计算机视觉的基础知识范文

导语：如何才能写好一篇计算机视觉的基础知识，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

关键词：建筑工程；预决算；管理体制；控制措施

建筑工程预决算作为控制建筑工程项目投资的重要手段之一，在工程项目招标与企业经营管理水平考核中起着关键作用，也是审计机关掌握企业投资状况并监督其经营管理的重要依据。但由于多种原因造成了我国建筑工程预决算在实际工作中还存在着预决算编制质量较低，工程造假削低失控，工程投资控制不科学等问题，为了适应市场竞争，提高建筑企业的整体竞争力，建立一个规范有序的建筑市场工程造价管理体系尤为重要。

1.建筑工程预决算存在的问题

1.1建筑工程预算存在的问题。由于我国许多建筑企业由于在自身财务管理制度方面还存在着许多不完善的地方，造成在进行工程预决算中出现了预算编制误差较大，虚增工程量等问题，如果不加以控制的话，将给企业造成很大的财务损失。

1.1.1 工程预算定额不健全。许多建筑企业在进行工程预算编制的时候，常常会遇到诸如借用定额问题，例如在进行房屋建筑工程预算编制的时候参照工民建标准进行定额，这类定额的借用，因为没有考虑到地域、建筑类型、施工技术水平等因素的影响，而造成预算编制的不合理。

1.1.2 计算方法存在问题。我国许多建筑企业在进行建筑工程预算的时候，经常会产生预算不准备的现象，之所以产生这种问题的一个原因在于工程预算定额的不正确，而另外一个重要原因是其计算方法也有较大失误，特别是在工程预算中，在工程的间接费中，因为计算方法是以直接工程费为基数而导致工程造价产生失控的现象。因为在进行工程前期预算的编制过程中，仅能够对有限的几个材料的基价做出定价，而且价差是不能用于计算间接费用中，但是在工程的实际施工过程中，将会涉及到高达上百种材料，这些材料的预算价格除去规定的材料以外，都需要直接进入工程直接费用中去，材料费的增加是计算施工中间接费用的最为敏感因素，因为材料费越多的话，间接费也就越多。而且因为材料的价格收到市场供求和国家政策的影响，常常会造成材料预算价格与实际价格不符合的问题，导致间接费的准确性降低，工程造价失控。

1.1.3 人为因素对工程预算编制影响较大。我们知道，在工程预算的编制中，建筑公司对临时房屋建筑工程的投资一般是有一个固定的公式可以计算，但是，这个计算公式并不是对所有的工程都使用的，特别是在建筑工程中，由于施工新的技术和机械的应用以及管理水平的不断提高，劳动生产率也在不断提高，同样的一个施工工程，可能使用的施工人员大大减少，如果没有考虑到这种可变的因素对施工工程的影响，最后会导致工程预算失真的问题，从而导致工程投资失控现象。

1.2建筑工程决算中存在的问题

1.2.1 高套定额。我国一些建筑企业在进行工程决算的时候，常常会出现高套定额的问题，高套定额就是在进行项目工程决算的时候降低工程标准，但是却套用了高标准的定额，从而两者之间存在很大的差距。例如，许多建筑企业在进行项目施工的时候，一般是使用人工挖土方的定额来套用人工挖基坑的定额，人工挖土方的定额单价一般为每100立方米732.39元，但是人工挖基坑的定额单价却为每100立方米1150.41元，两者定额单价差距很大，如果在进行工程决算的时候，采取高套定额的话，无疑将会提高了工程造价。

1.2.2 虚增工程量。虚增工程量是一些施工企业为了增加施工成本的一种重要方法，虽然有的时候，这种虚增工程量并不是施工企业人为因素所造成的。例如，一些建筑企业在基建工程的一个分项工程中，往往会存在人为重复计算工程量的问题，这种情况在一些隐蔽的工程中经常会出现；还有一种重复计算工程量的办法就是施工单位在进行工程决算的时候，把一些在定额项目中已经列入决算的项目在其它定额项目中又列入其中，造成同样一项工程因为两次在定额在计算而被重复计费的问题。

2.控制建筑工程预决算问题的对策

随着建筑公司财务管理的不断健全，许多企业已经采取了较为成熟和完善的建筑工程预决算控制方法。

2.1建筑工程预算完善措施

2.1.1 根据实际情况编制建筑工程预算定额体系。针对建筑工程预算定额过程中的借用问题，建筑企业在进行工程预算的时候，可以考虑根据建筑工程的地域分布和类型以及施工技术水平等因素，结合实际情况，制定出一套较为完整的预算编制定额体系。在进行预算编制的时候，可以根据建筑工程的地域差异和实际施工水平，按照定额进行灵活调整，即在工程预算基础定额基础上，根据工程的施工难易程度，设置难易系数，从而最大提套施工的经济效益，创造更多的固定资产，而且也要对技术发展和工艺进步所带来的定额变化进行及时调整，不断进行补充，控制部分工程造价失控问题。

2..1.2 提高工程造价计算方法的准确度。在进行工程造价预算的时候，常常会因为计算方法的失误，导致工程施工过程中，材料的实际价格因为市场需求和国家宏观调控政策的影响，而和工程预算价格不符合，最终造成工程造价失控。针对这种状况，首先需要建筑企业在进行工程造价预算的时候，尽可能增加预算的材料种类，减少材料费，另外一方面。需要建筑企业能够利用行业协会或者管理部门的作用，更广泛手机材料的市场价格信息，针对不同的时间和区域，材料价格变动的周期性信息，制定出建筑工程调价系数。

2.1.3 准确计算施工期的人员数量。由于建安投资和临时房屋建筑工程投资之间很难通过一个简单公式就把二者联系起来，因此，在进行施工项目预算编制的时候，应该尽可能按照实际施工状况去计算施工期的人员数量，然后计算临时性房屋的建筑面积和室外的工程量，最后再以相应的定额标准计算出较为准确的工程造价，从而避免由于公式的错误而导致的工程预算计算误差。

2.2建筑工程决算完善措施

1）对于建筑工程决算中存在的高套定额的现象，我们要根据高套定额的不同，实施分类审核的方法，审核人员不仅要能够熟练掌握工程组计算的规则，而且也要掌握建筑项目施工的要求和竣工图纸，只有这样，才能达到知己知彼。

2）严格控制决算，避免重复计算。对于一些建筑工程在决算中重复计算的问题，最为根本的控制方法就是要严格控制决算中的计算方法。例如，首先要加强审计人员的工程量计算技能，并且要达到熟练掌握的程度，并且也要项目主管部门有严格的隐蔽工程现场签到和记录制度，达到有证可查。

3.结语

建筑工程预决算是决定和控制工程项目投资的重要措施和手段，是进行招投标、考核企业经营管理水平的重要依据，也是审查机关掌握投资状况，监督经济活动的重要依据。因此，建筑工程预决算必须具有高度的科学性、准确性及权威性。

参考文献

[1]熊晓花，邹娟. 关于建筑工程预决算审计问题的几点思考[J]中国管理信息化(综合版)，2006（3）

[2]陈让农. 建筑工程预决算中存在的问题及对策[J]经济技术协作信息，2008（6）

篇2

关键词:智能科学与技术专业;课程体系;教材建设

继2004年北京大学率先在国内建立“智能科学与技术”本科专业之后,2005年,北京邮电大学、南开大学和西安电子科技大学;2006年,首都师范大学、北京信息科技大学、武汉工程大学和西安邮电学院;2007年,北京科技大学、厦门大学和湖南大学;2008年,河北工业大学和桂林电子科技大学;2009年,重庆邮电大学和大连海事大学;2010年,中南大学和上海理工大学先后经教育部批准先后设立了“智能科学与技术”本科专业[1-2]。在中国人工智能学会教育工作委员会的指导下,自2002年起,各相关专业教师定期召开智能科学与技术教育学术研讨会,并出版教育论文专辑,大力推进了我国智能科学与技术教育的健康、快速发展,并对我国智能科学技术的人才培养和学科建设起到了极大的带动作用。

作为一个发展中的新兴专业,目前各高校仍主要结合自身基础和特点建设该专业。如南开大学以智能技术与智能工程为核心专业课程[3];北京科技大学从社会需求角度出发,以提高学生软件实践能力为切入点[4];河北工业大学根据相关专业的就业现状,以提高学生硬件实践能力为着力点[5]。为了解决南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校共同面临的课程体系和教材建设等问题,三校教师分别于2010年6月16日和8月2日在南开大学、河北工业大学进行了两次研讨,现将研讨成果汇总于此。

1研讨背景

“智能科学与技术”专业自开办以来,不可避免地要回答如下3个方面的问题:

1) 来自用人单位的问题:“智能科学与技术”专业是做什么的?与其他专业相比优势何在?

2) 来自学生及家长的问题:“智能科学与技术”专业是学什么的?与其他专业相比优势何在?

3) 来自教师自身的问题:“智能科学与技术”专业应该教什么?与其他专业相比优势何在?

无论是做什么、学什么还是教什么,归根到底是课程体系和教材内容。无论是研究生课程下移(带来学生接受知识的困难),还是在其他专业教学体系基础上做简单的增、删、改(带来学生知识结构的凌乱),都是不行的,长此以往的后果将是没有优势,只有劣势。

南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的“智能科学与技术”专业建设都源于自动化专业基础,而且都具有典型的工科特色;同时3所高校分别是教育部直属“985”高校、教育部直属国家“优势学科创新平台”建设项目试点高校和河北省属“211”高校,3所高校的“智能科学与技术”专业分别于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科学与技术”专业建设上的异同特点以及地域便利的条件,为优势互补、交流融合提供了机遇。

2课程体系

根据研究任务的不同,智能科学技术涵盖的内容可以划分为智能科学、智能技术、智能工程三个层次[6]。

1) 智能科学:主要任务是研究人的智慧,建立人机结合系统理论,并用其模拟人的智慧。

2) 智能技术:在智能科学的框架内创建人机结合智能系统所需要的方法、工具和技术。

3) 智能工程:利用智能科学的理念和思想,充分运用智能技术工具创建各种应用系统。它是当前新技术、新产品、新产业的重要发展方向、开发策略和显著标志。

根据上述智能科学技术的划分,智能科学与技术专业的课程体系同样划分为理论、技术与工程应用3个层次,具体框架如图1所示。

需要说明的是,由于课时、学时等因素的限制,有些课程需要包含未列入课程的部分内容。如智能科学与技术概论课程内含系统论的简要介绍;智能控制系统包含可编程序控制器、智能传感器、智能执行器等内容;智能工程包含若干典型智能系统实例。

3教材建设

经南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的讨论,一致认为工科专业应以技术和工程应用两个层次为核心,并将人工智能导论和智能信息处理两门课程的教材合并为智能技术。同时,根据南开大学侧重理论、北京科技大学侧重软件、河北工业大学侧重硬件的原则进行分工,编写对应课程的教学大纲和教材内容。

3.1智能技术

本课程包括智能计算和计算机视觉两部分,分别介绍以对人脑的物理结构进行模拟为主要特征的联接主义智能技术和以模拟人类视觉处理为主要特征的计算机视觉两部分。它是智能技术的主干内容;也是实现智能技术、组成智能系统的重要工具,属于本专业本科生的专业基础课。通过智能技术的学习,学生应能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解、,并配合一定的作业练习、上机实验等环节,学生应初步具备运用智能技术和方法分析和解决问题的能力。本课程拟定90学时,其中授课54学时,实验36学时。

教材内容包括智能计算和计算机视觉两部分,智能计算部分包括神经网络、模糊理论和遗传算法/蚁群算法,计算机视觉包括计算机视觉导论、计算机视觉理论基础、图像预处理、图像分割、物体识别、图像理解、双目立体视觉、三维视觉技术、主动视觉。

神经网络讲授单个神经元(感知器)的动作原理,与实际生物神经元的对应关系;讲授BP神经网络的组成,网络的特性和对非线性函数的模拟功能;介绍BP算法的优、缺点;讲授H网络的组成结构,H网络在解决优化问题的优越性。模糊理论讲授模糊集合的概念,建立隶属度函数的概念;介绍模糊规则的建立原则,模糊规则与模糊系统收入输出量之间的关系;介绍模糊化以及模糊量精确化的几种常用方法。遗传算法和蚁群算法只作简要介绍,重点介绍这两种算法的特点和成功的应用实例,使学习者有一个感性认识,明确这种类型算法的“迭代”特点以及总体最优目标与个体行为之间的联系。

计算机视觉理论基础主要介绍Marr的视觉计算理论、图像的相关知识、傅立叶变换基础;图像预处理主要介绍像素亮度变换、几何变换、直方图修正、局部预处理、图像复原;图像分割主要介绍阈值处理方法、基于边界的分割方法、基于区域的分割方法;形状表示与描述主要介绍链码、使用片断序列描述边界、尺度空间方法、基于区域的形状表示与描述;物体识别主要介绍知识的表示、统计模式识别、神经元网络、遗传算法、模拟退火、模糊系统;图像理解主要介绍并行和串行处理控制、分层控制、非分层控制;双目立体视觉主要介绍双目立体视觉原理、精度分析、系统结构、立体成像、立体匹配、系统标定;三维视觉技术主要介绍结构光三维视觉原理、光模式投射系统、标定方法、光度立体视觉、由纹理恢复形状、激光测距法;主动视觉主要介绍从阴影恢复形状、从运动恢复结构、主动跟踪。

3.2智能控制理论与技术

本课程是“智能科学与技术”专业的一门重要专业课程,目的是使学生了解智能科学与控制理论结合所产生之智能控制理论的基本概念和应用价值;使学生熟知当前主流智能控制技术的种类,并掌握模糊控制、神经网络控制以及进化计算、群体智能的基础知识,了解智能技术与传统控制方法的结合点;加强MATLAB仿真实验的训练,以使学生更好地理解基础知识,培养学生使用高级智能控制方法解决实际控制问题的能力。本课程的学习将使学生加深对控制理论的理解,明晰智能技术在控制中的应用技巧,也为本科生继续深造打下基础。本课程拟定64学时,其中授课54学时,实验10学时。

