不斷的調(diào)整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點(diǎn)，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺(jué)和現(xiàn)實(shí)世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現(xiàn)在我們面前的將是一個(gè)個(gè)黑漆漆的模型。同時(shí)用worldinfo定義了境界信息，在運(yùn)行界面的標(biāo)題欄可以看見(jiàn)該設(shè)計(jì)的名稱，作者等等。worldinfo節(jié)點(diǎn)用來(lái)聲明一個(gè)空間的標(biāo)題以及想提供的其他注解，它對(duì)vrml場(chǎng)景的創(chuàng)建并不產(chǎn)生影響。

運(yùn)行效果如圖3-1。

圖3-1 背景圖

上圖只是一個(gè)非常非常粗略的框架，在此之上，用transform節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。transform節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組節(jié)點(diǎn)。transform節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)子節(jié)點(diǎn)列表，這些子節(jié)點(diǎn)可以是shape節(jié)點(diǎn)、group節(jié)點(diǎn)或transform節(jié)點(diǎn)。在transform節(jié)點(diǎn)中的所有子節(jié)點(diǎn)將在transform節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系原點(diǎn)處建立。該節(jié)點(diǎn)包括位置的確定、造型節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸和方向、造型節(jié)點(diǎn)大小的縮放比例及縮放旋轉(zhuǎn)軸，以及形體造型的構(gòu)造等，它的功能比較強(qiáng)大，使用相對(duì)簡(jiǎn)單。transform節(jié)點(diǎn)在放置場(chǎng)景中的對(duì)象并確定其方向時(shí)具有很大的靈活性。transform節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)形成vrml場(chǎng)景層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)。這里的樓房和街道就是用簡(jiǎn)單的形體造型節(jié)點(diǎn)box構(gòu)成的，只是在大小，位置，方向上做了相應(yīng)的改變。為了是樓房看起來(lái)更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。

城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀和未來(lái)的描繪，為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。這里也采用了城市規(guī)劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當(dāng)。

圖3-2是設(shè)置后的運(yùn)行效果。

圖3-2 簡(jiǎn)單的樓房

很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹(shù)，那是反映一個(gè)稱呼司綠化程度和建設(shè)特色的標(biāo)志，而樹(shù)則不是簡(jiǎn)單的立方體，但為了構(gòu)造的簡(jiǎn)便，本人用圓柱體和球體來(lái)構(gòu)造樹(shù)，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個(gè)改造過(guò)的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹(shù)。當(dāng)把樹(shù)嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構(gòu)造。

在這里所用到的立方體box、球體sphere、圓柱體cylinder都是簡(jiǎn)單形體造型節(jié)點(diǎn)，但是運(yùn)用它們可以構(gòu)造更復(fù)雜的對(duì)象，需要初學(xué)者靈活的掌握和運(yùn)用它們。除了上面提到的簡(jiǎn)單造型節(jié)點(diǎn)之外還有圓錐體cone。

圖3-3是一棵樹(shù)的造型。其實(shí)，它不僅僅是一棵樹(shù)，更是一個(gè)希望，象征著人類對(duì)環(huán)境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。

圖3-3 樹(shù)

圖3-4 綠化的城市

圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹(shù)的城市的整體構(gòu)造。雖然有點(diǎn)空曠，但是，地廣人稀正是我們?nèi)祟愃蛲摹，F(xiàn)在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經(jīng)上升到令人矚目的日程。開(kāi)拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個(gè)建設(shè)者的最終目的和任務(wù)。而且我們也應(yīng)該珍惜每一片土地。

3.3.2  局部建模

局部建模也稱為細(xì)致建模，具體步驟如下。

一個(gè)城市只有樓房、街道和樹(shù)是不夠的，因此需要我們對(duì)粗略的城市進(jìn)行細(xì)化。首先，先建立一個(gè)花壇，花壇也是有簡(jiǎn)單的造型構(gòu)成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成。花壇的顏色設(shè)置為淺綠色，錯(cuò)落有致。有樹(shù)有花壇，當(dāng)然也得有草了，所以，還要做一個(gè)草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設(shè)置為深綠色，是一個(gè)大的扁平的立方體。街道上沒(méi)有車(chē)也是不行的，但車(chē)的造型是比較復(fù)雜的，但是什么復(fù)雜的東西都可以簡(jiǎn)單化，本人用兩個(gè)球體和兩個(gè)圓柱體做成了一個(gè)小汽車(chē)。兩個(gè)球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個(gè)圓柱體作為車(chē)輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車(chē)的圖片，具體造型效果如圖3-5。

                                     圖3-5 小車(chē)

