计算机视觉案例范文

导语：如何才能写好一篇计算机视觉案例，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1、金融云案例——吴江农村商业银行

背景介绍：

“在金融市场竞争十分激烈的吴江，要赢得竞争优势和市场优势，逼得我们要么第一，要么唯一。”吴江农商行董事长陆玉根曾深有感触地说。吴江农村商业银行是中国银监会成立以来全国第一家改制组建的股份制农村商业银行。吴江农村商业银行近年来专注“三农”、服务“三农”，以总资产超560亿元居全市15家银行之首，被称为“吴江人自己的银行”；在苏北、安徽、湖北等地的13家分支机构正成为助推欠发达地区经济发展的生力军，因而也被誉为农村金融的“吴江现象”。

像吴江农村商业银行这样的区域银行在中国不在少数。作为与实体经济接触最为紧密的金融触角，他们担负着将资金血液输送到小微企业部门的重要职责。这些中小银行运营成本高企的问题很突出。其中，IT成本居高不下是重要原因。这也制约了金融支持实体经济的能力。有测算指出，在某些银行贷款类业务中，包括IT在内的操作成本已经达到中小金融机构资金成本的10倍以上，这客观上造成了小微企业客户的融资难、融资贵。

建设方案：

通过阿里云的解决方案，吴江农商行构建了一个资源共享、集中管理、动态管控的智慧IT基础架构。

在架构上，通过专线接入服务实现支付宝、阿里云、吴江农商行的互连互通，使金融业务运行在相对安全封闭的网络环境中，在业务连续性上，通过在青岛建立灾备中心，实现与杭州生产中心应用级灾备，底层数据实时同步，一旦发生故障，随时可以接管业务。

为保障本中心的高可用，可通过SLB构建应用池，将流量分发到不同VM上，在业务高峰期，弹性拓展和升级应用池。另外，阿里云的云盾附加服务可以进行应用、数据库、系统、网络安全护航。

价值所在：

据银监会统计，目前我国拥有2000多家区域银行，持卡用户在2-3亿间，由于规模、成本、技术等因素，多数银行尚未提供提供互联网相关业务。

2012年中国网络零售市场规模达到1.3万亿，用户消费购买习惯发生了巨大变化，需要银行拥抱互联网进行转型。阿里云具备快速交付、灵活扩展、成本极低、安全可靠等优势，可以帮助吴江农商行实现与支付宝的快速对接，为其卡用户增加便利的网络支付渠道，增强了卡用户活跃度和粘性。

作为第一批使用阿里云的银行，不仅在业务模式上有所创新，而且在IT技术上也保持与时俱进。通过推出快捷支付，向用户提供了更加优质的服务，使他们有了更好的消费和支付体验，同时，开发和IT成本也有了极大的降低，避免了硬件重复建设和运维难度，而且云计算的弹性优势可以帮银行从容应对IT架构的挑战。

2、政务云案例——山东东营黄河三角洲云计算中心

背景介绍：

山东省东营市地处国家“十一五”计划着力打造的黄河三角洲“高效生态经济区”核心地带，拥有丰富的石油资源和生态资源，发展目标是努力把东营市打造成“数字之城，石油之城，生态之城”。如何推动当地生态环境的可持续发展，推动当地石油产业相关业务发展，包括当地的政府服务转型等，一直是东营市政府关注的问题。当今时代，科技引领社会和经济的发展，在东营市建设高端产业区和软件园区对黄河三角洲开发建设将发挥重要的示范、带动和辐射作用。

为推动高端产业和现代服务业的快速发展，东营市积极推进软件园区的建设，以信息服务为主导力量，同时优化整合技术、人力资源等产业，聚集国内外市场资源，引进和培育信息服务业的知名企业，以东营软件园为中心，逐步形成黄河三角洲多软件园协作的平台，实现优势互补，资源共亨，从而建立各个区域的多园区的协作开发，实现各个应用的互相促进与发展，建立省市级的软件发展联盟，形成一个以软件园为中心的信息产业生态发展环境。

随着东营软件园的建设和发展，将会有大量的软件外包企业进驻，这些企业的规模虽然各不相同，但往往有共同需求，若不能得到统一的资源调配或规划，势必影响到相关企业的开发测试成本、效率和管理等相关工作，进而会影响到整个园区的整体发展。因此软件园的建设必须考虑到软件外包企业的共性需求。这些需求主要集中在以下方面，

(1)降低开发环境的软件购买和维护成本，需要可利用的、灵活的、动态的和安全的研发测试环境。

(2)保障测试环境资源，加强测试规范化和统一管理。

(3)共享、协同和创新的环境需求，需要建立共享、协同和创新的平台，打破以往项目独立和企业独立造成的沟通和协作壁垒，实现园区的所有企业之间成果分享、技术协作、共同创新。

建设方案：

由于黄河三角洲云计算公共服务平台不仅要为东营软件园企业提供软件升发测试服务，也是东营市的软件发展的核心计算服务平台，在未来还将作为黄河三角洲区域的公共服务平台，成为拉动黄河三角洲的先进技术的推动力，因此，方案建设内容是在建立云计算架构的同时建立云计算中心平台，再依据项目分期建设的原则，先建立一个基于云计算架构的开发测试公共服务平台。其中云计算中心平台还要为将来更多的服务平台建立可扩展的基础。

黄河三角洲云计算中心平台：黄河三角洲云计算中心平台是开发测试服务平台和未来的各种电子政务、数字化城市、公共医疗、企业OA服务等应用服务的部署平台；还可作为山东省内各个计算中心的上级管理、监控、调度和软件资产管理节点，完成全省运算能力、IT资产等资源的统一调度和统一管理，真正实现全省信息资源的共享。其主要功能包括以下几项。

作为本地信息基础架构资源池，承载软件交付平台、本地管理系统和内外网统一门户等。

未来作为黄河三角洲内各个云计算中心的上级管理节点、监控节点、调度节点和软件资产管理节点，真正实现全省一盘棋。黄河三角洲云计算管理中心可以对其区域内的闲置软件资产进行临时的租借调用，并且在使用完毕后释放对此软件资产的占用。

提供计算能力的全省共享能力。软件企业的工作是周期性的，在特定的周期内将对计算能力有着很大的需求，例如性能测试阶段，所以实现计算能力的全省共享是非常有必要的。

开发测试公共服务平台：开发测试公共服务平台的目的是建设一套符合国际标准的软件应用交付平台。此平台一方面可以为企业和园区提供软件设计、编程和测试的实际操作平台；另一方面，将成为对外统一的软件服务界面，在东营软件园的管理下，完成各个软件园区企业之间的协作开发，使遍布在山东省和各个地市的软件园区有机地结合在一起，着力打造软件开发的航母。

价值所在：

2010年8月，东营黄河三角洲云计算中心己经实施完成后正式上线，在此基础上，东营市还将进一步加快公共服务平台建设，以吸引国内外知名外包企业在东营软件园建立分包中心和承接基地，全面提升软件园的服务功能和承载能力，将有力地推动东营当地软件及服务外包产业的提升与发展，从而带动整个黄河三角洲的开发建设，进而构建起基地化、集群化、生态化的区域发展格局，成为环渤海最具活力的高端产业板。

东营市副市长李金昆指出：“黄河三角洲开发建设的国家策略为东营带来了新机遇，同时也对信息化建设提出了更新、更高的要求。作为黄三角高效生态经济区建设的主战场，东营市与IBM合作的黄河三角洲云计算中心是东营探索创新途径、向服务型政府转型、推动经济与生态和谐发展的积极尝试。IBM所提出的‘智慧城市’正是力图实现并不断完善的新城市愿景，东营期待在云计算的助力下建立起真正的“数字之城”。

3、教育云案例——北京工业大学科教云

背景介绍：

北京工业大学创建于1960年，是一所以工为主，理工、经管和文法相结合的多科性市属重点大学。1981年成为国家教育部批准的第一批硕士学位授予单位，1985年成为博士学位授予单位。1996年12月，学校通过了国家“211工程”预审，正式跨入国家21世纪重点建设的百所大学的行列。高性能计算平台，作为北京工业大学校园网格的基础设施，是北京工业大学“211工程”、“十一五”规划重点建设项目。对于北京工业大学来说，建立高性能计算平台，并不仅仅是搭建一台高性能计算机这么简单，学校的目标是建立一个高水平、低成本的公共服务平台，实现网络环境下的计算资源、存储资源和数据资源的有效共享，给用户提供方便、有效的服务，将高性能计算送到校园用户的桌面上，成为学校的技术支撑平台。同时，北京市和教育部也要求学校建设一个开放的公共计算平台，面向社会和兄弟院校，为企业研发以及市政项目提供高性能计算服务。

通过建设一个传统的高性能计算环境，无法达到上述的目标。根据对北京工业大学现有lT环境的分析和了解，有以下一些问题需要解决。

(1)传统高性能计算环境操作系统、应用平台单一，应用软件受限制严重，难以满足校内各个院所不同领域的研究需求。

(2)原有校内IT资源匾乏，对于很多需要IT资源支持的学科教学和科研带来了限制，无法为学生、老师提供足够的实验和教学环境。

(3)原有校内IT资源分散、孤立，跨院系、跨专业科研合作和资源利用困难重重。

(4)利用政府对院校的大量科研投入而搭建的科研平台，服务对象局限于校内，需要能够提供一种便利的服务模式，为政府以及企业提供信息化服务，实现科研投入和产业结合。

建设方案：

北京工业大学采用IBM云计算的技术和方案来搭建新的高性能计算平台，统一管理软硬件资源，以虚拟化和自动化的方式动态部署资源，用来统一提供服务，从而提供良好的扩展性，支持按需变化的运算模式。北京工业大学云计算平台提供3个方面的服务，一是服务教学科研，支撑北京工业大学的学科建设和重点科研的，北京市的重点“973”项目，高性能计算等；二是开展科学研究，对于学生和教师开放，支持教学和科研；三是支撑服务北京，对北京市的企业和政府开放，提供IT资源支撑，建立电子政务的试点，为相关政府部门服务。

IBM云计算解决方案为北京工业大学建立的高性能云计算平台将计算、存储资源以及数据和应用作为服务通过网络提供给用户，给用户提供灵活、个性化、多元和简单的应用和服务，从而满足北京工业大学对计算平台的需求。

价值所在：

IBM高性能云计算平台在北京工业大学的建设，带来了如下价值。

(1)通过云计算平台将计算资源集中化管理，使得对校内IT资源的管理智能化，可实现校内各个院系、各个专业的IT资源整合，由云计算来进行集中的自动化调度，为各个用户动态分配和回收计算资源。

(2)通过云计算可以提供创新的教学模式。通过整合教学资源，北京工业大学可以开展多种教学模式。以并行计算课程来说，可以为学生提供虚拟化的并行环境进行实验、开发和测试，可以开展校内、校外的高性能计算竞赛。云计算实验平台的建立，也为交叉学科的研究带来了好处，不懂计算机的其他研究领域人员，可以和计算机专家在云计算平台上合作开发新的科研应用，从而促进科研的进步。

(3)学校的学生也可以通过这个平台来学习云计算这一目前业界流行的技术，理解新技术的价值所在，而学校则可以利用云计算平台开展相关的课程，如虚拟化、自动化和服务管理等。

(4)北京工业大学云计算平台还有助于将科研成果转化，服务于校外的客户，比如其计算生物类应用、工程应用和防震减灾应用都可以通过这个平台来对外提供服务；利用该平台为北京市的相关政府部门提供电子政务支持。

4、教育云案例——广州区域教育

背景介绍：

广州市下辖10区2县级市，全市有1600余所公立中小学，156万中小学生。其中不仅有执信中学、广雅中学、培正中学这样座落在越秀区、荔湾区的百年名校，也有座落在从化山区、增城乡镇的农村学校。如何才能让它们获得平等的教育资源，这是摆在广州市教育主管部门面前的一个课题。广州市教育局因此在2011年4月启动了“依托教育信息化促进区域教育均衡发展”国家教育体制改革项目，提出了“3年左右的时间，缩小城乡教育的‘数字鸿沟’”的总体目标，及基本实现“资源全覆盖，服务全覆盖”的教育信息化应用体系等4大具体目标。

按照项目规划，2012年就要实现全市中小学电脑生机比达6:1以上；电脑师机比达80%以上；多媒体教育平台与班级数的比例达90%以上，其中农村中小学达80%以上的目标。而现状是全市中小学PC机20余万台(含教师用)，每年折旧淘汰6万余台，仅仅是PC机的缺口，全市就高达十几万台，实现目标的成本非常巨大。

即使能解决硬件上的资源问题，城乡间的教育信息化不平衡依然很严重，因为优质的教育信息化资源集中在中心城区的学校，仅仅靠Email、U盘这些碎片式的手段，无法有效传播到更大的区域，难以在广州市教育系统的大范围内共享，自然也无法实现广州市教育局“促进区域教育均衡发展”的目标。

简单而言，广州市教育局需要比PC机成本低得多的终端去为巨大的PC机投资减负，还要建设一个信息资源总量达80TB，涵盖广州全市各级各类教育、多层次、多功能的“标准、开放、交互、协作、共建、共享”的数字教育公共服务平台——广州“数字教育城”。广州市教育局当然很清楚面临的种种困难，但他们依然只给自己3年时间去实现目标，是云计算的全新信息化架构，给了他们信心。

建设方案：

华为公司的“教育云”解决方案为广州市教育局提供了教育云平台，实现了全市教育资源共享，通过广州教育城域网，把中心城区的百年名校与偏远的乡村中学接入到同一个教育资源平台中，首先在信息流上做到了从化、增城的孩子们也能共享华师附中、执信中学的优质教学资源，具备了教育均衡发展的条件。

另外，用瘦客户机替代传统PC，不仅大幅度降低了终端成本，令中国教育界看到了解决长期困扰乡村学校电脑普及问题的曙光，而且也大大扩展了教学终端的范围，为最基础的教学办公，以及多媒体教学、3D课件教学、高清视频教学、移动教学等各种不同场景提供了多种形态的终端，满足不同条件用户的教育资源需求。

价值所在：

引入云计算构建“教育云”的效果可谓立竿见影，从第一批学校迁移到“教育云”的数据来看，教育硬件资源利用率由不足8%提升到70%。广州市教育信息中心在2011年11月4日召开了广州“教育云”应用实验启动大会，向全市12个区县级市教育信息中心主任、电教站站长、项目实验校校长、骨干教师进行了动员。相信在不远的将来，随着更多的乡村学校迁移到“教育云”上，区域教育信息化的推进将为实现广州市城乡教育均衡发展做出积极贡献。