教材内容包括智能控制概论,介绍智能控制的发展历程和应用领域,简介几种重要的智能控制方法;专家控制,简介专家系统的基本结构,讲授专家PID控制器的原理与设计方法;模糊控制,讲授模糊数学基础知识、传统的模糊控制原理和控制器设计与实现方法、模糊PID控制的两种形式,特别是PID控制参数的模糊整定技术;神经网络控制,讲授前馈神经网络和递归神经网络中几种典型的网络模型以及学习算法、基于神经网络的线性系统辨识技术、神经网络逆模控制等;进化计算与控制,讲授进化计算的概念、遗传算法的原理及其与其他智能方法的结合,介绍遗传机器人学;群体智能与控制,讲授蚁群算法的基本原理及其在控制问题中的应用,介绍群体机器人学。

3.3单片机原理与应用

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,目的是使学生了解单片机的组成原理及常用控制算法的实现;掌握51系列单片机指令系统和一般汇编程序设计编写方法;熟悉常用的单片机硬件扩展技术;在此基础上,熟练掌握控制算法的单片机程序编写与调试。本课程拟定54学时,其中授课38学时,实验16学时。

教材内容包括单片机系统概述,介绍单片机定义、单片机发展过程及单片机硬件结构;单片机指令系统及程序设计,介绍指令系统和汇编语言程序设计;硬件资源及接口技术,介绍硬件资源和接口技术;单片机使用技术,介绍抗干扰技术、C语言应用程序设计;依次介绍PID控制器、状态反馈控制器、模糊控制器、系统辨识、卡尔曼滤波、滑模控制器、最优控制器、鲁棒控制器、自适应控制器、神经网络控制器的历史沿革、基本原理、常用形式和单片机具体实现方法。

3.4嵌入式系统

本课程以当前主流的嵌入式系统技术为背景,以嵌入式系统原理为基础,以嵌入式系统开发体系为骨架,以嵌入式控制系统开发为目标,较为全面地介绍嵌入式系统的基本概念、软硬件的基本体系结构、软硬件开发方法、相关开发工具、应用领域、热门领域的开发实例以及当前的一些前沿动态,为学生展示较为完整的嵌入式控制系统领域概况。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材依据嵌入式控制系统的特征,将控制算法、嵌入式系统硬件、操作系统、应用程序设计及组态软件作为统一的技术平台介绍,突出嵌入式技术在控制系统中应用的特点,重点介绍嵌入式控制系统软硬件、电路、操作系统、实时性、可靠性等特性,从软件体系结构及开发的角度出发,强调实时调度、Bootloader、BSP、嵌入式实时多任务系统设计、交叉开发与仿真开发等关键技术,并特别引入了工业控制中需要的电磁兼容性设计和大量的典型嵌入式控制系统实例设计。通过本课程的学习,学生不但可以学会使用工具开发嵌入式软硬件,而且可以从总体角度选择适当的技术和方法,全面规划和设计嵌入式系统。

3.5智能工程

本课程是“智能科学与技术”专业的一门核心专业课程。面向智能技术的实际应用,着眼于解决工程应用中的技术问题,从典型系统设计案例分析出发,通过大量实验提高学生的工程实践能力。本课程拟定36学时,全部为授课学时。

教材内容包括智能工程概论,介绍智能工程现状、工程设计原则和工程实际流程;常用传感器原理,介绍传感器一般特性、光电式传感器和视觉传感器;典型智能系统设计案例,包括智能移动机器人、智能电梯群控电梯等系统。

3.6智能机器人

课程通过对一个具有代表性的仿人机器人的拆解,将知识点拆解成6个主要教学模块:1)机器人控制模块,介绍各类控制模块的原理与组成;2)机器人运动系统,介绍电机与舵机的原理与控制方法;3)机器人动作系统,介绍机器人各部件的协调控制;4)机器人视觉系统,介绍典型的超声波、影像传感器的原理与识别算法;5)机器人表现系统原理,介绍人与机器人的交互原理;6)机器人通信系统原理,介绍机器人之间的数据与信息传递方法。学生学习时,能够与基础知识相联系,并能掌握机器人这门技术,为从事机器人产品研发工作打下坚实的基础。本课程拟定54学时,其中授课44学时,实验10学时。

教材面向“智能科学与技术”专业,同时兼顾信息类专业学生编写,根据这类专业学生的知识结构和特点组织内容。从具体的机器人控制需求出发,将自动控制的基本理论和机器人控制特点相结合,讲授机器人控制系统的组成、规律、特点和设计方法。理论上反映当前的最新进展,内容上考虑初学者的需求,侧重普及性、实用性和新颖性,结构体系符合信息类和控制类专业学生的特点,力求简洁、清楚,对技术的叙述遵循目标、问题、理论依据、实现方法、实际情况、发展方向的方式。做到重点突出,符合实际,满足需要,指导性强。

3.7智能控制系统

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,使学生了解智能控制系统的基础知识;掌握智能控制系统中最新的智能传感技术、智能控制器、智能执行能执行器及智能网络与接口技术;掌握智能控制系统中多个关键硬件装置的识别及其使用。通过学习多个智能控制系统的开发实例,学生应掌握智能控制系统的设计方法与技术,坚实地掌握最新智能控制系统知识,提高理论联系实际的能力,并为学习其他课程的打下坚实基础。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材内容包括概述,介绍智能控制系统的基本概念、基本内容和机构及其发展趋势;智能传感系统,讲授智能数据采集技术、传感器智能化的数据处理方法、多传感器信息融合的方法、智能传感器实现方法与典型实例;智能控制器设计,讲授基于单片机的智能控制器设计及其应用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器设计及其应用、基于PLC的智能控制器设计及其应用;智能电动执行器,讲授智能电动执行器的硬件实现技术,软件设计技术以及典型的智能电动执行器实例及其应用;智能网络与接口技术,讲授无线传感器智能网络,工业现场总线网络以及智能传感器、智能控制器和智能执行器的网络接口实现技术;智能控制系统设计实例,综合利用前面的知识设计网络化智能压力传感器的系统设计、基于声音定位的智能机器人系统设计、基于微机电惯性传感器的汽车多路况智能防撞系统的设计、大型设备的PLC智能控制系统设计。

4结语

通过南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的研讨,我们凝练出较完整的“智能科学与技术”专业课程体系,体现出本专业的特色;提出可供3所高校共同使用的教学大纲和教材内容,体现出学生培养的工程实践导向。这些研究成果可以为开办“智能科学与技术”专业的兄弟院校进一步研讨提供蓝本,也可以为筹建该专业的高校所参考。

注:本文受到北京科技大学教学研究会第六批教学研究课题、北京科技大学教育教学研究基金青年教师教育教学研究立项项目、河北工业大学教改项目(2010-12)支持。

参考文献:

[1] 王万森,钟义信,韩力群,等. 我国智能科学技术教育的现状与思考[J]. 计算机教育,2009(11):10-14.

[2] 教育部关于公布2009年度高等学校专业设置备案或审批结果的通知[S]. 教高〔2010〕2号,2010.

[3] 方勇纯,刘景泰. 南开大学“智能科学与技术”专业教学体系与实验环境建设[J]. 计算机教育,2009(11):21-25.

[4] 石志国,刘冀伟,王志良.“智能科学与技术”本科专业软件实践类课程建设探讨[J]. 计算机教育,2009(11):93-97.

[5] 刘作军,张磊,杨鹏,等. 谈我校增设“智能科学与技术”专业的设想与措施[J]. 计算机教育,2009(11):53-56.

[6] 卢桂章. 无处不在的智能技术[J]. 计算机教育,2009(11):68-72.

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，也是至关重要的一步就是确定项目．可以看出，项目的设计是整个教学的前提，项目的好坏直接影响到教学的开展．根据数字图像处理课程的内容体系，同时结合专业教师的研究方向和研究内容，确定项目“车牌识别系统”来组织整个数字图像处理课程的教学内容．车牌识别系统分为图像采集、图像预处理、图像校正、车牌定位、字符分割和字符识别等部分，并将它们作为子项目与数字图像处理的相关教学知识点建立对应关系，车牌识别项目贯穿整个教学内容的始终．整个项目教学过程见图2．从图2可以看出，数字图像处理的内容基本上可以通过车牌识别系统这一具体项目组织起来．除此之外，在实验课和实训课程中，也结合学生的兴趣以及指导教师的研究专长和所承担的课题，还设计了如人脸识别系统、计算机自动阅卷系统、图像碎片拼接系统、三维全景图的设计、计算机视觉的立体匹配及三维重建技术以及高光谱图像压缩等案例．

二、教学改革成果与分析

2013年以信息与计算科学专业11-1班为对照班，2014年以信息与计算科学专业12-1班为实验班，2个班级学生的学时数一样，学生起步几乎也是一样，讲授的数字图像处理课程主要内容相同．在11-1班中采用的是传统教学模式，讲授理论上的图像处理原理和方法；在12-1班中采用项目教学法进行教学．为了验证在数字图像处理课程中应用项目教学法的效果，对2个班级分别进行了数字图像处理理论知识测试和编写一个图像边缘提取的程序．理论知识测试结果见表1（满分100分）．编程题是通过在线考试系统完成的，由计算机给出的成绩，编程题测试结果见表2（满分20分）．

三、结束语

篇4

关键词：开源；数字媒体；processing；互动

1 开源式创作的技术手段

开源，即开放源代码，开源式创作就是在开放源码的环境下进行数字媒体艺术创作。

汉语词语：开辟水源、开辟收入的新来源等。开源（Open Source，开放源码）被非盈利软件组织（美国的Open Source Initiative协会）注册为认证标记，并对其进行了正式的定义，用于描述那些源码可以被公众使用的软件，并且此软件的使用、修改和发行也不受许可证的限制。[1]

谈到当下的数字媒体艺术的开源式创作，就不得不说到计算机这个媒介，更确切地说是，个人电脑的普及才有了后来人类社会信息化时代的到来和互联网的蓬勃兴起，为我们整个社会提供了全面多样化的网络的信息交换服务（或者是获取信息的服务）。在我看来这也是开源式创作的基础。一方面计算机数码摄像技术的巨大发展，为我们提供了采集更多越来越多便宜甚至是免费的高质量的图像资料，这在以前是无法想象的。因为在有了这么多视觉图像资料的情况下进行创作，要比只是从文字信息概念到视觉形象的设计更有效率和直观。比如在做三种文化（包括欧洲、伊斯兰、东方文化）的生活街市的三维模型时，所有的图像参考资料都是通过Google、百度等搜索引擎，来查找到三种文化的各地代表性建筑、各个时期的代表性建筑和当地的风土人物等的视觉资料。所以，艺术作品的方案都是通过视觉图像的脚本来表现和制作的，这样就可以在给甲方做汇报和讲解时更有说服力和信任感。因为在天马行空的方案，到最后也要让人理解、看得明白，这样甲方才会给你最重要的两样东西“时间和金钱”。一方面Internet中包容了人类文明共有的巨大的信息宝库，为我们提供了信息资源的交流和共享，如各种搜索引擎、百科、视频共享软件、网盘的分享软件等。正是在这种“混沌”的信息革命的大背景下，现在的中国的艺术家们可以个人电脑作为平台工具来创作艺术作品。另一方面，越来越多的人对于自己的创新采取了无私的分享，如开源软件Processing、VVVV。

Processing我们把它叫做PDE开发的环境，通常软件开发环境叫IDE，Integrated Development Environment集成开发环境，可以辅助开发程序的应用软件。就是集成代码编写、分析功能、编译的功能等一体化的开发软件套。①它有很多的例子和Processing，所以需要用到的很多的库，那它自带的这个库就有PDF的生成和串口讯号，我们会用到这个库。那在Processing里面你还可以“add library”，就是添加更多的库，常用的库有video、sound、minim等。

Processing有图形用户界面的优势，并且它能提供各种实时鲜明的图像式反馈，可以大幅缩短学习的时间曲线，并更容易的理解抽象逻辑法则。其是Java语言的进一步延伸，而且支持现有的java语言基本架构，其将java的语法简化并将其运算的结果“感官化”，使艺术家和青年学生们能够很快的创作声音和影像的交互式数字媒体艺术作品。但最重要的一点它是开放源码软件平台。

那什么是开放源码软件平台？在我看来就是软件的源代码是可以被任何人使用的，并且这个软件的使用、修改和传播不需要受到任何限制。这也是开源式艺术创作的关键。

开源式创作对于我们这些艺术创作者有什么好处呢？由于互联网的普及，我们获取别人的帮助就更加容易。比如我们可以更加便捷的在网站上获取现成的类库，应用软件的开发也变得更加容易。具体来说，比如我们在做一个新媒体作品时，要用到关于摄像头实时的扣像程序，我们就可以通过Processing相关的网络站点找到别的程序员已经写好的类库，它把摄像头的各种参数如时间的控制和光圈的控制都已经调好，我们只需要从网站上下载，然后导入程序库，根据具体的现场环境的情况进行微调就可以用到艺术创作中来。当然，在遇到具体写代码的具体问题时，也可以在相关的网站和论坛上找到答案。因为作为艺术初学者所遇到的问题几乎前人都已经遇到过，也有大多数通过互联网寻求帮助。这极大地缩短了艺术创作的时间周期，快速有效地解决了关键问题和难点。同时，还极大地降低了创作此类交互艺术作品的资金成本。因为要请到专业的跟艺术家有合作经验的程序员，会花费极高的成本。而如今，只需要学习和了解程序运行的基础知识和基本框架，就可以进行具体的交互艺术作品创作，这极大地鼓舞了在想用计算机程序语言进行创作的外行。这就是所谓的二次开发，利用已经有的免费框架和类库进行的重组和优化，也能创作出有意思的艺术作品。并且通过软件Processing自身扩展库与各种扩展硬件接口的完美结合，再加上软件自身高分辨率、高精度的渲染效率，使其应用于展览展示方面有着举足轻重的作用。随着相关数字科技的发展和人们欣赏水平的提高，许多城市科技馆、世博会展馆、政府展览规划馆等，也都采用了各种各样的新媒体艺术的互动形式来进行创作和设计。

但是，什么是新媒体的创作手法或方法呢？又是怎么样不断地将新的技术手段引入当代新媒体艺术创作领域？它不仅可以灵活地产生、集成、储存和应用多种媒介信息，还具有新媒体艺术作品的人机交互能力和信息传达效果，从而进一步拉近艺术作品和观众的距离。也就是说显著地提高了艺术作品的娱乐性和观赏性。

