時間：2023-01-02 05:28:31
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇vr技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】視頻；音頻；知識服務(wù)；直播在線；學(xué)術(shù)研討會
學(xué)術(shù)期刊作為記錄和傳播科研成果的重要載體，長期以來承擔(dān)著極大的社會責(zé)任，對推動國家科技發(fā)展以及創(chuàng)新交流都起著重要作用。然而，由于學(xué)術(shù)期刊的受眾面窄，優(yōu)秀學(xué)術(shù)成果的大眾普及度不高，有需求的讀者較難找到學(xué)術(shù)研究成果的整體脈絡(luò)，學(xué)術(shù)期刊的知識服務(wù)功能受到一定制約。近年來，知識服務(wù)得到了快速的發(fā)展，期刊行業(yè)也試圖在知識服務(wù)領(lǐng)域有所作為，然而，大部分學(xué)術(shù)期刊的知識服務(wù)產(chǎn)品形態(tài)、盈利模式單一。隨著媒體融合發(fā)展的不斷推進(jìn)，尤其是5G技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，人工智能、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)高速發(fā)展并不斷融入出版領(lǐng)域當(dāng)中，這給學(xué)術(shù)期刊的知識服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展帶來了新的機遇。
一、我國學(xué)術(shù)期刊知識服務(wù)的現(xiàn)狀
1．知識服務(wù)產(chǎn)品形態(tài)單一從學(xué)術(shù)期刊產(chǎn)品的形態(tài)來看，即便經(jīng)歷了媒體融合階段，大部分期刊仍舊以紙質(zhì)期刊為主要傳播載體，雖然它們將數(shù)字化內(nèi)容收錄到知網(wǎng)、龍源期刊、萬方數(shù)據(jù)庫等期刊平臺，在一定程度上擴大了學(xué)術(shù)成果的傳播范圍，但出版的載體仍是紙質(zhì)期刊。不可否認(rèn)的是，經(jīng)過媒體融合發(fā)展階段，有部分學(xué)術(shù)期刊社走在前列，實現(xiàn)了線上的數(shù)字期刊出版。然而無論是紙質(zhì)期刊，還是數(shù)字期刊，當(dāng)前我國學(xué)術(shù)期刊出版的形態(tài)仍舊以文字、圖片、數(shù)據(jù)的平面展示為主，這是產(chǎn)品形態(tài)單一的表現(xiàn)。隨著5G商用的推進(jìn)，智能終端的廣泛普及，人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們獲取信息、學(xué)習(xí)知識的途徑與方式發(fā)生了快速的變化，學(xué)術(shù)成果紙質(zhì)化或僅以“文字+圖片+數(shù)據(jù)”展示的數(shù)字版已難以適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境下用戶的需求。
2．知識服務(wù)模式單一從服務(wù)模式來看，當(dāng)前學(xué)術(shù)期刊的服務(wù)模式也極為有限，這主要是受限于產(chǎn)品形態(tài)單一。從服務(wù)對象來看，學(xué)術(shù)期刊服務(wù)的對象以作者為主，服務(wù)模式主要是“采—編—發(fā)”，作者將稿件投遞到期刊社后，要等待較長的審稿期，最關(guān)鍵的是紙質(zhì)期刊版面有限、刊發(fā)周期長，難以滿足作者快速發(fā)表成果的需求。服務(wù)內(nèi)容也僅限于版面提供，以及針對論文修改的溝通、建議等傳統(tǒng)服務(wù)，服務(wù)模式單一。事實上，除了需要發(fā)表學(xué)術(shù)成果的作者，還有大量需要尋找學(xué)術(shù)研究成果的專家、學(xué)者用戶，甚至是廣大的普通用戶。讀者對學(xué)術(shù)成果的需求，就是快速獲取相關(guān)研究成果、數(shù)據(jù)，甚至預(yù)測研究方向。受限于單一的產(chǎn)品形態(tài)以及服務(wù)模式，學(xué)術(shù)期刊對專業(yè)讀者群體的服務(wù)是缺失的，更不用說為廣大普通讀者提供知識服務(wù)。而5G時代的到來，知識服務(wù)行業(yè)快速發(fā)展，用戶對學(xué)術(shù)成果的知識服務(wù)需求也將會有較大的改變，這將倒逼學(xué)術(shù)期刊創(chuàng)新知識服務(wù)模式，擴大服務(wù)對象，滿足更多用戶展示、獲取學(xué)術(shù)成果的需求。
二、新技術(shù)創(chuàng)新知識服務(wù)產(chǎn)品形態(tài)
專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)、精深是學(xué)術(shù)期刊的主要特點，也是學(xué)術(shù)期刊生存的首要法則。然而，利用單一平面化的圖文、數(shù)據(jù)形式來展示專業(yè)的學(xué)術(shù)成果，無論是對專家學(xué)者來說，還是對廣大普通讀者來說，都是相對枯燥的形式，不僅不便于讀者理解獲取，還不利于傳播。在5G時代，學(xué)術(shù)期刊知識服務(wù)首要思考的是結(jié)合新技術(shù)來創(chuàng)新產(chǎn)品形態(tài)，改變以往學(xué)術(shù)出版枯燥、刻板的形式，如將產(chǎn)品音頻化、視頻化、3D化，甚至結(jié)合vr/AR技術(shù)等，將學(xué)術(shù)內(nèi)容進(jìn)行多形態(tài)、立體的全方位展示，使學(xué)術(shù)成果更為直觀。
1．多媒體產(chǎn)品形態(tài)，直觀展示學(xué)術(shù)成果與圖文相比，音頻、視頻可以給用戶帶來更為豐富的信息量和更具體的展示，具有更高效的傳播效率。對用戶來說，閱讀科技期刊論文需要擁有較多的知識儲備，需要大量的時間和精力，如果學(xué)術(shù)成果通過音頻或者視頻的形式展示，用戶可快速理解核心內(nèi)容。音頻/視頻的講解可以是論文的作者，也可以是行業(yè)內(nèi)知名學(xué)者，講解內(nèi)容可以是經(jīng)典文獻(xiàn)，也可以是前沿學(xué)術(shù)成果。音頻/視頻講解的模式成本低、制作期短，期刊社可以多元化開發(fā)期刊資源以滿足用戶需求。如醫(yī)學(xué)頂級期刊NEJM和Lancet就相當(dāng)注重視頻和音頻的產(chǎn)品形態(tài)，在官方網(wǎng)站上專門設(shè)立了Audio＆Video欄目，專門作者的音頻及視頻，幫助讀者理解論文的核心內(nèi)容。Nature每周都會免費的音頻向讀者概述當(dāng)期文章的核心內(nèi)容，這其中還包括世界各地記者以及著名科學(xué)家對論文的評論和分析。我國也有值得借鑒學(xué)習(xí)的做法，中國醫(yī)學(xué)會雜志社在視頻應(yīng)用方面有深度的應(yīng)用。2015年8月，該社獲準(zhǔn)在線出版《中華心血管病雜志》（網(wǎng)絡(luò)版），經(jīng)過兩年多的探索后，中國醫(yī)學(xué)會雜志社進(jìn)一步深度融合新技術(shù)，在2018年12月將《中華心血管病雜志》（網(wǎng)絡(luò)版）更名為《中華心臟病學(xué)視頻雜志》，致力于以視頻和音頻的展現(xiàn)方式報道專業(yè)領(lǐng)域的研究成果。《中華心臟病學(xué)視頻雜志》不僅以傳統(tǒng)的文本形式展示學(xué)術(shù)成果，還以音頻及視頻出版方式傳遞知識，使得實驗研究等更為直觀、生動、可視化。除了可聽可見，《中華心臟病學(xué)視頻雜志》還可以“見人”，即見作者本人——每篇文章的作者都出鏡介紹自己研究的思路、成果，與讀者進(jìn)行更為直接的交流。近年來，VR/AR技術(shù)在出版領(lǐng)域、教育領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。VR/AR可以利用計算機制作一個逼真的虛擬環(huán)境，再通過相關(guān)的傳感設(shè)備讓用戶沉浸在虛擬場景中，通過聽覺、視覺、觸覺等與場景交互。相較視頻和音頻，“VR/AR+期刊”的產(chǎn)品形態(tài)無疑更具有互動性，也更便于讀者理解學(xué)術(shù)成果。尤其是隨著5G技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，AR閱讀眩暈感將得到極大降低，AR內(nèi)容因數(shù)據(jù)傳輸造成的卡頓也將減少，同時5G的應(yīng)用也將帶來AR傳感設(shè)備的技術(shù)變革，降低設(shè)備的開發(fā)、維護(hù)成本，這就降低了出版機構(gòu)引入VR/AR技術(shù)的成本。因此，學(xué)術(shù)期刊在結(jié)合VR/AR技術(shù)領(lǐng)域有較大的探索空間，應(yīng)當(dāng)牢牢把握5G時代的VR/AR技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)新知識服務(wù)產(chǎn)品形態(tài)。
2．直播和舉行在線學(xué)術(shù)研討會，創(chuàng)新學(xué)術(shù)交流服務(wù)發(fā)表、展示、傳播學(xué)術(shù)成果是作者的需求，尋找、獲取學(xué)術(shù)成果是讀者的需求，高效的學(xué)術(shù)交流亦是作者、讀者不可忽略但又長期沒有得到很好滿足的需求。學(xué)術(shù)交流有利于擴大科學(xué)研究的視野，快速檢驗研究成果，是科研中必不可少的環(huán)節(jié)。我國學(xué)術(shù)期刊在建立學(xué)術(shù)交流平臺、促進(jìn)學(xué)術(shù)交流的發(fā)展中仍存在較大不足，主要原因是學(xué)術(shù)交流的形式多以線下會議為主，不僅需要耗費大量的人力、物力、財力，而且要同時協(xié)調(diào)多方面專家學(xué)者的時間，成本高、頻次低，難以滿足學(xué)術(shù)交流高時效的需求。在互聯(lián)網(wǎng)時代，專家學(xué)者直播和舉行在線學(xué)術(shù)研討會成為一種新的學(xué)術(shù)交流形式，既可以充分發(fā)揮線下研討會在交互性、專業(yè)性方面的優(yōu)勢，又能很好地解決線下會議需要召集人員和解決時間、場地等方面的問題，最為關(guān)鍵的是時效性強、傳播范圍廣、覆蓋面廣，用戶的參與成本更低。尤其是隨著5G技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，高速率、低時延的技術(shù)特點將會促進(jìn)直播、在線實時培訓(xùn)交流等形式的常態(tài)化發(fā)展。通過學(xué)術(shù)成果的直播，以及召開在線學(xué)術(shù)研討會，專家學(xué)者可以第一時間與其他學(xué)者分享交流，及時更新研究動態(tài)，避免研究成果出現(xiàn)滯后、重復(fù)等問題。如《沉積學(xué)報》在2016年就開始嘗試?yán)肣Q群召開在線學(xué)術(shù)會議，每期有特定的主題，并邀請?zhí)囟ㄖ髦v人（一般以有一定成果和影響力的科研人員為主）主持，至今已召開數(shù)十場在線學(xué)術(shù)會議。通過線上學(xué)術(shù)會議，《沉積學(xué)報》不僅提升了期刊的學(xué)術(shù)水平，增強了作者和讀者黏性，提高了約稿質(zhì)量，還培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的青年學(xué)者，在廣大學(xué)者當(dāng)中建立起良好的期刊品牌形象。未來，《沉積學(xué)報》將在線學(xué)術(shù)研討會當(dāng)作新型知識服務(wù)產(chǎn)品，考慮在線課堂、在線付費會議等形式。無論是專家學(xué)者的直播，還是在線研討會的實時交流，都是力求通過新技術(shù)來創(chuàng)新、提升知識服務(wù)的能力，建立知識服務(wù)的橋梁。
三、專業(yè)類應(yīng)用及工具助力知識服務(wù)發(fā)展
伴隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，專業(yè)類應(yīng)用及工具作為知識服務(wù)的一大門類，圍繞學(xué)術(shù)期刊的科研、寫作等不同環(huán)節(jié)，可為科研工作者提供相關(guān)的工具、應(yīng)用服務(wù)，將會有更多的創(chuàng)新發(fā)展。
1．科研工作輔助工具在信息匱乏的時代，人們的主要需求是能夠獲取更多信息；在信息爆炸的時代，如何對科研信息進(jìn)行篩選、分類、管理、分析、探究，則變得尤為關(guān)鍵。如在科研的選題方向上，科研人員需要客觀地評估各項指標(biāo)，保證科研的創(chuàng)新性、高起點，如果沒有專業(yè)工具輔助，科研人員將會受到個人經(jīng)驗的干擾。人大數(shù)媒科技（北京）有限公司開發(fā)的移動學(xué)術(shù)科研服務(wù)平臺壹學(xué)者，就提供“課題立項助手”服務(wù)。這一服務(wù)主要基于大數(shù)據(jù)分析、關(guān)聯(lián)挖掘和推薦、聚類算法三大技術(shù)開發(fā)，幫助科研人員快速了解相關(guān)學(xué)科的研究趨勢及熱點，并且根據(jù)研究方向推薦同學(xué)科以及跨學(xué)科的合作學(xué)者。在選題預(yù)判環(huán)節(jié)，用戶可通過輸入關(guān)鍵詞，獲取近年來在不同學(xué)科領(lǐng)域的文章數(shù)量，了解該選題的研究熱度，隨后可以分析文章的收錄系數(shù)，了解當(dāng)前研究文章的質(zhì)量，還可以分析關(guān)鍵詞的研究熱點、研究空白點等。
西格啦芙就是SIGGRAPH呀！那么，SIGGRAPH又是什么東東？其實，SIGGRAPH可以拆成兩部分SIG+GRAPH。這個SIG呢，就是ACM Special Interest Group中后三個單詞第一個字母的縮寫。噢，不就是專屬興趣組嗎，有什么了不起，你可能會說我還當(dāng)過班里的小組長呢。你可不能小瞧這個小組，它不是你想象的那個樣子，它可是ACM的分組。
那么，這個ACM是什么意思呢？沒錯，是個縮寫，全稱是Association for Computing Machinery，意思是計算機學(xué)會。這個學(xué)會可是世界上最大的計算機科學(xué)與教育的學(xué)術(shù)組織，聚集了全球一大批杰出的計算機專家學(xué)者和工程技術(shù)人員。按照他們官方的說法，該組織鼓勵對話，共享資源，征服挑戰(zhàn)，依靠凝聚杰出的計算機領(lǐng)軍力量，不斷提升行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，表彰優(yōu)秀技術(shù)先鋒，為全體會員提供終身學(xué)習(xí)、職業(yè)進(jìn)修和專業(yè)交流的各種機會和保障。
我們自然會想到，計算機應(yīng)用范圍如此廣泛深入，滲透在我們的學(xué)習(xí)、工作、生活的各個方面，一個專業(yè)的學(xué)會交叉覆蓋的領(lǐng)域是如此之廣泛，以至于會員都有數(shù)十萬，開一次年會不得聚集上百萬人啊？因此，為了有效地開展學(xué)術(shù)交流，ACM不得不按計算機學(xué)科分支舉辦年會。會員可以根據(jù)自己的專業(yè)方向和研究興趣，加入不同的興趣小組。每個興趣組都有個英文縮寫，前綴都是SIG，后面的字母縮寫就是專業(yè)名稱。例如SIGGRAPH中的GRAPH就代表圖形圖像分支，會員涵蓋了來自全球各國計算機圖形圖像和交互技術(shù)領(lǐng)域數(shù)以萬計的頂級專家學(xué)者和業(yè)界專業(yè)領(lǐng)軍人物。別看它號稱是興趣組，可是每年召開一次的年會總會吸引幾萬名專業(yè)人士出席，參會人數(shù)最高紀(jì)錄達(dá)到過5萬之多。
其實人家很文藝
西格啦芙既然是計算機的分支學(xué)會，你可能會覺得它是一群玩程序的理工男的世界，錯！其實他們很文藝！不可否認(rèn)，參加西格啦芙年會的許多大咖在計算機領(lǐng)域都是頂尖的先鋒人物，是圖形圖像技術(shù)領(lǐng)域真正的權(quán)威，許多參會者帶來的成果展示的確要亮瞎你的眼。
如果你喜歡看電影，甚至是動畫電影，那我就不用多說了，隨便挑幾部很火的動畫片或科幻電影，例如《瘋狂動物城》《星球大戰(zhàn)》《海底總動員》，等等，他們的導(dǎo)演和視效總監(jiān)，甚至整個主創(chuàng)團隊，都會齊刷刷地來參會，來解密那些精彩的電影都是怎樣拍出來的。迪士尼、夢工廠、皮克斯、工業(yè)光魔、數(shù)字王國等的導(dǎo)演、制片明星見面會，讓人們眼花繚亂，馬不停蹄地奔波于不同的場次。大多數(shù)畫面內(nèi)容都是首次披露，使用的技術(shù)是最新最頂尖的，甚至是別的地方、別的時間再也無緣一見的！
今年的西格啦芙――顯現(xiàn)可能
西格啦芙的年會主要包括5種不同形式的展示交流：學(xué)術(shù)論壇、藝術(shù)畫廊、動畫節(jié)、高新技術(shù)展、明星見面會。另外，還有掀起會議的大會主題演講和頒獎儀式。今年的西格啦芙于7月24～28日在美國加州阿納海姆舉辦，大會主題是“顯現(xiàn)可能”。
美國航空航天局火星探索女科學(xué)家、宇宙飛船操控總工程師娜金?柯格斯做了主題演講。她的演講使近萬名與會者群情激奮，讓人們重新思考自己在宇宙的地位，人類探索宇宙的可能性，以及人工智能機器人能達(dá)到的極限。她向來自全世界74個國家和地區(qū)的聆聽者放言：“世上無難事，只要有大膽的正確創(chuàng)意。”
西格啦芙萬人矚目的電腦動畫節(jié)，給人們不斷地帶來新的驚喜，最佳動畫片《借時間》（Borrowed Time）由美國團隊完成，創(chuàng)意奇特，故事生動，風(fēng)格h異，制作精良。要知道，西格啦芙的最佳動畫片是可以自動入圍奧斯卡最佳動畫短片獎的噢！西格啦芙的動畫片基本代表了動畫技術(shù)的最高水平。