草坪建好了，也要為其進(jìn)行裝飾，因此在上面放了凳子和一個(gè)供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個(gè)球體，并在草坪的四角各放了一個(gè)半球。為了體現(xiàn)國(guó)民的保護(hù)環(huán)境意識(shí)，在草坪的邊上有放置了一個(gè)圓柱形的垃圾箱。在此基礎(chǔ)之上，為了體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動(dòng)變化的。顏色的不斷變化是通過(guò)顏色插補(bǔ)器corlorinterpolator和時(shí)間傳感器timesensor來(lái)實(shí)現(xiàn)的。corlorinterpolator節(jié)點(diǎn)是vrml提供的附加的插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，利用它可以構(gòu)造色彩的變化效果。corlorinterpolator節(jié)點(diǎn)在它的key和keyvalue域中使用一系列關(guān)鍵時(shí)刻值和色彩值。corlorinterpolator節(jié)點(diǎn)通過(guò)在兩個(gè)色彩值中內(nèi)插，來(lái)計(jì)算一個(gè)中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。timesensor節(jié)點(diǎn)可以像時(shí)鐘一樣標(biāo)記時(shí)間的流逝，還附加有定時(shí)發(fā)送相關(guān)時(shí)刻信息的功能。同時(shí)它可以是一個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)，開(kāi)始及結(jié)束一些過(guò)程。通常與插補(bǔ)器、傳感器聯(lián)合使用。timesensor節(jié)點(diǎn)能夠作為任何組的子節(jié)點(diǎn)。

效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。

圖3-6 奇異的草地甲

圖3-7 奇異的草地乙

虛擬現(xiàn)實(shí)，也就是模擬現(xiàn)實(shí)，使得呈現(xiàn)的景象和現(xiàn)實(shí)世界的一樣逼真。在這了，本人將要設(shè)計(jì)的城市的四個(gè)游樂(lè)場(chǎng)所中的一個(gè)做了一點(diǎn)變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當(dāng)替身與游樂(lè)場(chǎng)的距離在一定范圍內(nèi)時(shí)，中間的立方體會(huì)自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)一定的角度。這種變化是如何實(shí)現(xiàn)的呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，這里使用了臨近傳感器proximitysensor。臨近傳感器感知觀察者進(jìn)入并在一個(gè)空間的長(zhǎng)方體區(qū)域中移動(dòng)的時(shí)間。當(dāng)觀察者接近區(qū)域時(shí)，能使用這些傳感器啟動(dòng)一個(gè)動(dòng)畫(huà)，當(dāng)觀察者離開(kāi)時(shí)停止這個(gè)動(dòng)畫(huà)。proximitysensor節(jié)點(diǎn)能夠作為任何組的子節(jié)點(diǎn)。并且它可以感知觀察者何時(shí)進(jìn)入、退出和移動(dòng)魚(yú)當(dāng)前坐標(biāo)系內(nèi)一個(gè)長(zhǎng)方體區(qū)域。可以檢測(cè)到觀察點(diǎn)接近的信號(hào)，利用它可控制其他操作。

一個(gè)城市只有高樓沒(méi)有平房也是不切實(shí)際的，本人又在城郊建立了幾個(gè)平房區(qū)。每個(gè)平房也是由簡(jiǎn)單的幾何造型節(jié)點(diǎn)box構(gòu)成的。而且，每個(gè)平房的門(mén)是可以用鼠標(biāo)拉動(dòng)一個(gè)角度的。房門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)圓柱傳感器cylindersensor的實(shí)現(xiàn)的。cylindersensor節(jié)點(diǎn)可以感知一個(gè)觀察者的拖動(dòng)動(dòng)作，并且計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸和角度，且通過(guò)它的rotaion_changed域輸出。將鼠標(biāo)的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成適于操作造型的輸出。cylindersensor節(jié)點(diǎn)可以是任何組節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，它可以感知觀察者在組及子節(jié)點(diǎn)的任何造型上的動(dòng)作。通過(guò)將傳感器節(jié)點(diǎn)的輸出路由到transform節(jié)點(diǎn)來(lái)引起造型物體的旋轉(zhuǎn)。平房區(qū)建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個(gè)圓錐體組成的，只是遠(yuǎn)近和大小不同，顏色也做了調(diào)整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結(jié)果如圖3-8。

圖3-8 山與平房

一個(gè)城市沒(méi)有人是不可能的，只是多少的問(wèn)題。人的造型本人是用球體和立方體組成的，胳膊，腿，身體已經(jīng)脖子是幾個(gè)立方體，頭部是一個(gè)球體，效果如圖3-9。

圖3-9 人

除了以上的各個(gè)造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設(shè)計(jì)更加完美。

設(shè)計(jì)的最終結(jié)果如圖3-10。

圖3-10 美麗的城市

以上就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，是基于vrml技術(shù)的，在整個(gè)設(shè)計(jì)和建模過(guò)程中，要求設(shè)計(jì)者有很好的邏輯構(gòu)想思維方式，時(shí)刻以城市規(guī)劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細(xì)化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和vrml技術(shù)，理解城市規(guī)劃的要領(lǐng)，能夠靈活的運(yùn)用vrml語(yǔ)言，達(dá)到舉一反三的程度。

四章  系統(tǒng)的編碼實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用vrml語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的城市環(huán)境的模擬，下面是通過(guò)編碼而得到的一個(gè)城市模擬視圖圖4-1。