从数字媒体技术手段分主要创作方式：

第一，信息采集，信息处理与输出。这是进行数字化创作的最基本的一种创作手法。信息的采集，就是通过数码摄像机采集的音视频文件，或是图像文件。信息处理，就是通过采集设备转移到计算机硬盘，然后在后期软件上进行加工处理。然而，现在可以通过processing和vvvv实时采集声音，然后实时输出，从而触发数字图形的变化。

第二，信息传输与转换。在新媒体艺术中体现的最多的是新兴的互动多媒体艺术创作中。人机交互技术在互动多媒体艺术中的应用越来越普遍，交互技术正向多媒体、多通道的方向前进，如手势识别技术、表情识别技术、语音识别技术、三维输入设备、视线跟踪技虚拟现实技术等。科技不断地进步，不断的有新的技术应用到新媒体艺术创作中来，但其根本就是，信息传输与转换。比如图像到声音的转换、从文字资料到声音转换，以及各种不同文化之间通过网络传输技术之间的转换。而在互动艺术中最显著的特征，或者说与其他以往的艺术类型不同的根本区别就是实时的信息传输与转换。在艺术上强调艺术的互动，是对传统艺术分类的极大挑战。而交互的形式和类型又可以细分，人与作品的互动类型和方式有：非接触式互动，如各种感应器技术的应用和摄像头动作捕捉技术的应用等。

在数字媒体艺术中，主要相关的交互技术包括：计算机视觉技术、手写识别技术、虚拟现实技术、语音交互技术、多通道人机交互技术等。其中，比较难以理解的两个技术在这里做一点引用介绍。计算机视觉：“科学研究表明，人类80%的信息是通过视觉获得的。让计算机类似于人类的视觉功能成为众多科学家的梦想，这个梦想正在逐步实现。目前的计算机视觉主要是采用摄像机代替人眼，计算机代替人。”[2]“多通道人机交互技术的特点是：使用多个感觉和应用通道、在三维空间内直接操作、允许非精确的交互、交互具又双向性、交互的隐含性。”[3]

数字媒体艺术的创作手法有哪些呢？或者说与传统的视觉艺术相比较它们的根本区别在哪里？传统的视觉艺术主要靠符号与图像来表现，而新媒体艺术主要靠光电的统一，是非叙事、个性的。更重要的一点是，它不像传统艺术创作那样一笔一画都要自己刷出来，数字媒体艺术的创作可以不是从零开始的。例如，Processing通过之前的程序员写好的程序模块进行重新地组合和优化，就可以创作出不同且有意思的创意作品。并且通过软件Processing自身扩展与硬件接口（Kinect、Arduino等）的完美结合，还可以创作出有意思的机械传动装置。具体的创作手法包括：挪用、拼贴、嫁接等。

2 从艺术家个人创作的角度而言

经过几十年的发展，众多新媒体艺术家采用各种不同的媒介和手段来进行艺术创作，带来了各种类型的新媒体艺术样式，如实验动画、数字摄影、电子游戏、影像装置、互动影像装置艺术、网络艺术等，可以通过它们来表达艺术家个人的艺术理念。这类艺术创作主要是从艺术家个人的角度来创作表达，而不用刻意阐释、说明主题和中心思想，这跟我在下文中提到的新媒体艺术项目团队创作有着根本的区别。艺术家个人创作相对于艺术项目团队的创作是自由的，但由于个人创作上受到资金和技术的限制，创作效果会大打折扣，这和在数字媒体艺术项目中投入巨大的资金、人力和时间，来展示用“高精尖”科技手段和展示宏大叙事主题是完全不同的。但是，他们并不会因此停下脚步，还是继续在利用不同的媒介和技术来进行创作，同时不断地探索出各自独特的艺术语言，并在此期间涌现了一大批优秀的新媒体艺术家和一系列超前的艺术作品。

3 从项目团队创作的角度而言

如今，大型展示文化艺术中，任何一个成功的数字媒体艺术展项的设计案例，在其背后一定是多学科和各类团队之间共同协作努力的结果，这一既成事实已在行业内受到越来越多的广泛认同。同时，新媒体艺术展项的重要性和学科交叉的特性也越来越多地得到了社会大众的认同，这跟新媒体创作团队在上海不断地参加各类的艺术活动项目可以说明。从“感・动”新视觉电子音乐会暨第一届上海电子艺术节开幕式，到第二届河流体――全景户外开幕特演，再到上海世博会城市生命馆。而此时，作为艺术家在整个的新媒体艺术项目团队的过程中更像是一个管理者和组织者，艺术家不仅要从作品方案主题有一个方向上的正确掌控和把关，与此同时还需要协同不同学科领域之间的合作关系。而艺术家在这个时候必须对参与合作团队的学科领域有一定的了解，这样在团队合作的过程中才不会被合作技术人员耍花招，牵着鼻子走。新媒体艺术展项中的重点是交互设计。“交互设计是从人机交互HCI领域分支并发展起来的一门新兴学科，它是跨学科领域，涉及了计算机学科、信息学、人类工程学、美学、心理学和社会学科等诸多学科。”[4]例如，为世博会主题馆“城市生命馆”活力车站做设计的天幕方案时，经过整个设计过程之后，就足以了解交互设计的学科交叉性和跨领域合作的特征。在项目开始之前，首先详细分析和深入了解了项目的需求与用户体验目的，所展示内容的方式和系统的限制、要求，环境条件，展区的大小、空间、高度、采光、人流，以及根据展示演义的主题与观众的接受心理的理解等，然后分别做好时间脚本和相应的软硬件设施的需求。

4 方案的限制和预算[3]

在大型的展示设计中使用交互技术，既要考虑到艺术设计方案的艺术表现力，又要兼顾技术的可行性，因为很多奇思妙想的艺术项目方案由于多种原因是无法实现。而原因或者由于项目的资金和时间限制是无法在短期内实现，或者是交互技术不成熟、不够稳定。例如，电子艺术节的项目工作，由于前期在构想和方案上投入了大量的精力和时间，导致时间分配不均而影响到大局。所以，艺术家个人的创作和艺术项目创作的不同，因为艺术家个人的理想化可以在自己的具体经验中解决，可是集体的创作方案出现问题时靠的是集体的力量，一个艺术家是无法解决所有问题的。但最初在讨论方案时，没有或者很少有技术人员参与，就算是参与也很少有发言的权利。当然这并不能说明前期的准备没有一点用，至少在项目的初期就明确和把握了艺术作品创作的主题，对进行二次创作有着重要意义的。对一个艺术项目团队各个工作环节的工作进度和时间节点的把握非常重要，否则就是在浪费的是整个工作团队的时间，并且还会消磨团队的士气。所以，整个项目进行到了一定的时间节点，再好的艺术设计方案也要在各个方面要“落地”。具体包括：作品方案的时间脚本、动作脚本和协同的环境脚本、作品的材料和体积大小、所需的资金预算和时间预算等。同样，个人创作也要做好方案的预算，因为个人的创作更容易受到技术和资金的限制。

5 与创作有关的三个问题

5.1 怎么样理解信息传输的时间差异性

在创作实时互动作品时，会出现时间差异性的问题，因为第一个人看到的内容和第二个人到的内容是不一样的。不过，时监控技术的运用可以缓解此问题，与传统拿剪辑完成的影像作品来展示是完全不同的。信息就像河流一样不断在变化，而且具有极强的不确定性。

5.2 怎样处理展示空间与艺术作品的关系

数字媒体艺术作品对展示空间要求极高，作品的展示空间是整个艺术作品的有机组成部分和主要表现手段之一。空间的处理对于艺术作品的观念和艺术作品的表现力有着重要的作用。

5.3 如何处理数字媒体艺术创作的限制

在运用一种交互技术时，既要考虑到艺术方案的艺术表现力，也要兼顾技术的可行性，因为很多优秀的艺术方案由于许多现实问题没办法实现。主要有两方面，一方面是艺术项目的资金限制和时间限制，还有一方面是技术限制，因为一些交互技术根本就不成熟，不能稳定的长时间运行。

注释：①开源，网络（）。

参考文献：

[1] 保罗・莱文森（美）.新新媒介[M].何道宽，译.上海：复旦大学出版社，2011.

[2] 马晓翔.新媒体装置艺术[M].南京：南京大学出版社，2013.

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关键词：交叉学科；跨学科；计算神经科学；人工智能；研究生培养

文章编号：1672-5913（2013）18-0001-05

中图分类号：G642

1 背景

科学史上，许多重大的科学发现都产生在不同学科的碰撞和融合中。在自然科学领域，许多伟大的科学家都有着复杂的学科背景，20世纪1/3的诺贝尔获奖项目出现在交叉科学领域。计算机学科里很多大科学家也都有着交叉学科的背景，如计算机之父冯·诺伊曼其实是个数学家，在经济、量子力学及几乎所有数学领域都作出过重大贡献，他提出的计算机二进制表达正是得益于其敏锐的数学洞察力。清华大学计算机科学与技术系张钹院士多次在公开讲座中提到，经他统计，自1966年美国计算机协会（ACM）设立图灵奖以来一直到2012年，60个获奖者中2/3的人都有数学、物理、化学等理科专业背景，甚至还有政治等人文科学背景；相反，纯粹是计算机专业或相近专业如电子学、无线电学等背景出身的人并不多。由此可见，熟练掌握其他学科的知识对于在计算机领域作出重要贡献大有裨益。

高校培养交叉学科人才，一是要引导学生学习不同学科的课程，二是开设一些本身就是多学科交叉的课程。国内高校已经做了大量尝试，也收到了不错的效果。2013年，《计算机教育》杂志专门策划了跨学科教学专题，对国内跨学科教学的实践情况进行报道。很多高校的一线教学人员都报告了他们在交叉学科教育方面的构想或实践经验。

计算神经科学是一门新兴学科，对于促进脑科学、信息科学尤其是人工智能等领域的发展具有重要意义。2010年3月23-25日，中国科学院、浙江大学、上海交通大学的知名学者齐聚北京，举行第367次香山科学会议，主题为“神经信息学与计算神经科学的前沿问题”。与会专家探讨了计算神经科学的国内外发展情况，指出该学科在国内外都还发展不成熟，我们应抓住机遇建立一流的计算神经科学。要达到这个目标，除了加大科研资助和鼓励科研创新外，优质的课程教学必不可少。鉴于计算神经科学的多学科交叉特点，许多专业都可以尝试进行这方面的教学，包括医学、生物学、心理学、数学、物理、化学、计算机、电子，自动化等，笔者将论述计算神经科学与计算机科学的关系以及开设该课程所面临的机遇与挑战。

2 计算神经科学的特点及其与计算机科学的关系

借助飞速发展的现代科技，人类已经能够上天入地，但是对于脑的认识却十分有限。诺贝尔奖得主克里克（Crick）说过：“对我们人来说，在科学研究中没有比研究自己的脑更重要的了。我们对整个世界的认识都有赖于它。”认识人脑的工作机理有两方面的意义，一是促进神经疾病诊疗技术的发展，二是提高人工智能的水平。

诚如艾萨克·阿西莫夫（Issac Asimov）所言，“人脑是我们所知道的最复杂的组织”。它有大约1011个神经元，而平均每个神经元要与103～104个神经元相连。虽然这些数字现在看来并非很大（能存储1T=1012Byte的硬盘在市场上已经很普遍），但问题是计算机硬件是我们事先按一定规则构建的系统，我们对于它每一部分的结构与功能都非常清楚，而人脑却是一个黑箱。想象一下让一台计算机穿越回唐朝，让那个时代的人们了解这台计算机的工作原理是一件多么不可想象的事情。

幸运的是随着科学技术的发展，实验手段正发生着翻天覆地的变革，我们面对的黑箱正在慢慢变灰。通过这些实验手段，我们可以观察到“箱子”的部分内部。然而，只看到大脑内部的一些的结构和它们之间的关系远远不够。唐朝人打开计算机主机盖，能看到主板、CPU、内存条甚至一些精细的电子元件，但这对于他们完全理解计算机的工作原理还差很远。他们需要综合各种技术手段得到计算机内部情况，从硬件问的相互连接关系推断出冯·诺伊曼设计的体系结构及发展变化，从软件的功能推断出算法逻辑，从二进制代码推断出可读代码。要得到这些结果，只有实验数据是不够的，还必须对数据进行整理分析，从蛛丝马迹中发现数据背后的规律和原则。人脑就好比一台唐朝人眼中的计算机。计算神经科学就是一门试图通过理论分析和建模计算的方式理解脑工作原理的学科。

计算神经科学领域的形成始于1988年，Seinowski、Koch和Churchland在Science杂志上发表了计算神经科学领域的“宣言”。从广义上讲，只要是通过建模、仿真等手段对神经科学的实验数据和实验现象进行定量分析的，都属于计算神经科学的范畴。近年来，由于实验技术的革新和脑科学研究的蓬勃发展，这方面的研究早已不局限于生物、医学、心理学等学科，很多其他学科的研究人员以各种方式参与到脑科学的研究中，包括数学、物理、计算机、电子、材料等，他们将该学科中的一些定量计算理论引入神经科学并据此研究脑科学的实验数据和现象。

国外许多著名高校都设有计算神经科学的研究中心或相应专业，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。这其中大多数都有信息科学类院系的参与，如MIT的Artificial Intelligence Group就是在计算机与人工智能实验室下的一个组，而Stanford University 的Center for Mind，Brain andComputation由计算机系、电子系、语言系、神经生物系、心理系以及神经科学研究所的教授组成。计算机领域的一些杰出学者也参与了计算神经科学的研究，包括MIT的David Marr和Tomaso Poggio，CMU的Tom Mitchell，Caltech的Pietro Perona，Stanford Universit），的Fei-Fei Li等。这里还不包括大量的以计算机科学、电子工程等为教育背景但主要活跃在神经生理学、认知心理学等传统神经科学领域的学者。

一方面，计算机科学及其相近领域的研究人员对神经科学和认知心理学的贡献越来越大，已经成为脑科学研究中一支不可忽视的力量；另一方面，神经科学和认知心理学的研究进展对计算机科学的某些方面起到很大的推动作用。例如，近年来在机器学习领域非常热门的深度学习（Deep Learning），在很大程度上受到大脑感觉系统层次化结构的启发，见图1。其中，图1（a）为大脑视觉皮层各区域的位置及信息处理通道，图1（b）为深度学习的框架。