5、电信云案例——贵州移动云计算增值业务平台

背景介绍：

中国移动通信集团贵州有限公司于1999年8月1日独立运营。围绕“正德厚生臻于至善”的核心价值观和“服务与业务领先”的战略目标，贵州移动始终坚持“改革创新、只争朝夕、艰苦创业、团队合作”，无论是在业务营收还是用户规模方面均取得了骄人的成绩。随着传统电信业务市场饱和、竟争加剧，电信服务利润减少、收益降低。如何依托核心竞争力，构建服务交付平台，联合合作伙伴共同发展电信增值服务拓宽市场，以及在3G时代与互联网应用的深度融合，形成一个多层次、多元化的增值服务生态系统，是众多电信运营商业务发展的共识，也是贵州移动重要的业务发展战略之一。面对客户多元化需求的增多和市场竞争的日趋激烈，贵州移动需要投入大量的设备和人员，以满足不断变化的市场需求，随之带来了设备与管理成本逐渐增大和IT架构的日趋复杂。

建设方案：

通过IBM的云计算解决方案，贵州移动构建了一个资源共享、集中管理、动态管控的智慧IT基础架构。

(1)建立云计算管理平台，实现服务的快速交付和应用的快速部署。

(2)通过XIV的虚拟化网格架构，零管理，高效自愈的云计算环境为客户简化管理，降低运维成本。

价值所在：

贵州移动云计算增值平台建成后，新的运营与管理模式比传统模式降低了40%的成本投入，缩短了70%的建设周期，资源使用率大幅提高，能源消耗明显减少。

(1)极大缩短行业信息化应用上线周期。

(2)整个系统采用弹性架构，按需自动分配计算资源，满足贵州移动业务快速变化对计算资源的需求。

(3)实现所有lT设备和虚拟设备的自动化集中统一监控管理，减少了贵州移动系统管理的工作量。

(4)极大提高了服务器和存储设备的资源利用效率。

(5)多个业务系统部署在少数几台服务器上，减少了机房空间、能耗和空调的开销，有助于贵州移动实现节能减排的目标。

(6)实现业务的不间断运行。

(7)通过服务器和存储资源池的构建，实现贵州移动IT资源的统一规划和合理分配，避免孤岛现象，使资源得到有效整合和最充分利用，极大提高了投资回报率。对于电信运营商来说，积极稳妥地推动企业从传统基础网络运营商向现代综合信息服务提供商和全业务运营商转变是未来发展的战略与目标，而大力发展ICT服务，为行业客户实现信息化提供综合性IT和系统集成服务等，是各个运营商实施转型的重要方面。

在激烈的市场竞争情况下，云计算将会成为电信运营商增值业务的一个新的增长点，并利用云计算实现加速的业务转型：从单纯地提供通信服务，转型为把应用、软件、IT作为一种服务，实现综合信息服务提供商的战略。贵州移动通过云计算增值平台的建设不仅解决了发展过程中遇到的实际问题，而且在云计算领域勇于实践和探索，通过云计算增值平台的建设推动业务的快速上线与发展，加速企业向综合信息服务商的转型，对中国的电信行业实施云计算项目起到了示范性作用。

6、智慧城市案例——银川

背景介绍：

随着城市化进程的加速，现代城市的发展面临巨大问题，如：交通拥堵、食品安全、环保问题、能源问题、恶性犯罪事件的增加等问题，给城市管理者和生活在其中的居民带来巨大压力。

智慧城市解决方案就是针对以上问题提供的解决方案，目的是通过广泛的信息获取和全面感知，快速、安全的信息传输，科学、有效的信息处理，进而创新城市管理模式，提高城市运行效率，改善城市公共服务水平，提升城市综合竞争力。

2013年度“国家智慧城市试点”名单中银川市被列为试点城市，“智慧城市”是“无线城市”、“数字城市”之后的更为高级的城市发展阶段，是智慧推进城镇化建设的过程，是解决城市问题的新思路、新手段、新机制，也是转变发展方式，调整产业布局，提高居民生活质量，促进社会公共服务均衡化的解决方式。

作为第二批智慧城市试点城市，银川市在智慧城市产业发展思路上，选择有实力的合作方共同打造智慧银川，破解智慧城市建设过程中资金缺乏、智慧度不高等难题。

银川市政府与中兴通讯股份有限公司联合注资成立中兴(银川)智慧产业有限公司，计划投资30亿元，分三期建设“智慧城市”。从商业模式上看，智慧银川建设率先引入了财政部主推的PPP模式，建立多元化、多渠道、多层级的投融资体系，通过资产证券化等金融手段，破解资金难题，实现政府、企业互利共赢。

建设方案：

中兴通讯智慧城市解决方案分为感知层、网络层、平台层、应用层四个层次。

感知层：利用遍布城市每个角落的传感器，采集听、视、触、嗅、行的各类信息，为城市的健康发展提供快捷、直接、有效的信息；

网络层：以通讯网络为主，建设方式可以无线+有线互为补充，建设一张无处不在的“泛在网”是智慧城市的基础；

无线：采用先进的4G无线通信技术，构造一张政务专网，实现最后一公里的信息接入，并且可在该网络上承载多种数据业务；有线：租用运营商现有的光纤资源，保证各种数据的接入，汇聚到应用层。

平台层：采用最新的云计算架构搭建城市数据中心，将海量的计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能按需获取计算力、存储空间和各种服务；消除地域的限制，实现资源共享和调度，降低了TCO，增强运维能力，信息安全管控能力提高，获取服务更加便捷，提供开放开发平台，助力创新。

应用层：具备定制开发和第三方集成能力，使得各种应用的部署更加灵活和快捷。

基于总体架构，提供维稳定、保民生、促增长三大体系的业务应用

价值所在：

智慧银川建设将最大限度打破信息孤岛，实现数据全覆盖、跨部门共享，提高政府行政化创新、城市立体化管理、民生精细化服务、产业融合化发展水平。

智慧银川将建设智慧城市大数据中心、4G城市网、平安城市、智慧环保等项目，打造名副其实的智慧城市，并促进物联网、大数据、云计算发展，衍生出新的产业链，带动智能家居、穿戴设备等相关产业发展，促进教育、医疗模式创新和社区养老产业的升级。通过企云通系统集成，还将形成虚拟服务平台，为中小企业提供融资贷款、法律咨询、人力资源等全方位服务。

智慧银川还将构建“一云、一网、一图”网络架构，即大数据中心云平台、全城8000G全光网络、城市空间地理GIS系统，依据政府、企业、个人需求，超宽带安全网络自动适配，大数据业务云端快速生成，城市空间地理三维图形化直观展示，实现智慧银川的全景展现。

7、媒体云案例——首个商业化数字出版云平台

背景介绍：

日前，上海引跑信息科技有限公司为国内某大型控股集团提供了数字出版整体解决方案，推出了国内首个商业化数字出版云平台，助力该集团为国内电子出版业提供云服务，获得了良好的经济与社会效益。

该集团于1986年投资创办，拥有对中国IT、医疗医药产业发展至关重要的核心技术，已快速成长为综合实力位列中国信息产业前三强的大型控股集团，并承担了国家数字复合出版工程，给全媒体领域带来革命性影响并产生数千亿的经济效益。该集团拥有5家在上海、深圳、香港及马来西亚交易所上市的公众公司以及正在筹办上市的证券公司，下设遍布海内外的独资、合资企业80多家，员工3万人。该集团占据中国校办科技企业盈利能力近70%的份额，为国家首批6家技术创新试点企业之一。

据中国新闻出版研究院的统计数字，2010年国内数字出版产业的收入规模达1051.79亿元，相比于2009年的799.4亿增长了31.57%。国家新闻出版总署的规划表明，到“十二五”末，我国数字出版总产值要力争达到新闻出版产业总产值的25%，整体规模居于世界领先水平。

该集团致力于数字出版平台的搭建和运营，力图通过该平台，聚合云出版内容，面向出版产业链上的内容提供商、销售商和渠道商，提供所需的内容、功能、形态、渠道等数字出版服务。不同商家可借助不同的平台，选择不同内容、不同形态、不同渠道，面向终端用户提供相应的服务。

建设方案：

引跑科技为该集团成功部署了基于AppOne、MasterOne、EngineOne三款产品的数字出版云平台。接入该平台后，出版单位、渠道商、读者这三者之间的联系愈发紧密，并形成了一套新的商业服务模式，出版单位可随时掌握读者动态和销售情况，从而及时提供个性化的内容和服务。

建立了数字版权销售平台和发行渠道；解决了数字版权内容交易和运营核心问题；统一协调数字出版产业链中出版单位、渠道商、读者等之间的关系；多租户模式、按需付费；大大减少出版单位和渠道商的IT投资。

价值所在：

自部署了引跑科技的数字出版云平台后，该集团已与全国500多家出版商，300多家报社和报业集团联手合作，为全球的8000多家包括公共图书馆、科研院所、政府、企业、军队等用户提供了数字资源服务。

8、物流云案例——广西柳州医药物流园

背景介绍：

广西柳州医药股份有限公司是一家以医院销售为主，零售药店和第三终端并重发展的区域性医药流通企业。柳州医药现代物流配送中心总投资3亿，总建筑面积16.6万平方米，是柳州乃至全广西地区医药运输和配送的重要物流中心之一。

在新物流中心，如何利用无线网络提升物流环节的生产效能是物流园网络建设核心问题。但仓库环境复杂，对无线网络部署提出挑战：

仓储区：近6000平米的仓库区域货架林立，堆满玻璃及液体货物后，扫描枪因无线信号遮挡无法正常工作，同时仓库内移动扫描需要无线信号不停切换漫游，影响效率。如何解决货架遮挡，并让扫描枪移动中也不掉线呢？

收发货区：收发货区货品临时堆放会遮挡信号，通常有有30-50人进行条码扫描且经常移动，存在设备信号干扰及漫游问题。

建设方案：

根据客户仓库场景需求，锐捷为客户推荐了仓储物流无线解决方案，将“1分48零漫游技术”引入仓库货架高立的场景：通过智分基站和智分单元，将48个无线天线均匀分布在仓库区顶部，每根天线的实际覆盖半径7-8米空间。方案既可以确保在货架林立的场景下信号覆盖，又可以让终端在各个天线之间零漫游，数据连接不中断，很好的解决了仓库场景的问题。

针对收发货区的场景需求，锐捷推荐使用了仓储物流无线解决方案的“同频组网技术”。10台AP进行同频组网，使用相同的SSID、MAC地址和信道，很好的解决了高密度布放情况下的信号干扰问题；而由于10台AP“长得完全一样”，扫描枪认为是工作在同一个AP下，扫描枪不会自主进行AP间的切换，实际切换过程由AC控制完成，这使得扫描枪感知不到AP的切换，实现了信号的零漫游。

价值所在：

锐捷深入物流行业，针对物流仓储仓库、收发货区不同环境及业务需求，创新性提供针对性的解决方案，确保无线网络高效、稳定，提升了柳州医药物流园的物流环节生产效能。

9、交通云案例——南京智慧交通云平台

背景介绍：

为提升道路交通科学管理水平，创新社会管理方式，加快公安信息化发展，更好地服务公安机关指挥疏导交通、防范交通事故、维护社会稳定、打击违法犯罪。实现对重点车辆的自动比对和动态管控、对异常车辆行踪的自动研判预警、对特定车辆行车轨迹的自动生成、对重要节点道路交通信息的远程再现、对基层单位和执勤民警的勤务实施管理等建设目标，为交通管理、治安管控、侦查破案、巡逻防范、反恐处突等各项公安工作提供服务保障，南京市公安局开展图像资源库和道路监控综合应用系统建置项目。

建设方案：

cProc将海量数据分解到由大量X86架构计算机构成的低成本云计算平台上进行实时处理，依靠分布式云处理软件进行容错，从而提升智慧交通云平台海量数据分析的实时性和性价比。

智慧交通云平台是一个处于交管数据采集与交管数据监测应用之间的系统。从系统基本组成与构架上来看，该共享平台由7个主要部分组成：历史数据汇总处理系统，上报数据上报系统，实时数据入库系统，交管数据存储系统，交管数据查询分析应用系统，数据管理系统以及系统管理。

在基础设施构架上，该平台将架构将构建在公安云计算平台之上，利用公安所提供的计算资源、存储资源和网络资源，作为智慧交通云平台的基础设施和支撑平台。交管数据通过cProc提供的数据写入接口，实时写入数据信息到云处理平台。通过提供的查询接口，可以高效、快速、准确的返回结果给客户端。

基于以上基本的系统组成和功能构架，系统的详细总体构架和功能模块设计自底向上分为五个层面。最下层是硬件平台层，将使用市公安局云计算中心所提供的计算、存储和网络资源。从系统处理系统的角度看，这一层主要包括云存储计算集群，此外还包括接口和管理服务器、包括用于实现客户端访问的Web服务器。

第二层是系统软件层，包括移动的云存储系统软件，综合分析云计算软件平台，以及Web服务软件等。云存储系统将提供基于Sybase ASE关系数据库的结构化数据存储访问能力，以及基于HDFS的分布式文件系统存储访问能力，分别提供基于JDBC/SQL的数据库访问接口以及HDFS访问接口。综合分析云计算软件平台可提供对HDFS、Hbase数据的访问，并提供MapReduce编程模型和接口、以及非MapReduce模型的编程接口，以及用于实现并行计算任务负载均衡和服务器单点失效恢复的Zookeeper。

第三层是智慧交通云平台中的数据层，包括原始交管数据、索引数据、用于分析的中间数据、以及系统配置数据等。其中，原始交管数据、索引数据等海量数据将存储在公安局云存储系统的HDFS分布式文件系统中，用HDFS接口进行存储和访问处理；而其它用于分析的中间数据等数据量不大、但处理响应性能要求较高的数据，将存储在云存储系统的关系数据库系统中，用JDBC/SQL进行存储和访问处理。

第四层是交管数据处理软件层，主要完成智慧交通云平台所需要提供的诸多功能，包括实时监控、报警监控、车辆轨迹查询与回放、电子地图、报警管理、布控管理、设备管理、事件检测报警、流量统计和分析、系统管理等功能。

最上层是客户端用户界面软件，主要供用户查询和监视相关的数据信息，除了事件检测报警不需要用户界面外，其它部分都需要实现对应的用户界面。

价值所在：

在该项目中，cProc以其优异的性能和可靠性，得到客户的高度评价。主要体现在以下几点：系统提供7×24不间断的服务，保证可靠性；特定车辆行车轨迹的自动生成、重要节点道路交通信息的远程再现；实现对重点车辆的自动比对和动态管控、对异常车辆行踪的自动研判预警。