圖4-1 城市運(yùn)行圖

在這里的核心技術(shù)是vrml語(yǔ)言。在第二章已經(jīng)對(duì)vrml語(yǔ)言做了簡(jiǎn)要的介紹，這里就不再贅述。

編碼實(shí)現(xiàn)的過(guò)程實(shí)際上是如何應(yīng)用vrml語(yǔ)言的建模過(guò)程，編碼設(shè)計(jì)的核心也是vrml語(yǔ)言。在這里，對(duì)編碼的實(shí)現(xiàn)過(guò)程作一下簡(jiǎn)要的介紹。在城市的模擬過(guò)程中，許多造型都是用簡(jiǎn)單的造型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的，用到的簡(jiǎn)單造型節(jié)點(diǎn)有立方體box，圓錐體cone，球體sphere和圓柱體cylinder，盡管它們比較簡(jiǎn)單，但是它們是基礎(chǔ)造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來(lái)闡述整個(gè)編碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

background節(jié)點(diǎn)是用來(lái)設(shè)置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元顏色值，用來(lái)設(shè)置變化的顏色。skyangle中包含一系列角度值，用來(lái)設(shè)置顏色變化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小異。如：

    background{

      skycolor [0.0 0.2 0.7,0.0 0.5 1.0,1.0 1.0 1.0]

      skyangle [1.309,1.571]

      groundcolor [0.1 0.0 0.0,0.4 0.25 0.2,0.6 0.6 0.6]

      groundangle [1.309,1.571]

}

directionallight節(jié)點(diǎn)是用來(lái)設(shè)置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個(gè)三元值來(lái)設(shè)置方向，下面的例子中所設(shè)定的方向?yàn)楣饩€沿著y軸負(fù)方向照射。相當(dāng)于光線是從頂部照射下來(lái)的。

directionallight {

  direction 0 -1 0

}

navigationinfo節(jié)點(diǎn)是用來(lái)定義導(dǎo)航信息的，type域可以定義為飛行fly，行走walk等方式，speed域設(shè)置觀察著在場(chǎng)景中暢游的速度，單位為米每秒。headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開(kāi)。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。avatarsize域指定一些距離參數(shù)，這些參數(shù)決定了在考慮碰撞檢測(cè)和視點(diǎn)隨地形起伏的用戶可移動(dòng)范圍。該域的第一個(gè)只是碰撞被探測(cè)出以前用戶的位置與一個(gè)碰撞幾何體間允許的距離；第二個(gè)只是視點(diǎn)與地面間應(yīng)保持的高度；第三個(gè)只是視點(diǎn)可以跨過(guò)得最高障礙物的高度。公共域avatarsize值描述了觀察者替身的大小特性。如：

navigationinfo{

   type "fly"

   speed 1.0

   headlight false

   avatarsize [0.25,3.2,3.0]

}

transform節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的列表。這些子節(jié)點(diǎn)可以是shape節(jié)點(diǎn)、其他group節(jié)點(diǎn)或transform節(jié)點(diǎn)。translation用來(lái)指定造型的位置，children域是指定受該節(jié)點(diǎn)的變換影響的子節(jié)點(diǎn)。這個(gè)節(jié)點(diǎn)是整個(gè)程序設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，幾乎每一個(gè)模型的建立都用到了transform，因此，對(duì)transform的靈活運(yùn)用尤為重要。下面的例子使用transform節(jié)點(diǎn)設(shè)置地面。

transform {

  translation 0 -24 0

  children[

    shape{

      appearance appearance{

         material material {diffusecolor 0.4 0.25 0.2,}

      }

geometry box {size 400 48 400}  } ] }      

viewpoint節(jié)點(diǎn)是視點(diǎn)定義節(jié)點(diǎn)，定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個(gè)指定位置，用戶可以從該點(diǎn)來(lái)觀察場(chǎng)景。position用來(lái)設(shè)置視點(diǎn)的位置，它是一個(gè)三元值，jump域決定了視點(diǎn)的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。orientation域是一個(gè)四元值，前三個(gè)值指定了視點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，第四個(gè)值說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)角度的正負(fù)。description域的值指定了一個(gè)用于描述視點(diǎn)的文本串。下面是一個(gè)關(guān)于視點(diǎn)aa的例子。

def aa viewpoint {

  position    25 5 70

  jump false

  orientation 0 1 0 0.4

  description "aa"

}

在vrml編程中，group節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)很重要的節(jié)點(diǎn)。group節(jié)點(diǎn)提供了最簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)編組，可以包含任意數(shù)目的子節(jié)點(diǎn)，與一個(gè)沒(méi)有轉(zhuǎn)換域的transform節(jié)點(diǎn)相當(dāng)。該節(jié)點(diǎn)與transform節(jié)點(diǎn)一樣，也有一個(gè)children域。它用來(lái)收集節(jié)點(diǎn)和創(chuàng)建不需要實(shí)施變幻的層次結(jié)構(gòu)。似乎有了transform節(jié)點(diǎn)，group節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有什么用處。但有時(shí)在對(duì)一個(gè)整體進(jìn)行操作時(shí)，以transform節(jié)點(diǎn)組織的整體相比group節(jié)點(diǎn)組織的整體并不能顯示出優(yōu)勢(shì)。如果在使用傳感器或插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)時(shí)，祖作為一個(gè)整體，可以使用def來(lái)給它定義一個(gè)名稱，并且在vrml文件中使用use重復(fù)的引用。