評委會獎獲得者是新西蘭的作品《宇宙洗衣房》（Cosmos Laundromat），這是一部潛在的開放源商業(yè)動畫電影。另外，西格啦芙現(xiàn)場創(chuàng)作競賽勝出的是一部由四家3D和游戲公司組成的團隊合作的結(jié)晶，作品展現(xiàn)了高超的實時動作捕捉技術(shù)。最重要的工程技術(shù)獎，脫穎而出的是一項實時面部捕捉視頻圖像山寨技術(shù)。
西格啦芙最新技術(shù)成果展呈現(xiàn)了20件互動產(chǎn)品，特別強調(diào)科學(xué)探索、高清晰度、數(shù)字影院技術(shù)、以及科學(xué)藝術(shù)融合的互動敘事手法。最為醒目的是一架5米高的巨型機器人Mk.1，體驗者可以登上機器人，通過雙足移動來操縱機器人的運動，該機器人就像是一副巨大的高腳蹬。
VR技術(shù)亮點紛呈
今年的西格啦芙還有一個亮點，就是VR村。虛擬現(xiàn)實的確是個熱門話題，人機互動本來就是西格啦芙的強項，圖形圖像可視化又是西格啦芙科研的基礎(chǔ)，虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）和混合現(xiàn)實（MR）自然是西格啦芙得天獨厚的領(lǐng)域。今年征集的西格啦芙優(yōu)秀論文里，有5%的VR專題；而在應(yīng)用展示項目成果中，大會近1/4的項目都與沉浸式的虛擬現(xiàn)實有關(guān)，VR深入到每一個項目當(dāng)中，VR和AR市場越來越大。VR演講者的話題從藝術(shù)的VR技術(shù)（Artistic VR Techniques）到游戲《邦德》（Bound）創(chuàng)作的解析，帶給人們身臨其境的體驗。
在Artistic VR Techniques中，Oculus公司展示藝術(shù)家如何利用Quill工具在VR中完成三維插圖創(chuàng)作。
游戲Bound：Plastic Studio為PS4創(chuàng)作的VR游戲場景演示。
VR電影《入侵！》（Invasion！）中的情節(jié)和沉浸式故事講述中的人機交互。
Google Tango項目把現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)換為立體像素。
由索尼公司、東京大學(xué)和山口藝術(shù)中心完成的平行眼（Parallel eyes）的項目，通過眼部跟蹤，利用第一人稱視角來探索人類的能力和行為。每個用戶都可以實時看到其他用戶第一人稱視角的景象，同一時間最多4人。這個全新的技術(shù)裝置把VR帶入了有形的物理空間，建立了一個巨大的不受限制的VR環(huán)境。
日本動畫《攻殼機動隊： VR劇場版》（GHOST IN THE SHELL： THE MOVIE Virtual Reality Diver）投入VR技術(shù)，實現(xiàn)360度立體影像，將觀賞時的空間呈現(xiàn)感帶來前所未有的突破。
眼部追蹤在頭戴式可視設(shè)備（HMD）中越來越常見了，也有少數(shù)人將腦電波傳感器加入到HMD設(shè)備中。在AR和VR領(lǐng)域，眼部追蹤已經(jīng)是一件很簡單的事情，但是腦電波數(shù)據(jù)有時會受到干擾，在實時分析腦電波原始數(shù)據(jù)方面還需要做很多工作。VR環(huán)境可以根據(jù)用戶的壓力層級、注意力來作出反饋，或者幫助我們提升記憶力和學(xué)習(xí)能力。目前，神經(jīng)反饋還是一項全新的技術(shù)，在VR領(lǐng)域存在著巨大的潛能。
迪士尼帶來一個以叫“IRIDiuM”（Interactive Rendered Immersive Deep Media，交互渲染沉浸式深層媒體）的項目，根據(jù)追蹤用戶的頭部姿勢，配置高精細(xì)的沉浸實時內(nèi)容。在第二階段，來自慣性測量單元（Interial Measurement Unit）的數(shù)據(jù)可以被用來追蹤頭部和上半身，肌電圖傳感器也可偵測到手部活動和抓取動作。它們的實時解算器（real-time solver）會根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)來預(yù)估出用戶姿態(tài)，從而帶來更深度的媒體體驗。
關(guān)鍵詞：虛擬教學(xué)；VR系統(tǒng)；生物教學(xué)；信息化
中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）24-0042-03
VR系統(tǒng)概述
VR（Virtual Reality，簡稱VR），就是虛擬現(xiàn)實。它是指綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備，在計算機生成的可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。虛擬技術(shù)可以幫助完成對現(xiàn)實世界的抽象、模擬和仿真。也就是說，我們通過VR系統(tǒng)看到的、感受到的，或者與之互動交互的物體和場景都是虛擬的，不存在的。
VR系統(tǒng)有一套專業(yè)的外部設(shè)備，如3D眼鏡、電子筆等，還有一種新型的3D顯示器――zspace（所有利用VR技術(shù)研發(fā)出的產(chǎn)品都需要在zspace設(shè)備前才能使用和操作。zspace不僅是顯示屏，還是追蹤器，可以跟蹤3D眼鏡和電子筆兩個裝備，并在人體攜帶這些裝備后通過跟蹤人體頭部和身體的動作調(diào)整人們看到的3D虛擬圖像）。除了基本的硬件構(gòu)成，VR系統(tǒng)還包括其他的虛擬現(xiàn)實設(shè)備，如頭盔式眼鏡、數(shù)據(jù)手套、力反饋裝置等。這些VR設(shè)備都是浸入式的，它們能為用戶創(chuàng)造一個近乎真實的、身臨其境的體驗，包括視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等多方面的感知，讓用戶覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，用戶由觀察者變成參與者，沉浸其中并能通過肢體的運動參與虛擬世界的活動。但鑒于目前技術(shù)的局限性，在現(xiàn)有的VR系統(tǒng)與應(yīng)用中，較為成熟的主要是視覺沉浸，還有聽覺和觸覺沉浸技術(shù)。
VR系統(tǒng)除了能提供沉浸感外，其最大優(yōu)勢是強大的交互體驗。操作者通過與虛擬時空中的畫面進(jìn)行實時交互，如同在真實世界中一樣。有業(yè)內(nèi)人士指出：在不遠(yuǎn)的將來，我們只需在家里安裝虛擬現(xiàn)實設(shè)備，便可以足不出戶地穿梭于各個虛擬場景，如時而在商店的衣帽間里試穿新衣，時而在足球場上觀看比賽，時而化身為新聞事件的“現(xiàn)場目擊者”等，這種通過三維建模技術(shù)模擬出的場景的交互，以其強大的真實性和表現(xiàn)力，拓展了用戶的生產(chǎn)、生活，甚至是情感思維等范疇。
VR系統(tǒng)在生物教學(xué)領(lǐng)域的融合點分析
作為一種高新的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，VR系統(tǒng)進(jìn)入到教育教學(xué)領(lǐng)域能在哪些方面發(fā)揮作用呢？相對于常規(guī)的教學(xué)方式，它有哪些優(yōu)勢和劣勢？首先，我們來看看在常規(guī)的生物教學(xué)中存在哪些困難，這些困難能不能通過VR技術(shù)來解決。
1.傳統(tǒng)生物教學(xué)存在的困難點分析
生物學(xué)科主要研究生物的結(jié)構(gòu)、生理行為、遺傳發(fā)育等內(nèi)容，其中涉及很多微觀、抽象的模型結(jié)構(gòu)，這些模型大多數(shù)距離學(xué)生的生活實際較遠(yuǎn)，學(xué)生對其缺少感性的認(rèn)識。在常規(guī)課堂中，教師一般都是通過口頭講述或者借助圖片、動畫和模型教具來進(jìn)行講解，但常常會出現(xiàn)觀察角度和結(jié)構(gòu)疊加導(dǎo)致學(xué)生看不到或看不清的問題，即便是在普通的3D模型中通過設(shè)置透明、半透明或者高光、啞光等方式將內(nèi)外不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行差異化顯示，也僅僅是可以觀察到大概而已，不能實現(xiàn)近距離的解剖式觀察，學(xué)生對物體還是停留在觀摩層面，缺乏實時的交互體驗操作。
除了模型結(jié)構(gòu)類知識外，學(xué)生對生物學(xué)科中微觀世界的探索也常常望而生畏，繁雜又難以與實際生活相聯(lián)系，抽象又沒有直接經(jīng)驗來支撐，只能在腦海中通過想象盡可能去還原不可見的微觀現(xiàn)象，甚至有些內(nèi)容都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以學(xué)生難以對微觀內(nèi)容有一個正確且清晰的認(rèn)識，是一個急需解決的學(xué)習(xí)困難點。
當(dāng)然，在生物教學(xué)中，很重要的一部分也是常規(guī)教學(xué)中一個很大的障礙是實驗教學(xué)。生物實驗中有很多內(nèi)容在常規(guī)條件下，由于受到實驗條件沒有嚴(yán)格規(guī)范、實驗過程不可控、實驗操作比較危險等因素影響而不易在常規(guī)教學(xué)中呈現(xiàn)，而且有些研究對象還是一些生物微觀層面的結(jié)構(gòu)或過程，常規(guī)實驗顯示不出來。對于這些難以開展的實驗，傳統(tǒng)教學(xué)往往以書本閱讀或者教師講解的方式代替真實的實驗操作。有一些已經(jīng)構(gòu)建多媒體教學(xué)環(huán)境的學(xué)校為了能突破這一教學(xué)難點，也會利用一些簡單的軟件對實驗進(jìn)行模擬，通過直觀形象的原理演示和現(xiàn)象模擬輔助教學(xué)，但利用虛擬實驗軟件進(jìn)行模擬或演示對很多概念或者原理的認(rèn)識并不一定能收到理想的效果，學(xué)生缺乏實際的實驗操作和真實的感知體驗，無法深入地理解和把握知識點。
2.VR系統(tǒng)輔助生物教學(xué)的優(yōu)勢
（1）立體層次感強，有很好的出鏡效果，拓寬了學(xué)習(xí)的空間感
常規(guī)的結(jié)構(gòu)模型僅能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的觀摩，而VR技術(shù)不僅能將立體的結(jié)構(gòu)模型按照教學(xué)的需要一層層地剝離開，單獨進(jìn)行細(xì)微觀察，而且還可以拖出屏幕，零距離、全方位、不受空間限制地進(jìn)行自由體驗。
例如，在學(xué)習(xí)《植物細(xì)胞》一課時，學(xué)生可以借助VR技術(shù)構(gòu)建的植物細(xì)胞模型從最外層的細(xì)胞膜進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)，在近乎真實的膠質(zhì)狀的細(xì)胞質(zhì)中，與其間的各種細(xì)胞器近距離接觸，每一種細(xì)胞器從外觀到內(nèi)部發(fā)生的分子水平的生理反應(yīng)都可以盡收眼底，再從細(xì)胞核到細(xì)胞核里面的核膜、核仁、核質(zhì)和染色體，一切都真實可觸，那感覺就像拿著一個真實的細(xì)胞在進(jìn)行觀察，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能清晰可見，甚至對于染色體這樣在空間上有復(fù)雜聯(lián)結(jié)的物質(zhì)，其組成也不再是抽象、靜態(tài)的概念上的認(rèn)知，學(xué)生可以從更微小的基因片段和一個個蛋白質(zhì)拆解來進(jìn)行俯瞰，以便更直觀地進(jìn)行沉浸式的體驗和感知。
（2）逼真的畫面效果，身臨其境的感官體驗，讓學(xué)習(xí)更高效且安全
針對在生物學(xué)科中一些微觀不可見的原理演示，或者因?qū)嶒灄l件比較苛刻、實驗操作比較危險而不易實現(xiàn)的內(nèi)容，VR技術(shù)能對畫面進(jìn)行模擬仿真宏觀再現(xiàn)，其高度的逼真性和現(xiàn)實體驗感讓效果更為真實。相較于一般的動畫演示，VR技術(shù)以其高精度的虛擬仿真性和超強的感官體驗徹底改變了在實際教學(xué)中只能憑記憶、想象、簡單的模擬等教學(xué)方式去掌握這些觀察困難且不易理解的內(nèi)容的狀況，增強了教學(xué)效果。
例如，在《探究螞蟻的通訊》實驗中，由于螞蟻是活體，不好飼養(yǎng)，而且如果脫離了螞蟻的自然生存環(huán)境，在室內(nèi)模擬螞蟻是如何通訊并不是很容易的事情，很難反映螞蟻的真實行為過程；而在室外實驗，螞蟻的行動方向不易受到控制，效果也不明顯，它們到底是通過氣味信息素傳遞的信息還是通過偵查蟻的行進(jìn)路徑傳遞的信息？在這個探究活動中，利用VR技術(shù)的虛擬仿真性不僅能夠營造出螞蟻通訊的自然環(huán)境，而且能將肉眼看不見的螞蟻的通訊方式真實地再現(xiàn)，學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的近乎真實的情境中體驗、感知、發(fā)現(xiàn)和探究，在頭腦中形成形象化的概念，從而實現(xiàn)對該部分內(nèi)容的高效學(xué)習(xí)。
（3）豐富的交互方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
除了知識上的直觀感知和模擬可能發(fā)生的真實情境外，VR系統(tǒng)還能設(shè)置一些和學(xué)生互動的交互功能，通過一些外置或者內(nèi)嵌的虛擬工具或者設(shè)備讓學(xué)生進(jìn)行操控。好玩的、有趣的功能，或者是在現(xiàn)實生活中實現(xiàn)不了的操作或者功能，這些都可以通過VR技術(shù)的虛擬交互性來實現(xiàn)，讓學(xué)習(xí)過程游戲化、情境化，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
例如，在《蜂鳥的外部形態(tài)》一課的教學(xué)中，我們可以借助VR技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)入一個虛擬的叢林中，邊觀察鳥的外部形態(tài)，邊用畫筆勾勒出鳥的流線型輪廓，還可以讓學(xué)生摘掉鳥身體上不同部位的羽毛，觀察丟掉正羽或絨羽后對飛行產(chǎn)生的影響等，這些讓學(xué)生親自體驗的有趣環(huán)節(jié)，在某種程度上真正做到了寓教于樂，使學(xué)生能主動學(xué)習(xí)，樂于學(xué)習(xí)。
3.VR系統(tǒng)在生物教學(xué)中的局限性
VR技術(shù)在生物教學(xué)中有著不可替代的優(yōu)勢，但它的劣勢也是不容忽視的。其主要體現(xiàn)在操作上有局限性。有過操作體驗的人會有這樣的感覺：電子筆必須對準(zhǔn)你要拖拽的物體才能實現(xiàn)移動或者其他操作。VR系統(tǒng)不同于單機版的3D模型，它是三維空間，有橫向和縱向空間的延伸，所以電子筆需要反復(fù)去校準(zhǔn)那個定位點，使用起來沒有鼠標(biāo)靈活。而且人長時間佩戴3D眼鏡會有眩暈感，容易疲勞。
那么，如何在生物教學(xué)中發(fā)揮VR系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢，規(guī)避其劣勢呢？我們在利用VR技術(shù)支撐生物信息化教學(xué)時，如何選擇和設(shè)計理想的VR工具和軟件，從而實現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化呢？
開發(fā)與應(yīng)用VR技術(shù)的可行性思路
1.注重素材的篩選
從優(yōu)勢上來說，由于VR技術(shù)的親視感和空間層次感，一些立體效果比較明顯的三維結(jié)構(gòu)用VR技術(shù)觀察，效果就會比較好，尤其是一些較復(fù)雜的、需要從宏觀到微觀進(jìn)行層層剝離的結(jié)構(gòu)，也包括宏觀上不可見的，如地理上不同天體的運動。再如，一些要表現(xiàn)場景效果或操作現(xiàn)象類的知識都可以借助zspace的逼真效果呈現(xiàn)。
2.開發(fā)思路精簡化
（1）內(nèi)容和功能設(shè)置上要精而簡，勿大而全
對于一些內(nèi)容較復(fù)雜、功能較繁瑣的內(nèi)容，不建議使用VR程序。原因有兩個：一是時間的成本較大。從程序設(shè)計上來說，在VR系統(tǒng)中一個簡單的模型的大小調(diào)整也會涉及較大的程序運算量。二是從使用者的體驗感來說，不宜長時間學(xué)習(xí)使用。而且就目前VR系統(tǒng)的普及度來講，不太可能實現(xiàn)教室內(nèi)人手一臺zspace機器。一般來講，一個頭盔式顯示器加主機的成本要上萬元，這在一些專業(yè)領(lǐng)域，如軍事、航空、航天等尚可承受，但對于普通消費市場來說，還是讓人望而卻步。所以在較長時間內(nèi)，zspace只可能作為課外學(xué)習(xí)的一種輔助工具應(yīng)用于教學(xué)，所以內(nèi)容和功能精簡化是需要考慮的因素，哪怕一個程序就講一個知識要點，這樣容易讓學(xué)生在短時間內(nèi)理解，也便于應(yīng)用。
（2）操作上盡可能避免對空間有精確要求
近乎真實情境的立體空間是VR系統(tǒng)的優(yōu)勢，但也不可避免地成為其操作環(huán)節(jié)上的限制因素。尤其是對空間定位有較大要求的操作，校準(zhǔn)的時間往往會讓學(xué)生沒有耐心進(jìn)行下去，即便它的畫面效果和功能設(shè)置非常精致和齊全。
關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實;技能培訓(xùn);虛擬培訓(xùn);模式
中圖分類號:TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)31-
Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology
GAO Ben-cai, LIU Guang-ran
(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)
Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.
Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic
在當(dāng)今中國,技工教育受到全社會的高度重視,知識、技能和創(chuàng)造得到了充分的尊重和發(fā)揮,一個有利于技工教育發(fā)展的良好氛圍正在形成。
隨著經(jīng)濟全球化進(jìn)程的加快,21世紀(jì)的中國已經(jīng)成為全世界的制造中心,我國要想扮演好這個世界制造中心的角色,一大批高素質(zhì)技術(shù)工人必不可少。現(xiàn)代產(chǎn)品的更新?lián)Q代的周期已經(jīng)完全的顛覆了一些人所能夠承受時間概念高科技產(chǎn)品更是源源不斷的推陳出新。傳統(tǒng)的技工培訓(xùn)模式已經(jīng)不能挑起這么艱巨的任務(wù),亟待開發(fā)新的培訓(xùn)模式。
諸多難題阻礙著現(xiàn)代技工教育的發(fā)展,至今技工學(xué)校還沒有走出一條適合中國國情的發(fā)展道路。我想基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬培訓(xùn)或許可以解決難題實現(xiàn)破冰,推動技工教育的良好的發(fā)展。
1 虛擬現(xiàn)實概念及特征
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱VR)是1989年美國的J.Lanier(后來曾是專做VR產(chǎn)品的VPL公司董事長)提出的,國內(nèi)也有人譯為“靈境”,國外與虛擬現(xiàn)實同類的術(shù)語,還有虛擬環(huán)境、人工現(xiàn)實及電腦空間等。
虛擬現(xiàn)實有三個突出的特征:沉浸性、交互性、構(gòu)想性。
2 桌面虛擬現(xiàn)實與虛擬培訓(xùn)
桌面虛擬現(xiàn)實(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在個人計算機和低級別的工作站上進(jìn)行環(huán)境仿真,依靠計算機的屏幕提供給用戶一個虛擬的平臺,運用虛擬現(xiàn)實的輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬世界場景之間的交互。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機生成極為逼真的環(huán)境,通過生動的視覺、聽覺、觸覺等效果以及隨參與者的動作而變化的場景使人獲得身臨其境的感覺。現(xiàn)階段由于完全的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)價格昂貴目前只用于科學(xué)研究,其中基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的培訓(xùn)(簡稱虛擬培訓(xùn))采用增強現(xiàn)實的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(也稱桌面虛擬現(xiàn)實)改變了原有的培訓(xùn)方式,為用戶提供一個直觀、友好的圖形化培訓(xùn)環(huán)境,適應(yīng)社會需求。使得用戶在計算機提供的逼真的三維虛擬環(huán)境中熟練掌握某一裝置或某一系統(tǒng)的操作使用方法。大大減少了技工培訓(xùn)中的各種資源的消耗提高了培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率,有助于實現(xiàn)對于危險作業(yè)或不具備試驗條件的高級培訓(xùn)。
3 職業(yè)技能培訓(xùn)
職業(yè)技能培訓(xùn)是現(xiàn)代經(jīng)濟增長的不竭動力。著名經(jīng)濟學(xué)家舒爾茨在考察經(jīng)濟增長的主要原因時指出:對人力資本的投資是最重要的生產(chǎn)性投資,也是經(jīng)濟增長不竭的動力。根據(jù)人力資本理論,人力資本比物質(zhì)、貨幣等資本要素具有更大的增值空間,因為作為“活資本”的人力資本,具有創(chuàng)新性、創(chuàng)造性,具有有效配置資源、調(diào)整企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等市場應(yīng)變能力。因此,職業(yè)技能培訓(xùn)是人力資本投資的一個組成部分,而且職業(yè)技能培訓(xùn)是實現(xiàn)終身教育,建設(shè)學(xué)習(xí)型組織的主要教育形式,其良性發(fā)展能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對高素質(zhì)、技能型人才的需要,必然對GDP增長帶來更高的貢獻(xiàn)率。
4 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程模式探究與設(shè)計實例
虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行教育培訓(xùn)的虛擬環(huán)境,它可以是某一現(xiàn)實世界培訓(xùn)基地或設(shè)施的真實再現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的世界。受訓(xùn)人員通過與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互獲得經(jīng)驗達(dá)到學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的目的。
4.1 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)模式
在中國知網(wǎng)上以虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式為檢索詞分別以題名和全文項進(jìn)行精確查找,查找結(jié)果都是沒有相關(guān)的文獻(xiàn)資料,通過閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)論文資料后也沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式的有關(guān)論述。通過閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn),比較各種虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程,結(jié)合本人實際的設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)歸納出虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式。如圖1所示。
虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程大致分為四個階段:首先,對將要開發(fā)的課程進(jìn)行系統(tǒng)分析,其中包括對學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析判斷虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是不是內(nèi)容表現(xiàn)的最佳選擇。如果可行就要繼續(xù)將學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行必要的分解分成若干的模塊和單元,這樣有利于將復(fù)雜的任務(wù)簡單化使整個任務(wù)比較容易的得以實現(xiàn);另外要對學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分析即通過培訓(xùn)要求學(xué)習(xí)者掌握的知識經(jīng)驗的總和并為接下來的教學(xué)策略的選擇提供支持,在這項工作中還需要明確學(xué)習(xí)者要掌握預(yù)期的知識經(jīng)驗需要學(xué)習(xí)的各種理論知識、動作要領(lǐng)、技能流程以及必須完成的操作練習(xí)。其次,同時進(jìn)行3D圖像建模與交互的設(shè)計與實現(xiàn)兩個階段的工作。這兩個階段也是系統(tǒng)開發(fā)的兩條主線,在3D圖像建模階段依據(jù)前期的素材的準(zhǔn)備運用3D建模工具開發(fā)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。這個階段是整個開發(fā)過程中工作量最繁重的一個階段,需要開發(fā)人員熟練掌握3D建模工具,通過反復(fù)細(xì)致的設(shè)計修改才能開發(fā)出逼真的虛擬環(huán)境。要根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征(不同群體適應(yīng)不同的交互方式)依據(jù)相關(guān)的交互理論運用恰當(dāng)?shù)慕换スぞ呖茖W(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)。交互的設(shè)計與實現(xiàn)階段要特別的引起重視,因為大部分學(xué)習(xí)任務(wù)的完成都有賴于系統(tǒng)的交互功能,交互設(shè)計的好壞與最終的學(xué)習(xí)效果有著直接的聯(lián)系。最后,是系統(tǒng)的合成與調(diào)試,這一階段能夠保證系統(tǒng)順利的得以實現(xiàn)并應(yīng)用在教學(xué)中。在該階段中包括了將必要的教學(xué)策略、理論知識以及一些必要的文字說明嵌入到系統(tǒng)中使它真正成為一個用于教學(xué)的工具。在調(diào)試是比較繁雜的工作,需要我們有足夠的耐心和精益求精的精神通過不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題使系統(tǒng)不斷的得到完善保證系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。
4.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計實例
4.2.1 案例簡介
數(shù)控機床是技工培訓(xùn)中的重要課程,由于數(shù)控技術(shù)較為復(fù)雜所以學(xué)習(xí)難度比較大,學(xué)員往往要用很長的時間來了解數(shù)控機床的工作原理之后才能夠進(jìn)入現(xiàn)場實際操練或是根本找不到相應(yīng)的設(shè)備操練。我們設(shè)想開發(fā)這樣一個虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)使學(xué)員能夠利用電腦實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合,通過使用這么一個系統(tǒng)學(xué)員能夠掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論知識、數(shù)控機床的組成及工作原理、基本的操作練習(xí)。讓學(xué)員在進(jìn)入實訓(xùn)現(xiàn)場之前形成必要的知識經(jīng)驗的準(zhǔn)備,增強訓(xùn)練的針對性提高培訓(xùn)效率。
4.2.2 設(shè)計構(gòu)想
該虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)首先呈現(xiàn)出的是數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)知識和數(shù)控機床的工作原理,此處用帶有碰撞的行走動畫來表現(xiàn)。圍繞數(shù)控機床的工作程序來設(shè)計活動和交互,在給出零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后學(xué)員被要求編制出零件加工的數(shù)控程序單。對于形狀復(fù)雜的零件,學(xué)員可以在計算機上進(jìn)行自動編程(APT)或CAD/CAM設(shè)計;編好的數(shù)控程序?qū)W員會被要求輸入到數(shù)控裝置的一種存儲載體上,用動畫形式抽象表現(xiàn)數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序,經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運算和邏輯處理,輸出各種控制信息和指令給驅(qū)動裝置,經(jīng)功率放大后按照指令信息的要求驅(qū)動機床移動部件,以加工出符合圖樣要求的零件;再用動畫顯示位置檢測裝置將數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的實際位移量檢測出來,經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置之后,數(shù)控裝置將反饋回來的實際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較,控制驅(qū)動裝置按照指令設(shè)定值運動;學(xué)員在呈現(xiàn)的輔助控制操縱界面中按下按鈕后隨之會發(fā)生相應(yīng)的變化比如刀具的轉(zhuǎn)換、指令交換工件和機床部件的松開、夾緊等動作。在以上幾個步驟中適時現(xiàn)實必要的文字補充材料以便于學(xué)員理解。
4.2.3 技術(shù)實現(xiàn)
本系統(tǒng)的開發(fā)工作主要集中在虛擬場景建模、虛擬動畫的制作以及交互的設(shè)計與實現(xiàn)三個環(huán)節(jié)。
在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常強大的完全能夠滿足桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的建模需求。在虛擬動畫的制作方面,可以用普通的動畫制作軟件如flash等。但是這樣就存在一個不同格式文件相融合的問題,如果直接用3DSMAX制作的話相對來說會比較容易。在交互方面,較為簡單的交互可以將MAX格式轉(zhuǎn)換成VRML格式通過VRML內(nèi)部的交互傳感器來實現(xiàn)。在一些較為復(fù)雜的交互實現(xiàn)上編程語言更具優(yōu)勢,但是難度也是很大的。有很多交互我們根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)要進(jìn)行設(shè)計的但是實現(xiàn)起來難度很大,我們就要靈活掌握通過對能夠?qū)崿F(xiàn)的交互功能進(jìn)行有限的組合達(dá)到預(yù)期的效果。在交互的設(shè)計實現(xiàn)過程中還要重點關(guān)注的一個問題就是有效的教學(xué)設(shè)計的使用。
5 結(jié)束語
全文主要探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于技工技能培訓(xùn)的新模式,介紹了虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程,至于具體的應(yīng)用于技工教育的虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)(軟件)的設(shè)計和開發(fā)我們正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
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論文關(guān)鍵詞 ：虛擬現(xiàn)實 動態(tài)網(wǎng)站 B／S模式 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
論文摘要 ：針對虛擬現(xiàn)實技 術(shù)的發(fā)展和 當(dāng)前微機組裝的實習(xí)現(xiàn)狀 ，提出“動 態(tài)網(wǎng)站+數(shù)據(jù)庫 +虛擬現(xiàn)實”的技 術(shù)萬棠．設(shè)計基于 B／S模 式的網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，該系統(tǒng)更新 、維護(hù)方便 ，有良好的通用性和可擴展 性．
虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality簡稱 VR)技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的一種新 的人機接口技術(shù)，是一項以計算機技術(shù)為核心，綜合視、聽、觸覺為一體，模仿現(xiàn)實三維空間的再現(xiàn)技術(shù)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上可以逼真地模擬自然真實環(huán)境．隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機圖形學(xué) 的不斷發(fā)展，結(jié)合 VR技術(shù)，打破了傳統(tǒng)的基于 Web的二維平 面交互模式，實現(xiàn)了基 于 Web3D三維空間交互模式 的第二代 Web技術(shù)(多媒體 +虛擬現(xiàn)實+Internet)．虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實習(xí)、建筑設(shè)計、軍事訓(xùn)練、體育訓(xùn)練、娛樂游戲等諸多領(lǐng)域．目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已應(yīng)用于課堂教學(xué)，作為教學(xué)媒體對遠(yuǎn)程教學(xué)已產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響．
微機組裝是高校計算機專業(yè)的一門應(yīng)用及實用性較強的專業(yè)課程，學(xué)生在掌握微機原理和了解當(dāng)前計算機硬件發(fā)展最新技術(shù)的情況下，自己動手組裝計算機．高校大都開設(shè)這門課程，而大多數(shù)都是使用已經(jīng)淘汰的計算機，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實際計算機硬件的發(fā)展．由于硬件條件的限制，使得理論與實際相脫節(jié)．而且，認(rèn)識計算機結(jié)構(gòu)，頻繁地拆裝計算機，硬件的損壞程度很大，實驗代價太高。針對以上問題，本研究嘗試將動態(tài)網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于虛擬微機組裝系統(tǒng)的開發(fā)中，提出了一種基于 Web數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)口 的網(wǎng)絡(luò)虛擬微機組裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，綜合發(fā)揮各種開發(fā)工具的優(yōu)勢，設(shè)計研究基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)裝機系統(tǒng) ，為廣大高校學(xué)生、電腦愛好者 、電腦經(jīng)營者提供了一個很好的學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)推廣平臺，也是今后遠(yuǎn)程教育的發(fā)展和趨勢．
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)絡(luò)的共享虛擬微機組裝系統(tǒng) ．使用者可以通過人機界面對虛擬環(huán)境中的硬件設(shè)備進(jìn)行組裝．系統(tǒng)展示的主要功能：計算機硬件設(shè)備展示 、安裝過程演示、組裝實驗，并可 以實現(xiàn)多個實驗者協(xié)同工作，共同完成實驗．
如圖 1所示 ，該系統(tǒng)的流程分為 3層，自下而上分別為數(shù)據(jù)庫管理層、應(yīng)用層和交互層．其中，交互層為使用者瀏覽界面，有關(guān)數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理在應(yīng)用層，Web服務(wù)器負(fù)責(zé)接收遠(yuǎn)程或本地的 HTTP請求，根據(jù)請求從數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取相關(guān)資源 ，然后將結(jié)果轉(zhuǎn)換成 HTMI 語言形式 ，生成 Web頁面送到瀏覽器端．
數(shù)據(jù)庫管理層：負(fù)責(zé)底層數(shù)據(jù)庫的 日常管理，包括資源的入庫、修改、刪除、屬性設(shè)置等相關(guān)管理功能． 應(yīng)用層 ：是整個系統(tǒng)的后臺管理層．包括文件查詢模塊、在線管理模塊和用戶管理模塊等．根據(jù)使用者的實際需要進(jìn)行相應(yīng)的操作．