10、农业云案例——相思葡萄的“智能农业监控系统”

背景介绍：

地处中国南疆的广西，是适宜葡萄生长的特殊区域，依靠独特的“一年两收”技术，即使在寒冷的冬天，人们依旧可以品尝到新鲜的优质葡萄。然而，要掌握好“一年两收”的种植技术可不简单，因为生产管理人员需要在葡萄生长过程中及时准确地掌握周边环境温度、湿度、光照强度等环境变化信息，并对高温、低温、高湿、弱光等特殊情况进行及时处理。在广西众多的葡萄种植企业中，南宁相思葡萄农业科技有限公司正是其中的佼佼者之一。公司的宗旨是打造广西最好最大的精品葡萄观光果园，引领全民健康、时尚的葡萄观光采摘消费，全面带动广西精品葡萄产业的发展。相思葡萄目前拥有自建葡萄园五处，南宁、武鸣、柳州、海南、桂林，共占地面积500多亩。相思葡萄以“技术至上”为理念，积极与全国各地高校、实验室学习交流，并且于2012年正式在各大园区投入使用慧云“智能农业监控系统”，充分利用“物联网、云计算、移动互联网”等技术升级传统葡萄种植技术，保证葡萄的品质。

此前，为了保证一年两收葡萄的高品质，公司技术人员经常奔走于广西以及海南的各生产基地，详细采集记录各大棚内的温度、湿度、光照强度变化情况，观察葡萄的生长情况，并且采集到的数据上传到电脑，进行人工统计分析。这不仅浪费了人力物力，而且严重影响了技术人员的工作效率。且园区分散，给企业管理者对园区的管理带来极大的不便。

建设方案：

慧云智能农业监控系统立足现代农业，融入国际领先的“物联网、移动互联网、云计算”技术，借助个人电脑、智能手机，实现对农业生产现场气象、土壤、水源环境的实时监测，并对大棚、温室的灌溉、通风、降温、增温等农业设施实现远程自动化控制。结合视频直播、智能预警等强大功能，系统可帮助广大农业工作者随时随地掌握农作物生长状况及环境变化趋势，为用户提供一套高效便捷、功能强大的农业监控解决方案。系统包括监控中心、报表中心、任务中心。

随时了解农业现场数据：在监控中心可结合园区平面图直观显示农业生产现场的气象数据、土壤数据、以及各种农机设备运行状态。

视频图像实时监控：可通过360°视频监控设备以及高清照相机对农业生产现场进行实时监控，对作物生长情况进行远程查看。同时可根据设定，对视频进行录像，随时回放。

远程自动控制：采用全智能化设计的远程控制系统，用户设定监控条件后，可完全自动化运行，远程控制生产现场的各种农用设施和农机设备，快速实现自动化灌溉，以及智能化温室大棚建设。

智能自动报警：根据作物种植所需环境条件，对系统进行预警设置。一旦有异常情况发生，系统将自动向管理员手机发送警报，如高温预警、低温预警、高湿预警等。预警条件触发后，系统可自动对农业生产现场的设备进行自动控制以处理异常情况，或由管理员干预解除异常。

价值所在：

云端模式，随时随地管理：通过使用“智能种植监控系统”，相思葡萄在各生产基地大棚内搭建起无线传感网络，安装传感器，控制器，智能相机等监控设备，土壤温湿度、空气温湿度、风速、风向等，以及园区设备的运行记录、运行状态等数据均通过布置在现场的物联网设备采集上传至云端。技术人员不用在多个园区之间频繁来往，只需要通过手机或者电脑登陆智能种植监控系统，就能轻松对分散各地的五个园区进行管理。系统对数据的采集精准度高，并且数据具有实时性。数据采集上传之后，在云平台中进行分析统计计算，自动生成各种报表。技术人员可便捷参考各项数据，为葡萄种植管理做精准快速的决策。

篇2

参考文献的写作是作者在这一科学领域的问题进行研究并且还有一定的研究成果，参考文献的写作也是对科学研究的更进一步的深入探讨。下面是学术参考网的小编整理的关于信息系统论文参考文献，希望可以在大家写作当中带来帮助。

信息系统论文参考文献：

[1]郭锐，任强，宋丽华等.全运会信息系统工程项目监理策略分析[J].信息技术与信息化，2010，（6）：52-54.

[2]周鸣.信息系统工程监理存在的必要性和充分性[J].电脑知识与技术，2009，5（2）：296-298.

[3]郭飞.信息系统工程监理的博弈模型构建[C].//2012中国工程管理论坛论文集.2012：260-262.

[4]汤剑，周芳芹，杨继隆.计算机视觉图像系统的技术改造[J].机电产品开发与创新周刊，2005，14（18）：33-36

[5]段发阶等.拔丝模孔形计算机视觉检测技术[J].光电工程时报，1996，23（13）：189-190

[6]马玉真，程殿彬，范文兵等.计算机视觉检测技术的发展及应用研究[J]，济南大学学报，2004，18（23）：222-227.

[7]张文景，王辉，丁国忠等.计算机视觉检测技术及其在机械零件检测中的应用，上海交通大学学报，1999，33（5）：635-638

信息系统论文参考文献：

[1]张建林，王锁柱，王瑞梅.应用型本科信息系统分析与设计教学改革实践[J].计算机教育，2010（5）：2-4.

[2]邵莉，李清茂.ERwin在教学管理系统设计中的应用研究[J].攀枝花学院学报，2010（12）：101-104.

[3]张富国.信息系统分析与设计课程教学改革探索与实践[J].教学研究，2007（1）：74-76.

[4]彭涛，佟建新，范莉丽.基于案例教学的信息系统分析与设计课程改革研究与实践[J].北京联合大学学报：自然科学版，2009（4）：86-89.

[5]史磊.试分析地理信息系统（CIS）的发展趋势[J].2011.

信息系统论文参考文献：

[1]辜體仁.电力企业文化与电力企业管理[J].中国电力企业管理，2005，（11）.

[2]余华.浅谈电力企业管理信息系统的设计[J].农电管理，2004，（1）.

[3]陈帆，杨琳，颜中原.电力企业管理信息系统的设计与实现[J].供用电，2002，（3）.

[4]杨素芬，李江西，孔德星.电力企业管理信息系统[J].焦作工学院学报（自然科学版），2002，（4）.

[5]任仲泉.现代商业空间展示设计[M].济南：山东科学技术出版社，2004.

[6]杨公侠.视觉与视觉环境[M].重庆：西南师范大学出版社，2002.

篇3

关键词:MCLA;计算机教学;教学研究;教学改革

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

高校计算机教育的过程中,难点知识的教和学是困扰着教师和学生的重要问题,对于难点知识教学方法的研究,引起了广大高校计算机教师的重视,其研究成果已经在高校计算机教育中起到了越来越重要的作用。难点知识一般分布在学生的专业基础课和专业选修课中,这些知识点往往理论性较强,需要较好的数学基础才能一次性掌握,这些知识点往往是某一门课程或某个研究方向的核心或者基础,如果不能很好地掌握,又影响到后续知识的学习和研究的开展。类似的知识点如:“数据结构”中的“最短路径”和“KMP算法”、“计算机视觉”中的“各向异性扩散的偏微分方程(PDEs)”、“编译原理”中的“有限自动机”、“面向对象程序设计”中的“多态性”、“计算机网络”中的“七层协议的实现”等。

提升难点知识的教学效果显得非常重要,但是传统的教学方法中,由于各种因素的影响,往往采用从理论到实践的教学过程。首先讲解知识的数学背景,然后阐述其理论框架,接下来讲解该框架中的相关公理或者定理,推出一系列公式,最后加以应用。在这种背景下,由于学生知识储备的差异性,以及学生听课状态的波动性,这种教学方法往往造成部分学生在学习的过程中,无法理解他们看起来很高深理论,从而失去学习兴趣,放弃后续学习,靠做题应付考试,最终即使得到高分,对知识点知其然不知

其所以然,更不要说进行创新。实践证明,该方法确实导致部分学生无法清楚地掌握知识的实质,造成了教学过程中的无用功和教学资源的浪费。

为了克服以上方法的不足之处,我们借鉴了国外著名教育机构的教学方法,将其引入到我们的教学过程中去。MCLA(Model Centered Learning Architecture)教学法来源于印度国家信息技术学院(印度NIIT),该教学方法的基础是:以“模型”为中心,通过完成“模型”来讲解理论,在该学院的教学中起到了巨大的作用。本文针对计算机难点知识教学过程中遇到的问题,结合相关经验,将MCLA教学方法应用到教学过程中去,以“图像处理中的各向异性扩散的偏微分方程”的讲解为案例,阐述MCLA方法在教学过程中的应用。实践证明,该教学方法能够加强学生对知识的理解,取得了较好的教学效果。文章最后还对该方法适用的

范围进行了讨论。

2传统教学方法的问题

难点知识在高校计算机教育中,不仅对于学生是学习难点,而且对于教师也是讲授难点。它难就难在理论性强,数学基础要求较高,教师即使能够熟练精通地掌握,由于学生数学知识储备的差异,学生就不一定能掌握;即使学生数学知识储备足够,由于听课状态波动,如果兴趣不高也会无法听懂,造成知识的遗落;教师将自己会的知识教给学生,学生却没学会,不能不说是教学资源的巨大浪费。

2.1教学案例描述

本文以“计算机视觉”中的“各向异性扩散的偏微分方程”为例,来阐述这个问题。

“计算机视觉”是高校计算机专业的一门专业选修课,对于即将攻读研究生并从事模式识别和图像处理的学生,是一门基础性课程。“各向异性扩散的偏微分方程”属于计算机视觉中的前沿技术,一般在书本的后半部分讲授。在此之前,学生已经学习了图像处理的基本知识,如基本的图像存储、变换、滤波以及常见的图像特征提取方法。

在计算即视觉中,“各向异性扩散的偏微分方程”最简单的情况是用于图像的平滑。在平滑图像的过程中,能够较好地保持边缘。该框架下,图像的平滑被假定类似于化学物质的扩散过程,图像的灰度(化学物质)将随着时间的变化而变化(扩散)。在某一个时间点,变化后的图像(扩散的结果)就是试图得到的平滑后的图像。描述如下:

设 表示一幅二维灰度图像, 为像素点 处的灰度值。 表示图像随着时间 变化的状态,具有边界停止功能的方程中,图像随着时间变化的状态或者图像的平滑过程被如下的扩散方程描述:式中, 为散度算子, ,是 的空间梯度。在这里, 必须是个减函数,当 较大,扩散必须很小,图像的边缘得到保持; 较小,扩散应该很大,图像将会得到平滑。对于 的设计对系统的正确工作起着决定性的作用,一般可令:

从以上数学模型可以看出, ,为非增函数,当点 位于图像灰度变化不大的区域,即 的值相对较小的时候, 的值相对较强;反之,在图像的边缘点上, 的值相对较大,则扩散速度相对较小。 为梯度门限,是一个正数。 的值小于 时,扩散过程进行,当 接近 时,扩散过程停止。

实际处理过程中,输入的图像为二维图像,必须能够对图像的处理过程进行离散化。一般采用如下形式:

其中, 是离散采样图像上的像素点 在 时刻的灰度值, 是时间离散步长,常量 ,决定了扩散的速度。 的下标 表示 的计算与像素 和 相关。 表示像素 的空间邻域, 表示邻域像素点的个数(如在8邻域情况下,取 =8),将图像梯度沿着特定的方向近似为:

最后的实验中,我们可以采用一些需要平滑的图像,分别用传统的低通滤波的方法和PDEs方法进行平滑,来检测其平滑效果。

2.2传统讲授方法及其效果

传统方法在讲授的过程中,一般采用如下步骤:

(1) 首先讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的作用:在平滑图像的过程中,能够较好地保持边缘,但也能对其它部分作平滑。

(2) 讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的数学模型,特别强调扩散方程以及其中参数、算子的选择。

(3) 对该模型进行离散化。

(4) 最后举例说明“各向异性扩散的偏微分方程”在实际中的应用,并一定的实例让学生阅读,最后布置习题。

该方法在步骤(1)中,确实提到了“各向异性扩散的偏微分方程”的作用,激起学生的兴趣。但是可惜的是,这个兴趣只是在学生脑海里面逗留了片刻,就被后面大量的数学公式淹没了。除了少数比较认真的学生能够保持兴趣,将这些数学公式紧扣其作用,其它学生一旦遇到听不懂的内容,便放弃学习了。结果只能是教师一直在讲课,却只有部分学生能够理解教师的讲解。当然,最后的实例,大部分学生都会阅读,也能读懂,对于练习,也能模仿习题进行编程实现,最后应付考试。但对于该习题和前面讲解的数学公式之间有什么关系,学生是很难理解的。我们知道,理论的创新都是来源于知识点的抽象表达,如果那些原理没有理解清楚,即使学生升入研究生进行科学研究,也无法进行创新。

针对这种方法,我们在南京某大学设计了一个实验,随机抽取50名计算机应用技术专业的本科学生,选修了“计算机视觉”的课程,并且已经学习了“各向异性扩散的偏微分方程”的前续知识,我们用此方法进行讲解,得到的问卷如表1所示。

从上表可以看出,96%的学生对该知识点的作用还是了解的,也就是说从课程开始学生还是有兴趣的,但是自从对数学公式无法理解之后,直接影响了后面知识的理解,更不要说创新了。

3MCLA教学法的实践

MCLA(Model Centered Learning Architecture)是基于模型的学习方法,该方法在教师引导下的独立解决实际问题。其步骤如下:

(1) 教师根据知识点内容,结合实际应用情况,对学生进行知识点的概况介绍,提出一个典型案例,激起学生兴趣。

(2) 教师用所设计的案例,采用任务驱动的示范性教学。将知识点隐含到每一个任务中,使得学生更容易接受相关的知识内容。

(3) 当教师在用系统的方法完成各项任务,成功解决问题时,学生在一旁观察以通过观察思考形成一种行之有效的思维方式。

(4) 布置类似的案例,引导学生进行实践。

(5) 引导学生进行创新探索,并能针对所探索的结果进行演讲。

MCLA的独特之处在于,它不但要教会学生如何在实际问题中应用所学的知识和培养其专业技能,而且也要培养学生信息搜索和分析的能力、团队合作的能力以及对所学知识达到综合性理解和应用的能力。这有助于学生提高在技术探索和创新方面的技能,并使其成为一种习惯。

3.1教学过程

(1) 提出模型

在该过程中,教师首先不讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的作用,而提出一个实际图像处理中遇到的一个问题:在出版、公安、医学、控制等应用系统中,往往需要使用计算机来实现字符的正确识别。字符识别的过程一般是针对字符图像输入,运用一系列的识别算法得到正确的结果。但是,由于各种因素的影响,输入图像的真实性可能会受到一些损害。比如,字符可能由于分辨率不足而失真,最典型的就是字符的断裂和缺口,如图1所示。

由此提出一个问题:怎样将缺口的部分连接起来?引起学生讨论,激发学生兴趣。

由于学生已经学习了前续知识,不少学生可能会提到可以将图像进行低通滤波,即:通过将图像变平滑、模糊,用以造成字符黑色边缘扩散,扩散之后看能否将缺口部分连起来。

于是,教师采用低通滤波方法,利用已有的程序,将该图像进行滤波,图2是截止频率为80时的高斯低通滤波器得到的结果。

学生可能对该方法的效果没有一个客观的认识,可以提醒学生:从上图可以看出,利用高斯低通滤波器可以较好地解决字符断裂和缺损的问题,断裂部分基本连接起来了,为后期的特征提取打下良好的基础,它实际上是一个图像平滑的过程。但是,从图2我们可以看出,输出的图像虽然在断裂处有了明显的改进,但其边缘却产生了过度的模糊,从而在某种程度上可能丢失一些特征信息。此外,一个更为严重的后果是,针对某些线条比较密的字符,对图像的平滑可能会造成线条的互相干涉,如 e字母,上半部分已经进行了过度的模糊,给后期的工作带来一些障碍。因此,寻找一种既可以对字符的断裂进行复原,又可以保证不会将字符图像边缘进行过度平滑的方法就非常重要。由此引出“各向异性扩散的偏微分方程”,并提出它的作用:在垂直于字符边缘的方向不进行平滑,在沿着字符边缘的方向进行平滑。

(2) 建立任务

任务:将图1的断裂字符,断裂部分尽量连接起来,但又不要过度模糊。

任务的核心:在将字符进行平滑的时候,在垂直于字符边缘的方向少进行平滑,在沿着字符边缘的方向进行平滑。

任务难点:

① 怎样知道一个像素点是否在字符边缘?