一個(gè)組可以具有任意數(shù)目的成員，成為子節(jié)點(diǎn)。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節(jié)點(diǎn)的組節(jié)點(diǎn)被稱為父節(jié)點(diǎn)。因?yàn)榻M節(jié)點(diǎn)可以其他的組，一個(gè)組的父節(jié)點(diǎn)可能是一個(gè)更高一級(jí)組的子節(jié)點(diǎn)。高級(jí)組的父節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)更高級(jí)組的子節(jié)點(diǎn)。從此上溯直到最高級(jí)父節(jié)點(diǎn)，稱為根節(jié)點(diǎn)。造型可以組織在一起來(lái)創(chuàng)建更大、更復(fù)雜的造型。由于group節(jié)點(diǎn)和transform節(jié)點(diǎn)很相似，在這里就不再舉例子了。

以上介紹的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)是vrml語(yǔ)言的核心節(jié)點(diǎn)，整個(gè)程序的設(shè)計(jì)都是通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)的不同設(shè)置和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除此之外，還有兩個(gè)重要的工具，這就是節(jié)點(diǎn)名定義def及引用use，這是vrml世界提供給我們的兩個(gè)避免重復(fù)勞動(dòng)的工具，節(jié)點(diǎn)命名是以關(guān)鍵字def加上所命名名稱在一起，置于節(jié)點(diǎn)類型定義之前開(kāi)完成的。這兩個(gè)說(shuō)明符可以放在任何允許節(jié)點(diǎn)的地方。use語(yǔ)句并不是復(fù)制該節(jié)點(diǎn)，而是把該節(jié)點(diǎn)再次插入它所在的場(chǎng)景圖。節(jié)點(diǎn)名只在本文范圍內(nèi)有效。

總之，系統(tǒng)的編碼實(shí)現(xiàn)就是利用vrml中的基本造型節(jié)點(diǎn)對(duì)已經(jīng)涉及好的模型進(jìn)行的模擬實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)者能夠熟練的掌握和運(yùn)用vrml語(yǔ)言，懂得融會(huì)變通，才能使預(yù)想創(chuàng)建的模型得以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，vrml中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索，筆者在這里就不再過(guò)多描述了。

第五章  系統(tǒng)的測(cè)試與分析

5.1  系統(tǒng)的測(cè)試

隨著程序的逐步完成，系統(tǒng)的測(cè)試也開(kāi)始了。系統(tǒng)的測(cè)試采用的單元測(cè)試法，即逐步測(cè)試的過(guò)程。將程序分成若干個(gè)程序模塊，單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，觀察結(jié)果，與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進(jìn)式的整合成幾個(gè)較大的模塊，重復(fù)上面的工作，最終形成整體的模塊，構(gòu)成城市的整體建模。

5.2  測(cè)試中遇到的問(wèn)題

在測(cè)試中遇到問(wèn)題是在所難免的，本人也遇到了一些問(wèn)題。

問(wèn)題一：在程序的編碼過(guò)程中，無(wú)論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。

問(wèn)題二：在程序的編碼過(guò)程中，當(dāng)對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的形體造型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理貼圖時(shí)，運(yùn)行提示，找不到貼圖文件。也就是說(shuō)，紋理貼圖不成功。

問(wèn)題三：在運(yùn)行界面的標(biāo)題欄添加境界信息時(shí)，為何只顯示其中的一部分，其余的沒(méi)有顯示。

問(wèn)題四：程序中的許多節(jié)點(diǎn)的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進(jìn)行正確的定位，本人總是在這個(gè)方面大費(fèi)周章。希望可以找到一個(gè)好的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題五：程序中的許多route與語(yǔ)句的使用總是和預(yù)想的存在差距。

當(dāng)然還有很多更有難度的問(wèn)題，由于本人能力有限，沒(méi)有進(jìn)行深入的探究，希望有興趣的人繼續(xù)努力。

5.3  問(wèn)題的解決方法

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)察看資料以及對(duì)其他程序的研究，本人認(rèn)為，應(yīng)該是光線的照射方向問(wèn)題，只要將瀏覽者的頭燈打開(kāi)應(yīng)該就行了，經(jīng)驗(yàn)證結(jié)論成立。

對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，本人經(jīng)過(guò)細(xì)心研究，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于找到了答案。由于不同的vrml瀏覽器對(duì)圖片的識(shí)別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應(yīng)的圖片格式，就可以實(shí)現(xiàn)貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發(fā)現(xiàn)了這些。