交互層：是系統(tǒng)各功能模塊的可視化顯示 ，使用者通過瀏覽器與服務(wù)器相連，完成各種操作．本系統(tǒng)采用 3層完全獨立的結(jié)構(gòu)模型，防止了對數(shù)據(jù)庫的非法操作 ，系統(tǒng)安全性高．任何數(shù)據(jù)資源的更新或程序的升級都是由服務(wù)器端完成的，不影響客戶端操作， 系統(tǒng)維護(hù)和升級 十分方便．對于客戶端只需安裝瀏覽器即可使用．
2 系統(tǒng)開發(fā)及運行環(huán)境
系統(tǒng)在 Windows2000環(huán) 境下開發(fā)完成，采用SQL Sever數(shù)據(jù)庫 、Apache服務(wù)器和 PHP等作為網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具 ，利用CAXA實體設(shè)計和 MuhiGenCreator 建模工具 、VRMI 技術(shù)及相關(guān)圖像處理軟件．客戶端需安裝 IE 5．0以上版本瀏覽器 ，還需安裝 相 應(yīng) 的 VRML 瀏 覽 器 插 件 (如：BS—ContactVRML，C0SMO一2．1．1-eng，CORTVRML等)．
2．1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感、交互性以及多感知性等三大特點，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是本系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵．Vega是 目前流行的一個虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，隨 Vega發(fā)行的還有一個 Lynx圖形用戶界面程序．硬件模型使用與 Vega相關(guān)的三維建模工具 Creator實現(xiàn)．使用 Vega開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序的主要流程如圖 2所示．
主要過程如下 ：
1)建模．建模是建立虛擬場景中的地形及各種物體的三維數(shù)字模型，這些模型使Creator建模工具，建立虛擬場景中物體的三維數(shù)字模型，經(jīng)過渲染后在計算機屏幕上可以形成逼真的地形和物體．建模任務(wù)由Creator軟件實現(xiàn)，能夠滿足虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序的實時性要求．
2)用 Lynx建立應(yīng)用程序定義文件。建模形成三維數(shù)字模型后，使用 Lynx實用程序定義文件(ADF)．ADF文件描述了用于虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序中的模型文件、運動模型及其路徑、特殊效果、環(huán)境效果等，使用Lynx程序可大大節(jié)省編程人員的工作量．
3)編程．在 C、C++或 VC++語言平臺上，利用 Vega的 API和軟件庫，調(diào)入已建立的 ADF文件及三維數(shù)字模型，對程序進(jìn)行初始化，編程響應(yīng)用戶輸入并動態(tài)地改變程序的運行，最終完成虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序的編制．
4)編譯運行．應(yīng)用程序編譯成功后，調(diào)試運行該應(yīng)用程序，最后系統(tǒng)集成．
2．2 動態(tài)網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫技術(shù)
整個系統(tǒng)的開發(fā)采用 目前公認(rèn)的開發(fā)動態(tài)網(wǎng)站最佳組合，即 PHP+Apache+MySQL組合技 術(shù)，該技術(shù)具有較高的性價比．
1)建立數(shù)據(jù)庫．利用 MySQI 建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫的操作，可以使用 php My Admin管理器，該管理器具有與標(biāo)準(zhǔn)的 Windows資源管理器相似的界面與操作方式，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與管理．
2)完成數(shù)據(jù)庫間的交互．?dāng)?shù)據(jù)庫與 Web相連，轉(zhuǎn)換成 Web頁．PHP4支持 MySQL數(shù)據(jù)庫，不需要外部支持庫就可以實現(xiàn)對 MySQL的全部操作，利用 PHP4調(diào)用相關(guān)的數(shù)據(jù)庫管理函數(shù)，從而實現(xiàn)web與 MySQL數(shù)據(jù)庫之間的交互．
3)數(shù)據(jù)庫的管理與維護(hù)．利用 Dream weaver制作數(shù)據(jù)庫管理頁面，并且提供遠(yuǎn)程維護(hù)功能，用戶可以通過瀏覽器登陸數(shù)據(jù)庫管理頁面，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)，提高了系統(tǒng)維護(hù)的靈活性，為本系統(tǒng)的隨時更新提供方便．
3 應(yīng)用測試實例
學(xué)生以學(xué)號登陸后，即進(jìn)入實驗系統(tǒng)．首先 ，從元件模型庫中選擇相應(yīng)的硬件，如主板、內(nèi)存、硬盤、鼠標(biāo)、鍵盤等．然后 ，進(jìn)行硬件的插接．將內(nèi)存條插入主板，插接時若報警 ，則內(nèi)存條選取有誤；若發(fā)現(xiàn)所選內(nèi)存條為 DDR 內(nèi)存條 ，而 主板插槽 口需 要SDR內(nèi)存條與之匹配那么，重新選取內(nèi)存條后繼續(xù)上一步操作；系統(tǒng)仍報警，是內(nèi)存條方向不匹配則旋轉(zhuǎn)內(nèi)存條至適當(dāng)方向后 ，再插入主板內(nèi)存插槽中．圖 3顯示已將 內(nèi)存條擺放到正確位置，即將插入主板時的狀態(tài)．
硬盤數(shù)據(jù)線與電源線的插接，將數(shù)據(jù)線和電源線的方向調(diào)整正確后 ，硬盤即插接成功，如 圖 4所示．主機箱內(nèi)還有光驅(qū)網(wǎng)卡、顯卡等硬件的插接，這里不再一一贅述．至于外設(shè)，現(xiàn)在大部分是 USB接口的外部設(shè)備．同樣可能遇到方 向需要調(diào)整的情況 ，將插 口調(diào)整好后 ，連接主機箱相應(yīng) 的插槽即可．這樣 ，將所有硬件連接好 ，一臺計算機組裝成功．
基于 VR技術(shù)的虛擬微機組裝 系統(tǒng)，在高校實驗教學(xué)中得到良好的應(yīng)用效果．為學(xué)生提供了一個自由實驗的平臺，增強了學(xué)生做實驗的自主性 ，不再受實驗室忙、設(shè)備少的約束 ，進(jìn)一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性．對于高校實驗室管理來說，也節(jié)省了實驗準(zhǔn)備時間，降低了實驗成本，使實驗室管理和開放更加現(xiàn)代化、人性化．在設(shè)備不斷更新的基礎(chǔ)上，使得實驗緊跟時代的發(fā)展，有助于學(xué)生了解最新的硬件發(fā)展情況．此系統(tǒng)也可以應(yīng)用于計算機銷售市場，具有很好的應(yīng)用前景．
4 結(jié)語
本研究給出了基于 VR技術(shù)的虛擬微機組裝系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)模型以及應(yīng)用測試實例，據(jù)此亦可以設(shè)計出其他學(xué)科的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)．相信不久的將來，隨著 VR技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科，VR技術(shù)將應(yīng)用于更廣的范圍，交互式的、人性化的網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺，將成為實驗教學(xué)與應(yīng)用性學(xué)習(xí)的主流。
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1新技術(shù)驅(qū)動下科技期刊封面設(shè)計存在問題
封面是科技期刊最重要的形象展示區(qū)，期刊的核心信息與品牌展示要素都集中于封面。國內(nèi)科技期刊封面設(shè)計主要存在如下問題。
1．1封面設(shè)計水平有待提高
科技期刊封面設(shè)計要素主要包括期刊標(biāo)志、插圖、刊期、導(dǎo)讀、版權(quán)信息、期刊榮譽等，據(jù)研究顯示，在影響期刊銷售的因素中，期刊內(nèi)容占10%，期刊名稱和口碑占15%，而期刊的封面設(shè)計占75%，可見封面設(shè)計對期刊的重要性。以中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)核心科技期刊的封面設(shè)計為例，很多科技期刊對封面設(shè)計重視不足，封面內(nèi)容多年不變，封面設(shè)計過于嚴(yán)肅、呆板，色彩搭配過于單調(diào)，封面設(shè)計不重視插圖的作用。國家圖書館館藏的2191種科技期刊中，采用科學(xué)可視化封面設(shè)計的科技期刊僅占31．72%，部分封面設(shè)計與期刊特色、當(dāng)期內(nèi)容與主題風(fēng)格并不統(tǒng)一。例如，《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報》《建筑材料學(xué)報》《建筑科學(xué)與工程學(xué)報》封面科學(xué)可視化設(shè)計較為保守，新技術(shù)應(yīng)用較少。
1．2封面設(shè)計新技術(shù)運用不足
在智能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及的背景下，越來越多的圖像識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用，科技期刊也關(guān)注并且嘗試?yán)眯录夹g(shù)。科技期刊的新技術(shù)應(yīng)用主要集中于封面設(shè)計，通過新技術(shù)設(shè)計封面，實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)、移動支付、社群傳播等功能和跨平臺媒體融合發(fā)展。目前，二維碼是科技期刊封面功能的核心技術(shù)，基于二維碼可以實現(xiàn)信息獲取、網(wǎng)站跳轉(zhuǎn)、廣告推送、手機電商經(jīng)營、防偽溯源、優(yōu)惠促銷、作者管理、手機支付等功能，通過分析83種建筑類科技期刊二維碼使用情況，發(fā)現(xiàn)建筑類科技期刊封面和封底的二維碼使用率均為21．69%，且大多停留在關(guān)注微信公眾號層面，新技術(shù)應(yīng)用明顯滯后于其他行業(yè)。由此可見，建筑類科技期刊運用新技術(shù)設(shè)計封面的意識仍需要增強。
1．3封面功能開發(fā)不足
封面設(shè)計水平直接影響科技期刊的視覺形象，科技期刊的形象由學(xué)術(shù)水平、行業(yè)地位、視覺形象、公眾評價等構(gòu)成，其中視覺形象是目標(biāo)受眾最直接感知的要素。科技期刊封面設(shè)計所傳遞的信息，不僅限于期刊名稱的基本識別功能，在新技術(shù)支持下還可以實現(xiàn)更多新的功能，應(yīng)該重新定位科技期刊封面，發(fā)揮科技期刊封面設(shè)計的作用。利用新技術(shù)，科技期刊封面可以實現(xiàn)雜志新媒體運營管理職能，也可以成為廣告經(jīng)營平臺，同樣科技期刊封面還承擔(dān)著科學(xué)傳播的職能。由此可見，科技期刊封面設(shè)計大多以基本的期刊識別功能為主，同時承擔(dān)廣告功能，均未涉及移動采編、讀者需求細(xì)分、社群傳播等諸多領(lǐng)域，新功能開發(fā)不足。因此，科技期刊需進(jìn)一步提升視覺形象設(shè)計和新技術(shù)應(yīng)用能力。
2科技期刊封面設(shè)計新技術(shù)運用趨勢
新技術(shù)不斷推動傳統(tǒng)媒體發(fā)展，不僅改變了傳播形態(tài)，也影響了科技期刊的經(jīng)營理念，科技期刊的封面不再是單純的期刊識別與展示功能，新技術(shù)可以讓科技期刊封面實現(xiàn)更多的功能。
2．1封面設(shè)計與社交媒體融合
科技期刊目標(biāo)受眾大多是具有高學(xué)歷、高職稱的專業(yè)技術(shù)人員，他們目前使用最多的是微信、微博等社交媒體，科技期刊與社交媒體的融合發(fā)展已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向，科技期刊也在探索利用社交媒體提升期刊的運營效果。科技期刊最重要的版面是封面，目前在封面的設(shè)計中，除了期刊標(biāo)志、刊期、文章導(dǎo)讀、插圖、辦刊單位、期刊榮譽等設(shè)計要素以外，二維碼也成為科技期刊新增的設(shè)計元素之一。封面設(shè)計中的二維碼主要作為微信公眾號和官方微博入口，利用二維碼識別技術(shù)，打通了科技期刊與移動社交媒體接口，在廣告經(jīng)營、期刊采編、溝通服務(wù)、信息等方面賦予了科技期刊封面新的功能。因此，科技期刊封面設(shè)計在與社交媒體融合中將發(fā)揮越來越重要的作用。以建筑類科技期刊為例，分析國內(nèi)83種建筑類科技期刊封面設(shè)計發(fā)現(xiàn)，微信、微博二維碼已經(jīng)成為建筑類科技期刊重要的封面設(shè)計元素。建筑類期刊中封面和封底各有18種期刊加入了二維碼，其中3種建筑類雜志封面和封底同時加入二維碼，實際應(yīng)用二維碼的建筑類雜志達(dá)到33種，占統(tǒng)計總數(shù)的39．76%，這些二維碼基本上都是微信公眾號或者微博二維碼。
2．2封面融合設(shè)計
國內(nèi)增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)發(fā)展迅速，隨著智能移動終端的普及和移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐，越來越多的傳統(tǒng)媒體開始與AR、VR等新技術(shù)融合，顛覆了傳統(tǒng)的封面設(shè)計方式。增強現(xiàn)實技術(shù)利用智能移動終端APP掃描封面圖片，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)取后臺存儲影像數(shù)據(jù)，從而在移動端呈現(xiàn)虛擬的影像，AR技術(shù)可以在科技期刊廣告經(jīng)營和科學(xué)傳播中發(fā)揮重要作用。期刊經(jīng)營者認(rèn)為AR雜志將成為紙媒轉(zhuǎn)型的新形式，AR技術(shù)將靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)，將有限的紙質(zhì)版面延伸到更為廣闊的數(shù)字空間，這種閱讀方式是媒體形態(tài)的再造和媒體傳播空間的延伸，更是優(yōu)化用戶體驗感的創(chuàng)新。科技期刊可以利用新技術(shù)強化學(xué)科優(yōu)勢，提升封面設(shè)計視覺效果，增加廣告經(jīng)營收益。AR與VR技術(shù)適合建筑類、醫(yī)學(xué)類、機械類、生物類等科技期刊封面，利用新技術(shù)能夠設(shè)計新穎、生動的封面廣告，提升廣告宣傳展示效果;AR和VR技術(shù)在封面可視化設(shè)計中，還可以作為科技期刊的科學(xué)傳播載體，讓目標(biāo)受眾更直觀、形象地獲得科學(xué)知識，提升封面科學(xué)傳播效果。目前國內(nèi)科技期刊封面VR/AR設(shè)計還在理論探索階段，但是其他類型期刊已經(jīng)運用AR技術(shù)。例如《今日重慶》雜志應(yīng)用AR技術(shù)設(shè)計封面，通過移動終端掃描后，封面上的人物從靜態(tài)的雜志封面里“走”了出來，兩側(cè)同步彈出相應(yīng)背景視頻，圖中原型人物用重慶話繪聲繪色地講解雜志封面的內(nèi)容。也有研究者開始探討科技期刊嵌入VR/AR技術(shù)的必要性和可行性，推動科技期刊出版與VR/AR技術(shù)融合，提升讀者體驗，實現(xiàn)科技信息傳播效果的最大化。
關(guān)鍵詞：VRGIS 虛擬現(xiàn)實 GIS 三維地質(zhì)建模 向家壩水電站
1.前言
當(dāng)今社會已步入信息化時代，計算機信息管理的水平，已成為衡量大型工程現(xiàn)代化施工管理水平的重要標(biāo)志之一。在大型工程的建設(shè)過程中，勘測資料、設(shè)計資料、施工資料、驗收資料等數(shù)據(jù)量浩如煙海，這就給收集、匯總、查找工作帶來了極大不便，而且，資料的管理不善還會延誤工期，造成不必要的國民經(jīng)濟損失，這是業(yè)主和施工管理者面臨的一大難題。因此，對重大工程來說，建立一個適合自身需要的信息管理系統(tǒng)勢在必行[1，2]。
向家壩水電站位于金沙江下游，是金沙江流域水電開發(fā)中的重要控制性工程。其設(shè)計正常蓄水位380.00m，最大壩高161m，總裝機容量6000MW。該工程地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，勘測數(shù)據(jù)龐大，地質(zhì)工作者很難對其在工程巖土體中的分布規(guī)律有一個整體和直觀的把握，為了適應(yīng)這一當(dāng)代巨型水電工程建設(shè)的需要，提高地質(zhì)工作者的工作效率，促進(jìn)可變更設(shè)計與信息化施工等新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，利用三維建模技術(shù)[3，4]與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立一個VRGIS系統(tǒng)是極為必要的。
領(lǐng)域
用途
科學(xué)視覺化
數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、考古、地質(zhì)演化、災(zāi)害模擬、行星表面重建，虛擬風(fēng)洞試驗，分子結(jié)構(gòu)分析
醫(yī)學(xué)
外科手術(shù)，遠(yuǎn)程遙控手術(shù)，身體復(fù)建，虛擬超音波影像，藥物合成
教育
虛擬天文館，遠(yuǎn)程教學(xué)，虛擬實習(xí)
藝術(shù)
虛擬博物館，音樂
商業(yè)
電傳會議，電話網(wǎng)路管理，空中交通管制
景觀模擬
建筑設(shè)計，室內(nèi)設(shè)計，工業(yè)設(shè)計，地形地圖
軍事
飛行模擬，軍事演習(xí)，武器操控
太空
太空訓(xùn)練，太空載具駕駛模擬
機械人
機械人輔助設(shè)計，機械人操作模擬，遠(yuǎn)程操控
工業(yè)
電腦輔助設(shè)計
娛樂
電腦游戲
2. VR與VRGIS
2.1 VR技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，VR)是一種在計算機圖形學(xué)、計算機仿真、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等多種學(xué)科交叉融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機技術(shù)，最早可以追溯到美國學(xué)者Ivan Sutherland于1965年所發(fā)表的論文“終極顯示”（Ultimate Display）[5]。經(jīng)歷了20余年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于許多行業(yè)中，如表1所示。它具有以下三個基本特征：
（1）沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，達(dá)到身臨其境的感覺。
（2）交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行考察或操作。
（3）多感知性。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。
2.2 VRGIS
VRGIS(Virtual Reality Geography Information System) [6]是地理信息系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是目前地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的熱點和前沿方向之一。盡管GIS和VR技術(shù)的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)60—70年代，但是，第一個較為成功的VRGIS卻出現(xiàn)在90年代初期，是美國僑治亞州教育學(xué)院的校園環(huán)境信息系統(tǒng)。從那以后，出現(xiàn)了大量的關(guān)于VR和GIS相結(jié)合的應(yīng)用和理論研究，VRGIS日益引人注目。