② 怎样确定垂直于字符的边缘的方向和沿着字符边缘的方向?

③ 怎样进行平滑?

这些问题都可以让学生在课堂上讨论。

(3) 讲解知识

针对第一个问题,怎样知道一个像素点是否在字符边缘?可以引导学生提出“图像灰度变化率”的概念。在边缘处,垂直于边缘的方向,图像灰度变化率是最大的,再次引导学生将其用数学模型表示:即梯度;而平行于边缘的方向,字体内部,图像的背景,灰度变化率最小。

于是,问题变成:在梯度较大的位置,图像不要进行平滑,梯度较小的位置,图像进行平滑。第二个问题得到解决。

通过和学生的互动讨论,由此引出如下公式(具体表达式的含义已在上节叙述,此处不再重复):

并可以强调, 应该是一个关于梯度的减函数,因为当 较大,扩散必须很小,图像的边缘得到保持; 较小,扩散应该很大,图像将会得到平滑。并可以说明,这就是偏微分方程里面最简单的“各向异性扩散的偏微分方程”,也就是本节课要讲解的内容。到此为止学生的兴趣就完全被调用起来了。更重要的是学会了将实践问题抽象为数学理论的方法。

接下来讲解 的选取,选取各种关于梯度 的减函数让学生评价,最后引出比较经典的选取方式:

说明理由,并对 的意义稍作说明。

这些内容讲解完毕,就可以进行离散化,解决第三个问题,在这里可以让学生进行讨论离散化过程,得出如上节的离散化公式。

最后教师可以用该方法做一个实验,图3即为实验效果,可让学生和图2的作比较。

(4) 学生实践

通过上一步的讲解,学生基本了解了“各向异性扩散的偏微分方程”进行图像处理的方法和性质,并通过案例建立了感性认识,该步骤中可以布置一个类似的案例让学生回去练习。并让学生设计不同的函数 进行测试,观察其效果。

(5) 创新搜索与演讲

在布置作业的过程中,可以另外让学生搜索一下当前偏微分方程在图像处理方面的其它的一些应用,最好能够

提出创新观点,将学生分为每5人1组,各选择不同的方面,如图像平滑、图像分割、图像去噪等等。在接下来的课程中,进行演讲,让学生加深认识,培养其创新能力。

3.2教学效果

针对这种方法,我们也设计了一个实验,另外随机抽取50名计算机应用技术专业的本科学生,选修了“计算机视觉”的课程,并且已经学习了“各向异性扩散的偏微分方程”的前续知识,我们用MCLA方法进行讲解,得到的问卷如表所示:

表2MCLA教学方法效果

说明 完全理解(%) 一般理解(%) 无法理解(%)

从上表可以看出,在MCLA方法应用于教学实践之后,学生对该知识点的掌握程度大大加强,并且具有的创新意念更加活跃。

4结束语

该文介绍了MCLA(Model Centered Learning Architecture)教学法在高校计算机难点知识教学中的应用,针对计算机难点知识教学过程中遇到的问题,结合相关经验,将MCLA教学方法应用到教学过程中去,以“各向异性扩散的偏微分方程(PDEs)的图像处理”的讲解为案例,阐述MCLA方法在教学过程中的应用。实践证明,该教学方法能够加强学生对知识的理解,取得了较好的教学效果。

该方法对教师提出了更高的要求。首先,教师应该对知识点特别熟悉,并能和相关应用案例联系起来;另外,并不是每一个知识点都能够寻找到相应的案例,不过可以指出的是,在计算机专业的课程中,大多数知识点都是有案例可循的。

参考文献:

[1] 覃华,苏一丹. 印度NIIT教学法及其在高校教学中应用的研究[J]. 广西大学学报, 2004(9):73-78.

[2] 俞仲文. 关于发展高等技术教育的若干思考[J]. 高等工程教育研究, 2005(2):18-22.

[3]Perona P,Malik J.Scale space and Edge Detection Using An isotropic Diffusion[J].IEEE Trans on PAMI, 1990;12(7); 1629-1639.

[4] 郭克华,刘传才,杨静宇. 有损字符图像复原的偏微分方程方法[J]. 计算机工程与应用, 2007, 43(8):24-27.

[5]Milan Sonka,Vaclav Hlavac,Roger Boyle. Image Processing,Analysis,and Machine Vision[M]. 2nd ed.Beijing:Posts&Telecom Press,2003:69-72.

The Design and Implement of the Basis of Applications of MCLA in Difficult Computer Knowledge Teaching

GUO Ke-hua ,LI Min

(School of Information Science & Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

篇4

（大连东软信息学院电子工程系，辽宁大连116023）

摘要：智能科学与技术概论课程是智能科学与技术专业重要的必修基础课，对整个专业课程体系有概括性的引导作用，对学生深入学习后续课程有很大帮助。文章从智能科学与技术概论课程的教学实际出发，提出该课程的整体课程规划，并根据学生的学习情况验证其适用性。

关键词 ：智能科学；专业基础必修课；课程规划

基金项目：2012年辽宁省普通高等学校本科工程人才培养模式改革试点项目(G2201249)。

第一作者简介：林宝尉，男，讲师，研究方向为计算机视觉、模式识别，linbaowei@neusoft．edu．cn。

0 引言

智能科学与技术概论课程是智能科学与技术专业的必修基础课。学生通过学习基础课，能够了解整个专业的知识构成、体系结构以及发展方向，便于将来学习必修专业课，包括模式识别、人工智能、智能机器人等课程。在这个过程中，如何让学生顺利地过渡到更高层次的专业课学习中，如何提高其学习兴趣，如何帮助学生深入了解各门专业课之间的层次关系，都是该专业设置过程中需要考虑的问题。智能科学与技术概论的规划起到了承上启下的作用。虽然专业导引课也从全局对该专业的情况进行了介绍，但其内容以学生职业引导、兴趣培养为主，对专业课程的设置并无过多展开。因此，智能科学与技术概论课程的设置十分必要。

1 课程规划设置

1.1 能力指标

课程将学生的能力体系分为5个部分：技术知识与推理能力、开发式思维与创新、个人职业能力、态度与习惯、时间构思设计实现和社会贡献，与其对应的二级、三级及详细指标见表1。每个能力指标平均对应4个学时，共32个学时。

1.2 讲授方式

(1)精讲多练。通过讲解智能科学的相关内容并结合相关实验，让学生掌握智能科学的基础知识，提高其学习兴趣，为后续课程的学习打下良好基础。

(2)以项目为导向组织教学，通过案例教学，将构思、设计、实施和运行引入教学过程中。

(3)鼓励学生自主学习，加强基本职业能力的训练。教学过程中注意互动和引导，运用讲授教学、练习教学、实验教学、案例教学等多种教学方法完成教学任务。

(4)教学实施过程中，提供丰富的教学资源，如多媒体课件、案例、网络资源、优秀学生作品和外文技术资料等。

(5)对学生进行多方面考核与评价。结合课程实施过程，从知识掌握、能力水平、态度表现等方面，对学生进行全方位的考核。

1.3 讲授内容

该课程讲授内容分为3个单元，具体内容如下。

单元一：智能科学导论，主要涉及智能科学与技术的目标界定、学科分类、涉及范围、学科定位、人类认知以及学科简史等知识点。该单元将在2个学时中完成，并要求学生课外学习2个学时。

单元二：学科基础理论知识，主要涉及机器系统、视觉感知、高级语言编程等知识点。该单元主要介绍支撑学科的相关课程，并在实践课中使用高级语言编写简单系统。该单元共10个课时，其中包括4个实践课时。

单元三：专业课介绍，主要涉及数字图像处理介绍、模式识别介绍、计算机视觉介绍、智能机器人介绍等相关必修专业课的入门介绍，并在每次课程结束后配合实践编程、工具使用、机器人搭建等实践环节提高学生的学习兴趣，使其全面认识后续专业学习。该单元共20个学时，其中包括12个实践课时。

1.4 实验设置

实验课程共16个学时，包括4次实验，详细内容如下。

实验一：数字图像处理实验。使用课程中讲授的Matlab语言，实现数字图像的傅里叶变换、边缘检测功能。该实验共4个课时，配合单元一以及单元二的部分知识点，使学生基本掌握Matlab编程语言，并理解数字图像处理的基本知识。

实验二：模式识别机器学习实验。该实验利用高级程序语言，实现数据的SVM算法以及KMeans算法，让学生理解模式识别以及机器学习等知识。该实验共4个学时。

实验三：计算机视觉实验。使用图像拼接、3D场景重建等相关专业工具，实现二维图片的3D重现。该实验共4个学时。

实验四：机器人实验。学生在机器人实验室，实际动手组装博创模块化机器人，并编程实现机器人运动调试。该实验共4个学时，实验地点为模块化机器人实验室。

1.5 结课考试

在教学的各个环节，教师从出勤情况、日常表现、作业、实验、结课项目及结课报告的完成情况对学生进行全方位的考核，其中结课项目、调查报告及实验作业占最终成绩的90%。结课项目为小组项目，4个学生为一个小组完成系统的设计、编写、调试等步骤，并组织5名教师对每个小组进行答辩考核。

2 问题及改进

学校于2012年申请创办智能科学与技术专业。该专业培养学生掌握计算机基础、电子电路、控制方法、智能信息处理与识别等基本知识，使其具备信息处理、自动控制、人工智能系统开发等基本能力。智能科学与技术概论课程在大二下学期开设，共32学时，其中理论教学16学时，实践教学16学时。通过理论教学和实践教学，学生了解了智能科学的基础理论知识，掌握该专业核心专业课的关系，认识相关后续课程，并能够使用简单的算法和工具，为日后深入学习专业课打下良好基础。

2.1 教材选择

由于本专业办学时间较短，没有足够的针对智能科学与技术概论的教材可供选择。现阶段使用较多的教材为《智能科学与技术导论》以及《智能科学》。《智能科学与技术导论》是钟义信主编、北京邮电大学出版社出版的、适合智能专业大一新生使用的专业教材，对整个专业有详细的介绍，适合作为新生的专业导引课程，安排16个学时较为合适，并不适于我校智能科学与技术概论课程的要求。《智能科学》是史忠植主编、清华大学出版社出版的专业教材，该教材对整个智能专业的重要内容都有涉及，系统地介绍了智能科学的概念和方法，吸收了脑科学、认知科学、人工智能、数理逻辑、社会思维学、系统理论、科学方法论和哲学等方面的研究成果，适合高年级学生使用，安排64个学时较为合适，也不适于我校情况。

鉴于上述原因，我们设计该课程时，前半部分理论知识介绍使用了《智能科学与技术导论》，后半部分专业课程介绍使用自制课件。经过2轮的教学实践以后，我们将根据教材使用情况编写自用的讲义教材。

2.2 内容设计

该课程内容会介绍智能专业的重要专业课，但要在32学时内完成所有专业课程的介绍，并保证该课程内容不与专业导引课以及智能信息处理导引课冲突，难度很大，因此选择最合适的讲授内容，对于该课程的授课效果非常重要。

在授课过程中我们发现，学生对简单的数字图像处理、计算机视觉的流行应用以及动手要求强的机器人课程兴趣较大，但对数学推导要求较高的模式识别、机器学习等课程接受程度较低。该课程的教学目的是让学生了解相关课程的意义、历史、发展等知识，所以，建议加大实验动手课程的课时比例，让学生多使用相关知识、算法和应用，尽量避开复杂的数学推导。

2.3 资源配置

学校的智能科学与技术专业创建于电子工程系，依托电子系的软硬件实验室，培养学生的软硬件知识储备，提高学生的实际动手能力。其中，软件算法将配合嵌入式设备进行硬件集成，并指导学生设计具有智能算法应用的硬件设备。教学过程中将使用校实验室中的模式识别嵌入式开发板、博创模块化机器人平台以及Turtlebot智能机器人平台。该课程在实际讲授时，理论课以及算法相关实验在大班进行，硬件实践课程在小班进行，能取得较好的授课效果。

3 实施效果

在该课程设计内容的指导下，智能科学与技术概论已经完成了2轮的课程教学，并在课程结束后组织学生填写调查问卷。题目分两类，第一类包括课程目标是否清晰、该课程能否提起学生对该专业课的学习兴趣、该课程的实验设计能否有效提高学生的动手能力，以及该课程的内容相关设计是否优秀。统计结果如图1所示。除极个别学生外，大多数学生都选择了符合以及完全符合，说明该课程设计可以满足教学要求。第二类问题总结学生在课程中获取的知识能力，包括编程调试、理论知识应用、信息获取、技术文档写作、自主学习、分析问题、解决问题等，为多选题。从图2可以看出，学生对各项能力的认可率均超过50%，其中信息获取、分析问题等能力的认可率接近80%，说明该课程设计基本满足教学目标。

4 结语

智能科学与技术概论对智能专业学生的深入学习起到了重要的引导作用。我们根据自身的实际情况出发，设计出适合该专业学生的课程设计安排。经过两轮的实施效果证明，该课程的设计方式比较适合学生。随着课程的持续，我们将不断解决存在的问题，并编写适合我校学生使用的教材。

参考文献：

[1]钟义信，智能科学技术导论[M]．北京：北京邮电大学出版社，2007.