對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)本人的細(xì)心研究發(fā)現(xiàn)，有些vrml瀏覽器提供特殊菜單選項(xiàng)來(lái)顯示虛擬空間的標(biāo)題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標(biāo)題定位于瀏覽器窗口的標(biāo)題欄?？梢栽诳臻g使用任意多的worldinfo節(jié)點(diǎn)。但只有第一個(gè)worldinfo會(huì)被瀏覽器顯示。因此，在使用worldinfo節(jié)點(diǎn)時(shí)只要針對(duì)不同的瀏覽器采用相應(yīng)的準(zhǔn)則就不會(huì)出錯(cuò)或不合心意了。

對(duì)于第四個(gè)問(wèn)題，在vrml世界中，內(nèi)層節(jié)點(diǎn)的定位可以說(shuō)是獨(dú)立于外層節(jié)點(diǎn)的。一旦外層節(jié)點(diǎn)定義好了，就可以只考慮內(nèi)層節(jié)點(diǎn)了。當(dāng)然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構(gòu)想，也許需要多多練習(xí)，熟能生巧。

對(duì)于第五個(gè)問(wèn)題，route的使用是一門(mén)技術(shù)，需要初學(xué)者多看一些相關(guān)的書(shū)籍和例子，掌握其中的要領(lǐng)和規(guī)律，還要多多練習(xí)。俗話說(shuō)的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習(xí)。

以上這些只是筆者個(gè)人的一點(diǎn)見(jiàn)解，由于知識(shí)有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛(ài)好的讀者給與建議和指正。

結(jié)論

“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用---基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的作用，它能夠減輕設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省投資。而vrml在實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實(shí)現(xiàn)任意模型的虛擬，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也才得以實(shí)現(xiàn)，使得城市的設(shè)計(jì)布局合理、美觀，支出價(jià)有所值。

在該設(shè)計(jì)的過(guò)程中，本人充分體會(huì)到要想熟練地掌握運(yùn)用vrml和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就必需扎實(shí)的學(xué)習(xí)vrml語(yǔ)言和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都顯示了其特殊的作用。時(shí)代的發(fā)展也使得我們掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為一種時(shí)尚的潮流。

設(shè)計(jì)的過(guò)程就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題---解決問(wèn)題---發(fā)現(xiàn)問(wèn)題---解決問(wèn)題的循環(huán)反復(fù)過(guò)程，但是它讓學(xué)習(xí)的人逐步進(jìn)步，就好像滾雪球一樣，一點(diǎn)一點(diǎn)，越滾越大。通過(guò)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用-----基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本人在vrml語(yǔ)言的運(yùn)用以及對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展方面有了很深的了解，受益匪淺。當(dāng)然遇到很多尚未解決的問(wèn)題，希望感興趣的讀者能夠繼續(xù)研究。

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篇8

關(guān)鍵詞：卓越工程師；數(shù)字媒體技術(shù)；人才培養(yǎng)方案；模塊化課程

1改革思路

專業(yè)人才培養(yǎng)方案是對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)與規(guī)格、內(nèi)容與方法、條件與保障等培養(yǎng)過(guò)程和方式的描述和設(shè)計(jì)，是確定課程體系和課程標(biāo)準(zhǔn)、安排教學(xué)內(nèi)容、組織教學(xué)活動(dòng)的總體設(shè)計(jì)和計(jì)劃，是實(shí)施人才培養(yǎng)工作的綱領(lǐng)性文件[1]。認(rèn)真制定人才培養(yǎng)方案，對(duì)規(guī)范人才培養(yǎng)過(guò)程、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)起著舉足輕重的作用。面向卓越工程師的培養(yǎng)計(jì)劃，其培養(yǎng)的核心是卓越的工程設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力，不同行業(yè)的卓越工程師有不同的教育規(guī)律和培養(yǎng)特點(diǎn)。結(jié)合我校辦學(xué)的條件以及卓越工程師的培養(yǎng)理念和要求，我們明確了本次修訂培養(yǎng)計(jì)劃的思路：①明確應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)目標(biāo)；②以培養(yǎng)工程能力為目的，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)；③注重創(chuàng)新教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神；④構(gòu)建以能力為核心的模塊化課程體系，彰顯辦學(xué)特色；⑤堅(jiān)持統(tǒng)一性和多樣性相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展；⑥體現(xiàn)校企合作的辦學(xué)理念突出“工學(xué)結(jié)合”的人才培養(yǎng)模式。