3 面向计算机专业研究生开设计算神经科学课程的机遇和挑战

相对于医学、生物学、心理学等专业，面向计算机专业的研究生开设计算神经科学课程相对容易。这是因为通过本科阶段的培养，计算机专业研究生在理论证明、逻辑推断、数据分析等方面的基础更扎实，他们接受医学、生物、心理学等学科的知识相对容易；但反过来，让那些习惯了生理和心理实验的学生接受一些计算理论方面的知识则相对困难。而相对于数学、物理、化学等理科专业，计算机专业的研究生在模型实现方面有优势。这是因为现在很多计算神经科学的模型都涉及大规模计算，扎实的编程基础使得他们在处理这类问题上更加得心应手。这些是面向计算机专业研究生开设计算神经科学课程的机遇。然而我们面临的挑战更大，主要包括两个方面，论述如下。

3.1 课程定位的挑战

通过调查一些国外著名大学开设的计算神经科学课程，我们可以发现大多数课程的立足点都是“理解脑”，以揭开大脑的秘密为目的，而且无论该课程是神经科学、心理学或相关院系开设的（如Baylor College ofMedicine神经科学系的课程Theoretical Neuroscience-Learning，Perception，Cognition，MIT脑与认知科学系的课程Inlroduction to Computational Neuroscience），还是交叉学科中心开设的（如UniversityCollege London Gatsby ComputationalNeuroscience Unit的课程ComputationalPerception and Scene Analysis），甚至是一些计算机类院系开设的（如CMU计算机系的课程Computational Perception），都是这样。

如果在国内高校面向计算机专业开设计算神经科学课程，将课程目标定位于“理解脑”，会存在一定的现实困难。国外著名高校非常注重基础研究和交叉学科研究，经过多年的发展，他们培养的研究生已经形成了学习其他学科知识的习惯，但国内研究生在选修课程方面则显得更加功利一些，只选修那些目前对自己有用的课程。对计算机专业的学生而言，修一门有关理解大脑工作机理的课程显得比较怪异，这与他们将来从事的IT工作似乎风马牛不相及；为此，我们一方面需要从课程体制、培养计划等方面引导学生重视基础学科和交叉学科的课程，另一方面还需要考虑在现阶段如何通过课程定位吸引计算机专业学生选修相关课程。

3.2 师资力量的挑战

交叉学科课程的讲授对授课教师的专业素养提出了更高的要求，授课教师需要具有交叉学科的研究背景，这样才能把学科前沿看得更清楚，把问题讲得更透彻，但这通常不是一件容易的事，对于计算神经科学这一学科跨度非常大的交叉学科而言更是这样。国内这一学科目前还处于萌芽阶段，从事相关研究的学者相对较少，零散地分布在各自院校的不同院系，而且无论是在哪个院系，他们都是少数派。师资力量的不足已经成为制约计算神经科学在国内高校和科研院所发展的主要因素之一。

4 应对挑战的措施

4.1 准确进行课程定位

为了使学生更容易接受计算神经科学这一课程，我们首先需要给这一学科下一个恰当的定义。从狭义上讲，我们建议将计算神经科学定义为神经科学、认知心理学和人工智能的交叉学科，三者之间的关系如图2所示。人工智能是计算机学科的一个专业方向（这里的人工智能包含机器学习、数据挖掘等各种智能计算的理论与方法），是计算机科学与神经科学和认知心理学产生交叉的主要领域。相对于计算神经科学的广义定义，这一定义拉近了其与计算机专业学生的心理距离。

针对计算机专业的学生，该课程定位不能只是“理解脑”，还要强调“利用脑”，教师需要向学生强调：一方面人工智能为神经科学和认知心理学提供研究的工具，另一方面后两者的发展又反过来促进人工智能等信息领域的技术革新。学生理解了这一点，选修这一课程的积极性才会提高。计算神经科学在计算机专业内并不是一门孤立的课程，它其实要用到很多概率论、线性代数、机器学习、模式识别等领域的知识，与人工神经网络、人工智能、计算机视觉等学科有着紧密的联系。计算神经科学与清华大学计算机科学与技术系一些专业课程之间的关系如图3所示，其中箭头表示课程间的支持关系。

4.2 有效提高师资力量

一方面，我们要鼓励教师进行计算神经科学这一交叉学科领域的研究，培养该领域的杰出学者或从国外全职引进一批这样的学者，这是解决师资力量不足的根本之道。如果在全职引进人才方面有困难，可以通过国家的各种引智计划引进一批短期工作的学者，让他们开设计算神经科学方面相关课程，以便有志于此方面教学科研的本地教师参与学习，最终实现课程的本土移植。

另一方面，我们也可尝试让多个专业的教师同时讲授这门课程。教师一起确定教学大纲，分工合作，各自讲授涉及自己专业的那一部分内容并适当向神经科学靠拢。这样做的优点是较容易找到合适的教师并且每名教师不用花太多精力学习其他领域的知识，缺点是内容会比较散，难以形成一个有机整体，更麻烦的是教师如果不专门从事计算神经科学的研究，那么对于某些知识点则难以讲透；因此这项措施只是权宜之计，一旦条件成熟，我们还是建议由从事计算神经科学研究的教师授课。

5 教学内容的选择

由于计算神经科学是一门交叉学科，涉及的知识点较多并且分布在很多学科里，因此要求学生将这些学科的课程全部学完后再学这门课程，显然不现实也不必要。另外，将所有计算神经科学的知识点都在课堂上讲解一遍也不现实，这就涉及教学内容的选择问题。

5.1 教学内容精而新

“精”强调对教学内容的筛选，有两个原则：一是重要的基础知识必须讲到，这些基础知识包括神经科学、数学、信息论、机器学习等领域的与计算神经科学密切相关的基础知识，这样培养出的学生才能举一反三；二是挑选有代表性的专题，如神经元模型、有监督学习、无监督学习等，把每个专题讲深入了，才能让学生体会到这一学科的常规研究思路和方法，培养学生将来从事相关研究工作的能力。

“新”强调教学内容的时效性。一个尴尬的事实是现在真正称得上计算神经科学的教材很少，笔者认为最经典的教材要数Peter Dayan和LarryAbbott主编的Theoretical Neuroscience，该教材由MIT出版社于2001年出版。这本教材内容很丰富，基本覆盖计算神经科学领域内所有的大方向，缺点是内容比较陈旧。计算神经科学近年来发展迅速，大量的经典工作都没有包含在该教材中。该教材若作为研究生课程教材显然不合适，因此教师必须总结近年来该领域的一些重要进展，如在顶级期刊（如Nature、Science等）上挑选一些重要研究成果并将这些内容归纳到自己的讲义中。

5.2 教学内容向计算机科学倾斜

教师在教学过程中不仅要强调揭开脑的奥秘，还要强调这些奥秘对于计算机科学的意义和作用。一方面挑选一些能让计算机科学发挥重要作用和计算机专业学生体现优势的内容，如神经信号处理和人机接口，因为这些需要用到较多的模式识别技术；另一方面强调为我所用，挑选一些对计算机科学有用的内容，如稀疏编码、深度学习等在机器学习和模式识别领域受到广泛关注的话题。

6 结语

计算神经科学是一门新兴的交叉学科，为了响应在国内建立一流计算神经科学的号召，对于科研和教学我们都不能忽视。目前国内有能力开设计算神经科学课程的学校还不多，即使有也只集中在医学、心理学等院系，其定位一般侧重于“理解脑”。长此以往，国内对于脑科学的研究将面临跛脚走路的尴尬境地，因为脑科学研究的另一任务——提高人工智能的水平将被忽略，因此在工科院系尤其是信息科学相关院系开设计算神经科学方面的课程非常有必要。研究型高校应抓住机遇，从政策上鼓励工科院系开设相关课程，这对于国内学术界从容应对脑科学革命这一挑战具有重要意义。

参考文献：

[1]孙群，张剑湖，李俊民，数学专业设置交叉学科课程的研究[J]，高等理科教育，2007（2）：29-31

[2]郑利平，安宁，路强，等，跨学科教学实践与构想[J]，计算机教育，2013（1）：3-5

[3]陶飞，程颖，杨金键，等，交叉学科研究模式的组织建设研究[J]，计算机教育，2013（1）：6-10

[4]罗嘉庆，周世杰，跨学科课程教学研究与案例[J]，计算机教育，2013（1）：11-13

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关键词：数字媒体技术；课程体系；实践教学

0.引言

2003年，浙江大学在国内首次开设数字媒体技术专业后，国内各大高校根据自身的情况纷纷开设了该专业，其中有些是从计算机科学与技术专业或软件工程专业设置数字媒体技术专业（如浙江大学、江南大学），有些是从艺术专业中分离出该专业（如中国传媒大学），而有些则依托自身在通信领域的优势开办该专业（如北京邮电大学）。这些高校在专业人才培养目标中均强调“技术与艺术的结合”“培养复合型人才”，但他们的侧重点不完全一致，工科院校强调“以技术为主艺术为辅”，而艺术类院校则强调“以艺术为主技术为辅”，这就造成了目前该专业在人才培养目标上的不明确。2012年，教育部颁布了《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》，原数字媒体技术专业和影视艺术技术专业从电气信息类下分离出来成为新目录中计算机类下的数字媒体技术专业，并规定该专业的培养目标是“培养德、智、体等全面发展，掌握数学与自然科学基础知识以及与数字媒体相关的计算机科学与技术、信息与通信工程等学科的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，具备良好的技术素质和一定的艺术修养，能在互动媒体、媒体网络、新媒体工程等领域从事系统设计、开发与应用工作的高级复合型人才。”新目录进一步规范了数字媒体技术专业的性质、人才培养的基本要求以及培养的学生应该掌握哪些知识，应该具备什么样能力，并要求在加强学生基本理论与方法的同时强调注重基本技能的培养。为此，在专业建设与教学过程中，必须增加实践性强的课程，提高教学过程的实践性，合理地开展实践、实训活动，给学生提供较多的参与实践和锻炼的机会。

1.数字媒体技术专业课程与实践教学模式

数字媒体专业是实践性很强的专业，在教学过程中既要制订一套科学的课程体系，也要合理地安排实践与实训活动，这些对学校的软硬件条件提出了较高的要求。那么如何利用有限的资源条件，让学生在掌握较扎实的专业理论知识的同时为学生创造更多的实践、实训机会，是我们需要深入思考和研究的问题。结合江南大学数字媒体技术专业近几年的办学历程，笔者以为，要全面提高专业课程教学和实践教学水平，可从以下几方面入手。

1.1创新科学的人才培养方案和课程体系

科学的人才培养方案是培养合格高校毕业生的根本保障。人才培养方案的制订要结合高等学校的教育特点和自身条件，从市场和企业需求出发，面向社会以适应市场的发展规律。课程的设置要做到按需设置，在保证相对固定的情况下能适度调整，这样才能培养出大批既掌握基本技能又能满足社会需要的创新型应用人才。

实现专业的培养目标，不是仅靠一门或几门课程所能奏效的，而要靠全部专业课程来协调和补充。课程体系是否合理，直接关系到创新人才培养的成败。根据江南大学目前的专业优势，在课程体系的设置中借鉴国内外的成功经验，在加强学科交叉与渗透的同时强调以计算机技术为主、艺术为辅的教学模式，以体现“艺工结合”的办学特色。

为达到专业人才培养的目标，在课程设置中我们将课程分为通识教育课程、学科平台课程、专业核心课程、专业选修课程、集中实践性环节以及素质教育等6大类。其中，通识教育课程主要包括思想政治理论类课程、外语与自然科学基础课程；学科平台和专业核心课程主要是一些能体现专业特色的基础必修课程和专业课程，包括一些艺术类课程，实现学科交叉与渗透；专业选修课程主要是一些专业拓展性课程，以激发学生学习的积极性、主动性和创造性，为学生个性化发展打下基础；集中实践性环节安排在短学期（每学年的第二学期）进行，主要是针对已学过的课程而开设的综合应用与设计类课程，目的是加强学生的实践动手能力，培养学生具有一定的自主创新应用能力，以充分展示学生的个性化。

在课程的建设与执行方面，除通识教育课程外，对其他课程根据设置、知识点、课程内容之间的关联性等采用课程链和课程群的方式进行，主要分为以下5大课程群：

（1）艺术类课程：素描、色彩与综合构成、艺术设计概论、平面设计、场景设计与表现、数字摄影与摄像及视频特技与非线性编辑。

（2）程序与算法类：离散数学、程序设计I（c）、程序设计II、数据结构与算法分析、面向对象技术与语言C++、Java与对象分布技术、脚本编程技术、计算理论及云计算技术等。

（3）系统与硬件类：数字媒体技术概论、数字电路、计算机组成原理、操作系统、数据库系统原理、汇编与接口、数据采集技术、数字视音频技术、数字信号处理、计算机视觉、面向对象的软件工程及人工智能。

（4）图形图像及应用类：计算机图形学、数字图像处理技术、高级图形技术及应用、人机交互技术、流媒体开发技术、信息可视化、虚拟现实与数字娱乐、在线互动媒体技术、XML技术、数字安全技术及计算机前沿技术讲座。

（5）网络与动画游戏类：计算机网络、网站建设与网络传播、动画原理与设计、动画动力学与运动学、计算机动画编程技术、移动媒体游戏设计及计算机游戏程序设计。

在以上课程体系中，要求各课程群内的课程相关性较强并相互依托，而群间的课程相对独立。通过对各课程群课程的设置、各课程的知识点与学分分配以及课程之间的内容衔接等问题进行探讨，可以加强不同课程间的衔接与协调，使课程设置更加合理，教学效果也会得到进一步提升。另外，按课程群进行课程体系建设，既可以充分发挥任课教师的专业特长，又能促进学生的个性化发展。

1.2强化动手能力的培养，推进实践教学改革

实践教学是高校教学的重要组成部分，是培养创新型人才的重大环节，是对理论教学的验证、补充和拓展，它始终贯穿于高等教育的全过程。实践教学环节是创新课程体系的一个重要环节，能提高学生对理论教学的加深、提高和综合运用，培养学生的创新精神和综合素质。建立完善的专业实践教学体系，促进学生实践能力和创新精神的培养，我们从以下方面开展工作：