[2] Edward FC，Johan M，Soren O．重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M]．顾佩华，沈民奋，陆小华，译．北京：高等教育出版社，2009．

篇5

关键字： OpenCV； 自适应阈值； 图像分割； 固定阈值

中图分类号： TN919?34； TP32 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）24?0073?04

Research and implementation of image threshold segmentation based on OpenCV

LEI Jian?feng， WANG Wei

（Capital Medical University， Beijing 100069， China）

Abstract：The image threshold plays a very important role in image segmentation. In the OpenCV algorithm environment， the fixed threshold algorithm and adaptive threshold algorithm are emploied respectively to process the same image by calling the corresponding function in OpenCV. The noise in the image is eliminated in combination with the filtering function of Gauss fuzzy algorithm. The image segmentation algorithm was analyzed by means of Gauss fuzzy and thresholding algorithm. The results show that the adaptive threshold algorithm can perform image segmentation more efficiently.

Keyword： OpenCV； adaptive threshold； image segmentation； fixed threshold

1 OpenCV简介

OpenCV是一种开源的软件，采用基于C/C++语言编写，OpenCV可以在多种操作系统上运行同时为其他软件提供了多种接口。在数据类型上OpenCV提供了多种基本数据类型。虽然这些数据类型在C语言中不是基本类型，但结构都很简单，可将它们作为原子类型。OpenCV 主体分为5个模块，其中4个模块如图1所示。

图1 OpenCV基本结构图

OpenCV的目标是为计算机视觉提供基本工具，在处理计算机视觉中一些很复杂的问题时，可以利用OpenCV提供的高层函数有效地解决这些问题。OpenCV有一个强大的函数库，它可以提供基本函数为大多数计算机视觉问题创建一个完整解决方案。

2 图像分割

图像分割[1]是图像分析中很重要的基础环节，只有准确地将对象从图像中提取出来，才能进一步对该对象做定量的描绘。图像分割又是比较困难的环节，因为在许多情况下，对象与背景之间很难区分。所以图像分割算法已经成为图像处理[2]和分析领域中研究的热点，并且到目前为止没有一种通用的分割算法对各种图像均能得到满意的分割结果。图像分割的准则实质是将一幅图像分成几幅子图像，并且满足3个条件：

（1）图像中的每一个像素必须被归入某一子图像，并只能属于一个子图像；

（2）属于同一子图像的像素在某种性质上是相近的；

（3）属于不同子图像的像素在该性质上相差很大。所谓性质指的是如灰度、灰度梯度、纹理以及空间位置等。因此，图像分割的过程也就是按性质对像素进行分类和识别。

图像分割[3]方法一般有2类：

（1）基于边界分割方法，这种方法通过子图像之间一般都有明显的边界。假设图像中只有2个子图像，子图像不存在多个互不连通的区域；

（2）基于阈值方法，这种方法首先根据像素的某个特征确定分割阈值，然后将像素的这个特征值与此分割阈值相比较，并以此决定将该像素归入哪一类子图像。通常将像素的灰度作为特征来选择阈值。

2.1 VC6.0下OpenCV的安装及环境搭配

（1）下载OpenCV安装程序（1.0版本）。假如要将OpenCV安装到C：＼Program Files＼OpenCV。在安装时选择“将＼OpenCV＼bin加入系统变量”。或安装完成后手动添加环境变量“C：＼Program Files＼OpenCV＼bin”。

（2）启动VC++ 6.0，菜单Tools?>Options?>Directories：先设置lib路径，选择Library files，在下方填入路径： C：＼Program Files＼OpenCV＼lib然后选择include files，在下方填入路径：

C：＼Program Files＼OpenCV＼cxcore＼include

C：＼Program Files＼OpenCV＼cv＼include

C：＼Program Files＼OpenCV＼cvaux＼include

C：＼Program Files＼OpenCV＼ml＼include

C：＼Program Files＼OpenCV＼otherlibs＼highgui

C：＼Program Files＼OpenCV＼otherlibs＼cvcam＼include

（3）每创建一个将要使用OpenCV的VC Project，都需要给它指定需要的lib。菜单：Project?>Settings，然后将Setting for选为All Configurations，然后选择右边的link标签，在Object/library modules附加上：cxcore.lib cv.lib ml.lib cvaux.lib highgui.lib cvcam.lib如果不需要这么多lib，你可以只添加你需要的lib。

2.2 利用OpenCV进行图像阈值分割

阈值分割是传统的图像分割方法，因其实现简单，性能较稳定而成为图像分割中最基本和应用最广泛的分割技术[4]。它适用于目标和背景有不同灰度级范围的图像，而且总可以得到封闭且连通区域的边界。

2.2.1 阈值分割的概念

阈值分割法是一种基于区域的图像分割技术，其基本原理是：通过设定不同的特征阈值，把图像象素点分为若干类[5]。通常将像素的灰度作为特征来选择阈值。首先设原始图像为f（x，y），然后按照一定的准则f（x，y）中找到特征值T，将图像分割为2个部分，分割后的图像为： 若取b0=0（黑），b1=1（白），即为图像二值化。该方法的特点是可以减少数据量，而且简化了分析和处理步骤，因此该方法是进行图像分析、特征提取与模式识别之前的必要的图像预处理过程。图像阈值化的目的是要按照灰度级，对像素集合进行一个划分，使每个子集形成一个与现实景物相对应的区域，各个区域内部具有一致的属性，而相邻区域具有不同的属性。这样的划分可以通过从灰度级出发选取一个或多个阈值来实现。

2.2.2 OpenCV实现阈值分割方法

OpenCV实现阈值分割方法[6]：

（1）固定阈值分割，在OpenCV中实现固定阈值分割的函数是cvThreshold（），函数 cvThreshold（）对单通道数组应用固定阈值操作。其基本的思想是，给定一个数组和一个阈值，然后根据数组中的每个元素的是低于还是高于阈值而进行一些处理。

（2）自适应阈值分割，在OpenCV中实现自适应阈值分割的函数AdaptiveThreshold（），此函数有2种不同的自适应阈值方法。

2.2.3 基于MFC的OpenCV阈值分割的实现

OpenCV 库是使用“IplImage”结构体来创建和处理图像，在其库函数中，最重要的结构体就是IplImage 结构，使用这种格式的特点是：可以比DIB 格式表示更多的图像性质，而且可以更方便地存取图像中的像素值[7]。定义该结构体变量时，需要用到函数cvCreateImage，定义方法如下：

IplImage *src=cvCreateImage（cvSize（800，600），IPL_DEPTH_16U，3）；

在VC6.0 中新建MFC AppWizard（exe），添加支持OpenCV 的库文件，如cxcore.lib cv.libml.lib cvaux.lib highgui.lib cvcam.lib 等，使得VC能够调用OpenCV 的库函数。

（1）固定阈值算法

OpenCV 中使用固定阈值对图像进行二值化的函数是cvThreshold（），函数具体定义为：

Double cvThreshold（

CvArr* src，

CvArr* dst，

double threshold，

double max_value，

int threshold_type）；

该函数的特点是只能处理8位或浮点灰度图像。目标图像必须与源图像的类型一致。每个阈值类型threshold_type对应于一个特定的比较操作如表1所示，该比较操作在源图像第i个像素（srci）和阈值（T）之间进行。根据源图像的像素和阈值之间的关系，目标图像的像素dsti 会被设置为0， srci 或者max_value。当threshold_type 被设置为CV_THRESH_BINARY 时，如果源图像第i 个像素（srci）大于阈值T，则目标像素dsti 被设置为最大值max_value。否则目标像素dsti 被设置为0[8]。

表1 cvThreshold（）中阈值类型选项和对应的操作

以下是本文测试基于MFC的OpenCV高斯模糊算法部分核心代码：

//定义IplImage 结构体存放高斯模糊后的目标图片

IplImage* pImg8uSmooth= NULL；

IplImage* pImg8u= NULL；

//建立3 通道图像，图像大小与输入图像的大小相同的IplImage 结构体

pImg8uSmooth = cvCreateImage（cvGetSize（img），IPL_DEPTH_8U， 3）；

//使用高斯模糊方法对输入图像进行滤波

cvSmooth（ img， pImg8uSmooth，CV_GAUSSIAN，3，0，0）；

//创建窗口，显示高斯模糊后的图像

cvvNamedWindow（ "Smooth Image"， 1 ）；

cvvShowImage（ "Smooth Image"， pImg8uSmooth）；

以下是基于MFC 的OpenCV 固定阈值化算法部分核心代码：

//建立IplImage 结构体存放图片

IplImage* Thresholdimg=NULL；

//设定固定阈值为15（该值为参考值，实际测试程序时，可以根据具体程序设置为其他测试值）

double threshold = 15；

//设定阈值类型为CV_THRESH_BINARY

int threshold_type = CV_THRESH_BINARY；

//对上一步中进行过高斯模糊的图像进行固定阈值化处理

cvCvtColor（pImg8uSmooth， Thresholdimg， CV_BGR2GRAY）；

//固定阈值化处理

cvThreshold（Thresholdimg，It，threshold，255，threshold_type）；

（2）自适应阈值算法

针对有很强照明和反射梯度的图像，图像中像素分布很不均匀，要想对图像处理得到效果较好的二值化效果，很难通过某一个或者某几个固定的阈值来实现。在这种情况下，需要根据梯度进行阈值化，于是便有了自适应阈值算法[9]。

自适应阈值算法是OpenCV 中的一种改进了的阈值化处理技术，使用的阈值本身就是一个变量，这种方法由函数cvAdaptiveThreshold（）实现，其具体函数为：

Void cvAdaptiveThreshold（

CvArr* src，

CvArr* dst，

double max_val，

Int adaptive_method=CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C，

Int threshold_type=CV_THRESH_BINARY，

Int block_size=3，

Double param1=5）；

cvAdaptiveThreshold（）有两种不同的自适应阈值方法，可以用参数adaptive_method进行设置。在这两种方法下，自适应阈值T（x，y）在每个像素点都不同。通过计算像素点周围b×b区域加权平均，然后减去常数得到自适应阈值，b由参数block_size 指定，常参数由param1 指定。当adaptive_method = CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C 时，对区域所有像素平均加权；当adaptive_method=CV_ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C时，区域中的（x，y）周围像素根据高斯函数按照它们离中心的距离进行加权计算。最后参数threshold_type和表1中的一样。

本方法对于有很强照明或反射梯度的图像，需要根据梯度进行阈值化时，自适应阈值技术与其他技术相比就有很好的效果。本文是在adaptive_method=CV_ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C时使用高斯模糊算法对输入图像进行去噪滤波，之后用cvAdaptiveThreshold （）函数对高斯滤波之后的图像进行自适应阈值化处理。具体核心代码如下：

//定义IplImage 结构体存放自适应阈值化后的目标图片

IplImage* AdpThresholdimg=NULL；

//设定阈值类型为CV_THRESH_BINARY

int threshold_type = CV_THRESH_BINARY；

//设定自适应阈值方法为CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C 方法

int adaptive_method = CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C；

int block_size = 71；

//设置减去的常数值，以得到自适应阈值

double offset = 15；

//建立Iat 指针存放自适应阈值化处理后的图像结构体，作为输出图像

Iat = cvCreateImage（cvSize（Igray?>width，Igray?>height），IPL_DEPTH_8U， 1）；

// AdpThresholdimg 存放经过高斯模糊处理的图像结构体，作为输入图像

AdpThresholdimg=cvCreateImage（cvGetSize（img），IPL_

DEPTH_8U， 1）；

//进行自适应阈值化处理，

cvAdaptiveThreshold（AdpThresholdimg， Iat， 255， adaptive_method，

threshold_type， block_size， offset）；

//创建窗口，显示自适应阈值处理后的图像

cvNamedWindow（"Adaptive Threshold"，1）；

cvShowImage（"Adaptive Threshold"，Iat）；

经过上述两种算法处理的图像如图2～图4所示。

图2 原始图

图3 固定阈值分割

图4 自适应阈值分割

3 结 语

本文介绍了基于OpenCV 的图像处理并给出了实例，利用OpenCV 中的函数使图像处理[10]问题变得很简单，具有很强的实用价值，通过图2和图3的图像处理后的效果，发现自适应阈值相较于固定阈值有着较好的特征提取效果。当使用固定阈值时，无法分割出图像中需要的信息，而使用自适应阈值，可以有效地分割出图像中的有用信息。

注：本文通讯作者为汪伟。

参考文献

[1] 韩思奇，王蕾.图像分割的阈值法综述[J].系统工程与电子技术，24（6）：91?94.

[2] 陈胜勇，刘盛.基于OpenCV 的计算机视觉技术实现[M].北京：科学出版社，2008.

[3] 黄春艳.图像分割若干算法研究[D].开封：河南大学，2011.

[4] 赵春燕，闰长青，时秀芳.图像分割综述[J].中国科技信息，2009（7）：41?43.

[5] 刘爽.图象分割中阈值选取方法的研究及其算法实现[J].电脑知识与技术，2010（11）：68?70.

[6] .图像分割算法研究[J].福建电脑，2009（3）：27?35.

[7] 高秀娟.图像分割的理论、方法及应用[D].长春：吉林大学，2012.