2具體做法

2.1明確面向卓越工程師的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)回答了“把教育對(duì)象培養(yǎng)成什么樣的社會(huì)角色和具有什么知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)”這個(gè)根本性問(wèn)題，對(duì)整個(gè)專業(yè)活動(dòng)起導(dǎo)向和規(guī)范作用，是人才培養(yǎng)方案中的靈魂?！白吭接?jì)劃”中指出，本科階段建議培養(yǎng)應(yīng)用型工程師，主要是在現(xiàn)場(chǎng)從事產(chǎn)品的生產(chǎn)、營(yíng)銷、服務(wù)或工程項(xiàng)目的施工、運(yùn)行、維護(hù)。應(yīng)用型人才又可劃分為工程型、技能型和技術(shù)型三種類型[2]，不同類型的人才在具備的知識(shí)能力、素質(zhì)方面有共性但也有特性，不同類型應(yīng)用型人才在專業(yè)發(fā)展層面?zhèn)戎攸c(diǎn)不一樣。工程型人才要將科學(xué)原理及學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)圖紙，主要從事設(shè)計(jì)、規(guī)劃和決策工作，強(qiáng)調(diào)工程管理能力。對(duì)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)來(lái)說(shuō)，主要是培養(yǎng)具備統(tǒng)籌、策劃、管理能力的人才，如編導(dǎo)、制片、游戲策劃、設(shè)計(jì)師、創(chuàng)意總監(jiān)等。如果不具備市場(chǎng)調(diào)研能力、對(duì)系統(tǒng)工程的掌控能力、對(duì)作品的分析評(píng)價(jià)能力、出眾的協(xié)調(diào)能力等，就很難勝任這些角色。對(duì)于這一層次類型的人才培養(yǎng)，需要有高質(zhì)量的教師和研究隊(duì)伍、高水平的研究課題與研究成果做保障。技能型人才是在生產(chǎn)一線或工作現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)實(shí)際操作將工程型人才設(shè)計(jì)出來(lái)的方案、計(jì)劃、圖紙等轉(zhuǎn)變成具體產(chǎn)品的人才，他們主要從事實(shí)際操作或具體運(yùn)作，側(cè)重于職業(yè)崗位的具體操作，強(qiáng)調(diào)動(dòng)作技能和經(jīng)驗(yàn)技能,如動(dòng)畫(huà)師、渲染師、模型師、特效制作等技能型人員。技術(shù)型人才是介于工程型人才和技能型人才之間的一種人才，具有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用知識(shí)和技能解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的能力，側(cè)重于生產(chǎn)、管理和服務(wù)等方面技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)管理，主要從事組織管理操作活動(dòng)并處理操作過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題，從人力資源結(jié)構(gòu)的層次來(lái)看，這類人才居于決策層和操作層之間的執(zhí)行管理層。如將游戲引擎開(kāi)發(fā)、數(shù)字產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力為主的人才定位于技術(shù)型，就需要建立產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，注重實(shí)踐性和行業(yè)性?！白吭接?jì)劃”要求高等工程教育克服單純技能型人才的誤區(qū)，因此面向卓越工程師的數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)不能僅僅定位在技能型人才培養(yǎng)上，而要側(cè)重于技術(shù)型人才培養(yǎng)，并不斷向工程型人才提升。