簡單地說，VRGIS可看作一個特殊的“傳統(tǒng)型”GIS，它具有傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)所具有的空間數(shù)據(jù)的存儲、處理、查詢和分析等功能，只是將VR技術(shù)作為主要的用戶界面和交互方法。根據(jù)Faust在1993年提出的VRGIS概念，一個理想的VRGIS應(yīng)具有以下幾個方面的特征：（1）空間數(shù)據(jù)的真實表現(xiàn)；（2）用戶可從任意角度進(jìn)行觀察、浸入、實時交互，可在所選擇的地理范圍內(nèi)外自由移動；（3）具有基于三維空間數(shù)據(jù)庫的基本GIS功能；（4）可視化部分作為用戶接口是一個自然而完整的部分。
4.VRGIS在向家壩水電站工程應(yīng)用
4.1系統(tǒng)功能需求
向家壩水電站地處松潘甘孜褶皺與揚子地臺的交接部位，地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程，地層出露齊全、地質(zhì)造構(gòu)復(fù)雜。大量工程實踐證明，重大工程的前期工程地質(zhì)勘測起著舉足輕重的作用，地質(zhì)構(gòu)造不查清，重要不良地質(zhì)現(xiàn)象被忽視，往往是工程事故的隱患。對于工程設(shè)計與勘測部門來說，不僅要搞清工程區(qū)的地層分布情況、巖土物理力學(xué)參數(shù)，更要清楚工程區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)與不良地質(zhì)情況對工程設(shè)施的影響，并據(jù)此提出相應(yīng)的工程處理措施。
為了滿足向家壩水電站可行性研究階段勘測設(shè)計的需要，作者利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）與三維建模技術(shù)，建立了向家壩VII壩址虛擬漫游信息系統(tǒng)（VRGIS），這對輔助工程決策、壩址地質(zhì)分析和預(yù)測，有著十分積極的意義。
4.2系統(tǒng)開發(fā)步驟簡介
首先，作者對已有的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立一個龐大的鉆孔數(shù)據(jù)庫。接下來，定義屬性模板，從而在三維空間中定義鉆孔位置屬性。與此同時，針對一些平面圖、剖面圖數(shù)據(jù)，在AutoCAD環(huán)境下進(jìn)行預(yù)處理及配準(zhǔn)工作，從而在三維空間中定義地層、斷層位置屬性。
然后，是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵步驟，建立壩址區(qū)的地址模型。通過選取合適的數(shù)據(jù)，建立各個地層面和斷層面、風(fēng)化面、水位面、基巖與覆蓋層分界面，進(jìn)而通過地層面建立各個地層的實體模型，用地形表面和覆蓋層裁剪模型，得到向家壩VII壩址的三維地質(zhì)模型[4]，如圖2所示。
最后，也是本系統(tǒng)開發(fā)最核心步驟，采用三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（VRMap）建立三維虛擬場景。VRMap是一種功能較強的由北京靈圖公司開發(fā)的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它的主要功能是提供三維場景虛擬與三維物體管理與查詢的功能，并且提供二次開發(fā)類型庫，使用戶能方便靈活地建立滿足特定要求的三維管理信息系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)導(dǎo)入地址模型后，定義場景中的物體（地層、斷層）信息屬性，建立相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)信息查詢、圖層管理、虛擬現(xiàn)實操作、場景操作等功能。
4.3虛擬漫游信息系統(tǒng)（VRGIS）主要功能
虛擬漫游信息系統(tǒng)是一個集虛擬現(xiàn)實和信息管理為一體的軟件平臺。它能為工程信息管理提供具有三維真實感的實時瀏覽和查詢環(huán)境，使工程與工程地質(zhì)信息管理的水平躍上一個新臺階。并且可以根據(jù)用戶需要比較容易地裝載不同的工程場景和工程地質(zhì)模型，開發(fā)滿足不同專業(yè)需求的信息系統(tǒng)。
本信息系統(tǒng)可以與數(shù)據(jù)庫連接，實現(xiàn)信息查詢和信息管理，使用戶在瀏覽過程中可以隨時查詢各個實體的信息，如地層信息、斷層信息等。本信息系統(tǒng)還具有完善的圖層管理功能，用于復(fù)雜工程與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀察、分析和信息分類管理。本信息系統(tǒng)操作簡便，可以利用鍵盤，完全由用戶手動控制在三維場景中的飛行瀏覽路線。也可以采用自動控制功能，自定義瀏覽路線并在需要的時候自動回放。
4.3.1虛擬漫游
虛擬漫游有兩種方式，一種是手動方式，用戶可以使用鍵盤上的四個方向鍵控制漫游的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，使用Home、End、Page Up和Page Down鍵控制漫游視點的升高、降低、俯視和仰視；另一種是自動方式，即用戶可以預(yù)先定義一條漫游路徑，在需要漫游時直接播放即可。
4.3.2信息查詢功能
本系統(tǒng)可以與Access等數(shù)據(jù)庫連接，在給虛擬場景中的物體（地層、斷層）定義信息屬性后，在瀏覽的各個階段都可以隨時查詢各個物體（地層、斷層）的相關(guān)信息。
4.3.3圖層管理功能
虛擬場景中的各個物體都可以根據(jù)其性質(zhì)分別放置在不同的層中，在漫游時可以根據(jù)需要打開或關(guān)閉某個或多個圖層，是用戶對信息的把握更加集中。
4.3.4虛擬操作功能
場景中的各個物體的位置、方向和比例都可以隨時根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，對于場景較大范圍的調(diào)整也可以采用工具條上的縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等工具進(jìn)行更加快捷的調(diào)整。
轉(zhuǎn)貼于 5. VRGIS功能應(yīng)用
具有以上功能的VRGIS已在向家壩水水電站的設(shè)計單位中南勘測設(shè)計研究院內(nèi)使用，受到好評。其主要成功應(yīng)用表現(xiàn)為如下幾個方面：
5.1提供了更先進(jìn)、直觀、易用的勘探資料管理環(huán)境，提高勘探研究成果的技術(shù)含量；
5.2可直觀地重新評價原始勘探資料解譯的合理性與正確性，提高勘探成果的水平；
5.3 對已有勘探成果進(jìn)行很好的展示，為各種匯報提供高度濃縮和有影響力的素材；
5.4 有利于領(lǐng)導(dǎo)、經(jīng)營、設(shè)計、地質(zhì)與科研人員進(jìn)行充分交流與共同合理決策；
5.5 有助于確定更合理、更經(jīng)濟的地質(zhì)工作補充與加深的勘探方案；
5.6 更利于進(jìn)行合理的地質(zhì)分析、推測與預(yù)測；
5.7 為工程地質(zhì)分析評價、巖體穩(wěn)定分析、設(shè)計與施工等工作提供很好的基礎(chǔ)。
6. 結(jié)語
虛擬現(xiàn)實與信息系統(tǒng)有機結(jié)合的VRGIS，是解決大型工程資料管理的一種有效途徑，它可以在工程規(guī)劃階段，滿足動態(tài)規(guī)劃和布局的需要，能充分利用工程前期勘探資料，并為合理布置正式勘探工作，節(jié)約工程勘探投資和設(shè)計施工成本提供幫助。另外該系統(tǒng)可以根據(jù)需要靈活裝載其它地質(zhì)模型，其應(yīng)用前景十分廣闊，并且已在機場建設(shè)，公路設(shè)計及其它水電工程中獲得了成功應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：礦山，現(xiàn)狀，發(fā)展，評估
0引言
自2 l世紀(jì)以來，以信息技術(shù)為代表的技術(shù)革命迅速發(fā)展，而數(shù)字化更是成為信息的表現(xiàn)形式，1999年召開的首屆“國際數(shù)字地球”大會上又提出了“數(shù)字礦山”(Digital Mine，DM)的概念后，“數(shù)字礦山”在礦業(yè)中發(fā)揮出越來越大的作用，是礦業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和方向。而構(gòu)建數(shù)字礦山，以信息化、自動化和智能化帶動采礦業(yè)的改造與發(fā)展，開創(chuàng)安全、高效、綠色可持續(xù)的礦業(yè)發(fā)展新模式，是我國礦業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。
1數(shù)字礦山的概念
1.1 數(shù)字礦山的概念
數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內(nèi)建立一個以三維坐標(biāo)為主線，將礦山信息構(gòu)建成一個礦山信息模型，描述礦山中每一點的全部信息。按三維坐標(biāo)組織、存儲起來，并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關(guān)人員都可以快速準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。
2、數(shù)字礦山的研究現(xiàn)狀
2.2 國內(nèi)數(shù)字礦山的研究現(xiàn)狀
美國、加拿大、澳大利亞等礦業(yè)發(fā)達(dá)國家在數(shù)字礦山方面的研究起步較早。2001年，中國礦業(yè)聯(lián)合會組織召開了首屆國際礦業(yè)博覽會，其中包括一個以“數(shù)字礦山”為主題的分組會。2002年，以“數(shù)字礦山戰(zhàn)略及未來發(fā)展”為主題的中國科協(xié)第86次青年科學(xué)家論壇召開，2006年，煤炭工業(yè)技術(shù)委員會和煤礦信息與自動化專業(yè)委員會在新疆烏魯木齊召開了“數(shù)字化礦山技術(shù)研討會”。20世紀(jì)末以來，國家主要科研資助機構(gòu)和相關(guān)行業(yè)部門相繼立項支持了一批數(shù)字礦山課題。包括2000年開始的一項國家自然基金課題、2006年開始的一項863課題和一項“十一五”支撐課題等。2000年以來，國內(nèi)多所高校、科研院所、企事業(yè)單位相繼設(shè)立了與數(shù)字礦山有關(guān)的研究所、研究中心、實驗室，主要有：2000年設(shè)立于中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院的“3S與沉陷工程研究所”、2005年設(shè)立于中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院的“數(shù)字礦山實驗室”、2007年設(shè)立于東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院的“3S與數(shù)字礦山研究所”和2007年設(shè)立于中國礦業(yè)大學(xué)(徐州)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的“礦山數(shù)字化教育部工程研究中心”等。山東新汶礦業(yè)集團泰山能源股份有限公司翟鎮(zhèn)煤礦是我國第一座數(shù)字礦山，與北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所合作，在國內(nèi)首開數(shù)字化礦井技術(shù)應(yīng)用之先河。此外，中國礦業(yè)大學(xué)等單位相繼開展了采礦機器人、礦山地理信息系統(tǒng)、三維地學(xué)模擬、礦山虛擬現(xiàn)實、礦山定位等方面的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。
3.數(shù)字礦山的技術(shù)分析
3.1“3S”技術(shù)
GPS主要用于實時、快速提供目標(biāo)、各類傳感器和運載平臺(車、船、飛機、衛(wèi)星等)的空間位置；RS用于實時或準(zhǔn)實時地提供目標(biāo)及其環(huán)境的語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化，及時地對GIS的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行更新；GIS則是對多種來源的時空數(shù)據(jù)綜合處理、動態(tài)存貯、集成管理、分析加工，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識。以GIS為核心的“3S”集成是當(dāng)前空間技術(shù)發(fā)展的重要方向，這主要是在空間數(shù)據(jù)處理中的GIS、RS、GPS既各有特色，有存在著密切的聯(lián)系。在解決實際問題中常常要3個系統(tǒng)聯(lián)合使用，用RS技術(shù)來獲取信息，再由GPS進(jìn)行定位及導(dǎo)航GIS負(fù)責(zé)最后的處理，并提供各種圖形，提出決策實施方案。免費論文。所以3S集成系統(tǒng)的研究已越來越被人們所關(guān)注。免費論文。
3.2可視化技術(shù)
3.2.1可視化建立的必要性
可視化模型是數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，只有完全掌握了礦床及井下開采環(huán)境情況，才能夠為數(shù)字礦山的建設(shè)提供基礎(chǔ)平臺，數(shù)字礦山建設(shè)后續(xù)的通訊系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度及人員設(shè)備定位、生產(chǎn)過程安全監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)、生產(chǎn)過程虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都需要以此為基礎(chǔ)平臺進(jìn)行設(shè)計開發(fā)和系統(tǒng)運行。
3.2.2可視化的建立方法
可視化建模采用TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字地形表面模型和地質(zhì)體(包括床體、巖層及斷層)實體線框模型，同時采用變塊技術(shù)建立礦床資源評價塊段模型。最終采用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法對塊段模型進(jìn)行估值，得出既有結(jié)構(gòu)性又具有隨機性的復(fù)雜地質(zhì)體的空間分布及品位和開采環(huán)境綜合評價技術(shù)成果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開采方案優(yōu)化與設(shè)計。
3.3虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)
3.3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念
指利用人工智能、計算機圖形學(xué)、人機接口、多媒體、計算機網(wǎng)絡(luò)及電子、機械、視聽等高新技術(shù)，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽、動等行為的高級人機交互技術(shù)。免費論文。VR 在許多工程領(lǐng)域和基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，在國外礦業(yè)領(lǐng)域的研究起步比較早，出現(xiàn)了一些2.5維的虛擬礦山系統(tǒng)。通過對虛擬礦山實體進(jìn)行操縱，可以構(gòu)造出逼真的三維、動態(tài)、可交互的虛擬生產(chǎn)環(huán)境，用以模擬完成在真實礦井中進(jìn)行的工作。
3.3.2虛擬技術(shù)條件下礦山模擬開采技術(shù)研究
以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)，結(jié)合其它關(guān)鍵信息構(gòu)造虛擬礦山，進(jìn)行數(shù)字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計劃編制、地下礦巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計、峒室設(shè)計、開拓設(shè)計、采礦方法設(shè)計、穿爆設(shè)計、通風(fēng)設(shè)計、災(zāi)變應(yīng)變預(yù)案等工作。
4、數(shù)字礦山的發(fā)展趨勢
(1)實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理和控制一體化。礦山生產(chǎn)過程管控一體化是指應(yīng)用可視化技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程、工藝、設(shè)備、儀器的自動監(jiān)測與控制。
(2)開發(fā)各種功能的礦山應(yīng)用軟件。必須針對不同的應(yīng)用和礦山工程需求，研究開發(fā)適合不同用戶、具有不同功能的礦山應(yīng)用軟件，如采礦CAD、虛擬礦山、采礦仿真、人工智能和科學(xué)可視化等軟件工具。
(3)朝著構(gòu)建生態(tài)礦業(yè)工程方向發(fā)展。生態(tài)礦業(yè)工程就是當(dāng)人類開發(fā)礦產(chǎn)資源引起自然生態(tài)平衡破壞時，建立人為的生態(tài)平衡，構(gòu)建生態(tài)礦業(yè)工程對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。
(4)人工智能技術(shù)研究。自20世紀(jì)80年代中后期以來，人們已開始應(yīng)用人工智能理論與技術(shù)來解決采礦工業(yè)中的各種實際問題，并逐步顯示出無法取代的優(yōu)越性。運用數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指揮、資源預(yù)測、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能，實現(xiàn)礦山的智能化。
5、結(jié)論
我國既是采礦大國，又是資源消費大國。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，中國對礦產(chǎn)資源的消費將持續(xù)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，將長期保持旺盛的需求。但是，中國礦產(chǎn)資源所面臨的資源短缺，供應(yīng)乏力的嚴(yán)峻形勢，目前已經(jīng)成為發(fā)展工業(yè)的瓶頸，如果這種勢頭繼續(xù)發(fā)展下去，勢必對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。因此，客觀的實事求是的評價資源現(xiàn)狀，充分合理的利用和保護(hù)資源，以建設(shè)數(shù)字礦山來改變和確保礦產(chǎn)資源長期穩(wěn)定供給是中國礦業(yè)走可持續(xù)發(fā)展一條正確之路。
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【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù) 3D建模 虛擬環(huán)境 房地產(chǎn)展示
1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual reality，簡稱vr）是一門以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合了圖形學(xué)、人機交互、實時分布系統(tǒng)、控制學(xué)、多媒體技術(shù)和電子學(xué)等多個領(lǐng)域的學(xué)科。它在一定的范圍內(nèi)生成與真實環(huán)境高度相似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助相關(guān)設(shè)備，通過視覺、聽覺、觸覺等方面與數(shù)字環(huán)境中的對象，進(jìn)行交流，實現(xiàn)交互作用，從而得到等同身受的真實感受和體驗。