[8] 刘瑞祯，于仕琪.OpenCV 教程基础篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

篇6

【关键词】3D MAX；虚拟；建模；运用；自控元件

0 引言

三维模型获取是计算机图形学和计算机视觉领域的一个基本研究问题。然而，利用建模软件（比如3D MAX和Maya等）手工进行三维模型构建是一项十分繁琐和代价昂贵的工作。因此，研究如何从现实世界直接和快速地获取三维模型，成为该领域的热点研究问题。目前，现实物体的三维结构获取作为一种数字存储和记录技术，在物体建模、场景建模、真实感绘制、机器人导航、目标识别和三维测量等科学和工程领域以及考古学、广告、娱乐等其他文化领域有广泛的应用需求。

1 研究现状

客观世界在空间上是三维的，而现有的图像采集装置所获取的图像是二维的。尽管图像中含有某些形式的三维空间信息，但要真正在计算机中使用这些信息进行进一步的应用处理，就必须采用三维重建技术从二维图像中合理地提取并表达这些三维信息。三维重建技术能够从二维图像出发构造具有真实感的三维图形，为进一步的场景变化和组合运算奠定基础，从而促进图像和三维图形技术在航天、造船、司法、考古、工业测量、电子商务等领域的广泛深入的应用。

1.1 三维信息的获取

三维信息获取的技术手段多种多样，通常，人们获取物体三维模型的方式有三种：第一种方式利用建模软件构造三维模型；第二种方式通过仪器设备获取三维模型；第三种方式利用图像或者视频来重建场景的三维模型。

图像是二维数据，但是在关于某一场景或物体的一幅或者多幅图像中可以找到许多线索，从中人们能够推知图像所记录的场景或物体的几何信息。这些线索包括物体边与边之间的几何关系、两幅图像的视差关系、两幅图像征点的对应关系以及物体轮廓信息等等。这些线索是场景中物体所具有的，称为“被动线索”。有时候根据需要还可以创造线索，如在物体表面上用光线打上条纹或者制造出阴影，这样的人造线索称为“主动线索”。

对于使用主动线索的方法而言，又可以分为以下两类。第一类利用场景中已知形状的物体或者某些简单几何元素之间的关系进行建模。第二类使用物体的轮廓信息，物体在图像上的轮廓是理解物体几何形状的一个重要线索。

对于以上所述可以用图1来表示。

1.2 3D MAX 软件

3D是three-dimensional的缩写，就是三维图形。在计算机里显示3D图形，就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间。人眼有一个特性就是近大远小，就会形成立体感。计算机屏幕是平面二维的，我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识，三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。

2 三维场景的制作

三维场景的制作主要分8个步骤：

（1）方案分析：按照设计草图确定各部分的尺寸、材料、样式以及方案的风格、色调，还要准备一些照片或图片为参考。方案分析时还要确定建模的顺序和方法、灯光布置的初步方案，并确定哪些需要在3DMAX完成，哪些需要在photoshop中调整及合成。

（2）创建框架：这一步是为确定视角做准备，模型应该尽量精简，但各部分的距离和比例关系应该准确。

（3）建立摄像机：首先要确定摄像机的视角，视角应突出空间的特点，位置和方向应尽量开阔。

（4）精确建模：建模应在摄像机的视野范围内做，看不到的部分不用建模。模型的复杂程度应在满足效果的情况下，越简单越好，模型过于复杂，在展示效果图中看不出差别，白白增加了建模和修改的时间以及电脑渲染的时间。

（5）编辑材质和贴图：在3DMAX中材质与贴图的建立和编辑都是通过材质编辑器来完成的。并且通过最后的渲染把它们表现出来，使物体表面显示出不同的质地，色彩和纹理，材质在三维模型创建过程中是至关重要的一环。

（6）设置灯光：打灯光时应尽量参考类似空间的照片或图片的灯光效果，而不要凭空想象。用3DS MAX里的灯光模拟出真实光线的效果，并要考虑画面的艺术效果。

（7）渲染输出：确定渲染输入的尺寸大小，该大小将决定图像的用途以及清晰程度。

（8）后期处理：渲染合成展示效果图并在photoshop中修改亮度、对比度以及细腻的光影变化，还要加上人物、植物、小饰品等配景。这些部分在photoshop中做既省事又出效果。增加配景时又要注意，样式、颜色和风格应与整个空间协调统一，还要考虑画面的构图。

三维场景的制作步骤如图2所示。

3 案例分析

本次建模样本位于山东省煤田地质局物探测量队（山东中煤物探测量总公司），地址：山东省泰安市泰山大街西段，此次我要做的内容是办公大楼的三维立体建模。

3.1 基本框架的建立

首先修改系统单位，以方便数据之间的转换，将办公大楼的CAD底图导入3DMAX中，根据平面图的二维样条线生成三维模型，用挤出或切片的方法先建立出办公楼的基本框架。基本框架如图3所示：

在办公楼的粗模建立起来以后，要用之前对模型各个角度拍摄之后的照片，对这些照片用photoshop进行分析处理编辑，切出关键部位，对模型进行材质的粘贴，需要注意的是这些图片的大小必须都为2的幂次方，部分所需贴图如图4所示。

粘贴材质之后的效果渲染图如图5所示。

3.3 灯光的设定

在灯光布置阶段，只需按照实际灯光的位置和类型进行布置即可，架设上灯光之后的四个视图如图6所示：

3.4 后期处理

用Light scape进行渲染，首先是灯光的定义，包括日光的窗口定义和日光的强度等，然后调整各个材质的参数，准确定义物体的物理属性，再进行光能分析计算，再进行各项参数的仔细调整，最后渲染输出，调整图像的亮度、颜色、饱和度、对比度，修补渲染中留下的缺陷，加入室外的配景，最后完成作品，经过渲染调色之后的图片如图7所示。

【参考文献】

[1]赵一鸣，吴署曼，潘志庚.网上3D虚拟商场的设计与实现[J].系统仿真学报，2003.

[2]崔明.基于图像序列的三维模型重建[J].系统仿真学报，2005.

[3]王莉莉，刘嵘.基于图像的几何三维重建方法[J].系统仿真学报，2001，（13）.

[4]高靖斌，赖远征.Auto CAD2005建筑图形设计实例教程[M].清华大学出版社，2005.

[5]孙启善，胡爱玉，王玉梅.3D MAX/Vray1.5效果图制作完全自学手册[M].北京希望电子出版社，2009.

篇7

关键词：计算机组成原理 混合教学模式 二类本科 能力培养

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2017）02-0029-02

1 前言

计算机组成原理是普通高等院校计算机专业本科生必修的核心基础课程之一，在计算机硬件系统课程群中起着承前启后的作用[1]。一方面，从部件结构的角度，计算机组成原理课程基于数字逻辑课程讲授如何将基本数字逻辑单元组合成计算机功能部件。另一方面，从计算机系统层次和指令集的角度，它引导学生深入理解程序和指令在计算机中的执行过程，并建立起完整的计算机系统整机概念，为学生学习后续课程（如计算机操作系统、计算机接口与技术、嵌入式系统等）提供必要的专业基础。

2 课程现状

在大多数高等院校的本科教学中，计算机组成原理一直存在着“难教难学”的问题。经分析，我们发现该课程 教学存在着以下几对矛盾：

（1）课程内容多而课时少。计算机组成原理涵盖了计算机系统概论，存储器、运算器、控制器、总线、输入输出系统、指令集等多项内容，而课时相对较少，在我校仅为48学时。这使得知识讲授泛而不精，学生无法深刻理解所学知识，久而久之便失去学习的兴趣。

（2）理论抽象难懂而教学方法陈旧。计算机组成原理除了讲授计算机各主要功能部件的结构、组织方式和工作原理，以及主要功能部件之间的相互联系之外，还讲授主要功能部件的设计方法。多数学生对该课程的评价是“原理难懂、概念抽象”。然而，由于课程内容多，教师授课时通常采用传统的“填鸭式”教学方法。课堂上，学生只是被动听讲和记录，没有时间进行充分思考，师生之间也缺乏互动。这种教学方法显然不利于学生对抽象难懂内容的理解和掌握。

（3）基础性原理与日新月异的应用技术之间的矛盾。如现代计算机早已不采用冯.诺依曼结构，而计算机组成原理讨论的是模型机，不涉及任何机型。书本与实际的距离造成学生误认为该课程“难懂而无用”，从而丧失学习兴趣。

（4）实验方法与学生创新意识培养的矛盾。计算机组成原理的课程实验多使用实验箱。实验箱结构无法更改，箱内部件难以更改和扩充。受实验箱的局限，计算机组成实验多为验证性实验，不利于创新意识的培养。

3 教学改革

如何对计算机组成原理课程进行改革以提高学生的学习兴趣、改善学习效果？下面，本文从计算机组成原理课程的教学内容、教学模式、实践教学这几个方面对计算机组成原理的教学改革进行有益的探讨。

3.1 教学内容改革

计算机组成原理内容多且抽象，而理论课时少，如我校计算机系，该课程只有48学时，其中理论课40学时，实验课8学时。因此，对于该课程内容的讲解不可能面面俱到，必须分重点、有侧重地去讲。站在计算机硬件系统课程群的角度上，我们对计算机组成原理及其前导、后续课程的内容进行梳理。确定该课程的重点内容为三大功能部件（即存储器、运算器、控制器）的内部结、组织方式、工作原理、基本分析和设计方法。该课程的难点则在于如何以控制流和数据流为主线，将计算机功能部件联系起来，建立整机概念（如CPU与存储器的逻辑关系，控制器如何控制每一条指令的执行过程），以及三大功能部件的设计方法。

对于计算机组成原理的前导课程（计算机基础、数字逻辑、汇编语言等）讲授过的内容，如定点数、进制转换、状态机等，可以采用课堂提问、随堂作业或测验等方式帮助学生复习和回忆。对其后续课程（操作系统、计算机系统结构、单片机接口技术等）的内容，如虚拟存储、CPU与存储器之间的连接、输入输出系统、寻址方式、流水线技术等，只讲述基本概念和原理，不作深入分析。

3.2 教学模式改革

随着计算机网络和通信技术的发展，大规模开放课程（Massive Open Online Courses，简称MOOC）在教育界日益受到关注。MOOC以“短视频+交互式练习”为学习模式，以教学互动为特点的一种大规模、开放型的在线网络课程。MOOC的优势是不受时间和地点的限制，没有先修条件[2]，任何人都可参与在线学习。然而，这一优势也造成了MOOC课程的通过率不高，使得它不适用于大学必修课程。因此，一种被称为“小规模受限在线课程”（small private online course，简称SPOC）的教学模式在国内外高校悄然兴起。SPOC基于MOOC平台，但其规模小（一般在几十人至几百人之间），并对学生设置准入条件，只有达到要求的申请者才能学习SPOC课程，很好地克服了MOOC的缺点。

通常，SPOC由在线课程和翻转课堂结合而成：在线课程是由教学微视频、相关资料、在线作业、在线测验、在线讨论等组合而成，供学生线上自主学习；翻转课堂以学生为主体，教师作为组织者和引导者，引导学生就在线课程上的知识点进行汇报、讨论、答疑等。SPOC教学模式如图1所示[3]。

与传统的“以教师为中心”的教学模式不同，SPOC“以学生为中心”。在SPOC教学模式下，整个学习过程以学生为本，教师作为指导者和组织者，不断调动学生的学习兴趣，让学生自主地、探究地去学习。SPOC教学模式的特点如下：（1）线上课程按知识点分解成许多10～15分钟的微课程，方便学生进行碎片化学习；（2）每段微课程嵌入测试题，学生必须正确解答才能继续学习，因此学生看课程视频时注意力必须高度集中；（3）线上功能强大，教师可设置单元测试、批改作业、开展讨论，对学生的学习进行过程监督，对学生的学习效果进行分析；（4）线下课堂交互性很强，改传统的“教师讲授”为“师生交流”，如教师组织学生进行学习汇报和讨论，随堂测试和答疑，等等。

由此可见，SPOC教学模式顺利进行的关键在于学生，它要求学生具有较强的学习主动和能动性，能够自觉自律地在线学习并积极思考。然而，对于二类本科院校的学生而言，大部分学生的自我约束力较差，很难做到在进入课堂之前不折不扣地完成在线课程的学习任务。这是SPOC教学模式在二类本科院校推广困难的最根本原因。

受SPOC教学模式的启发，我们提出一种新的混合教学模式，即“课堂教学+线上复习”混合教学模式（如图2所示）。

在“课堂教学+线上复习”混合教学模式中，课堂教学采用多种教学方式。如启发式教学方式，通过设置疑点、提出悬念来激发学生探求知识的欲望，培养学生敢于提出问题、积极思考问题的良好习惯。此外，还采用案例化教学方式，使抽象的概念和理论变得生动具体。如，在讲述定点数和浮点数时，采用C语言中的两种数据类型――int型和float型，作为案例，并运行一段C程序来帮助学生理解“数在计算机中的表达”。在讲授总线这一章时，打开PC机，让学生了解现代计算机的总线结构。在讲授控制器时，以“模型机”为案例，对指令系统、数据通路、指令执行过程进行分析。

计算机组成原理知识点多且抽象，这就要求学生必须及时消化课堂内容。借助“在线复习平台”的在线测试和在线讨论功能，教师可以有效地督促学生及时进行课后复习。“线上复习”内容包括：难点和重点内容的微视频，基于课堂内容布置的在线作业、在线自测题、在线讨论等。其中，在线自测和在线作业必须在规定时间提交，以确保学生在下次进入课堂前完成复习内容。

3.3 实践教学改革

改传统的基于实验箱的验证型实验为基于EDA平台的设计型实验，引导学生主动思考，培养他们的创新意识和创新能力。

根据课程内容构建多层次实践教学体系。将实践教学分为“课程内实验”和“课程设计”两个层次。

课程内实验为第一层次，要求学生在Quartus和Modelsim仿真平台上设计模型机的主要功能部件――分频器、寄存器堆、存储器、运算器。控制器的设计较为复杂，涉及指令集、数据通路、指令执行过程、节拍等诸多理论，将它作为课程设计的内容之一。课程设计为第二层次，其要求较高，不仅要求学生将控制器和在课程内实验中完成的各功能部件进行组合，在仿真平台上完成一个单周期处理器的简单模型机的设计，而且要求学生将模型机下载到FPGA板上进行测试。

考虑到计算机组成原理课时少，我们采用SPOC模式进行实践教学，在网上实验教学微视频和与模型机设计资料，要求学生在上实验课之前进行在线学习，鼓励学生带着问题进入实验室与教师或助教进行探讨。为保证学生有充裕的时间进行课外学习和实验，我们在计算机组成原理的开课初期就将课程设计任务布置下去，同时开放硬件实验室，并定期开展网上讨论。

4 结语

2015年，我们依靠学校的网络教学平台构建了计算。机组成原理课程的在线复习平台。从2015年的教学实践来看：“课堂教学+线上复习”混合教学模式提高了学生的学习主动性和自律性，增强了学习效果；教学实践的内容和教学模式的改革提高了学生的学习兴趣，增强了他们的实际动手能力。

课程教学改革是一项长期工程，计算机组成原理课程中存在的教学问题也不是仅凭一两次教学改革就可以完全解决，如计算机组成原理课程存在的教材更新滞后，教学内容相对陈旧等问题[4]。这需要授课教师密切关注计算机系统领域内的新技术、新成果，不断更新自身的知识结构，争取更好的教学效果。

参考文献：

[1] 姜姚爱红，武俊鹏，等.“计算机组成原理”教W改革实践[J]. 计算机教育，2013（2）：9-13.