（1）完善实践教学体系，积极开展课内外实践教学活动。制订完善的实践教学管理制度，加强对实践课程的监督与管理；编写并适时修改实验课程的教学大纲，推进实验教学内容、方法、手段及模式的改革与创新，培养学生发现、分析和解决问题的兴趣及能力，在学生中开展研究性学习和创新型实验的试验。

（2）加强学生的实践与实训，做好校内外实习基地的建设。实习基地是实施实践教学环节的重要场所，是对学生进行专业技术技能训练和解决实际问题能力的训练。在校内，结合数字媒体学院的办学宗旨和人才培养目标，除平时课程的实验教学外，利用短学期（每学年的第二学期）进行专业课程设计，主要涉及面向对象课程设计、人机交互课程设计、三维建模、计算机组成课程设计、图像处理课程设计、互动媒体课程设计、网络游戏课程设计等。由专业指导教师布置课程的设计内容，要求学生在一周时间内完成，最终以大作业或作品的形式提供成果，并评定成绩。通过课程设计，能培养学生运用所学理论知识解决某些实际问题的能力和独立工作能力。在校外，我们联合企业建立多个实训基地，为学生提供包括基本技能和综合能力两方面的真实的实践环境。实训期间，学生顶岗培训，并要求企业指定实训指导教师，负责对学生实训期间的技能培养、团队协作与沟通以及组织管理等方面的指导。通过实训，不仅培养学生解决实际应用问题的能力，还能培养学生爱岗敬业、遵规守纪、团队协作、市场竞争意识以及创新意识等综合素质。

（3）以项目为驱动，促进学生介入科研活动。以讨论式教学、研究式学习、项目团队等多种形式，引导学生开展多种学术观点和思想的交锋，追踪本专业的最新发展前沿，提高自主学习和独立研究能力。结合国家、省及校级大学生创新创业训练计划，以项目的形式让学有余力的学生通过自主选题或参与教师科研项目进行初步的探索性研究工作。在组建学生项目团队时，要求团队成员中既要有数字媒体技术专业的学生，也要有艺术专业的学生，以真正体现“艺工”结合的培养宗旨。这几年的经验表明，让学生参与科研项目，不仅培养了学生运用所学知识解决实际问题的能力，还能提高学生对专业的爱好及其学习激情和创新精神，让学生在了解专业发展前沿的同时掌握从事科学研究的方法，为以后从事数字媒体工作打下了较好的基础。

（4）切实加强毕业设计（论文）的组织与监督工作。毕业设计（论文）环节是高校实现人才培养目标、强化学生专业知识和专业技能、提高学生综合素质和创新能力的重要环节，是高等学校本科生教学计划的重要组成部分，是理论与实践相结合、教学与科研和生产相结合的过程，因此它有着任何课堂教学或教学实习所不可替代的功能，在培养高级专门人才过程中有着特殊的地位。为提高毕业设计（论文）的质量，必须制订完善的规范与标准，并对整个过程实行全程监控。在毕业设计（论文）期间，我们将整个过程分为毕业生动员、学生选题、教师指导、质量监控以及评阅答辩等，时间从每年12月开始到次年的6月。指导教师由高级职称或具有博士学位的教师担任，根据专业要求及从事的科研工作每位指导教师确定题目，实现学生与教师的双向选择；学生选题后由指导教师下达具体的任务，系部组织学生开题；实行中期检查制度，对学生的工作进程进行监控；严把毕业答辩关。通过毕业设计（论文）环节，促进学生分析、解决实际问题和科学研究能力的提高，为他们走上工作岗位奠定良好基础。

（5）开展多种形式的学术交流活动。为激发学生对专业学习的兴趣，了解专业发展的最新动态和社会对专业的需求，聘请国内知名学者和行业专家为学生开展多种形式的学术和主题讲座。学术专家可以就专业现状、发展方向和最新的研究成果为本科生进行介绍，激发学生对专业的热爱和科学研究的兴趣；行业专家则介绍一些新兴产业的相关信息和发展现状，结合行业进行一些技术培训，让广大师生深入了解企业和社会的需求。组织学生参加“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、信息技术竞赛等科技竞赛活动，鼓励学生努力追求梦想、迎接挑战，同时营造学院浓厚的学术氛围，促进更加良好学风的形成。

实践教学始终贯穿于高等教育的全过程，要不断改进实践教学的方法和形式，把理论教学与实践教学摆在同等重要的地位；要通过引导吸引高水平教师从事实践教学工作，加强实验、实习与实训、毕业设计（论文）等实践教学环节；要加强产学研合作，充分利用国内外资源，不断拓展校际、校企、校所之间的合作，做好校内外实习基地的建设；推进讨论式教学、研究式学习、项目团队等新型教学组织形式，提高学生自主学习和独立研究能力。

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论文摘要：随着虚拟现实技术的出现，城市规划建设发生了革命性的变化。而虚拟现实建模语言vrml正是相应其产生的，人们可以根据自己的丰富的想象力模拟构造出任意模型，从而实现城市规划的预见。当然，也可以从模型中发现缺点和不足，从而做进一步的改进和完善。本文正是基于这种技术和vrml开发工具实现了城市的仿真，能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可以从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，公众的参与也能真正得以实现。

本文研究的主要是虚拟现实技术在城市规划领域中的应用。意义在于针对现代城市建设的盛行，利用环境学、工程学、规划设计等的综合，将虚拟现实技术运用其中，实现对城市的仿真，更真实、鲜明、生动地展现城市面貌，便于对城市规划的可行性研究，有利于城市的规划，建设和完善。

 

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  绪 论

1.1  什么是虚拟现实技术

虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（virtual world）的计算机系统。虚拟环境是由计算机生成的，它通过人的视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的视景仿真。它是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。

虚拟现实不是真的，也不是现实，它只是一个在桌面上可实时地做交互式三维图形用户界面的工具。就像窗口系统及鼠标驱动用户界面一样，虚拟现实可使计算机的运用更加有效、透明。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。

虚拟现实是一门综合技术，它以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的三维视觉以及嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察[1]。

虚拟现实有三大特点：浸沉感、交互性和构想性。

浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉； 

交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；

构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。

1.2  虚拟现实技术的发展前景

虚拟现实（virtual reality，vr）是近来计算机网络世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字地球概念提出的依据和基础技术。

虚拟现实的应用领域十分广泛，主要在工程设计、计算机辅助设计（cad）、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺术创作、游戏、娱乐等方面。 web的出现更使虚拟现实技术引起人们普遍的关注。人们对它寄予厚望，希望利用这个技术使世界各地的人，可以在三维环境下交流。多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的闲谈，在网上建立一个真正的三维社区已不再只是梦想中的事[2]。

虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界!

我们相信社会的发展和技术的创新使这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将来，或许就在十年以后，或许二十年以后。

1.3  国内外虚拟现实技术的研究概况

美国是vr技术的发源地。美国vr研究技术的水平基本上就代表国际vr发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模vr知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。

在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到1991年底，英国已有从事vr的六个主要中心，它们是windustries（工业集团公司），british aerospace（英国航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要从事vr职产品销售）[3]。

和一些发达国家相比，我国vr技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展vr技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把vr列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。

北京航空航天大学计算机系是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接[3]。

浙江大学cad&cg国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，另外，他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。

哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步等。

还有其他一些大学在虚拟现实发面取得了骄人成绩，在这里就不再介绍了。总之，虽然我们和其他一些发达国家相比还存在差距，但我国的发展前景还是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4  本文研究的主要内容

本文主要是介绍了虚拟现实技术极其应用，及其相应的实现工具vrml语言。通过对城市的模拟设计，更深入的了解虚拟现实技术及掌握vrml语言的使用。

第一章主要讲了虚拟现实技术的基础知识、发展前景以及现今国内外的发展状况。以便让读者对虚拟现实技术有一定的了解。

第二章主要讲了虚拟现实技术的实现工具vrml语言的发展历史，虚拟现实与vrml的联系以及vrml的创作原理等，目的是使得读者可以很快掌握vrml。

第三章是系统的概要设计，主要讲了虚拟现实技术的应用和vrml的使用。通过介绍虚拟现实技术在城市规划领域的应用，物理建模技术以及城市模型的概要设计，使得读者对虚拟现实技术的了解更加深入和透彻。

第四章主要讲了系统的详细设计，主要是告诉读者怎样利用vrml语言实现模型的虚拟实现。通过本章的学习可以使读者的运用vrml语言的能力大大增强。

第五章主要讲了在系统的设计过程中遇到的问题及相应的解决方法。

第二章  vrml简介

2.1  vrml的发展历史

vrml使用场景图数据结构来建立3d实境，这种数据结构是以sci开发的open inventer 3d工具包为基础的一种数据结构。vrml的场景图是一种代表所有3d世界静态特征的节点等级：几何关系、材质、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。几乎所有的生产三维产品的厂商，无论是cad、建模、动画、虚拟现实，还是vrml,它们的结构核心都是场景图。

1993年9月，tong parisi和mark pesce开发了第一个vrml浏览器，称为labyrinth，它是www上三维浏览器的原形。

1994年春，在日内瓦第一届www大会上，由tim berners-lee和dave raggett所组织的一个名为bird_of_feather (bof)的小组提出了vrml这个名字，当时所代表的含义是virtual reality makeup language，但是后来为了反映三维世界的建立而改成了virtual reality modeling language，缩写为vrml。在这次大会以后，一个www-vrml mail list的组织成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通过选择open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案经修订，在1994年第二次www大会上公布为vrml1.0的初稿。

另一位sgi的原open inventor设计师paul strauss开始作一个vrml公共域的词解程序，当时流行于业界的名字叫qvlib。这个程序的作用是把vrml的可读文件格式转换成浏览器可理解的格式。这个词解程序于1995年1月公开。它可以安装到各式各样的平台上，从此，各种浏览器私雨后春笋般兴盛起来[4]。

1996年8月在sgi的 moving worlds提案基础上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基础上进行了很大的补充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0为基础制定的，于1997年4月提交国际标准化组织iso jyci/sc24委员会审议，依照惯例命名为vrml97。

1998年12月在原vrml组织的基础上成立了web3d联盟，致力于vrml ng标准的制定，并致力于制定x3d网络三维标准。在x3d的旗帜下，vrml将结合java3d和xml等技术，成为internet上三维虚拟世界的主要标准。

2.2  vrml与虚拟现实技术

虚拟现实的英文名称为virtual reality，简称vr，即利用计算机的高科技手段构造出一个虚拟的世界，使参与者获得与现实一样的感觉。虚拟现实是一个在当今国际上倍受瞩目的课题。

当计算机技术尚未出现的时期，仿真只能在实物上进行，这一阶段的仿真称为模拟仿真。其特点是：由于仿真是在实物上进行，因而实时性强且精度较高，但是实施的难度和费用都较大。在计算机技术问世且被引入仿真领域的初期，仿真技术步入了半模拟半数字的阶段。这时系统中的一些部分由计算机代替，另一部分则由实物充当，所以，在一定程度上仍然保留着实时性仿真的特点[5]。

80年代后期，仿真在诸多方面都发生了重大的转变，仿真研究的对象已由连续转向离散事件系统。仿真已由重视实验转向重视建模与结果分析。计算机已成为一种重要的仿真工具。计算机仿真是一门利用计算机模拟真实系统进行科学实验的技术。

由于从强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，仿真系统的交互性大大加强。就应用领域方面而言，仿真已从研究制造对象的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。这些转变明显地说明，计算机仿真已经进入了一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功能已越来越突出。虚拟现实促进了仿真技术的发展。虚拟现实是采用计算机仿真技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境，置身于该环境中的人们可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用，达到彼此融为一体的程度。近年来随着信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术、多媒体技术和虚拟现实技术的发展，使得建立人机一体化的、分布的、多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，仿真因此形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等[5]。

2.3  vrml原理

1.vrml对三维虚拟世界的描述

vrml规定了3d应用中大多数常见的功能。

(1)建模能力，vrml定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力较强。                                       

基本几何形体：box、sphere、cone、cylinder

    构造几何形体：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid

    造型编组、造型定位、旋转及缩放：group、transform

    特殊造型：billbord、backgroud、text

基本几何形体节点只能作十分有限的几种造型，用点、线、面索引节点及拉伸节点就可以构造任意复杂的实体形状。特殊造型节点可用于场景中的文字、背景颜色等设置。造型编组可以用来描述装配关系，其中transform节点可以确定装配位置、方向。

(2)真实感及渲染能力，通过提供丰富的相关节点的渲染，可以很精细地实现光照、着色、纹理贴图、三维立体声源。

    光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight

    材质着色：material、appearance、color、colorinterpolator

    纹理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform

    雾：fog

    明暗控制说明：normal、normalinterpolator

    三维声音：sound

场景光照的设置直接影响观察者的视觉效果，这几种光照节点可以提供各种虚拟场景的光源。不同材质的物体色彩及反光效果不同，vrml的材质及着色节点的使用可以仿造如同真实物体给出的视觉效果。文理节点可以对实体表面粘贴图片或进行像素点的设置以使实体具有同实物一样的表面花纹。雾、明暗控制都对场景的光线反射有影响。声音节点可以在场景中模拟出实际空间可能产生的各种声响，如音乐、碰撞声等[6]。

(3)观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互。视点可以控制对三维世界的观察方式。

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

    控制视点：viewpoint、navigationinfo

各种传感器节点可以感知用户鼠标的指针，touchsensor节点在数控车床操作按纽功能的仿真中十分有用。视点控制可以预先提供给用户一些更好的观察角度。

(4)动画，vrml提供了方便的动画控制方式。

关键帧时间传感器：timesensor

线性插值器及姿态调整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator

这两组节点的配合使用可以产生场景中的动画效果，关键帧时间传感器节点驱动线性插值器节点按时间顺序给出关键值插值，这些插值就是关键震动画时控制实置、状态所需要的中间过渡值。