2 房地產(chǎn)建模的實施過程
3D Studio Max，簡稱為3ds Max， 是一款由AUTODESK 公司開發(fā)的三維動畫渲染和制作軟件。它在建模、動畫和圖形制作方面功能強大，性價比高，易上手操作，極大的推進(jìn)了建筑設(shè)計、動畫制作等領(lǐng)域的發(fā)展。我們在該房地產(chǎn)展示系統(tǒng)中就使用該軟件進(jìn)行建筑模型的制作。
房地產(chǎn)展示系統(tǒng)建模的實施過程分為數(shù)據(jù)采集、三維實體建模兩個步驟進(jìn)行。
2.1 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集的過程中，根據(jù)實際情況，選擇適用分辨率以及精確度比較高的圖片。包括 ：實體電子照片采集；向項目的施工和設(shè)計部門收集原始資料，例如地形圖、平面圖、建筑單體施工圖以及大比例尺效果圖等。獲得這些資料后，使用 Auto Cad 進(jìn)行相關(guān)校正，從而得到區(qū)域平面圖。按照相關(guān)比例將獲取的圖片，制作成為模型貼圖。貼圖包括透明紋理以及不透明紋理，需要采用圖形處理軟件進(jìn)行處理，形成.rgb格式文件，建立模型紋理庫。特別要注意的是貼圖的長度和寬度必須是 2 的冪次整數(shù)，否則不能夠獲得真實顯示。
2.2 三維實體建模
2.2.1 Polygon 建模法
Polygon 建模法既多邊形建模方法。房地產(chǎn)建筑物模型外觀往往都是比較規(guī)則的，因此很適合使用Polygon 建模法。3DS Max軟件本身帶有幾十種基本幾何體和擴展幾何體，用于建模時實際模型的外形制作。先使用基本的幾何體確定模型大概的輪廓和長寬高比例，再依照模型的具體細(xì)節(jié)來使用擴展幾何體進(jìn)一步劃分并刻畫出模型形狀。
2.2.2 NURBS建模法
NURBS建模法既曲面建模方法。對于一些不是很規(guī)則的模型，我們先用曲線把物體的某個剖面、切面或者是其他能體現(xiàn)出物體外部特征的地方畫出來，再用修改器對曲線進(jìn)行修改，最終形成物體模型，可是這樣生成的物體沒有厚度，所以叫做曲面模型，主要適用于棱角不是很分明和很規(guī)則的物體建模。
我們在3DS Max環(huán)境下，使用貼紋理命令在相應(yīng)的建筑模型上貼上紋理，完成后經(jīng)過烘培處理，三維建筑模型建立完成。在三維建模中應(yīng)遵循的三個原則 ：在保證建模的真實性以及可靠性的前提下，減少模型所含的面數(shù)，盡量使用簡模；盡量使用貼圖技術(shù)；最大限度壓縮紋理。只要堅持這三個原則，就能夠生成最小的數(shù)據(jù)文件，達(dá)到模型逼真效果。例如：電話亭、路燈以及樹木這些物體建模，重復(fù)性較高，因此在建模中，我們最大限度的減少面的使用，而采用貼圖技術(shù)來代替細(xì)節(jié)模型，模型屬性設(shè)置成實點旋轉(zhuǎn)，就可以達(dá)到形象逼真的效果。
3 房地產(chǎn)展示系統(tǒng)中的虛擬場景及互動設(shè)計
隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，其開發(fā)引擎也是層出不窮，從最開始的VRML虛擬現(xiàn)實建模語言到現(xiàn)在的CONVERSE3D、VR-Platform等平臺軟件，功能逐漸強大，具有更強的可操作性。我們在該房地產(chǎn)展示系統(tǒng)中采用了VR-Platform這款軟件，它是由北京中世典數(shù)字科技公司獨立開發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實軟件。該軟件適用性強、操作簡單、功能強大，廣泛地應(yīng)用于裝飾設(shè)計、工業(yè)仿真、城市規(guī)劃等各個行業(yè)。
三維模型建立完成之后，便將其導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件中進(jìn)行虛擬場景設(shè)置和交互設(shè)置。我們使用VRP與3Ds max之間的架構(gòu)，可以方便的將3ds max中的模型，導(dǎo)入到VRP中，并進(jìn)行以下操作：
3.1.1 打開碰撞檢測
為使虛擬場景符合物理客觀定律，必須將部分模型的碰撞檢測開啟，這樣才不會出現(xiàn)人物視角飛天入地或者穿墻而過的不正常現(xiàn)象出現(xiàn)。另外應(yīng)該對場景邊界進(jìn)行透明阻擋，避免用戶進(jìn)入死角或者是走出虛擬場景之外；
3.1.2 添加相機
虛擬現(xiàn)實的場景漫游是通過相機移動實現(xiàn)的。VRP擁有飛行相機、行走相機和動畫相機，來滿足漫游的不同需要。虛擬漫游中，可以通過切換多個相機來快速變換漫游的地點；
3.1.3 設(shè)置“bill-board”物體
將3D max中用平面做成的樹木、樓房、山石等物體可以設(shè)置為“bill-board”類型，這樣物體將始終面對著用戶，減少3d建模工作量；
3.1.4 設(shè)置動畫貼面
噴泉、水體、移動車輛等物體需要在材質(zhì)上加設(shè)“ATX動畫貼圖編輯器”生成的ATX動畫貼圖，來模擬出動畫效果；
3.1.5 處理天空、背景
在vrp中使用天空盒的設(shè)置為虛擬場景添加背景；為了增強場景的感染力，設(shè)置霧和太陽光暈兩種實時的特效方式；
3.1.6 操控界面的設(shè)置
VRP 提供了靈活的操控界面編輯模式，用于創(chuàng)建包括導(dǎo)航圖、按鈕等在內(nèi)的虛擬漫游系統(tǒng)的操控界面；
3.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的互動設(shè)計
【關(guān)鍵詞】智慧工地系統(tǒng)；工程管理；建筑工程
1引言
建筑行業(yè)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的管理模式使得工程建設(shè)過程中勞動力、材料存在嚴(yán)重浪費，在勞務(wù)、安全、綠色、質(zhì)量等方面也存在諸多問題。通過將各種高科技管理手段進(jìn)行整合應(yīng)用到工程建設(shè)中，形成智慧工地系統(tǒng)，從而達(dá)到加強勞務(wù)管理、減少勞務(wù)糾紛、加強施工安全管理、遏制事故發(fā)生、實現(xiàn)綠色施工、杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工、提高工程質(zhì)量的目的。
2工程概況及管理的重難點
富士康科技小鎮(zhèn)項目位于廣州市增城區(qū)，建筑面積約1.78×105m2，由1棟綜合樓和9棟高層住宅樓及相連的2層地下車庫組成。該工程屬于群體建筑，項目工期緊，各棟主體同時施工，交叉作業(yè)多，施工難度大，質(zhì)量要求高。現(xiàn)場施工班組隊伍分工復(fù)雜，施工工人較多，高峰期施工工人超過700人。施工工人主要為農(nóng)民工，安全意識較為薄弱，且流動性大，安全生產(chǎn)若不能全面把控，將存在很大的安全隱患。
3智慧工地系統(tǒng)的組成和實施
該項目建立智慧工地管理平臺，主要由勞務(wù)管理、安全管理、綠色施工、BIM建造及遠(yuǎn)程監(jiān)控5大主要系統(tǒng)組成。
3.1勞務(wù)管理系統(tǒng)
項目部嚴(yán)格推行勞務(wù)實名制管理，首先為新進(jìn)班組各勞務(wù)人員建立個人信息檔案，個人檔案信息與當(dāng)?shù)嘏沙鏊鶎崿F(xiàn)互聯(lián)互通，防止不法分子混入工地，給工地現(xiàn)場和工地周邊治安造成不良影響。采用員工實名制通道、閘機、人臉識別等硬件與管理軟件相結(jié)合的技術(shù)，實時、準(zhǔn)確地收集進(jìn)出工地現(xiàn)場和職工生活區(qū)人員信息，進(jìn)行勞務(wù)實名制管理。該系統(tǒng)可以通過手機APP、PC端、場區(qū)大屏幕實時反映工地當(dāng)前用工狀態(tài)，按照各勞務(wù)隊伍和不同工種的實際用工數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為項目部提供勞動力生產(chǎn)要素用工分析。另外，還能對項目所有作業(yè)人員信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，自項目開工至今，項目總進(jìn)出場人數(shù)、各專業(yè)部位用工數(shù)量、地域分布和少數(shù)民族情況等，為項目管理層提供勞動力數(shù)據(jù)參考。項目部落實現(xiàn)場安保制度，實現(xiàn)現(xiàn)場全封閉管理，工人通過人臉識別進(jìn)出施工現(xiàn)場。人事部對三級教育合格班組人員掃描身份證，錄入人臉數(shù)據(jù)，對退場班組、人員在系統(tǒng)辦理退場手續(xù)。在工人信息登記時，對特殊工種進(jìn)行附件掛接、信息維護(hù)[1]。
3.2安全管理系統(tǒng)
施工現(xiàn)場建有VR安全教育體驗館，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality）提供一個沉浸式的仿真環(huán)境。通過BIM+VR的結(jié)合，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的仿真模擬，工人通過沉浸在虛擬環(huán)境中，對高空墜落、坍塌、物體打擊、機械傷害、觸電等安全事故進(jìn)行模擬。基于VR的安全教育具有場景多元化、真實感強烈，它能夠很好地解決傳統(tǒng)安全教育的不足。該項目共安裝有6臺（QTZ80）塔吊，通過在塔吊上安裝吊重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、傾角監(jiān)測器、多塔防撞監(jiān)測器等，獲取塔吊的作業(yè)全過程數(shù)據(jù)，并將塔吊作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)平臺上。管理人員通過點擊塔吊模型，就能看到該塔吊的實時數(shù)據(jù)，也能查詢歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)不同塔吊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，形成預(yù)警機制，塔吊運行時數(shù)據(jù)超標(biāo)將觸發(fā)報警。該項目共安裝有9臺（SC200/200G）人貨梯，通過在人貨梯操作臺旁安裝人臉識別裝置，提前錄入合格操作人員信息，驗證通過后便可操作人貨梯，有效避免了操作人員非持證上崗及其他人員違規(guī)操作等問題。通過安裝各種檢測模塊，如超載檢測、上下限位檢測、防墜檢測、防沖頂檢測等裝置，同時結(jié)合無線通信模塊，便可實現(xiàn)將人貨梯運行全過程數(shù)據(jù)傳輸并保留至系統(tǒng)平臺。通過在樓層內(nèi)側(cè)安裝無線樓層呼叫器，有效解決樓上人員呼梯不應(yīng)的問題。
3.3綠色施工
項目部根據(jù)施工平面圖建立全封閉裝配式?jīng)_孔圍擋，高2.5m，圍擋上面安裝噴淋系統(tǒng)，每隔1.5m安裝一個霧化噴頭，塔吊上也安裝噴淋系統(tǒng)。工地4個面各裝有一臺霧炮機。在現(xiàn)場特定位置放置揚塵和噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)在運行的過程中對施工現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行24h不間斷監(jiān)測，并且把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺，平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對超標(biāo)的項目采取有效措施進(jìn)行處理，當(dāng)現(xiàn)場的揚塵數(shù)據(jù)超標(biāo)時會通過電磁閥自動觸發(fā)噴淋、霧炮設(shè)備進(jìn)行噴淋、噴霧降塵。待揚塵監(jiān)測數(shù)據(jù)降低至預(yù)設(shè)范圍后，系統(tǒng)會通過電磁閥自動關(guān)停相應(yīng)降塵設(shè)備。
3.4BIM建造管理系統(tǒng)BIM建造管理平臺是通過BIM技術(shù)，將項目在整個施工周期內(nèi)不同階段的工程信息、過程管控和資源統(tǒng)籌集成，通過三維展示，為工程施工提供可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等信息模型，使該建筑信息模型設(shè)計、施工一體化和各專業(yè)相互協(xié)同施工，從而達(dá)到工序銜接合理、節(jié)約施工成本的目的。此外，BIM建造平臺可實現(xiàn)在線預(yù)覽，聯(lián)合生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量、安全等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過BIM展示進(jìn)度、工藝、工法，將BIM技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵成果集中呈現(xiàn)，為工程施工奠定良好基礎(chǔ)。本項目采用SSGF工法，主體采用鋁合金模板施工。在設(shè)計圖紙下發(fā)后，根據(jù)設(shè)計圖紙對鋁合金模板進(jìn)行施工優(yōu)化，包括門垛、門窗企口、飄窗、下掛梁板、構(gòu)造柱、滴水槽、水電壓槽等一次成型。對該工程建筑物各專業(yè)分別進(jìn)行建模，把預(yù)留孔洞在三維模型中顯示，直觀地顯示出各個位置的預(yù)留孔洞口，防止遺漏，建造時及時提醒現(xiàn)場人員做好洞口防護(hù)，消除安全隱患。在結(jié)構(gòu)、建筑、水電、設(shè)備模型都創(chuàng)建完成后進(jìn)行合模，分析出各碰撞點，與設(shè)計單位進(jìn)行溝通，對設(shè)計圖紙優(yōu)化修改，經(jīng)設(shè)計單位確認(rèn)后，按優(yōu)化后的圖紙進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)施工。有效解決了管線碰撞問題，減少因圖紙問題造成返工，確保項目施工順利進(jìn)行，節(jié)約工程工期[2]。
3.5遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
為加強該項目日常施工管理，項目部建立了建筑工地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，安裝視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控高清攝像頭，管理人員通過手機APP和PC端實時監(jiān)管，知道每一個工作面有多少個工人，是否滿足施工需求；知道工人到底在干什么，是否違規(guī)操作和違反工藝流程。實時了解施工現(xiàn)場的進(jìn)展情況，做到透明施工。對突況及時上報、應(yīng)對、溝通、協(xié)調(diào)、解決，既減少事故的發(fā)生，又加強了建設(shè)項目在公司及項目內(nèi)部調(diào)控監(jiān)管力度，有效地提高了工作效率。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞 高校圖書館 數(shù)字圖書館 數(shù)字閱讀
技術(shù)是驅(qū)動信息服務(wù)發(fā)展的主要因素之一。世界知名咨詢公司埃森哲的《2016技術(shù)趨勢與展望》報告提出，數(shù)字化滲透到了萬事萬物中，也帶來了無處不在的、前所未有的改變：新的技術(shù)、新的解決方案、前所未有的數(shù)據(jù)量、傳統(tǒng)與新系統(tǒng)交織……新的一切。在數(shù)字信息技術(shù)的推進(jìn)下，經(jīng)過10多年的發(fā)展，我國高校圖書館已經(jīng)基本建成了數(shù)字圖書館服務(wù)系統(tǒng)。2016年是“十三五”規(guī)劃的開局年，國家“十三五”規(guī)劃明確提出加快公共數(shù)字文化建設(shè)，各大高校圖書館也都紛紛提出加快發(fā)展數(shù)字圖書館。未來5年，高校圖書館的數(shù)字圖書館平臺與資源建設(shè)、數(shù)字閱讀服務(wù)與推廣等將會面臨一系列新的問題與挑戰(zhàn)，需要學(xué)界與業(yè)界對高校數(shù)字圖書館的發(fā)展進(jìn)行跟蹤研究，感知變化，洞察趨勢，為改進(jìn)高校圖書館數(shù)字閱讀服務(wù)出謀劃策。
1數(shù)字閱讀趨勢與高校圖書館的角色
2016年4月在杭州舉辦的“中國數(shù)字閱讀大會”上，中國音像與數(shù)字出版協(xié)會了《2015年度數(shù)字閱讀白皮書》，數(shù)據(jù)顯示目前中國數(shù)字閱讀用戶規(guī)模已近3億。2016年4月中國新聞出版研究院的第十三次全國國民閱讀調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2015年我國成年國民數(shù)字化閱讀方式（網(wǎng)絡(luò)在線閱讀、手機閱讀、電子閱讀器閱讀、光盤閱讀、平板電腦閱讀等）的接觸率為64%，較2014年的58.1%上升了5.9個百分點，國民數(shù)字化閱讀方式接觸率迅猛增長；其中，2015年有51.3%的國民進(jìn)行過網(wǎng)絡(luò)在線閱讀，60%的國民進(jìn)行過手機閱讀，8.8%的國民在電子閱讀器上閱讀，11.3%的國民使用Pad進(jìn)行數(shù)字化閱讀，2.1%的國民用光盤閱讀；對電子書報刊的閱讀情況考察發(fā)現(xiàn)，2015年我國成年國民電子書閱讀率為26.8%，人均電子書閱讀量為3.26本，電子報的閱讀率為12%，電子期刊的閱讀率為9.4%；2015年我國成年國民每天接觸新興媒介的時長整體上均有不同程度的提升，手機閱讀接觸時長增長顯著，人均每天手機閱讀時長為62.21分鐘，人均每天互聯(lián)網(wǎng)接觸時長為54.84分鐘，人均每天微信閱讀時長為22.63分鐘，人均每天電子閱讀器閱讀時長為6.82分鐘，人均每天接觸平板電腦的時長為12.71分鐘。可見，數(shù)字閱讀已是大勢所趨。尤其是對年輕人，生于網(wǎng)絡(luò)時代的他們從小便習(xí)慣在計算機和智能手機、平板電腦等多屏設(shè)備間切換，對跨屏使用的需求尤為強烈，未來必將成為影響互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要力量。
在數(shù)字閱讀迅速普及的同時，數(shù)字閱讀內(nèi)容的質(zhì)量卻參差不齊。在2016年4月19日舉辦的全國新聞出版單位數(shù)字出版工作交流會上，中國新聞出版研究院院長魏玉山作了題為《數(shù)字化閱讀新趨勢》的主題演講，他指出，從數(shù)字化閱讀的發(fā)展趨勢來看，數(shù)字化閱讀方式接觸率尤其是手機閱讀接觸率連續(xù)保持高速增長，以手機閱讀為代表的數(shù)字化閱讀方式的閱讀時長超過了多數(shù)傳統(tǒng)媒介的閱讀時長，但從數(shù)字化閱讀內(nèi)容來看，與傳統(tǒng)的紙質(zhì)閱讀相比，其數(shù)字閱讀的內(nèi)容質(zhì)量需要提升。在推進(jìn)數(shù)字閱讀走向深刻的進(jìn)程中，數(shù)字圖書館可以發(fā)揮獨特的作用。2007年國際圖聯(lián)（IFLA）的《國際圖聯(lián)數(shù)字圖書館宣言》明確定義數(shù)字圖書館為數(shù)字對象的高質(zhì)量在線館藏。由此可見，高校數(shù)字圖書館服務(wù)在推進(jìn)深度數(shù)字閱讀服務(wù)上扮演了不可或缺的重要角色。根據(jù)前述兩個調(diào)查報告的數(shù)據(jù)，目前我國有數(shù)字化閱讀行為的國民年齡主要在18-29周歲、30-39周歲之間，與高校大學(xué)生、年輕教職員工的重合度較高，隨著越來越多的年輕學(xué)生與學(xué)者通過互聯(lián)網(wǎng)獲取學(xué)習(xí)與學(xué)術(shù)研究信息，λ們而言，高校數(shù)字圖書館已成為至關(guān)重要的專業(yè)數(shù)字閱讀資源與服務(wù)平臺。
2高校圖書館數(shù)字閱讀服務(wù)現(xiàn)狀
2.1數(shù)字圖書館系統(tǒng)與平臺建設(shè)