[2] 黄岚，袁钢，程新荣，等.基于SPOC理念的计算机组成原理课程互动教学研究[J].计算机教育，2015（第13期）：15-18.

[3] 宋晓玲.基于SPOC的高职计算机基础课程混合教学模式探究[J].当代职业教育，2016年第1期：20-22，48.

篇8

道路交通本身是一个极为复杂的系统，由人、车、道路、环境等诸多要素组成，并呈现动态分布，这给交通事故的处理带来了一定程度的影响。一般来说，交通事故的处理分为受理报案、现场处理、责任认定、裁决处罚、损害赔偿调解、向法院六个步骤，根据事故的大小和当事人的意愿将有所差异，因此处理的时间也有很大的不同。但无论如何，日益呈现出这样一个十分严峻的问题：传统的处理方法很难适应当前的社会发展需求。快速的生活节奏，复杂的环境因素，尤其是事故人员的跨地域性日益占据着较高的比例，都增加了交通事故处理的复杂性。

2现行道路交通事故处理的几种有效的解决方法

2．1利用模糊责任加快处理进程

福建省厦门市公安局交警支队突破传统观念，在道路交通事故处理过程中，创造性地提出“模糊责任”概念，使困扰道路交通事故快速处理“现场定责难”的问题迎刃而解。运用“模糊责任”概念10多年以来，全市道路交通事故快速处理率始终保持在90%以上，目前已达到98%。大大降低道路交通事故责任认定难度[1]。模糊责任简化了处理流程，省略或者弱化了次要环节，将责任认定的结果也进行了一定程度的统一。并提供了相关的机制和平台，对尚未或者可能引起纠纷的事故进行相应的处理，完善了处理流程。与此同时，事故的快速处理，本身也是一种交通拥堵的缓解措施。

2.2利用交通事故快速定位系统提供效率

当事故发生，其处理效率将直接影响受伤人员的医疗救助和交通畅通程度[2]。因此，对交通事故的快速定位将显得十分重要。我们可以通过计算机、摄像机、照相机、监控设备等对事故现场进行取证并进行相应的处理，比如可以通过基于计算机视觉的交通事故快速定位系统，对采集的交通图象进行去噪处理，提供图象质量，综合利用小波变换方法提取交通事故特征，通过计算机视觉技术进行快速的定位[3]。本方法是通过计算机进行辅助处理，快速分析现场的图像资料，缩短人为参与的时间，从而提高了事故处理的效率。

2.3利用PC-CRASH软件快速确定事故责任方

PC-CRASH是一款交通事故再现软件，事故分析的过程主要是根据事故现场的采集、记录、调查与分析，将事故涉案车辆由碰撞后的终止位置反推回碰撞过程，再反推回碰撞前的运行状态，来分析事故原因，然后根据有关法律规定进行责任认定[4]。由于道路、环境以及人为等因素，将为事故认定造成一定的影响，通过再现软件，可以避免不必要的纠纷，提高公信力，减少了事故认定的时间，降低了人为因素的干扰，是一种解决事故认定难题的科学合理的有效途径。道路交通本身是一个极为复杂的系统，由人、车、道路、环境等诸多要素组成，并呈现动态分布，这给交通事故的处理带来了一定程度的影响。一般来说，交通事故的处理分为受理报案、现场处理、责任认定、裁决处罚、损害赔偿调解、向法院六个步骤，根据事故的大小和当事人的意愿将有所差异，因此处理的时间也有很大的不同。但无论如何，日益呈现出这样一个十分严峻的问题：传统的处理方法很难适应当前的社会发展需求。快速的生活节奏，复杂的环境因素，尤其是事故人员的跨地域性日益占据着较高的比例，都增加了交通事故处理的复杂性。

3基于信息化的智能交通事故处理系统的构想

我们目前处于信息化的时代，计算机、网络、移动智能终端、大数据等技术和设备的出现，极大改变了我们的日常生活。那么能不能设计一种完整的系统，利用上述的技术和设备以及对交通事故处理的研究和分析成果，给道路交通事故处理带来极大的甚至是革命性的改变呢？当然这需要不断地努力和不断地实践。下面本文将提出初步的构想，以做引玉之砖。

3.1道路交通事故处理的信息化

科技强警是交管工作现代化的发展要求，也是未来交管工作发展的必然。面对纷繁复杂的交管工作，近几年，公安交通管理努力构建信息警务，信息网络建设、信息查询、业务管理和数据库建设已初见成效。改变了传统的手工模式，实现了电子技术化处理，道路交通事故统计分析系统、24小时事故快报、事故处理系统，逐步实现了事故处理网上办案和案卷电子化管理。现阶段交管执法、事故处理对网络和信息的依赖程度越来越大，对信息采集、处理的速度要求越来越高，综合业务数据的不断采集、使用汇集，实现了跨区域、现代化办公。可以不受时间和地点的约束。通过数字证书登陆公安网络系统，就可以直接整合人口信息、机动车信息、驾驶员信息、在逃人员信息、被盗抢机动车等各类信息数据，能够基本满管工作的需求。但是，现阶段的信息化建设与科技强警、信息化管理的目标和现代化交通理念的实际需求还有较大的差距。因此以科技为突破口，向科技要警力，向科技要效率，不断提高交通管理的科技含量，最大限度的利用现有资源，挖掘管理潜力，扩展公安交通科学管理能力，确保道路的安全畅通，是迫切需要解决的焦点问题。所以，信息化建设是现代化交通管理理念实现的必由之路。

3．2系统的构成

本系统由手持智能终端、无线网络、软件系统、大型数据库系统和高性能服务器构成。通过智能终端的摄像头、客户端应用、录音功能将现场的信息进行采集并通过无线网络发送至服务器端，服务器通过软件系统和大型数据库系统进行分析和处理，将处理结果存储并以特定的方式反馈至客户端。由于智能设备已经相当普及而且配置和功能相当强大，完全可以推向社会进行应用。该系统结合了当前较为炙热和前沿的技术———云计算和大数据，本身具有一定的先进性和发展前景。

3．3系统的核心功能

本系统具有如下的核心功能：事故现场的采集、事故认定的处理、处理结果的记录、事故责任方的信息管理和必要的联系管辖、裁定处罚和赔偿管理功能、掌上法院、掌上交警、交通事故预测、道路交通智能决策。本系统不仅是交通事故的处理者和管理者，而且还是交通事故的预防者甚至是智能交通的决策者。防患于未然，远比亡羊补牢、处理交通事故更为重要。

3．4系统的现实意义

篇9

虚拟仿真的世界由计算机生成，由投影机等显示设备呈现，可以是现实世界的再现（虚拟实境），也可以构想一个全新的世界（虚拟虚境），通过创造身临其境的沉浸感，并配合头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，让用户可以与虚拟世界自然实时交互，直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，像在真实环境里一样进行各种操作。这种虚拟环境具有极高的准确性，可以节省昂贵的现实培训开支，减少真实资产的浪费，更有效地整合信息和数据，帮助用户对关键任务和决策做好最佳准备，优化产品开发流程，从根本上改变人们工作的方式。

作为窗口的显示技术

在虚拟仿真系统中，显示设备是呈现虚拟世界的窗口，而投影机是其中最常使用的设备。标准的投影机通常只是在平面上投射单一图像，而虚拟仿真中的投影机通常用于多通道、边缘融合系统，显示无缝连续的图像，而且经常需要投射在球幕或柱形的表面。因此，与普通的工程应用相比，用于虚拟仿真系统的投影机需要具有更高水平的色彩校正和光输出控制，以及更先进的图像处理能力，例如几何校正。作为创建锐利图像的重要一环，投影机镜头同样重要，可帮助实现无缝的边缘融合。

“虚拟仿真系统力求达到模拟真实环境的标准，不但对整套显示系统的性能有着极高要求，系统形式也会针对不同行业的不同需求带来有不同的呈现效果。总体来说，大多数行业的虚拟仿真系统普遍会有好的色彩呈现、高分辨率、高亮度、高对比度、高一致性、高刷新率、多种立体方式、很好的沉浸感，以及观看视点位置、多视点观看等需求。在不同行业的应用中，虚拟仿真项目通常需要多台投影机拼接融合组成不同的系统形式来满足使用要求。” 巴可大中华区虚拟仿真系统产品经理赵易时指出，“就投影机来说，为满足以上需求，单机方面就要有高分辨率、不同亮度的系列，氙灯和3DLP芯片级的色彩呈现，要能够实现多种立体表现形式并能实时切换，具备高系统刷新率、低噪音、模块化易于更换、自动亮度、色彩实时检测和调整以及多通道间的融合羽化等能力。”

随着应用的不断深入，更高对比度尤其是支持夜间模拟操作的投影机成为趋势，此外，投影机刷新率的提升也增强了图像的真实感。“针对某些特殊领域，如专业级飞行模拟器等虚拟系统的使用和模拟过程中，对投影机还有夜视模式、超高对比度增强模式、快速消隐、能上运动平台等特殊要求。” 赵易时补充道。

显示技术本身的进步，也为虚拟仿真系统发展创造了更好的条件。在过去几年，受到世界经济环境的影响，机构对成本效益的考虑以及紧张的资金成为虚拟仿真系统建设面临的重大挑战，但是LED以及激光光源技术的发展，实现了更低的使用和维护成本。

同时，显示技术正不断挑战人眼的极限分辨率，对于4K、8K等技术来说，虚拟仿真是真正的利基市场。石油公司、汽车设计、军事简报室等都是对于分辨率非常饥渴的，并可能最早尝试4K的领域。赵易时指出：“4K技术的成熟对仿真应用有着重要意义，随着各个行业的不断发展，用户对虚拟仿真系统的需求也在不断增强。4K推出只有两三年左右的时间，现在已经在很多行业替代了以往的系统形式，用更少的投影显示单元实现更大的视场角以及更精细的画面表现力，带给用户更逼真的体验，促使4K的应用需求在各个行业都在快速上升。巴可是最先将4K技术应用在虚拟仿真领域的厂商，目前我们在国内已为包括上海通用、广汽及北京现代汽车等公司安装了4K仿真项目，应用在汽车制造中。”

如今的4K平板显示器亦非常适合用在虚拟仿真系统中，JVC近日在其的84英寸4K显示器上演示了“谷歌地球”的内容，这款产品针对虚拟仿真市场，有4路HDMI输入，支持60帧/秒的4K内容。地图等内容要求宽广的视野和高精度显示，非常适合在大的4K平板上播放。

不同类型的系统

虚拟仿真系统应用的范围广泛、环境复杂，应用需求多种多样，为此，市场上也有各种类型的系统提供。“根据显示系统的不同来划分，仿真系统主要有平面投影系统、弧形投影系统、CAVE投影系统和球幕投影系统，其他一些异形投影系统严格来讲都可以划分到前述的四种当中去。系统搭建的难点主要是根据客户的需求选择最适合的软硬件来完成整个系统，避免系统中的软硬件冲突。” 赢康科技的技术人员为我们介绍道。

根据实现功能的不同，有很多专门的系统应用在不同的环境中。例如，飞行模拟器和其他“4D平台模拟器”（例如安装在移动液压升降塔架上模拟重力效果）通常被用作特殊和专门的功能，它们由1个、3个、5个或更多的大型背投屏幕加上3D快门眼镜、环绕立体声和位置跟踪系统组成。头部位置和方向并不一定需要追踪（因为身体就在这个投影环境里），但是头部追踪可以在人走过空间时，实现自然视场和角度变化。追踪带有触觉反馈的数据手套可以支持对虚拟物体的操作。

CAVE协作虚拟环境，源自Collaborative automatic Virtual Environment的缩写，是近年来出现的一种标准配置，其结构通常是一个3m×3m×2.4m的长方体，由3到6个背投屏幕墙面组成。不论是在科研机构还是跨国企业，用户可以在CAVE里面通过网络与世界各地的团队就复杂问题进行协作。在CAVE当中，若干投影机由计算机或计算机集群驱动，由外向这些屏幕投射。由于近距离观看需要非常小的像素来保持真实感，因此要求投影系统有非常高的分辨率。用户在CAVE里面佩戴3D眼镜观看由CAVE生成的3D图形，其动作通常由3D眼镜附带的传感器跟踪，并不断调整视频，以保持观看视点。CAVE以及音频系统都由计算机来控制，在CAVE中，通常会在多个角度安装多个扬声器，提供配合3D视频的3D音频效果，以实现全面的3D体验。

LVC（Live， Virtual， and Constructive），现实、虚拟和建设性的仿真被广泛用于模型和仿真系统的分类。LVC有助于解决时间和空间、操作预算的限制，不用现实设备就能实现更多的培训。例如，在下一代航空领域的培训中，包括很多在无人驾驶机上的培训，都需要考虑不同的人为因素以及在不同地点的分布式培训。

另外，带有全面人体运动跟踪架构和设计的沉浸式虚拟现实系统也会有大的增长，并且在应用中有强大优势。例如对于军队的医疗团队来说，可以在虚拟空间检查新手术室的设计，移动仪器和重新定位设备，直到他们认为配置正确，这样就不用建立物理模型，从而节约时间和金钱。

尽管一个封闭的环境已经能满足需要，但是有时3D协作可能只需一面显示墙屏幕甚至是在桌面上就能实现。由于模拟项目涉及人员众多，空间常常成为问题，因此带有位置追踪的头戴式显示器或许会成为最佳解决方案。

平台软件与系统整合

相比只是简单显示信号的普通工程应用而言，虚拟仿真系统更加复杂，是各种技术的集成，除了投影显示系统外，组成系统的还有服务器、VR外设和平台软件。要让所有零散组件和工作成为一个无缝整体，秘密武器就是平台软件，没有软件的粘合，虚拟仿真系统就只剩一堆硬件。现在，大量的公司从事虚拟仿真软件的开发，确保以高速的立体数据渲染，让用户拥有更好的图像质量，增加沉浸体验。

“在一个系统中，所有外设整体的整合主要靠软件来完成，平台软件包括三部分：第一部分是仿真软件平台，所有的开发都是基于这个平台来做的；第二部分是接口开发，没有接口软件就无法认出硬件的数据，没有统一的数据接口就没有办法把所有的数据进行整合与处理；第三部分是应用开发，只有平台和数据是无法完成搭建一个系统的最终目的――解决一个实际问题――的要求的，而且前端的AV系统也需要开发出来的应用来提供显示内容。平台软件作为把整个硬件系统连接成为一个整体的桥梁，通过必要的接口开发把所有硬件部分连接成为一个无缝的整体。AV设备提供相应的音视频输出，而手势控制、头盔显示器、跟踪系统都可以作为输入端，通过采集输入端的数据，发送到软件中进行分析运算，最终形成图形图像等信息输出给AV终端设备。” 赢康科技强调了平台软件在系统中的重要性。