(5)细节等级管理及碰撞检测：lod、collision

细节等级管理是对复杂实体的细节显示加以控制，使该实体可在视点外或远离视点时不显示或粗略显示。vrml自身提供的碰撞检测是指观察者在虚拟场景中的替身与实体的碰撞。

(6)超链接及嵌入：anchor、inline

这两个节点使vrml可以由一个虚拟场景直接链接到另一个场景，或者将另一个场景中的实体嵌入自己的场景中。

2.vrml的执行模式

通过使用vrml的script节点编程、与java间事件访问和建立场景图内部消息通道能够很方便的实现虚拟实体的交互和动画功能。vrml场景图可以接受两种事件驱动：从路由语句传过来的入事件及由外部程序接口写入的直接事件。路由语句说明由场景传出的每一条消息的传递路径，也就是从一个节点的出事件域传出的事件传递到一个节点的入事件域。场景中传感器节点通常定义了触发事件，它通过路由发送到场景图的其他节点的入事件域。如传感器节点的触发事件直接传递到插补器节点产生关键值插值，也可以传递script节点进行运算处理产生关键值插值。script节点的处理过程就是javascript语法编写脚本程序。script节点还可以通过url域引入java程序到其他需要的节点，比如传送给实体改变它的位置、形状。由外部程序接口写入的直接事件不需要路由图传递，但其他执行过程都是一样的。如果需要外部程序的响应，它应该能够有读取节点出事件域数据的接口[7]。

2.4  vrml的创作工具

创作vrml可以用你喜欢的文本编辑器，如windows95下的notepad，dos下edit等。当然，最后要奖文件保存为以 .wrl为后缀的文件。对于复杂的三维造型，如果vrml语句逐句写出，那么其工作量是非常大的，有时也是无法完成的，幸运的是有很多大型的具有三维造型功能的软件都开发了vrml文件的输入输出，人们可以利用这些造型工具直观快速的创建一个三维空间，然后输出为 .wrl后缀的文件。这样对于复杂的三维造型vrml环境中显示就不成问题了。

推荐读者使用的vrml创作工具是vrmlpad，它是一种功能强大且简单好用vrml开发设计专业软件，其完全vrml97标准。vrmlpad可以对vrml文件进行浏览编辑，对资源文件进行有效的管理，并且提供了vrml文件的向导，可以帮助开发人员编写和开发自己的vrml虚拟现实作品[8]。

 

第三章  系统的设计

3.1  虚拟现实技术在城市规划领域的应用

3.1.1  概况

随着全球知识经济的兴起，信息产业正以前所未有的速度蓬勃发展，上至政府、军队，下到各企事业单位都开始重视信息技术的创新研究和长远发展，并已经或准备给予大量的投入。而作为信息技术发展重要驱动力的“虚拟现实”技术，也随之成为人们关注的热点之一。

由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。vr技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用vr技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的[9]。

3.1.2  虚拟城市的有机组成

仿真的虚拟环境

类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是vr技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。

多方式、运动中感受城市空间

在虚拟现实系统中，可以全方位,多种样式（步行、驱车、飞行、ufo等）,完全由用户自由控制在场景中漫游。vr技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而vr技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。

实时多方案比较

运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过vr技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且虚拟现实系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户做出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。

  三维空间信息交流

虚拟现实系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与gis信息相结合，即所谓的vr-gis，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，虚拟现实系统还可以与网络信息相结合，实现三维空间的远程操作。

公众参与与方案展示

对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，虚拟现实系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。

3.1.3  虚拟现实技术对城市规划的影响

1．城市规划管理

信息技术对城市规划管理的影响主要表现在办公自动化方面，目前的办公自动化方面，目前的办公自动化主要是提高城市规划管理部门内部的管理水平、质量和效率。随着社会的信息化，通过因特网可以建立城市规划管理部门与城市建设者之间的有效信息通信渠道，可以通过因特网实现网上报建，报建单位只要在本单位与因特网相连的计算机就可完成报建过程和提供所需的材料，规划审批可以在因特网上完成。

规划管理与规划设计更紧密的结合，实现管理与设计的一体化，审批的结果可以电子数据的形式迅速的反馈给设计部门，而设计部门可尽快地将设计结果以电子数据的形式提交给管理部门，这些信息的传输可以通过因特网来完成。

通过因特网可以进行规划评审，各地的专家可以在家里对规划成果进行评审，规划成果将利用虚拟现实技术展现专家所需的各种信息（如建筑物三维动态模型），通过网络会议交流意见，专家甚至可以实时与规划师交流，提出自己意见和设想，并可以较快地通过建立数字模型加以证实[10]。

2．城市规划设计

城市规划设计将更广泛应用cad和gis技术，而计算机图形输入技术的改进和智能化，五笔输入技术，使规划设计师进行设计更为方便，而不影响灵感产生。

设计过程中所需的数据将数字化，使其获取变得更加容易、更加方便，可以采用遥感图像直接作为背景进行设计，而各种地下管线的资料由于数据库的建立而更加方便的获得。现在比较难以得到的人口空间分布、交通流量等信息由于相应信息系统建立而能很方便地获得。

虚拟现实技术的发展与应用，使规划设计成果的三维动态建模更加方便，设计成果更加形象和直观。

在规划设计和规划审批中由于规划成果的数字化，使得对各种规划成果和方案的定量分析、模拟和预测成为可能，经济可行性分析也更为方便，促进规划决策的科学化。

通过因特网由分布在全球各地的规划设计专家共同合作完成设计也将成为可能，这样可以构建了一个不受规划师的空间分布制约的虚拟设计事务所。

3．公众参与

公众可以通过因特网动态了解规划设计方案和参与规划审批，而且规划方案与成果的表现形式由于采用虚拟现实技术和多媒体技术更为直观和形象，使公众能更好的理解规划师的意图，公众通过因特网发表个人的意见，与规划师、管理人员和其它有关人员进行直接对话，使公众参与更加有效，促进决策过程的民主化。

4．城市规划研究与教育

因特网构成了一个巨大的电子图书馆，各种城市规划研究成果将以电子出版物的形式出现，城市规划研究者将通过因特网查到各种城市规划资料，并可通过电子邮件、bbs（电子公告栏）及其它一些网络通信方式进行交流。

因特网同时也将成为一个庞大的远程教育网，城市规划专业的学生可以通过因特网利用多媒体技术学习城市规划的理论与知识。

在信息时代，电子游戏也将成为一个很好的教育手段，城市规划方面的游戏软件将出现，可以对规划设计与审批及城市建设过程进行模拟，使城市规划学习及城市规划的宣传与教育通过玩电子游戏的过程来完成。

总之，信息时代的到来，使人类构造了一个与现实世界相对应的虚拟的信息世界，人们将生活在由原子组成的现实空间和由比特（bit）构成的信息空间(cyberspace)中，现实空间与信息空间的物理界面（interface）是由计算机及网络和数据库构成的信息基础设施，人们通过这一界面可跨越现实空间与一些时间的限制，了解现实世界的过去和现在，预测未来，进行思想交流。城市规划将在信息空间中构造城市发展的蓝图，并通过建设者在现实世界中实现。

3.2  物理建模技术

3.2.1  人工的几何建模方法

由构造vr的观点看，几何建模是构造vr的致命技术，它的限制可能妨碍vr的进展。vr研究将受益于共享的开放的建模环境，包括物理建模环境等。为了加深理解，需要回顾三维几何模型怎样获取。下面回顾几个vr工作所报告的模型获取过程。vr的几何建模一般通过基于pc或基于工作站的cad工具获取。在北卡大学漫游建筑的项目中，autocad用于产生构成一座教堂几何模型的12000个多边形。讨论的一个问题是"由为其它目的写的cad程序中取出要求的数据"。由autocad产生的文件取出三维几何并不困难，但问题是并非所有要求的数据都以vr要求的形式提供。特别是没有提供有关建筑物实际物理的数据，用于实时漫游算法的划分信息，以后由手工或专用程序加入。

vpl reality built for two (rb2) 系统使用macintosh ⅱ，作为固体建模的设计站，用iris工作站作为绘制/显示站。rb2是用于设计和实现实时vr的软件开发平台。在rb2下开发是快速的交互的，具有可实时编辑的属性约束和交互。rb2的几何建模功能利用了软件模块rb2 swivel和数据流/实时动画控制台body electric。rb2在组织上有大量跟随者，他们没有足够的资源开发自己的vr。rb2是交钥匙系统，它的几何物理文件格式是专有的。

在npsnet项目中，初始的三维插图集由simnet数据库得到。这些模型知道的武器系统的三维外表比simnet少得多。结果，研究者开发了保存这些三维模型的开放格式，把物理模型增加到格式中，并改写了系统，包含了面向对象的动画能力。例如，npsnet研究组正在利用multigen cad工具开发无物理的模型，这用于sgi基于performer的npsnet-4系统。有物理的cad系统已开始开发，但还很贵，只是专用的。许多ve应用要复制真实世界。不是用手建立模型，最好利用视觉或其它感觉自动获取模型。自动获取复杂环境模型(如工厂环境)当前还不现实，但这是合适的课题。同时，自动或接近自动获取几何模型，现在在某些情况是现实的。部分自动的交互式获取在不久将是可行的。现在已有利用激光扫描建立实际物体三维外形的设备出售。

3.2.2  自动的几何建模方法

三维扫描仪（3 dimensional scanner）又称为三维数字化仪（3 dimensional digitizer）。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同。首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的实物。其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。第三，他输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于cad或三维动画。彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。

1．三维信息获取技术

早期用于三维测量的是坐标测量机（cmm）。目前，cmm仍是工厂的标准立体测量装备。它将一个探针装在三自由度（或更多自由度）的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高。其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢，无色彩信息。

机械测量臂借用了坐标测量机的接触探针原理，把驱动伺服机构改为可精确定位的多关节随动式机械臂，由人牵引装有探针的机械臂在物体表面滑动扫描。利用机械臂关节上的角度传感器的测量值，可以计算探针的三维坐标。因为人的牵引使其速度比坐标测量机快，而且结构简单，成本低，灵活性好。但不如光学扫描仪快。也没有彩色信息。faro和immersion公司提供这类产品。

借助雷达原理，发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。这是激光或超声波测距器。测距器向被测物体表面发出信号，依据信号的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，称为"飞点法"或"图像雷达"。不少公司开发了用于大尺度测距的产品（如用于战场和工地）。小尺度测距的困难在于信号和时间的精确测量。leica和acuity推出了采用激光或红外线的测距器。senix公司推出了超声波测距器。它受遮挡的影响较小。但要求测量精度高，扫描速度慢，而且受到物体表面反射特性的影响。

基于计算机视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法，立体视觉法，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。其中的结构光法，编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。这些方法可以分为被动式和主动式两大类。被动式法的代表是立体视觉法。主动式法的代表是结构光法，编码光法。光学扫描的装置比较复杂，价格偏高，存在不可视区，也受到物体表面反射特性的影响[11]。

用于获得物体内腔尺寸的方法之一是工业ct。它以高能x射线对零件内部进行分层扫描。它的缺点是精度不高，价格昂贵，且存在放射性危害。

美国cgi公司生产的自动断层扫描仪（automatic cross section scanner, acss）可以克服这些缺点。但要求对被测物体进行破坏。

2．三维扫描系统的关键技术

在硬件和控制技术方面，扫描运动的伺服装置要求精度高，运行平稳，可定位性好。用电子扫描代替机械扫描是当前的趋势。各类传感器要求精度高，分辨率高，噪声小。

三维信息获取技术方面，三维信息获取的原理应综合考虑精度，速度，易实现性，易使用性，成本，使用背景等。原理确定后，还要注意实施方案，采用巧妙的技术策略，提升产品的性能。还要研究计算模型和误差模型，了解误差的原因，误差的传递，误差的校正和消除。往往还要包括数据的预处理和后处理技术。

色彩信息获取方面，物体的色彩由三个因素确定: 照明类型，物体表面的反射特性，眼睛按三条不同的光谱灵敏度曲线感知光线的能力。彩色是一种心理感觉。它与光源辐射能量的分布及观看者的视觉感受有关。目前的三维扫描仪一般得到的不是物体表面的材质和对入射光的反射特性，而是在某种照明条件下所呈现的色彩。

三维构型，显示及修改技术方面，扫描仪获取的是物体表面离散采样点的坐标和色彩。这些采样点的集合称为"点云"（point cloud）。必须用点，多边形，曲线，曲面等形式描述立体模型，即将"点云"构成"形"。同样的点集进行不同的连接，可能得到不同的三维模型。复杂表面的散乱点的构形是很困难的。还要将得到的三维模型显示出来，并对缺陷进行人工修改。还必须支持多种数据格式，将结果按指定的格式输出[12]。

定标技术方面，确定有关的装置参数就是定标。它与计算模型和误差模型有关。定标精度和可靠程度直接影响测量精度。定标还可以校正装置的误差。对彩色扫描，还有色彩定标问题。

3.3  城市建模

本设计采用了人工几何建模方法建立城市模型的。这部分包括两部分，即总体建模和局部建模。

3.3.1  总体建模

总体建模初步构造了将要建立的城市模型的大体布局，包括主要的街道，建筑等，还有整体的天空地面的色彩。局部建模是在整体建模的基础之上对局部布景的详细设计,是个逐步细化的过程。

整体建模如下：用background设置天空和地面的色彩。background节点用于生成vrml的背景空间，背景采用了立方体空间的表现形式，在其外放置了一个地面球体，在地面球体之外是天空球体。立方体和球体在概念上都是无限大的，并包围着vrml世界，观察者可以看到立方体和球体的任意部分但永远不能接近它们。用viewpoint节点定义了浏览者在虚拟环境中的游行方式。viewpoint视点节点定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。在每一个新的观察点，浏览器获得的图象就像是使用一部虚拟的取景器在屏幕上播放一样。替身在虚拟空间中的移动，就使得取景器不断的调整起位置和朝向。在这里本人定义了aa视点，采用了飞行的非跳跃的漫游方式。为了是浏览者的感觉和现实世界一样，本人又在浏览者的头部安置了头灯，否则，展现在我们面前的将是一个个黑漆漆的模型。同时用worldinfo定义了境界信息，在运行界面的标题栏可以看见该设计的名称，作者等等。worldinfo节点用来声明一个空间的标题以及想提供的其他注解，它对vrml场景的创建并不产生影响。