經(jīng)過多年的發(fā)展，目前世界范圍內(nèi)的數(shù)字圖書館建設(shè)進(jìn)入了一個相對穩(wěn)定和成熟的發(fā)展階段。我國高等院校圖書館也已基本建成數(shù)字圖書館系統(tǒng)。2000年以來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動數(shù)字圖書館也逐漸普及。同時，各高校的數(shù)字圖書館系統(tǒng)還陸續(xù)嵌入各類公共互聯(lián)網(wǎng)平臺與社區(qū)，如即時通信、BBS、博客、微信、微博、豆瓣等。總體看來，我國高校圖書館已經(jīng)初步形成了數(shù)字閱讀服務(wù)矩陣，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)字圖書館、移動數(shù)字圖書館、圖書館虛擬社區(qū)等服務(wù)平臺。在移動圖書館服務(wù)方面，從2003年北京理工大學(xué)率先開通移動信息服務(wù)到2015年底，高校移動數(shù)字圖書館發(fā)展迅速。根據(jù)筆者的在線調(diào)查統(tǒng)計，目前已有超過93%（約108所）的“211工程”院校建成移動數(shù)字圖書館。在圖書館虛擬社區(qū)方面，國內(nèi)很多高校圖書館已經(jīng)在探索把Web 2.0技術(shù)應(yīng)用到圖書館虛擬社區(qū)服務(wù)當(dāng)中，例如上海大學(xué)圖書館的圖書館社區(qū)、重慶大學(xué)圖書館的民主湖論壇等，將圖書館虛擬社區(qū)建成了有特色的個性化服務(wù)平臺。武漢大學(xué)數(shù)字圖書館積極借助第三方平臺，包括新浪微博社區(qū)、博客、豆瓣等社會性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Social Networking Services，SNS）空間以及Wiki、RSS等社會化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用等，搭建知識社區(qū)并開展服務(wù)。筆者通過在線調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國“211工程”高校圖書館中有83所圖書館（約占71%）開通了微博。2012年以來，隨著微信公眾平臺的崛起，越來越多的高校圖書館開始關(guān)注微信平臺，嘗試?yán)梦⑿牌脚_開展推送消息、讀者互動、在線服務(wù)等，根據(jù)筆者的在線調(diào)查統(tǒng)計，目前我國“21l工程”高校中有103所圖書館（約占89%）開通了微信公眾服務(wù)號。
當(dāng)然，我國高等院校圖書館在初步建成數(shù)字閱讀服務(wù)平臺的同時，也存在一些問題，比如，移動數(shù)字圖書館系統(tǒng)和圖書館社區(qū)的普及程度有待提升，服務(wù)功能有待改進(jìn)，對大數(shù)據(jù)、云計算等新興信息技術(shù)的應(yīng)用需要加強等。
2.2數(shù)字資源建設(shè)
根據(jù)美國伊薩卡戰(zhàn)略與研究部對2013年大學(xué)圖書館進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大學(xué)圖書館正在從重視紙質(zhì)藏書向重視數(shù)字資源轉(zhuǎn)變，研究層次越高的大學(xué)對數(shù)字資源的依賴度也越高。近年來，在數(shù)字出版高速發(fā)展的同時，高校圖書館積累的數(shù)字信息資源也越來越豐富，這些數(shù)字資源涵蓋電子圖書、電子期刊、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)資源等類型。目前我國高校圖書館數(shù)字資源的總體情況是數(shù)量迅速上升，品類漸全，比重逐漸超過紙質(zhì)資源。
從購置經(jīng)費看，根據(jù)教育部高等學(xué)校圖書情報工作指導(dǎo)委員會（以下簡稱“圖工委”）的《高等院校圖書館文獻(xiàn)資源發(fā)展?fàn)顩r報告（2005-2013）》，全國“211工程”院校圖書館的電子資源購置經(jīng)費自2013年開始超過紙本資源。圖工委的《2014年高校圖書館發(fā)展概況》顯示，2014年高校圖書館的電子資源購置費繼續(xù)大幅攀升，549所填報數(shù)據(jù)的高校圖書館電子資源的總采購經(jīng)費平均值約占館均文獻(xiàn)資源購置費的49.7%。在2015年北京圖書訂貨會的全國圖書館出版社高層論壇上，清華大學(xué)圖書館公布的文獻(xiàn)采購經(jīng)費中，電子資源占到了65%，其中20%用于購買國內(nèi)的產(chǎn)品，80%用于購買國外數(shù)據(jù)庫。《北京大學(xué)圖書館2018行動計劃》也提出逐步調(diào)整數(shù)字資源和紙質(zhì)資源的經(jīng)費結(jié)構(gòu)比例，力爭在5年中由目前的4：6調(diào)整到5：5。
在館藏數(shù)量及比例方面，一些高校圖書館的數(shù)字資源比例迅速提高。從2012年起，武漢大學(xué)圖書館的數(shù)字化文獻(xiàn)資源的館藏量開始超過印刷型文獻(xiàn)資源館藏量，2015年該館共收藏紙質(zhì)圖書593萬冊、紙質(zhì)期刊96萬冊、非書資料22萬冊，收藏電子圖書794萬冊、電子期刊146萬冊、數(shù)據(jù)庫474個；根據(jù)復(fù)旦大學(xué)圖書館館藏統(tǒng)計，2015年該館共有紙本文獻(xiàn)總量達(dá)500余萬冊，紙質(zhì)期刊6124種，電子圖書233.93萬種，電子期刊6.52萬種，中外文數(shù)據(jù)庫271個。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，“985工程”高校圖書館中90%以上單位擁有100個以上的數(shù)據(jù)庫，20%以上擁有200個以上的數(shù)據(jù)庫；中文數(shù)字資源幾乎囊括了國內(nèi)各大中文數(shù)據(jù)庫，主要集中在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)、維普知識資源系統(tǒng)、人大復(fù)印報刊資料、超星數(shù)字圖書館等；外文數(shù)據(jù)庫也是極其豐富，涵蓋了期刊論文、電子圖書、視頻多媒體、圖像資料、網(wǎng)絡(luò)資源等，幾乎涉及了所有的學(xué)科領(lǐng)域；這些中外數(shù)據(jù)庫中，電子期刊的數(shù)量遠(yuǎn)大于電子圖書；此外，一些高校圖書館自建特色數(shù)據(jù)庫，包括教學(xué)參考書系統(tǒng)、本校畢業(yè)生學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫、本校專家學(xué)者學(xué)術(shù)庫、學(xué)科導(dǎo)航庫等。
總的看來，我國高校圖書館的數(shù)字資源類型中，電子圖書與電子期刊、數(shù)據(jù)庫數(shù)量相對豐富，而對公共網(wǎng)絡(luò)信息資源的開發(fā)相對較少。數(shù)字資源以文本資源為主，多媒體資源相對不足。適合移動終端的數(shù)字閱讀資源不足。缺乏對數(shù)字資源的進(jìn)一步組織與挖掘、聚合。館際數(shù)字資源的共建共享也比較薄弱。
2.3數(shù)字閱讀服務(wù)
數(shù)字資源建設(shè)的根本目的是為了服務(wù)用戶，近年來我國高校數(shù)字圖書館的建設(shè)也逐漸從注重系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)字化資源建設(shè)轉(zhuǎn)移到數(shù)字閱讀服務(wù)領(lǐng)域，以用戶為中心，利用前沿數(shù)字技術(shù)，拓展多元服務(wù)形式，包括數(shù)字資源整合與導(dǎo)航、移動服務(wù)、數(shù)字閱讀推廣、數(shù)字閱讀社區(qū)等，不斷提高用戶的滿意度。目前，絕大部分“985工程”高校圖書館的電子資源門戶已經(jīng)實現(xiàn)了OPAC和資源導(dǎo)航整合，建立了面向用戶提供跨平臺、跨數(shù)據(jù)庫、跨內(nèi)容的新型檢索平臺。目前我國高校移動數(shù)字圖書館的普及率不斷攀升，服務(wù)方式主要有APP應(yīng)用軟件、WAP瀏覽器和短信息，根據(jù)筆者對“211工程”院校圖書館的在線調(diào)查統(tǒng)計，幾乎所有“211工程”高校圖書館都開通了APP應(yīng)用軟件服務(wù)，其中86所（約占74%）開通了WAP瀏覽器服務(wù)，19所開通了短信息服務(wù)。在開展數(shù)字閱讀推廣方面，筆者通過在線調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)“211工程”高校圖書館均通過各種方式進(jìn)行數(shù)字閱讀的推廣，推廣方式主要有數(shù)字資源宣傳推廣、好書推薦、微信推送文章、書評、影評、掌上閱讀達(dá)人評選、創(chuàng)辦主題論壇、館辦電子期刊等。在數(shù)字圖書館社區(qū)實踐發(fā)展方面，目前國內(nèi)大多數(shù)高校圖書館都在嘗試提供社區(qū)，但總體上仍處于探索階段。
根據(jù)一些高校圖書館2015年的年終閱讀服務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告，我國高校圖書館開展數(shù)字閱讀服務(wù)的成績比較顯著。從圖書館網(wǎng)站主頁訪問統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2015年，復(fù)旦大學(xué)圖書館主頁訪問量達(dá)407萬次，中國人民大學(xué)圖書館主頁總訪問量計505萬次，武漢大學(xué)圖書館網(wǎng)站主頁訪問量為771萬次。從圖書館的電子資源利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2011-2015年北京大學(xué)圖書館電子資源的檢索和下載量逐年攀升，2015年全年電子資源檢索量達(dá)1.8億次，電子資源下載量達(dá)2773萬次；2015年上海交通大學(xué)圖書館電子期刊全文下載量達(dá)1700萬篇，電子圖書下載量313萬冊；2015年南京大學(xué)圖書館數(shù)據(jù)庫總訪問量超過2000萬次；2015年武漢大學(xué)圖書館電子資源訪問總量為409萬次，其中中文數(shù)據(jù)庫訪問量292萬次，外文數(shù)據(jù)庫訪問量116萬次，不同類型數(shù)字資源的訪問量占比分別是中文學(xué)位論文54%，中文全文電子圖書13%，中文電子刊6%，外文學(xué)位論文11%，外文全文電子書6%，外文電子刊10%；2015年中國人民大學(xué)圖書館最受歡迎的中文數(shù)據(jù)庫包括中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)）、國家標(biāo)準(zhǔn)全文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)）、讀秀知識庫、中國人民大學(xué)學(xué)位論文庫、中國博士學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)）、國泰安經(jīng)濟金融研究數(shù)據(jù)庫、超星電子圖書、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)一數(shù)字化期刊全文庫、中經(jīng)網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)），最受歡迎的外文數(shù)據(jù)庫有JSTOR、Web of Science-SCI、Web of Science-SSCI、Elsevier ScienceDirect、EBSCO-Academic Search Premier；2015年上海交通大W圖書館全文下載量排名前100名的外文電子圖書中，Springer出版社和約翰?本杰明出版社（John Benjamins Publishing Company）的電子圖書所占比例最多，分別為24%和20%；從學(xué)科分布來看，人文、藝術(shù)類的電子圖書占40%，工業(yè)技術(shù)類占27%，生命科學(xué)、醫(yī)藥類占21%，社會科學(xué)類占7%，自然科學(xué)類占3%，經(jīng)濟、管理類占2%；2015年武漢大學(xué)圖書館最受歡迎中文數(shù)據(jù)庫（排名前5位）是中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺、讀秀中文學(xué)術(shù)搜索、維普資訊、中文社會科學(xué)引文索引，最受歡迎外文數(shù)據(jù)庫（排名前5位）是Web of Science、ElsevierScienceDirect、EI Engineering Village、Wiley Onlinelibrary、Springer Link。據(jù)微博與微信用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年北京大學(xué)圖書館的微博關(guān)注人數(shù)達(dá)2.7萬人，微信關(guān)注人數(shù)達(dá)2.3萬人；復(fù)旦大學(xué)圖書館官方微博關(guān)注人數(shù)新增2031個，總數(shù)達(dá)2萬個；微信關(guān)注人數(shù)新增9043人，閱讀數(shù)58萬次，轉(zhuǎn)發(fā)3.8萬次；南京大學(xué)圖書館微博關(guān)注人數(shù)約1.4萬人，微信關(guān)注人數(shù)總數(shù)已達(dá)2.3萬人。
由此可見，目前我國高校圖書館用戶已經(jīng)基本形成通過互聯(lián)網(wǎng)閱讀電子圖書與電子期刊、查詢數(shù)據(jù)庫的習(xí)慣，尤其是電子期刊和數(shù)據(jù)庫，不少用戶已經(jīng)產(chǎn)生依賴。不過，現(xiàn)有的高校圖書館數(shù)字閱讀服務(wù)方式還比較簡單，移動服務(wù)和社會化服務(wù)水平急需提升，數(shù)字圖書館社區(qū)服務(wù)以圖書館資訊為主，數(shù)字閱讀服務(wù)的比例并不高；被動服務(wù)居多，主動服務(wù)較少，對用戶數(shù)字閱讀需求與行為的研究不夠，對數(shù)字閱讀推廣的重視程度相對不足，各高校圖書館之間鮮有協(xié)同服務(wù)創(chuàng)新舉措。
3高校圖書館數(shù)字閱讀服務(wù)展望
盡管我國高校數(shù)字圖書館的建設(shè)與服務(wù)已經(jīng)取得了一定的成績，但在技術(shù)、內(nèi)容、用戶等因素的協(xié)同驅(qū)動下，未來高校圖書館的數(shù)字閱讀服務(wù)將會發(fā)生更多的變化。2014年美國佛羅里達(dá)理工學(xué)院開啟了一項新的改革，用電子書代替了紙質(zhì)書，開設(shè)了一個全電子圖書館。未來，數(shù)字閱讀服務(wù)在高校圖書館閱讀服務(wù)中將發(fā)揮越來越大的作用。
3.1數(shù)字閱讀比重繼續(xù)加大，閱讀行為逐漸泛化
在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，網(wǎng)絡(luò)向社會的各個角落滲透，以無比強大的力量沖擊、改變、吞噬著大眾身邊的一切，正逐步成為無時不在、無處不在的泛在網(wǎng)絡(luò)，人與“人”、人與“信息”、人與“服務(wù)”等各種關(guān)系也將加速重構(gòu)。“互聯(lián)網(wǎng)+閱讀”將進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字閱讀的發(fā)展，在數(shù)量上，近年來國內(nèi)外一系列關(guān)于數(shù)字閱讀的調(diào)查報告均顯示出數(shù)字閱讀的快速擴展，未來數(shù)字閱讀的比例將會進(jìn)一步提升；在內(nèi)涵上，越來越多元化的數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)與出版?zhèn)鞑ゼ夹g(shù)不斷催生立體、融合性的流媒體內(nèi)容，數(shù)字閱讀行為會逐漸與視聽、體驗等融合，成為立體閱讀、多維閱讀，閱讀行為的內(nèi)涵越來越寬泛。
3.2以年輕用戶為重點，兼顧其他用戶群
在服務(wù)對象上，高校圖書館將以用戶迅速增長的數(shù)字閱讀需求為依據(jù)，以年輕的大學(xué)生、教職員工用戶群體為重點，兼顧校內(nèi)其他用戶群和校外社會用戶，開展數(shù)字閱讀服務(wù)。
根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心2016年8月的《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》，目前我國網(wǎng)民年齡結(jié)構(gòu)以10-39歲為主，占整體的74.7%。根據(jù)中國新聞出版研究院的第十三次國民閱讀調(diào)查數(shù)據(jù)，我國成年數(shù)字化閱讀方式接觸者中，18～29周歲人群占到38.6%，30～39周歲人群占28.1%，40～49周歲人群占21.1%，50～59周歲人群占9.1%。高校圖書館應(yīng)重點面向年輕用戶群體開展數(shù)字閱讀服務(wù)，同時充分利用數(shù)字圖書館平臺的便利性，面向有閱讀需求卻因時間、交通等壓力無法到館的校外用戶延伸服務(wù)，既擴大了用戶群，提高了影響力，也能有效避免高校圖書館面向社會化服務(wù)帶來的空間不足和用戶管理上的難題。
3.3數(shù)字閱讀服務(wù)技術(shù)與時俱進(jìn)
在服務(wù)技術(shù)手段上，高校圖書館將與時俱進(jìn)，及時利用新技術(shù)，不斷改進(jìn)數(shù)字圖書館系統(tǒng)與平臺，形成功能更強大的服務(wù)矩陣。以互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)為支撐，充分利用云計算技術(shù)和多元智能終端，依托大數(shù)據(jù)、語義挖掘等信息技術(shù)等開拓智能化的數(shù)字閱讀服務(wù)。
（1）大力發(fā)展、普及移動數(shù)字圖書館系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)正在加速向移動互聯(lián)網(wǎng)遷移，當(dāng)前我國的移動通信正在普及4G，并逐步向5G邁進(jìn)；移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)迅速增長，根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）2016年8月的《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》，截至2016年6月，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)7.1億，互聯(lián)網(wǎng)普及率為51.7%；手機網(wǎng)民規(guī)模達(dá)6.56億，網(wǎng)民中使用手機上網(wǎng)人群占比提升至92.5%。未來的互聯(lián)網(wǎng)將進(jìn)一步移動化，直至實現(xiàn)全面的移動互聯(lián)。在移動互聯(lián)網(wǎng)的支撐下，高校數(shù)字圖書館系統(tǒng)可以實現(xiàn)情境感知的嵌入式服務(wù)，面向用戶在不同情境下的閱讀需求，基于越來越多元的智能移動終端（如智能家居、智能汽車、智能手表、智能眼鏡等），實現(xiàn)即時精準(zhǔn)的個性化數(shù)字閱讀服務(wù)。
（2）在不斷普及數(shù)字閱讀的同時，高校數(shù)字圖書館還將不斷提高數(shù)字閱讀服務(wù)的智能化水平。應(yīng)用數(shù)字資源發(fā)現(xiàn)與整合技術(shù)，將各種分散、異構(gòu)的數(shù)字資源集成到一起，建立數(shù)字資源統(tǒng)一檢索平臺，通過簡單易行的操作界面對外，使用戶能更便捷地獲取各種數(shù)字化信息。運用語義信息等技術(shù)對數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行智能組織與挖掘，基于大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)開發(fā)數(shù)字閱讀推薦系統(tǒng)，實現(xiàn)面向用戶的精準(zhǔn)、個性化的數(shù)字閱讀推薦服務(wù)。
（3）及時應(yīng)用新興信息技術(shù)，利用3D全息投影、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Aug-mented Reality，AR）、混合現(xiàn)實（Mix Reality，MR）等現(xiàn)實呈現(xiàn)技術(shù)為用戶提供各類新型立體閱讀服務(wù)，利用電子墨水技術(shù)、新型屏幕制造技術(shù)等模擬并超越紙質(zhì)閱讀，改進(jìn)用戶的數(shù)字閱讀體驗。
3.4數(shù)字閱讀服務(wù)內(nèi)容逐漸深化和立體
在服務(wù)內(nèi)容上，高校圖書館將在穩(wěn)定發(fā)展紙質(zhì)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，重點發(fā)展數(shù)字信息資源，既包括傳統(tǒng)文獻(xiàn)資源的數(shù)字化，也包括各種新型數(shù)字資源。在內(nèi)涵上，加強對數(shù)字信息資源的組織與挖掘，滿足用戶深度閱讀需求；在形式上，拓展多媒體信息資源，滿足用戶立體閱讀的需求。