系统集成商可以提供很多设备，如屏幕、投影机、计算机、图形卡。制造商针对虚拟仿真设计的投影机，可以满足诸如7×24小时持续运行的特殊专业需求，其组件和保修通常都指定了更长的运行时间和耐用性。但设备提供并不是最重要的，赵易时指出：“其实，对虚拟仿真来说，单机方面的要求仅仅是冰山一角，更重要的是系统级的‘know how’（知道如何去做），系统集成的经验对项目的成败非常重要，比如光路的设计、性能的分析是否能满足使用要求等。此外，屏幕类型以及配比，系统级的对比度、系统亮度、对环境光的抗干扰能力以及针对观看眼点的系统对比度分析等，都是系统级的要求。所以说搭建一个虚拟仿真系统，不仅仅是依靠仿真级的投影机，更重要的是系统级的‘know how’和经验。”

对于AV系统集成商来说，针对每个定制设计安装需要具备测量和规划的技能，还要整合其他设备，并与不同的供应商合作。例如，在操作软件以及将现有3D资产模型转换为适合实时操的作格式等方面，就要与VR供应商合作。同样，3D HMDs、触感手套、触觉力反馈控制的供应与集成也可以找有经验的合作伙伴。这些都要求集成商的项目管理技巧能够从整体上控制这些工作并管理好客户关系。

不同行业的应用

利用虚拟仿真的物理实时计算功能和高画质的渲染技术，赋予虚拟环境以真实体验，并实现其各种内在特性，如真实模拟场景重力、环境阻尼等环境特性及动力学特性等，使得虚拟仿真技术在各行各业的应用中都可创造出极大的现实价值。

飞机、动车、轮船、汽车制造中应用虚拟仿真系统会极大缩短产品的开发周期；在军事作战指挥、训练中利用虚拟仿真技术，可以丰富战术，提高部队训练水平；虚拟实验室，能够使学生身临其境参与实验，同时解决资金、空间、时间等问题；虚拟仿真可以将历史建筑、文物、自然现象等进行虚拟展示和复原，从而使其脱离地域限制，减少破坏的同时让更多人分享和体验；通过与电力信息系统紧密结合，虚拟仿真系统可逼真再现变电站现场各种设备的操作过程和设备运行状态，从而为电力行业提供可视化系统解决方案；虚拟现实仿真平台可以实现水利工程仿真、地震应急救援仿真、地震应急推演仿真、地质灾害仿真，实现地质灾害虚拟环境功能与展示的结合，在虚拟环境中进行预防地质灾害的模拟演练。

虚拟仿真以其不可取代的优势，被广泛应用在国内各个行业，并发展迅速。据赢康科技介绍，虚拟仿真目前主要集中应用的行业包括：军工（九大军工集团及下属院所）、航空、航天、工业制造、汽车行业、能源行业。其次是建筑、园林、文物、古建，以及教育、文化、艺术、娱乐等领域，近几年在一些民用小领域也开始出现仿真应用。

同时，每个行业都会根据自身行业的特点设计不同的应用需求，巴可公司赵易时谈道，比如有些场景需要突出沉浸感，有的则要求大视野，或者对互动和固定眼点后的分辨率有着极高要求，甚至还有的要求系统能应用在特殊的运动平台上，不一而足。这就需要投影厂家对各个行业的显示需求有深入的理解，具备满足各个行业不同需求的全系列产品线以及系统集成经验，才能够最终满足不同领域用户的专业需求。

不论厂商还是集成商都需要吃透用户的需求特点，才能使虚拟仿真系统发挥最大价值。“仿真系统主要实现的功能包括：外观评审、样机评审、虚拟装配、虚拟维修维护、虚拟漫游、过程仿真、人机功效分析等功能。不同行业客户的需求基本就是上述这些功能，只是侧重点有所不同，最主要的差异就是应用的差异，每个领域都有自己的特点，有自己的技术，要针对每个领域的需求定制不同的软硬件解决方案，这其中也包括了软件的开发。”赢康科技介绍道。

广阔的市场前景

虽然虚拟仿真系统发展很快，但相比AV行业的其他垂直市场还是相对比较小众化，且对于设备、技术要求较高。随着各个行业自身的不断发展，对虚拟仿真系统的应用需求与日递增，使其开始从过去相对高端的专业领域向民品行业迈进。在未来，有理由期望通过拓展潜在用户的范围，令虚拟仿真系统变得更受欢迎。

“虚拟仿真已经逐渐涉及到民品行业，目前国内家电行业已经开始使用仿真系统做外观评审了。其实仿真在国外的应用非常广泛，大到航空航天，小到家居装修，都已经用到了相应的技术，只是国内在这方面的起步较晚而已。”赢康科技指出，“平民级应用将成为未来虚拟仿真系统的一个发展方向，在满足视觉和听觉的基本沉浸感和交互感的基础之上，采用最便宜的软硬件来进行集成，将以前高不可攀的仿真设备价格变得大部分公司都能消费得起，使采用这种集成技术的成本远低于平时的研发或训练成本，甚至是普通大众都能接受，这样虚拟仿真才能够走向大众化。”

显示技术以及虚拟仿真系统涉及的其他技术都在不断进步，进一步推动虚拟仿真应用的拓展。赢康科技还指出了虚拟仿真未来的另一个方向，即向更加深入的沉浸感体验发展，视觉方面，同样大小的显示终端从2K变到4K，以后甚至会达到8K、16K，直至人眼无法看到像素点的分辨率，除视觉听觉外，其他感觉体验（如：触觉、味觉等）已经开始逐步应用，这将实现更加贴近真实感觉的体验。

“未来，虚拟仿真和虚拟可视化会在各个行业扮演越来越重要的角色，会有越来越的行业和客户在未来需要借助虚拟仿真的技术平台满足其专业化的需求，市场前景非常广阔，市场需求在不断上升而且对各个细分的领域会有着越来越高的、独特的专业要求。以后的虚拟仿真的市场一定是不断扩大而且细分化的。” 谈到未来前景，赵易时如是说。

案例1：

中国商用飞机责任有限公司（“中国商飞”）成立于2008年，是一家承载国家大型客机项目的国有大型企业。为提高航空工程师的日常训练水平，中国商用选择巴可为其提供沉浸式虚拟仿真系统。该套定制化视觉解决方案采用Holospace L型立体环境搭配Galaxy NW-12立体投影机，同时融合虚拟装配软件应用，是国内商飞领域第一套虚拟仿真训练系统。项目中， 5台高分辨率？Galaxy NW-12立体投影机，分别投射于正面、地面和侧面三面，将虚拟的飞机内部座舱布局、机械引擎设备等三维立体影像以1：1的比例逼真地呈现出来，真实地还原机务工程师所面对的物理环境。模拟训练区拥有进行模拟装配训练时所需的大视野及交互式的立体操作环境，可允许3至？4人同时进行演练。此外，系统还可为公司专家及管理者提供绝佳的会议汇报场所。

案例2：

“青岛国棉6虚拟现实产业园”规划打造成为一个具有历史气息的文化创意产业园区。在此项目中，赢康科技完成了包含360度环幕、城市仿真、登陆火星、地面互动、都市快轨、飞行模拟、建筑投影、全息迎宾、外星人游览、雾幕投影、虚拟漫游、虚拟商场、虚拟装备、自然互动等项目的显示系统。

篇10

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081）

0概述

数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，被广泛应用于科研、医疗、卫生、工业、军事和其他领域。随着图像处理技术的迅速发展，其逐渐形成了一个相对独立和完善的学科体系[1]。为了适应人才培养的需要，笔者所在的信息科学与工程学院开设了数字图像处理必选课程，授课对象为该学院四年级本科生。目的在于培养学生变成实践技能，实现图像信息的各种处理，为进一步学习计算机视觉、模式识别等课程奠定基础。

作为一门理论性和实践性都很强的专业课程，数字图像处理课程具有专业知识面广、理论知识难度大和应用领域广泛的特点[2]。学生在学习时，普遍认为概念抽象，知识理解难度大，对于专业的分析方法与基本理论无法很好的理解与掌握[3]。特别是对于其中的图像频域处理知识，学生更是觉得不知所措，无从下手。针对这些问题，同行们进行了该课程的教学改革实践，提出了很多有益的观点[4]。然而，针对具体的频域图像增强实验的案例实验教学研究却很少。

在近几年的实际实验教学过程中，重点围绕频域图像增强中小波变换的实验，不断结合历届学生学习的情况，本文就小波变换在图像增强中的作用和问题提出自己的看法，并提出了一种基于C++程序的图像增强案例设计模式，促进了学生对图像处理基本知识的掌握。

1小波变换的基本概念和特性

小波变换的数学基础是19世纪的傅里叶变换，其后理论物理学家A.Grossman采用平移和伸缩不变性建立了小波变换的理论体系。1989年S.Mallat提出了多分辨率分析概念，统一了在此之前的各种构造小波的方法，特别是提出了二维小波变换的快速算法，使得小波变换完全走向实用性。

小波变换使用了一个小波函数，时频窗面积不变，但形状可改变。小波函数根据需要调整时间与频率分辨率，具有多分辨分析的特点。由于小波变换是一种信号的时间——尺度分析方法，在时间、频率都具有表征信号局部特征的能力，在低频部分具有较高的频率分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，因此很适合于探测正常信号中夹带的瞬间反常现象并展示其成分，是泛函分析、傅里叶分析、样条分析、调和分析、数值分析的完美结合。

小波变换具有的最重要的特点就是多分辨率分析，即多尺度分析特性。小波变换的多分辨率分析是从粗到细的一步一步分析事物。小波分析的许多分析和应用问题，都可以归结为信号处理问题。从图像处理的角度看，小波变换存在以下几个优点：

（1）小波分解可以覆盖整个频域。因为小波变换具有的最重要的特点就是多分辨率分析，即多尺度分析特性，给出了一个数学上完备的描述。

（2）小波变换通过选取合适的滤波器，可以极大的减小或去除所提取得不同特征之间的相关性。小波分解和重构在mallat算法中采用了使用了滤波器组这样一个方法，将信号分别于不同小波所得到的高通滤波器和低通滤波器系数相卷积，然后进行下采样，得到信号的细节系数和近似系数。

（3）小波变换具有“变焦”特性，在低频段可用高频率分辨率和低时间分辨率，在高频段，可用低频率分辨率和高时间分辨率。

（4）小波变换实现上有快速算法。S. Mallat受到塔式算法的启发，在实际应用研究中提出了一种快速算法，进行塔式信号多分辨率分析和重构。

2基于小波变换的图像处理实验教学

图像作为人类感知世界的视觉基础，是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。数字图像处理技术可以帮助人们更客观、准确地认识世界，通过图象增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮，因此我们应该开设图像处理实验课程。加上学生基础知识、思维方式、理解能力和动手能力的差异，在掌握和理解教学内容上不可能一致，如果能借助实验教学的个别辅导，就能够掌握学生学习的进度和程度,做到因材施教，所以开设图像处理的实验课程是非常必要的。

本实验涉及多方面知识，包活图像处理相关理论知识、小波变换方法以及C++软件编程技术，学生学习起来具有一定的难度。因此，有必要针对性的研究该实验的教学方法，以达到良好的教学效果。本文采用如下方法：

（1）教师在教学中应该采用灵活多样的教学方法，例如开放式的教学方法，平时多鼓励学生利用课余时间去机房编写阅读程序。鼓励学生互动学习，同学之间、学生老师之间经常交流，多上网了解目前图像处理技术领域的现状，提高学生的积极性。

（2）根据学生对专业知识学习和理解的进度和状况，教师教学应采取循序渐进的方法来减少或者消除学生学习中的困难。例如，学习利用小波变换编写程序时，先从基础的傅里叶变换的小例子看起，了解小波变换的发展以及编程的区别，然后再阅读复杂的例子，最后自己编写程序，在阅读中理解，在实践中进步。

（3）由于在实际计算中，无法计算全部尺度因子和位移参数的伸缩因子和平移因子值，加上实际的观测信号都是离散的，所以信号处理中通常使用离散小波变换。而小波分析的小波函数不是唯一存在的，所有满足小波条件的函数都可以作为小波函数，因此小波函数的选取十分重要。所以在编写图像处理程序之前，需要使学生了解各种小波函数的区别。

（4）同时学生自己的努力也直接影响图像处理学习的效果。因此，学生应该做好课前预习工作，熟悉高级图像工具包（如Matlab）或高级编程语言（如C/C++）程序框架来编写图像处理的算法；多和老师、同学进行交流；课后巩固上课内容，多看程序，多查资料。

3基于MFC的Haar小波模块实验

除了Haar小波以外（haar小波可由一阶消失矩条件构造出来），没有正交小波满足对称性条件，也就是不满足线性相位，这样在分解重构后会造成失真，在一些需要对称性的场合（如图像的分解重构，奇异点的检测等），结果是不能满足要求的。因此，我们以Haar小波为例，利用MFC工程编写了大量基本模块。学生可以通过简单直观的鼠标操作，调用预先编好的模块组件，构造出复杂的系统。图1即是程序的流程图。

本实验设计的模块主要包括基本处理模块和应用模块两大类。其中基本处理模块包括调用各类图像的输入输出、数据变换等基本操作；应用模块包括图像的小波变换、图像增强以及图像重构。图2即为一层和二层小波分解图像的结果。

4结语

图像处理是目前信息技术领域的重要研究方向，将实践引入图像处理的教学中，可以让学生扩大知识面，同时练习巩固了常用的基本语言C++语言。并且由于小波变换能够应用到模式识别和专家系统等多个领域，可以为学生以后的专业知识学习做好一个铺垫。因此，基于小波变换的图像处理在本科实践教学中具有广阔的研究前景。在今后的教学过程中，还需进一步积累经验，开发相应的实验项目和实验教学方法，培养学生的编程和学习能力，以适应技术的发展与时代的要求。

参考文献

［1］肖泉.基于高维仿生信息学理论的彩色图像增强处理研究[D].厦门:厦门大学,2011:137.

［2］周海芳.“数字图像处理”课程研讨式教学[J].计算机教育,2010,24:93-97.

［3］杨淑莹.“数字图像处理”理论与实践相结合的教材建设[J].计算机教育,2009.