2.2完善人才培養(yǎng)規(guī)格與要求

“卓越計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)中指出，培養(yǎng)規(guī)格具體體現(xiàn)在知識(shí)、素質(zhì)和能力3方面的培養(yǎng)要求。卓越工程師所具有的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是知識(shí)面廣，專業(yè)理論基礎(chǔ)扎實(shí)，專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)，有良好的思維能力和技術(shù)運(yùn)用、推廣和轉(zhuǎn)換能力，能夠分析、提出方案并解決工程實(shí)際問(wèn)題，能夠參與生產(chǎn)及運(yùn)作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并具有運(yùn)行和維護(hù)能力，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)以發(fā)明新技術(shù)、創(chuàng)造新產(chǎn)品。參照這一通用標(biāo)準(zhǔn)，修訂專業(yè)培養(yǎng)方案時(shí)，遵循“以知識(shí)為基礎(chǔ)、以能力為中心、以素質(zhì)為目標(biāo)”的原則，完善人才培養(yǎng)規(guī)格與要求。2.3重構(gòu)與培養(yǎng)目標(biāo)相一致的課程體系專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才培養(yǎng)規(guī)格最終是通過(guò)完善的課程體系來(lái)實(shí)現(xiàn)的，課程體系是培養(yǎng)方案最核心的內(nèi)容，也是專業(yè)特色的具體體現(xiàn)。學(xué)生所學(xué)的知識(shí)、能力和素質(zhì)在很大程度上是由相應(yīng)的課程體系決定的。由此可見(jiàn)，課程體系的構(gòu)建是人才培養(yǎng)方案中的一項(xiàng)重要工作。在重構(gòu)課程體系時(shí)，需注意以下4點(diǎn)。1）充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，突出特色課程體系。高校各專業(yè)人才培養(yǎng)的特色都是要以課程體系的特色來(lái)體現(xiàn)的，要辦有特色的專業(yè)首先要有有特色的課程體系。通過(guò)對(duì)部分高校數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案的分析，我們發(fā)現(xiàn)許多高校的課程設(shè)置大同小異，并沒(méi)有依托學(xué)校已有的學(xué)科基礎(chǔ)、師資力量、軟硬件條件，發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，凸顯自己的特色。我校數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)設(shè)置在信息科學(xué)與工程學(xué)院下，教師隊(duì)伍在數(shù)字圖像處理、游戲程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化等方面有著豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，在此基礎(chǔ)上整合其他學(xué)院的教師資源，引進(jìn)優(yōu)質(zhì)專業(yè)師資。因此，在課程的設(shè)置上偏重于游戲編程方向，同時(shí)依托“山東省智慧礦山信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“山東省高校數(shù)字礦山與軟件技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，結(jié)合校企合作項(xiàng)目，開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真方向的課程，體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)和專業(yè)特色。2）精心選擇課程，優(yōu)化整合知識(shí)結(jié)構(gòu)?！白吭接?jì)劃”的一個(gè)特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，而以往數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程體系過(guò)于講究學(xué)科自身結(jié)構(gòu)，過(guò)于追求理論知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，導(dǎo)致課程設(shè)置過(guò)細(xì)、過(guò)多，將各種課程“大拼盤(pán)”，課程之間聯(lián)系較少，很少有融合的態(tài)勢(shì)，從而使課程體系失去整體功用、價(jià)值和特色，在這樣的課程體系下很難培養(yǎng)出卓越工程師。我們?cè)谥贫ㄅ囵B(yǎng)方案時(shí)，按照“理論知識(shí)夠用、專業(yè)技能夠強(qiáng)、突出實(shí)踐”的指導(dǎo)思想，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用系統(tǒng)的思想，突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性，將相關(guān)課程有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)課程體系的整體優(yōu)化，避免出現(xiàn)“拼盤(pán)式”課程所帶來(lái)的“知識(shí)孤島效應(yīng)”；盡量減少課程的門(mén)數(shù)，以避免課程間的重復(fù)；增加綜合性課程的比例，有利于提升學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力；刪除陳舊、過(guò)時(shí)的知識(shí)，增加新的內(nèi)容；將理論性較強(qiáng)的課程重組，與工程實(shí)際密切結(jié)合。如在原有的培養(yǎng)計(jì)劃中，對(duì)攝影技術(shù)與藝術(shù)、圖像藝術(shù)設(shè)計(jì)兩門(mén)課程單獨(dú)開(kāi)設(shè)，在這一次的培養(yǎng)方案中將其合并為數(shù)字?jǐn)z影與藝術(shù)設(shè)計(jì)課程；將原有的攝錄像技術(shù)、影視編導(dǎo)與制作兩門(mén)課程合并為數(shù)字?jǐn)z像與后期合成課程；將原有的藝術(shù)性專業(yè)比較強(qiáng)的課程進(jìn)行刪減、整合，將素描、構(gòu)成、色彩整合為藝術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程等。3）構(gòu)建模塊化課程體系，依據(jù)學(xué)生的興趣、能力不同進(jìn)行差異化培養(yǎng)。以往的課程體系，講究大而全，采用泛泛的整體施教模式培養(yǎng)數(shù)字媒體技術(shù)人才，對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異考慮不足，不能根據(jù)學(xué)生自身的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)施教，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性受到影響。我們?cè)谂囵B(yǎng)方案調(diào)整的過(guò)程中，立足卓越工程師的培養(yǎng)要求，按照“按需設(shè)計(jì)、夯實(shí)平臺(tái)、差異培養(yǎng)、分向發(fā)展”的新思路對(duì)課程體系進(jìn)行重構(gòu)，形成一個(gè)“厚基礎(chǔ)、寬方向、重實(shí)踐、強(qiáng)個(gè)性”的模塊化課程體系。基于該課程體系，采用差異化的培養(yǎng)模式，體現(xiàn)“以學(xué)生為本”的核心理念，有效地滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求，以此提高整個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)水平。所謂模塊化，是指將教學(xué)活動(dòng)組合成不同的主題式教學(xué)單位，模塊化課程體系的一種表現(xiàn)形式是“平臺(tái)＋模塊”[3]，是分別按照對(duì)學(xué)生的共性和個(gè)性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建的。在這種課程體系中，平臺(tái)中的課程是學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握的，反映了人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和全面發(fā)展的共性要求，平臺(tái)之間相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)。模塊課程是一種以能力為本位,以人才需求為導(dǎo)向的課程,按照課程與職業(yè)領(lǐng)域?qū)?yīng)關(guān)系劃分，學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛(ài)好和特長(zhǎng)自由選修，體現(xiàn)了人才培養(yǎng)的多元化和學(xué)生個(gè)性發(fā)展的要求。結(jié)合我校的辦學(xué)優(yōu)勢(shì)和師資條件，突出自身辦學(xué)特色，我們將后續(xù)的課程體系分為影視制作與特效、游戲開(kāi)發(fā)、移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)以及虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真4個(gè)不同模塊，不同模塊執(zhí)行不同的培養(yǎng)方案和考核方式，4）以能力為導(dǎo)向，構(gòu)建三層實(shí)踐教學(xué)體系，增加實(shí)踐教學(xué)在課程體系中的比重?！白吭接?jì)劃”的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在注重對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，實(shí)踐教學(xué)是卓越工程師人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用。數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)具有很強(qiáng)的技術(shù)性、實(shí)踐性、工程性等特點(diǎn)，如不重視實(shí)踐教學(xué)，必然會(huì)影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，在培養(yǎng)方案的制訂中，我們注重以能力為導(dǎo)向，以“學(xué)用結(jié)合”為指導(dǎo)思想，增加實(shí)踐教學(xué)的比重，構(gòu)建了從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)踐到科研創(chuàng)新的3層次實(shí)踐教學(xué)體系?；緦?shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模塊為第一層次,目的是讓學(xué)生熟悉和掌握與專業(yè)相關(guān)的基本知識(shí)和技能。為了更好地提升學(xué)生的實(shí)踐能力，本著“理論夠用”的原則，理論學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)基本相同，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合，增加設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)比例，更好地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。第二層次的綜合實(shí)踐教學(xué)模塊包括課程設(shè)計(jì)、綜合性項(xiàng)目開(kāi)發(fā)以及實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，這一層次的綜合實(shí)踐教學(xué)是在第一個(gè)層次的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生解決問(wèn)題的能力，著重培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作和組織管理等方面的創(chuàng)新能力,要求學(xué)生完成查閱資料、設(shè)計(jì)方案、詳細(xì)設(shè)計(jì)或制作、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告等全過(guò)程,培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的數(shù)字產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。此外，更注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，提升溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力?！白吭接?jì)劃”的三大特點(diǎn)之一就是倡導(dǎo)行業(yè)、企業(yè)深度參與到培養(yǎng)過(guò)程中。企業(yè)能提供真實(shí)的工程環(huán)境供學(xué)生實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)，我校實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)采用校企聯(lián)合培養(yǎng)的模式，與東軟集團(tuán)、青島軟件園、青島動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)園等企業(yè)合作。我校實(shí)行的短學(xué)期制（設(shè)專門(mén)的夏季小學(xué)期），為綜合實(shí)踐教學(xué)以及安排到企業(yè)去實(shí)習(xí)提供便利，學(xué)生可相對(duì)集中地開(kāi)展項(xiàng)目和課題。第三層次的科研創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模塊，以創(chuàng)新能力為目標(biāo),主要以課題小組的形式實(shí)施。該層次的實(shí)踐教學(xué)主要有學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目、各種類型的專業(yè)大賽等學(xué)科競(jìng)賽等,學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)興趣和特長(zhǎng)，自己組建團(tuán)隊(duì)、設(shè)計(jì)課題、開(kāi)展創(chuàng)新性的研究工作。通過(guò)不斷探索與理論教學(xué)緊密結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，加大實(shí)踐教學(xué)課的比例，突出技術(shù)應(yīng)用型人才“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、強(qiáng)能力”的特色，努力將實(shí)踐能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的始終，體現(xiàn)出卓越工程師的培養(yǎng)要求。