运行效果如图3-1。

图3-1 背景图

上图只是一个非常非常粗略的框架，在此之上，用transform节点创建了几栋楼房，有高有矮，和城市的比较接近，还有南北东西走向的街道。transform节点是一个组节点。transform节点包含一个子节点列表，这些子节点可以是shape节点、group节点或transform节点。在transform节点中的所有子节点将在transform节点的坐标系原点处建立。该节点包括位置的确定、造型节点的旋转轴和方向、造型节点大小的缩放比例及缩放旋转轴，以及形体造型的构造等，它的功能比较强大，使用相对简单。transform节点在放置场景中的对象并确定其方向时具有很大的灵活性。transform节点也是一个形成vrml场景层次结构的基础节点。这里的楼房和街道就是用简单的形体造型节点box构成的，只是在大小，位置，方向上做了相应的改变。为了是楼房看起来更逼真，又在上面嵌入了楼房的图片。

城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘，为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。这里也采用了城市规划的思想，哪里放置街道、哪里放置楼房等都需要缜密的考虑，要求布局合理，位置适当。

图3-2是设置后的运行效果。

图3-2 简单的楼房

很显然，城市里只有楼房和街道是不够的，一定要有树，那是反映一个称呼司绿化程度和建设特色的标志，而树则不是简单的立方体，但为了构造的简便，本人用圆柱体和球体来构造树，只要将球体在竖直方向上拉伸，在水平方向上压缩，然后将这个改造过的形体放在圆柱体上就形成了一棵树。当把树嵌入到城市模型中，景致就完全不一样了。这就是城市的整体构造。

在这里所用到的立方体box、球体sphere、圆柱体cylinder都是简单形体造型节点，但是运用它们可以构造更复杂的对象，需要初学者灵活的掌握和运用它们。除了上面提到的简单造型节点之外还有圆锥体cone。

图3-3是一棵树的造型。其实，它不仅仅是一棵树，更是一个希望，象征着人类对环境美好的憧憬和欣欣向荣景象的期待。

图3-3 树

图3-4 绿化的城市

图3-3-4是在嵌入了带有绿意的小树的城市的整体构造。虽然有点空旷，但是，地广人稀正是我们人类所向往的。现在世界人口的膨胀，土地资源的紧缺，已经上升到令人瞩目的日程。开拓一片沃土，合理利用土地资源是每一个建设者的最终目的和任务。而且我们也应该珍惜每一片土地。

3.3.2  局部建模

局部建模也称为细致建模，具体步骤如下。

一个城市只有楼房、街道和树是不够的，因此需要我们对粗略的城市进行细化。首先，先建立一个花坛，花坛也是有简单的造型构成的，包括立方体和球体，相互嵌套而成。花坛的颜色设置为浅绿色，错落有致。有树有花坛，当然也得有草了，所以，还要做一个草坪。为了不和花坛相冲突，草坪的颜色设置为深绿色，是一个大的扁平的立方体。街道上没有车也是不行的，但车的造型是比较复杂的，但是什么复杂的东西都可以简单化，本人用两个球体和两个圆柱体做成了一个小汽车。两个球体需要变形，而且上面的球体比下面的小。两个圆柱体作为车轮子，架在大的变形球体的下面，并在上面嵌入了车的图片，具体造型效果如图3-5。

                                     图3-5 小车

草坪建好了，也要为其进行装饰，因此在上面放了凳子和一个供观赏的造型，凳子是由黄色的立方体做成的，供观赏的造型则是在浅灰色的圆锥体上架了一个球体，并在草坪的四角各放了一个半球。为了体现国民的保护环境意识，在草坪的边上有放置了一个圆柱形的垃圾箱。在此基础之上，为了体现虚拟现实世界的动感，草坪四角的半球及中间圆锥体上的球的颜色是自动变化的。颜色的不断变化是通过颜色插补器corlorinterpolator和时间传感器timesensor来实现的。corlorinterpolator节点是vrml提供的附加的插补器节点，利用它可以构造色彩的变化效果。corlorinterpolator节点在它的key和keyvalue域中使用一系列关键时刻值和色彩值。corlorinterpolator节点通过在两个色彩值中内插，来计算一个中间的色彩值，此值被它value_changed域输出。timesensor节点可以像时钟一样标记时间的流逝，还附加有定时发送相关时刻信息的功能。同时它可以是一个定时开关，开始及结束一些过程。通常与插补器、传感器联合使用。timesensor节点能够作为任何组的子节点。

效果如图3-6和图3-7。从两副图中可以明显看出，除了图中的球体的颜色是不同的之外，其他的都是一样的。

图3-6 奇异的草地甲

图3-7 奇异的草地乙

虚拟现实，也就是模拟现实，使得呈现的景象和现实世界的一样逼真。在这了，本人将要设计的城市的四个游乐场所中的一个做了一点变化。那就是将里面的球体改成了立方体，这不是主要的，值得一提的是当替身与游乐场的距离在一定范围内时，中间的立方体会自动的旋转一定的角度。这种变化是如何实现的呢？其实很简单，这里使用了临近传感器proximitysensor。临近传感器感知观察者进入并在一个空间的长方体区域中移动的时间。当观察者接近区域时，能使用这些传感器启动一个动画，当观察者离开时停止这个动画。proximitysensor节点能够作为任何组的子节点。并且它可以感知观察者何时进入、退出和移动鱼当前坐标系内一个长方体区域。可以检测到观察点接近的信号，利用它可控制其他操作。

一个城市只有高楼没有平房也是不切实际的，本人又在城郊建立了几个平房区。每个平房也是由简单的几何造型节点box构成的。而且，每个平房的门是可以用鼠标拉动一个角度的。房门转动是通过圆柱传感器cylindersensor的实现的。cylindersensor节点可以感知一个观察者的拖动动作，并且计算旋转轴和角度，且通过它的rotaion_changed域输出。将鼠标的动作转换成适于操作造型的输出。cylindersensor节点可以是任何组节点的子节点，它可以感知观察者在组及子节点的任何造型上的动作。通过将传感器节点的输出路由到transform节点来引起造型物体的旋转。平房区建完了，又在天边添加了几座山。山群是几个圆锥体组成的，只是远近和大小不同，颜色也做了调整，并在上面嵌入了山的图片。具体结果如图3-8。

图3-8 山与平房

一个城市没有人是不可能的，只是多少的问题。人的造型本人是用球体和立方体组成的，胳膊，腿，身体已经脖子是几个立方体，头部是一个球体，效果如图3-9。

图3-9 人

除了以上的各个造型外，在模型中还有一些电线杆，只是起到辅助的作用，也是为了使设计更加完美。

设计的最终结果如图3-10。

图3-10 美丽的城市

以上就是虚拟现实技术的应用，是基于vrml技术的，在整个设计和建模过程中，要求设计者有很好的逻辑构想思维方式，时刻以城市规划为理念，要从全局考虑，掌握逐步细化的能力。在这里要求大家要熟练掌握虚拟现实技术和vrml技术，理解城市规划的要领，能够灵活的运用vrml语言，达到举一反三的程度。

四章  系统的编码实现

本设计是以虚拟现实技术为基础，应用vrml语言实现的城市环境的模拟，下面是通过编码而得到的一个城市模拟视图图4-1。

图4-1 城市运行图

在这里的核心技术是vrml语言。在第二章已经对vrml语言做了简要的介绍，这里就不再赘述。

编码实现的过程实际上是如何应用vrml语言的建模过程，编码设计的核心也是vrml语言。在这里，对编码的实现过程作一下简要的介绍。在城市的模拟过程中，许多造型都是用简单的造型节点构造的，用到的简单造型节点有立方体box，圆锥体cone，球体sphere和圆柱体cylinder，尽管它们比较简单，但是它们是基础造型，不可缺少。下面，本人就从程序中取出一部分来阐述整个编码实现过程。

background节点是用来设置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元颜色值，用来设置变化的颜色。skyangle中包含一系列角度值，用来设置颜色变化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小异。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节点是用来设置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一个三元值来设置方向，下面的例子中所设定的方向为光线沿着y轴负方向照射。相当于光线是从顶部照射下来的。

directionallight {

  direction 0 -1 0

}

navigationinfo节点是用来定义导航信息的，type域可以定义为飞行fly，行走walk等方式，speed域设置观察着在场景中畅游的速度，单位为米每秒。headlight域指明是否浏览器要将观察者的头灯打开。头灯是一束指向用户正在观看方向的有向光。avatarsize域指定一些距离参数，这些参数决定了在考虑碰撞检测和视点随地形起伏的用户可移动范围。该域的第一个只是碰撞被探测出以前用户的位置与一个碰撞几何体间允许的距离；第二个只是视点与地面间应保持的高度；第三个只是视点可以跨过得最高障碍物的高度。公共域avatarsize值描述了观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节点是一个组节点，该节点包括一个子节点的列表。这些子节点可以是shape节点、其他group节点或transform节点。translation用来指定造型的位置，children域是指定受该节点的变换影响的子节点。这个节点是整个程序设计中的基础节点，几乎每一个模型的建立都用到了transform，因此，对transform的灵活运用尤为重要。下面的例子使用transform节点设置地面。

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节点是视点定义节点，定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。position用来设置视点的位置，它是一个三元值，jump域决定了视点的类型，即跳跃型的和飞跳跃型的。orientation域是一个四元值，前三个值指定了视点的旋转轴，第四个值说明了旋转角度的正负。description域的值指定了一个用于描述视点的文本串。下面是一个关于视点aa的例子。

def aa viewpoint {

  position    25 5 70

  jump false

  orientation 0 1 0 0.4

  description "aa"

}

在vrml编程中，group节点也是一个很重要的节点。group节点提供了最简单的节点编组，可以包含任意数目的子节点，与一个没有转换域的transform节点相当。该节点与transform节点一样，也有一个children域。它用来收集节点和创建不需要实施变幻的层次结构。似乎有了transform节点，group节点并没有什么用处。但有时在对一个整体进行操作时，以transform节点组织的整体相比group节点组织的整体并不能显示出优势。如果在使用传感器或插补器节点时，祖作为一个整体，可以使用def来给它定义一个名称，并且在vrml文件中使用use重复的引用。

一个组可以具有任意数目的成员，成为子节点。既可以是造型以可以是其他包含造型和组的足。包含子节点的组节点被称为父节点。因为组节点可以其他的组，一个组的父节点可能是一个更高一级组的子节点。高级组的父节点可以是一个更高级组的子节点。从此上溯直到最高级父节点，称为根节点。造型可以组织在一起来创建更大、更复杂的造型。由于group节点和transform节点很相似，在这里就不再举例子了。

以上介绍的几个节点是vrml语言的核心节点，整个程序的设计都是通过这些节点的不同设置和组合来实现的。除此之外，还有两个重要的工具，这就是节点名定义def及引用use，这是vrml世界提供给我们的两个避免重复劳动的工具，节点命名是以关键字def加上所命名名称在一起，置于节点类型定义之前开完成的。这两个说明符可以放在任何允许节点的地方。use语句并不是复制该节点，而是把该节点再次插入它所在的场景图。节点名只在本文范围内有效。

总之，系统的编码实现就是利用vrml中的基本造型节点对已经涉及好的模型进行的模拟实现过程。在这个过程中，需要设计者能够熟练的掌握和运用vrml语言，懂得融会变通，才能使预想创建的模型得以实现。

当然，vrml中还有很多更深一层次的部分，那需要有兴趣的读者继续学习和探索，笔者在这里就不再过多描述了。

第五章  系统的测试与分析

5.1  系统的测试

随着程序的逐步完成，系统的测试也开始了。系统的测试采用的单元测试法，即逐步测试的过程。将程序分成若干个程序模块，单独进行测试，观察结果，与预期结果进行对比。当发现问题是逐步解决。然后，再将小的模块渐进式的整合成几个较大的模块，重复上面的工作，最终形成整体的模块，构成城市的整体建模。

5.2  测试中遇到的问题

在测试中遇到问题是在所难免的，本人也遇到了一些问题。

问题一：在程序的编码过程中，无论定义的立方体的颜色是哪一种，颜色的显示总是在顶部，其余部分为暗黑色。

问题二：在程序的编码过程中，当对一个简单的形体造型节点进行纹理贴图时，运行提示，找不到贴图文件。也就是说，纹理贴图不成功。

问题三：在运行界面的标题栏添加境界信息时，为何只显示其中的一部分，其余的没有显示。

问题四：程序中的许多节点的位置是一层一层嵌套的，因此就涉及到了如何才能进行正确的定位，本人总是在这个方面大费周章。希望可以找到一个好的方法来解决这个问题。

问题五：程序中的许多route与语句的使用总是和预想的存在差距。

当然还有很多更有难度的问题，由于本人能力有限，没有进行深入的探究，希望有兴趣的人继续努力。

5.3  问题的解决方法

对于第一个问题，通过察看资料以及对其他程序的研究，本人认为，应该是光线的照射方向问题，只要将浏览者的头灯打开应该就行了，经验证结论成立。

对于第二个问题，本人经过细心研究，反复实验，终于找到了答案。由于不同的vrml浏览器对图片的识别也是不同的，有些浏览器只是别.jpg形式的图片文件，有些浏览器只是别.gif形式的图片文件，而有些是兼容的。因此，只要正确选择浏览器及其相应的图片格式，就可以实现贴图纹理了。也许还有其他原因，由于本人能力有限，只发现了这些。

对于第三个问题，经过本人的细心研究发现，有些vrml浏览器提供特殊菜单选项来显示虚拟空间的标题和注解，一些浏览器也把虚拟空间的标题定位于浏览器窗口的标题栏。可以在空间使用任意多的worldinfo节点。但只有第一个worldinfo会被浏览器显示。因此，在使用worldinfo节点时只要针对不同的浏览器采用相应的准则就不会出错或不合心意了。

对于第四个问题，在vrml世界中，内层节点的定位可以说是独立于外层节点的。一旦外层节点定义好了，就可以只考虑内层节点了。当然，怎样才能找到正确的位置不是一件容易的事，它需要有好的空间立体思维能力和条理清晰的层次构想，也许需要多多练习，熟能生巧。

对于第五个问题，route的使用是一门技术，需要初学者多看一些相关的书籍和例子，掌握其中的要领和规律，还要多多练习。俗话说的好好记性不如烂笔头，它需要大家多多的练习。