（1）數(shù)字閱讀正在逐步走向深度閱讀，高校圖書館可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，不斷推進(jìn)深度數(shù)字閱讀服務(wù)。艾瑞咨詢的《2015中國手機網(wǎng)民微信自媒體閱讀情況調(diào)研》表明，學(xué)習(xí)知識、獲取資訊、休閑娛樂是微信公眾號用戶的三個最主要的用途，占比分別為63.1%、53.6%、50.0%。百度與教育部教育管理信息中心l布的《2015中國互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)白皮書》顯示，2015年有近七成網(wǎng)民使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。可見，深度數(shù)字閱讀服務(wù)將逐漸成為主流。高校圖書館應(yīng)順應(yīng)潮流，加強數(shù)字資源（包括傳統(tǒng)文獻(xiàn)資源的數(shù)字化和各種新型數(shù)字信息資源）的建設(shè)工作，將購買的商業(yè)數(shù)據(jù)庫和自建數(shù)據(jù)庫有機結(jié)合起來，加強機構(gòu)知識庫、原生數(shù)字資源、開放獲取資源的建設(shè)，建立特色數(shù)據(jù)庫。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）的報告顯示，青少年網(wǎng)民分享意愿、評論意愿、網(wǎng)絡(luò)依賴程度和對互聯(lián)網(wǎng)的信任程度均高于總體水平，信任互聯(lián)網(wǎng)信息的比例達(dá)60.1%。高校圖書館可充分利用公共網(wǎng)絡(luò)信息資源，加強網(wǎng)絡(luò)信息資源的整合與開發(fā)，將其與館藏數(shù)字資源相融合，統(tǒng)一為用戶提供數(shù)字閱讀服務(wù)。2015年7月聯(lián)合國召開了互聯(lián)網(wǎng)大會，目標(biāo)是“建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的知識社會”，聯(lián)合國報告指出，世界的大方向要往包容性、可持續(xù)的知識社會去發(fā)展。《國際圖聯(lián)戰(zhàn)略規(guī)劃（2016-2021）草案》提出，從信息和知識提供、文化遺產(chǎn)傳承、自身能力構(gòu)建等方面著力，加強圖書館在社會中作為信息中心、教育中心、研究中心和文化中心的作用。高校圖書館應(yīng)加強知識管理，對館藏數(shù)字資源進(jìn)行深度加工、聚合，滿足用戶深層次閱讀需求。
（2）拓展立體閱讀服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不斷創(chuàng)新的數(shù)字信息技術(shù)突破了技術(shù)對內(nèi)容呈現(xiàn)的阻礙，從文本到圖文、音視頻等多媒體，甚至3D、VR、AR等，內(nèi)容表現(xiàn)力越來越強。而媒介的融合發(fā)展使數(shù)字信息資源逐漸呈現(xiàn)出多媒介（文本、圖片、語音、電影、電視、動漫、AR、VR等）、多形態(tài)（數(shù)據(jù)、資料、知識、情報等）信息融合的趨勢。高校圖書館應(yīng)順應(yīng)多媒介信息融合的趨勢，擴展數(shù)字多媒體信息資源，包括有聲數(shù)字資源、視頻數(shù)字資源、多維呈現(xiàn)的數(shù)字資源等，拓展立體閱讀服務(wù)。目前視頻媒介發(fā)展迅速，視頻讀物的規(guī)模越來越大。隨著近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的突破，VR讀物逐漸嶄露頭角，將成為圖書館新的采購對象。有聲圖書自20世紀(jì)60年代在美國興起，80年代以后在美國圖書市場逐漸普及，目前在美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家發(fā)展態(tài)勢較為強勁。進(jìn)入數(shù)字時代，各種屏幕信息讓人應(yīng)接不暇，人們的眼睛不堪重負(fù)，需要開發(fā)耳朵的“閱讀”功能，高校圖書館可以擴展（采購或制作）有聲數(shù)字資源，發(fā)展聽讀服務(wù)，既能解放人的眼睛，又能滿足用戶在各種運動休閑時間的信息利用需求，延伸高校圖書館的閱讀服務(wù)。
3.5數(shù)字閱讀服務(wù)策略越來越多元和有效
在服務(wù)策略上，高校圖書館將以用戶為中心，依托各種數(shù)字服務(wù)平臺和主流服務(wù)方式，大力開展融和移動閱讀服務(wù)、社會化閱讀服務(wù)、微閱讀服務(wù)、智能（個性化、精準(zhǔn)化）閱讀服務(wù)、融合服務(wù)（多屏融合、新舊媒介融合、虛擬與現(xiàn)實融合）、閱讀推廣服務(wù)等于一體的數(shù)字閱讀服務(wù)，提高高校圖書館數(shù)字閱讀服務(wù)的效果和用戶的滿意度。
（1）建立以用戶為中心的數(shù)字閱讀服務(wù)機制。數(shù)字時代，用戶獲取內(nèi)容的渠道越來越多元化，面對競爭，高校圖書館將不斷強化用戶驅(qū)動的服務(wù)機制，基于數(shù)字服務(wù)平臺，運用數(shù)據(jù)挖掘等手段，即時跟蹤、分析用戶的數(shù)字閱讀需求與行為特征，開展用戶自助、個性化、智能化等閱讀服務(wù)。
（2）移動優(yōu)先，不斷拓展移動閱讀服務(wù)。隨著越來越多的用戶從互聯(lián)網(wǎng)向移動互聯(lián)網(wǎng)遷移，高校圖書館將逐漸普及移動數(shù)字圖書館的建設(shè)與服務(wù)，利用智能手機、平板電腦、電子閱讀器等移動終端為用戶提供隨時隨地的閱讀服務(wù)。
（3）不斷普及社會化閱讀服務(wù)。2016年4月中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心（CNNIC）的《2015年中國社交應(yīng)用用戶行為研究報告》提出，社交應(yīng)用成為網(wǎng)民生活中不可缺少的一部分，溝通交流、關(guān)注新聞熱點及感興趣內(nèi)容、獲取及分享知識是人們使用社交應(yīng)用的主要目的。高校圖書館將會充分利用微博、微信、SNS等各種公共的社會化服務(wù)平臺或自建的用戶互動平臺，設(shè)立圖書館用戶服務(wù)社區(qū)，即時與用戶互動，既可為用戶提供交流閱讀心得、反映閱讀需求的平臺，又可從中了解用戶的閱讀動機、讀興趣，有針對性地進(jìn)行閱讀指導(dǎo)，宣傳推廣、交流分享各種數(shù)字閱讀精品。
（4）利用微信息服務(wù)平臺開展微閱讀服務(wù)。隨著微博、微信、微視頻等微信息服務(wù)平臺的崛起，越來越多的知識以碎片形式散布于微信息環(huán)境之中，用戶直接參與碎片知識的生產(chǎn)與傳播，在知識需求、獲取、利用及交流等行為方面都發(fā)生了深刻的變化，催生和促進(jìn)了微知識服務(wù)的發(fā)展。微知識服務(wù)具有內(nèi)容簡約、傳播直接、用戶易于接受等優(yōu)點，高校圖書館應(yīng)充分利用各類微信息平臺開展微閱讀服務(wù)，基于用戶的需求，推薦優(yōu)秀電子圖書與期刊論文摘要、深度網(wǎng)文等內(nèi)容。
（5）不斷提高數(shù)字圖書館的智能化服務(wù)水平。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、知識組織與挖掘等信息技術(shù)的發(fā)展，情境感知服務(wù)、個性化服務(wù)、精準(zhǔn)服務(wù)等智能化服務(wù)不斷出現(xiàn)。高校圖書館可以利用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)開拓館內(nèi)外智能感知式閱讀服務(wù)，提供基于用戶所處實時情境的知識服務(wù)；可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對高校圖書館用戶需求與行為特征進(jìn)行挖掘，利用語義網(wǎng)等知識組織技術(shù)對數(shù)字資源進(jìn)行重組、聚合，針對不同的用戶群開展智能推薦、個性化閱讀服務(wù)，提高高校數(shù)字圖書館服務(wù)的精準(zhǔn)度和用戶的滿意度。
（6）不斷提高數(shù)字閱讀一體化服務(wù)的水平。集成各種技術(shù)支撐的服務(wù)方式，積極開展多屏融合服務(wù)、新舊媒介融合服務(wù)、虛擬與現(xiàn)實融合服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)字閱讀一體化服務(wù)，優(yōu)化用戶的閱讀體驗。發(fā)揮云計算、云存儲和跨屏云服務(wù)的優(yōu)勢，在云中集中組織、分發(fā)閱讀內(nèi)容，并統(tǒng)一管理用戶閱讀數(shù)據(jù)，滿足用戶在多元終端上不斷切換、連續(xù)閱讀的需求。協(xié)同安排線上與線下服務(wù)，對數(shù)字閱讀服務(wù)與傳統(tǒng)紙質(zhì)閱讀服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，打通傳統(tǒng)閱讀用戶群和數(shù)字閱讀用戶群，滿足用戶在線上線下關(guān)聯(lián)閱讀的需求。
（7）加強數(shù)字閱讀推廣，從被動服務(wù)逐漸轉(zhuǎn)向主動服務(wù)。以熟悉數(shù)字閱讀的年輕館員和推廣經(jīng)驗豐富的骨干館員為核心，建立專業(yè)的數(shù)字閱讀服務(wù)宣傳推廣隊伍。通過搜索引擎優(yōu)化等技術(shù)，引導(dǎo)用戶使用高校圖書館數(shù)字資源。對館藏數(shù)字資源與互聯(lián)網(wǎng)上的知識資源進(jìn)行收集、加工整理、聚合，通過網(wǎng)絡(luò)推薦書目、網(wǎng)絡(luò)文摘、網(wǎng)絡(luò)書評、專題或熱點知識推薦和鏈接等為用戶提供知識推薦與導(dǎo)讀。利用個性化推送技術(shù)，捕捉用戶的興趣愛好，即時將可能引起用戶興趣的內(nèi)容推送給用戶。圍繞社會熱點需求、主流用戶的核心需求，主動開展專題閱讀服務(wù)，通過送上門等多種手段吸引用戶。通過社會化平臺與用戶互動，舉辦各種數(shù)字閱讀推廣活動，更好地滿足廣大用戶對數(shù)字閱讀的需求。發(fā)揮高校圖書館的學(xué)術(shù)資源優(yōu)勢，努力拓展深度數(shù)字閱讀服務(wù)，進(jìn)行優(yōu)秀數(shù)字讀物的導(dǎo)讀、解讀，引領(lǐng)越來越多的用戶養(yǎng)成深度數(shù)字閱讀的習(xí)慣，提高其數(shù)字閱讀素養(yǎng)。
Abstract： This paper introduced the independent testing application of coronal mass ejections. The coronal mass ejections image data is from LASCO（Large Angle Spectrometric Coronagraph）. The key of this program is to transform Cme into bright ridges by Hough in the （time，height）diagram. Secondly， to mark different Cmes with morphology. This program's output event list similar to the traditional manual directory. It also contains the start time， main angle， angular breadth and speed. Compared with manual operation， the automatic monitoring method can detect the Cmes 24h a day without manual intervention. So this detection method is not only rapid but also objective.
關(guān)鍵詞：日冕物質(zhì)拋射；Hough變換；自動檢測
Key words： coronal mass ejections；Hough transform；automatic detection
中圖分類號：P182.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）30-0207-02
0 引言
早期，對于日冕拋射物質(zhì)的檢測，主要是有經(jīng)驗的科技工作者通過檢查連續(xù)的日冕觀測圖像判別是否有Cmes產(chǎn)生，這種方法很準(zhǔn)確但是效率很低，而工作量巨大。因此，我們開發(fā)了一種軟件CACTus（“Computer Aided CME Tracking”）用于檢測日冕圖像的日冕物質(zhì)拋射。Berghmans et al. （2002a，b）[1]介紹了早期的CACTus軟件包。本論文主要介紹對CACTus的改進(jìn)機制。這個方法包含了兩個步驟①圖像處理，②特征提取。第二部分主要介紹的是圖像預(yù)處理模塊，該模塊融合了c2和c3圖像，提高了Cme（coronal mass ejections）之間的對比度。將c2與c3圖像進(jìn)行合并并經(jīng)證明較之早期版本是比較優(yōu)良的改進(jìn)操作，在此操作中應(yīng)注意不同的時空分辨率。第三部分是主要介紹圖像識別模塊。由于靠近c3日冕最邊緣的信噪比變得很低，所以此部分最難的部分是Cme運動提取。因此，Cme信號提取后，該模塊使用聚類和形態(tài)學(xué)閉運算將這些日冕物質(zhì)區(qū)分開來。第四部分主要是人工檢測Cmes方法和自動檢測Cmes方法對比分析。
1 圖像處理模塊
初始的Lasco圖像（在http：//sohonascom.nasa.gov可以看近期圖像）包括準(zhǔn)靜態(tài)k冕流結(jié)構(gòu)和一些緩慢移動的恒星，行星和彗星，F(xiàn)冕，還有一些儀器發(fā)散的雜光，因此不適合日冕物質(zhì)拋射的檢測。此外，由于Cme間的對比度降低，視場邊緣處噪聲急劇增加，Cme很難被檢測出。日冕圖像有很高的空間分辨率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們檢測日冕物質(zhì)對圖像的需要。一個典型的日冕在亮度上有很微弱的變化，只能從某些時刻圖像中看到。基于這些原因，我們需要識別出在大量數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)出亮度變化的微弱的信號。如果對1024*1024的圖像直接使用圖像識別模塊會導(dǎo)致非常大的計算工作。為了避免以上情況，使用圖像處理模塊重新格式化初始圖像：
①讀入從LASCO C2和C3得到的LEVEL 0.5圖像，使用曝光時光標(biāo)準(zhǔn)化并且移除明亮的點狀源（行星或恒星，宇宙射線撞擊產(chǎn)生的）。
②將圖像從直角坐標(biāo)（x，y）轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo) （θ， r）。將（x，y）下的1024*1024圖像轉(zhuǎn)換為182*34的c2（θ， r） FOV和180*197的c3（θ，r）FOV。2003年的研究表明這種低分辨率圖像適合CACTus區(qū)分Cme的種類，并且增加了信噪比，顯著加速了程序運行效率。
③對于Cme通道中的每一個極坐標(biāo)[θ， r]下的像素值都有一個正的偏差值。Cme的對比通常是用ΔB/Bbg。ΔB是指日冕中亮度差的最大值，Bbg指的是背景亮度。Sime和Hundhausen （1987）[2]指出ΔB/Bbg變化范圍為百分之幾。跟以往不同的是，改進(jìn)程序不再使用一張背景圖片，這里使用差分圖像并且逐像素的將差分圖像的尺寸擴大到原始圖片的大小。最終求得某個像素強度Bt的值是：
事實上ΔB是δB/δt（因為圖像沒必要要求等時間間隔）我們不使用背景圖片，而使用差分圖像，這個過程輸出的是[θ，r，t]，這個結(jié)果比之前輸入的要小很多。并且其中很多非Cme信號被去除或強烈地衰減。
2 圖像識別模塊
為了應(yīng)用特征識別技術(shù)檢測日冕物質(zhì)拋射，我們需要清楚地了解Cme的定義。Hundhausen et al.[3，4] （1984； Munro et al. 1979）給出了Cme的定義，指出日冕結(jié)構(gòu)在幾分鐘或者幾小時的明顯變化，在日冕儀圖像中呈現(xiàn)的一種新的，離散的，明亮的白光。現(xiàn)在我們稍微改一下這個定義，日冕是指是一種日冕儀器拍攝的新產(chǎn)生的，離散的，明亮的有著徑向向外速度（Schwenn 1995）[5]的白光。
實驗證明圖像分割技術(shù)不能用在自動檢測每個日冕圖像的日冕的位置和范圍方面。Cme表面上的多變性使得不容易識別出它們的范圍，特別是它們的尾部邊緣，而且很容易和其他的日冕拋射融合在一起。因此，我們不在極坐標(biāo)圖像檢測Cme，而是著眼于[θ，r，t] 數(shù)據(jù)立方體中θ對應(yīng)的[t，r]切片。如果角度為θ的[t，r]切片穿過Cme，則會在t，r]切片中看到明亮的脊線。1999年sheeley et al首次在[t，r]切片中檢測Cmes。 [t，r]切片和Cmes脊線都在預(yù)處理模塊處理的圖像中，這樣的話圖像就有了更好的對比度并且包含了低噪聲。
使用[t，r]切片的好處在于所有的Cmes看起來是一樣的，甚至亮度較弱的Cme也能清晰顯示出來，而且斜脊線的檢測自然滿足上述指定徑向向外移動特性的必要條件，最令人興奮的是，Cme的運動速度可以從Cme的傾角中得到。
Hough變換在1997年被用于在噪聲中檢測出直線，在1999年被用于LASCO/c2圖像中檢測極羽。每條在[t，r]霍夫空間的直線可以通過兩個變量t0和Δt參數(shù)化表示。RMIN和RMAX對應(yīng)的邊緣視場在徑向方向。Δt為CME花費在視場中的時間。描述這條直線的方程：
修正的霍夫變換線性擬合是在[t0，Δt]平面（所謂的累加器空間）的一個點與該強度的沿著相應(yīng)的積分線中的原始圖像。然后（t0，Δt）空間局部最大值在原始的的圖像中呈現(xiàn)出不同的直線。這里使用修正的霍夫變換擬合（t，r）切片。在這一步驟中，把時間間距不等的圖片也考慮進(jìn)去，如果圖像的時間間距是相等的，脊線就看起來像一條直線。在變換空間中，使用信號濾波器，選出一些重要的信號。（t，r）切片中每一個角度為θR的脊R可以用起始時間 tR，速度vR（～Δ1t）和亮度IR來表示。我們可以通過讓每一個脊線[vR，θR，tR]=IR，建立一個數(shù)據(jù)立方體[VR，θR，TR]=IR。
由于Cme是個大尺度的結(jié)構(gòu)，每個角度對應(yīng)的起始時間和速度只是很小的變化。這就意味著[θ，r，t]數(shù)據(jù)立方體中的Cme可以用數(shù)據(jù)點的密集群表示。檢測Cmes的問題就轉(zhuǎn)化為在3維散布圖中識別集群。我們僅僅沿著速度方向集成[v，θ，t]立方體，并且將[θ，t]Cme概觀圖中集群的位置確定為Cme發(fā)生的時間和跨越角度。在論文的算法中我使用一些閾值來限制假的Cme的數(shù)量。
3 對比分析
實驗表明，根據(jù)日冕圖像序列自動監(jiān)測Cmes是可行的，主要是估計日冕拋射物質(zhì)的起始時間、主角、角的寬度、速度并且像人工監(jiān)測日冕物質(zhì)拋射一樣得到一個日冕目錄。當(dāng)前版本的程序在實時且?guī)缀跸嗤钠鹗紩r間和主要角的基礎(chǔ)上，幾乎恢復(fù)目錄中的所有的Cmes。CACTus發(fā)現(xiàn)了的Cmes的個數(shù)將近是人工檢測目錄中Cmes個數(shù)的3倍。CACTus目錄中包含了一些變化比較弱的Cmes，而這些在人工檢測中被當(dāng)作“gusty outflow”而檢測不到。雖然如此，人工檢測的Cmes也符合第三部分給出的Cme的定義。在某些情況下，CACTus去除了目錄中一些不重要的Cme，只留下了一些重要的Cme。當(dāng)分析大量的Cme數(shù)據(jù)時，前面的有關(guān)于Cme的統(tǒng)計可以起著重要的參考作用。人工目錄也不是100%正確，因為CACTus確實發(fā)現(xiàn)了一些目錄中沒有的確定的Cmes。
4 結(jié)論
較之前的人工檢測方法，CACTus有許多優(yōu)勢。但CACTus并不是完美無缺的，一些改進(jìn)工作也正在進(jìn)行，例如：Cme加速度的確定等。該程序應(yīng)用于空間天氣預(yù)測方面，不僅Cme的速度而且它的強度和質(zhì)量都是一些重要參數(shù)。CACTus軟件的輸出結(jié)果可以被當(dāng)作一些自動實時程序的輸入數(shù)據(jù)，而用于每天的天氣預(yù)報。
參考文獻(xiàn)：
[1]Berghmans， D. 2002b， ESA SP-506， 85.
[2]Sime， D. G.， & Hundhausen， A. J. 1987， JGR， 92， 1049.
[3]Hundhausen， A. J. 1993， JGR， 98， 177.