2.4靈活多樣的教學(xué)組織形式和考核方式

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的大部分課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性，單一的教學(xué)組織形式并不滿足教學(xué)需求，應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要采取靈活的教學(xué)組織形式，包括班級(jí)授課、工作室及實(shí)訓(xùn)等。對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)和入門(mén)內(nèi)容，采取班級(jí)授課的傳統(tǒng)形式，在面向班級(jí)進(jìn)行集體教學(xué)時(shí)，可以采用項(xiàng)目教學(xué)法和案例教學(xué)法等進(jìn)行教學(xué)，將典型的小項(xiàng)目在課程中貫穿講解，幫助學(xué)生打好基礎(chǔ)。對(duì)于拓展的知識(shí)內(nèi)容，則會(huì)適當(dāng)選擇“翻轉(zhuǎn)課堂”形式來(lái)進(jìn)行。成立工作室實(shí)際上就是一種小組教學(xué)的形式，根據(jù)不同的專業(yè)方向組成不同的工作室。在每個(gè)工作室中，具有相同專業(yè)興趣愛(ài)好的學(xué)生，形成一個(gè)學(xué)習(xí)共同體進(jìn)行技術(shù)交流與合作，在教師的指導(dǎo)下參與到實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中，以達(dá)到應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的目的。實(shí)訓(xùn)則借鑒其他高?！罢?qǐng)進(jìn)來(lái)”和“走出去”的形式，既可以在小學(xué)期期間請(qǐng)企業(yè)的專業(yè)人員在校內(nèi)實(shí)習(xí)基地中模擬企業(yè)環(huán)境，按照企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目或虛擬項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，也可以在大四學(xué)年把部分學(xué)生送到企業(yè)中去實(shí)習(xí)，跟進(jìn)具體的企業(yè)項(xiàng)目，提高他們的實(shí)踐能力。為了鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，我們也設(shè)置了靈活多樣的考核方式，對(duì)參與國(guó)家級(jí)、省級(jí)等各類權(quán)威的、與專業(yè)相關(guān)的競(jìng)賽以及校企合作形式的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)進(jìn)行認(rèn)定，允許學(xué)生進(jìn)行學(xué)分互換。