以上这些只是笔者个人的一点见解，由于知识有限，能力有限，可能看法有些浅薄，希望有兴趣和爱好的读者给与建议和指正。

结论

“虚拟现实技术的应用---基于vrml技术的城市之旅”的设计与实现，充分体现了虚拟现实技术在城市规划建设中的作用，它能够减轻设计人员劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。而vrml在实现城市规划中更是起到了不可或缺的作用，它是一种编程工具，利用它可以实现任意模型的虚拟，虚拟现实技术的优势也才得以实现，使得城市的设计布局合理、美观，支出价有所值。

在该设计的过程中，本人充分体会到要想熟练地掌握运用vrml和虚拟现实技术，就必需扎实的学习vrml语言和虚拟现实技术的基础知识。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术在各个领域都显示了其特殊的作用。时代的发展也使得我们掌握虚拟现实技术成为一种时尚的潮流。

设计的过程就是一个发现问题---解决问题---发现问题---解决问题的循环反复过程，但是它让学习的人逐步进步，就好像滚雪球一样，一点一点，越滚越大。通过“虚拟现实技术的应用-----基于vrml技术的城市之旅”的设计与实现，本人在vrml语言的运用以及对虚拟现实技术的发展方面有了很深的了解，受益匪浅。当然遇到很多尚未解决的问题，希望感兴趣的读者能够继续研究。

参考文献

[1] 张旆，杜可亮，刘见灼．/dianzijixie/">电子工业出版社,1998：20-25

[2] 陈运迪.网络世界[m].天津：航天工业总公司第8357研究所,1999：50

[3] 胡小强.虚拟现实技术[m].北京：北京邮电大学出版社,2005：107

[4] 黄文丽,卢碧红,杨志刚.vrml语言入门与应用[m].北京：中国铁道出版社,2003：311

[5] 严子翔.vrml虚拟现实网页语言[m].北京：清华大学出版社,2001：59

[6] 吴北新.虚拟现实建模语言vrml[m].北京：教育出版社,2004：101-102

[7] 陆昌辉.vrml入门与提高[m].北京：北京大学出版社,2003：201-202

[8] (美)chrismarrin,(美)brucecampbell.21天学通vrml 2 [m].北京：人民邮电出版社西蒙,1998：305

[9] 方志刚.三维空间控制器及其在三维空间交互技术中的应用[n].计算机辅助设计与图形学学报,1998,10(2)

[10] 方涛.城市建设与规划[n].规划信息报,2003,6(3)

篇8

关键词：卓越工程师；数字媒体技术；人才培养方案；模块化课程

1改革思路

专业人才培养方案是对人才培养的目标与规格、内容与方法、条件与保障等培养过程和方式的描述和设计，是确定课程体系和课程标准、安排教学内容、组织教学活动的总体设计和计划，是实施人才培养工作的纲领性文件[1]。认真制定人才培养方案，对规范人才培养过程、提高人才培养质量、实现人才培养目标起着举足轻重的作用。面向卓越工程师的培养计划，其培养的核心是卓越的工程设计能力、工程实践能力和工程创新能力，不同行业的卓越工程师有不同的教育规律和培养特点。结合我校办学的条件以及卓越工程师的培养理念和要求，我们明确了本次修订培养计划的思路：①明确应用型工程人才培养目标；②以培养工程能力为目的，强化实践教学；③注重创新教育，培养学生的创新精神；④构建以能力为核心的模块化课程体系，彰显办学特色；⑤坚持统一性和多样性相结合，促进学生个性发展；⑥体现校企合作的办学理念突出“工学结合”的人才培养模式。

2具体做法

2.1明确面向卓越工程师的专业培养目标

专业培养目标回答了“把教育对象培养成什么样的社会角色和具有什么知识、能力和素质结构”这个根本性问题，对整个专业活动起导向和规范作用，是人才培养方案中的灵魂。“卓越计划”中指出，本科阶段建议培养应用型工程师，主要是在现场从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、运行、维护。应用型人才又可划分为工程型、技能型和技术型三种类型[2]，不同类型的人才在具备的知识能力、素质方面有共性但也有特性，不同类型应用型人才在专业发展层面侧重点不一样。工程型人才要将科学原理及学科知识转化为设计方案或设计图纸，主要从事设计、规划和决策工作，强调工程管理能力。对数字媒体技术专业来说，主要是培养具备统筹、策划、管理能力的人才，如编导、制片、游戏策划、设计师、创意总监等。如果不具备市场调研能力、对系统工程的掌控能力、对作品的分析评价能力、出众的协调能力等，就很难胜任这些角色。对于这一层次类型的人才培养，需要有高质量的教师和研究队伍、高水平的研究课题与研究成果做保障。技能型人才是在生产一线或工作现场通过实际操作将工程型人才设计出来的方案、计划、图纸等转变成具体产品的人才，他们主要从事实际操作或具体运作，侧重于职业岗位的具体操作，强调动作技能和经验技能,如动画师、渲染师、模型师、特效制作等技能型人员。技术型人才是介于工程型人才和技能型人才之间的一种人才，具有较强的综合应用知识和技能解决现场实际问题的能力，侧重于生产、管理和服务等方面技术应用开发与现场管理，主要从事组织管理操作活动并处理操作过程中的技术问题，从人力资源结构的层次来看，这类人才居于决策层和操作层之间的执行管理层。如将游戏引擎开发、数字产品开发能力为主的人才定位于技术型，就需要建立产学研相结合的人才培养模式，注重实践性和行业性。“卓越计划”要求高等工程教育克服单纯技能型人才的误区，因此面向卓越工程师的数字媒体技术专业人才的培养目标不能仅仅定位在技能型人才培养上，而要侧重于技术型人才培养，并不断向工程型人才提升。

2.2完善人才培养规格与要求

“卓越计划”通用标准中指出，培养规格具体体现在知识、素质和能力3方面的培养要求。卓越工程师所具有的知识、能力和素质结构的特点是知识面广，专业理论基础扎实，专业技术能力强，有良好的思维能力和技术运用、推广和转换能力，能够分析、提出方案并解决工程实际问题，能够参与生产及运作系统的设计，并具有运行和维护能力，具有较强的创新意识以发明新技术、创造新产品。参照这一通用标准，修订专业培养方案时，遵循“以知识为基础、以能力为中心、以素质为目标”的原则，完善人才培养规格与要求。2.3重构与培养目标相一致的课程体系专业培养目标和人才培养规格最终是通过完善的课程体系来实现的，课程体系是培养方案最核心的内容，也是专业特色的具体体现。学生所学的知识、能力和素质在很大程度上是由相应的课程体系决定的。由此可见，课程体系的构建是人才培养方案中的一项重要工作。在重构课程体系时，需注意以下4点。1）充分发挥自身优势，突出特色课程体系。高校各专业人才培养的特色都是要以课程体系的特色来体现的，要办有特色的专业首先要有有特色的课程体系。通过对部分高校数字媒体技术专业培养方案的分析，我们发现许多高校的课程设置大同小异，并没有依托学校已有的学科基础、师资力量、软硬件条件，发挥自身的优势，凸显自己的特色。我校数字媒体技术专业设置在信息科学与工程学院下，教师队伍在数字图像处理、游戏程序设计、计算机视觉、虚拟现实与可视化等方面有着丰富的教学经验和研究成果，在此基础上整合其他学院的教师资源，引进优质专业师资。因此，在课程的设置上偏重于游戏编程方向，同时依托“山东省智慧矿山信息技术重点实验室”和“山东省高校数字矿山与软件技术重点实验室”，结合校企合作项目，开展虚拟现实与仿真方向的课程，体现出自身的优势和专业特色。2）精心选择课程，优化整合知识结构。“卓越计划”的一个特点就是强调学生的工程能力和创新能力，而以往数字媒体技术专业课程体系过于讲究学科自身结构，过于追求理论知识的系统性和完整性，导致课程设置过细、过多，将各种课程“大拼盘”，课程之间联系较少，很少有融合的态势，从而使课程体系失去整体功用、价值和特色，在这样的课程体系下很难培养出卓越工程师。我们在制定培养方案时，按照“理论知识够用、专业技能够强、突出实践”的指导思想，适当调整教学内容，运用系统的思想，突出知识结构的系统性，将相关课程有机融合，实现课程体系的整体优化，避免出现“拼盘式”课程所带来的“知识孤岛效应”；尽量减少课程的门数，以避免课程间的重复；增加综合性课程的比例，有利于提升学生综合应用知识的能力；删除陈旧、过时的知识，增加新的内容；将理论性较强的课程重组，与工程实际密切结合。如在原有的培养计划中，对摄影技术与艺术、图像艺术设计两门课程单独开设，在这一次的培养方案中将其合并为数字摄影与艺术设计课程；将原有的摄录像技术、影视编导与制作两门课程合并为数字摄像与后期合成课程；将原有的艺术性专业比较强的课程进行删减、整合，将素描、构成、色彩整合为艺术设计基础课程等。3）构建模块化课程体系，依据学生的兴趣、能力不同进行差异化培养。以往的课程体系，讲究大而全，采用泛泛的整体施教模式培养数字媒体技术人才，对学生的个体差异考虑不足，不能根据学生自身的优势和特长施教，学生学习的主动性和积极性受到影响。我们在培养方案调整的过程中，立足卓越工程师的培养要求，按照“按需设计、夯实平台、差异培养、分向发展”的新思路对课程体系进行重构，形成一个“厚基础、宽方向、重实践、强个性”的模块化课程体系。基于该课程体系，采用差异化的培养模式，体现“以学生为本”的核心理念，有效地满足学生个性化发展的需求，以此提高整个专业的培养水平。所谓模块化，是指将教学活动组合成不同的主题式教学单位，模块化课程体系的一种表现形式是“平台＋模块”[3]，是分别按照对学生的共性和个性要求进行设计和构建的。在这种课程体系中，平台中的课程是学生必须学习和掌握的，反映了人才培养的基本规格和全面发展的共性要求，平台之间相互关联，层层递进。模块课程是一种以能力为本位,以人才需求为导向的课程,按照课程与职业领域对应关系划分，学生根据自己的兴趣、爱好和特长自由选修，体现了人才培养的多元化和学生个性发展的要求。结合我校的办学优势和师资条件，突出自身办学特色，我们将后续的课程体系分为影视制作与特效、游戏开发、移动应用开发以及虚拟现实与仿真4个不同模块，不同模块执行不同的培养方案和考核方式，4）以能力为导向，构建三层实践教学体系，增加实践教学在课程体系中的比重。“卓越计划”的特点主要体现在注重对学生工程实践能力和创新能力的培养上，实践教学是卓越工程师人才培养的重要环节，对学生的创新能力的培养具有重要作用。数字媒体技术专业具有很强的技术性、实践性、工程性等特点，如不重视实践教学，必然会影响人才培养的质量。因此，在培养方案的制订中，我们注重以能力为导向，以“学用结合”为指导思想，增加实践教学的比重，构建了从基础实验、综合实践到科研创新的3层次实践教学体系。基本实验实践教学模块为第一层次,目的是让学生熟悉和掌握与专业相关的基本知识和技能。为了更好地提升学生的实践能力，本着“理论够用”的原则，理论学时数和实验学时数基本相同，我们对实验内容进行整合，增加设计性、综合性的实验比例，更好地培养学生运用理论知识分析和解决问题的能力。第二层次的综合实践教学模块包括课程设计、综合性项目开发以及实习、实训、毕业设计等，这一层次的综合实践教学是在第一个层次的基础上，进一步强化学生解决问题的能力，着重培养学生在数字产品设计、制作和组织管理等方面的创新能力,要求学生完成查阅资料、设计方案、详细设计或制作、撰写设计报告等全过程,培养和训练学生将所学的基础理论和专业知识应用于实际的数字产品开发过程。此外，更注重培养学生的团队意识和合作精神，提升沟通能力和团队协作能力。“卓越计划”的三大特点之一就是倡导行业、企业深度参与到培养过程中。企业能提供真实的工程环境供学生实习和实训，我校实习、实训等环节采用校企联合培养的模式，与东软集团、青岛软件园、青岛动漫产业园等企业合作。我校实行的短学期制（设专门的夏季小学期），为综合实践教学以及安排到企业去实习提供便利，学生可相对集中地开展项目和课题。第三层次的科研创新实践教学模块，以创新能力为目标,主要以课题小组的形式实施。该层次的实践教学主要有学生参加教师科研项目、各种类型的专业大赛等学科竞赛等,学生根据自己的专业兴趣和特长，自己组建团队、设计课题、开展创新性的研究工作。通过不断探索与理论教学紧密结合的实践教学体系，加大实践教学课的比例，突出技术应用型人才“厚基础、重实践、强能力”的特色，努力将实践能力培养贯穿于人才培养的始终，体现出卓越工程师的培养要求。

2.4灵活多样的教学组织形式和考核方式

数字媒体技术专业的大部分课程具有较强的实践性、应用性，单一的教学组织形式并不满足教学需求，应根据实际教学需要采取灵活的教学组织形式，包括班级授课、工作室及实训等。对于基础知识和入门内容，采取班级授课的传统形式，在面向班级进行集体教学时，可以采用项目教学法和案例教学法等进行教学，将典型的小项目在课程中贯穿讲解，帮助学生打好基础。对于拓展的知识内容，则会适当选择“翻转课堂”形式来进行。成立工作室实际上就是一种小组教学的形式，根据不同的专业方向组成不同的工作室。在每个工作室中，具有相同专业兴趣爱好的学生，形成一个学习共同体进行技术交流与合作，在教师的指导下参与到实际项目的设计与开发中，以达到应用型工程人才培养的目的。实训则借鉴其他高校“请进来”和“走出去”的形式，既可以在小学期期间请企业的专业人员在校内实习基地中模拟企业环境，按照企业的实际项目或虚拟项目对学生进行项目实战，也可以在大四学年把部分学生送到企业中去实习，跟进具体的企业项目，提高他们的实践能力。为了鼓励学生的创新和实践能力，我们也设置了灵活多样的考核方式，对参与国家级、省级等各类权威的、与专业相关的竞赛以及校企合作形式的实习、实训进行认定，允许学生进行学分互换。