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關鍵詞：建筑工程；預決算；管理體制；控制措施

建筑工程預決算作為控制建筑工程項目投資的重要手段之一，在工程項目招標與企業(yè)經(jīng)營管理水平考核中起著關鍵作用，也是審計機關掌握企業(yè)投資狀況并監(jiān)督其經(jīng)營管理的重要依據(jù)。但由于多種原因造成了我國建筑工程預決算在實際工作中還存在著預決算編制質(zhì)量較低，工程造假削低失控，工程投資控制不科學等問題，為了適應市場競爭，提高建筑企業(yè)的整體競爭力，建立一個規(guī)范有序的建筑市場工程造價管理體系尤為重要。

1.建筑工程預決算存在的問題

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

1.1.1 工程預算定額不健全。許多建筑企業(yè)在進行工程預算編制的時候，常常會遇到諸如借用定額問題，例如在進行房屋建筑工程預算編制的時候參照工民建標準進行定額，這類定額的借用，因為沒有考慮到地域、建筑類型、施工技術水平等因素的影響，而造成預算編制的不合理。

1.1.2 計算方法存在問題。我國許多建筑企業(yè)在進行建筑工程預算的時候，經(jīng)常會產(chǎn)生預算不準備的現(xiàn)象，之所以產(chǎn)生這種問題的一個原因在于工程預算定額的不正確，而另外一個重要原因是其計算方法也有較大失誤，特別是在工程預算中，在工程的間接費中，因為計算方法是以直接工程費為基數(shù)而導致工程造價產(chǎn)生失控的現(xiàn)象。因為在進行工程前期預算的編制過程中，僅能夠?qū)τ邢薜膸讉€材料的基價做出定價，而且價差是不能用于計算間接費用中，但是在工程的實際施工過程中，將會涉及到高達上百種材料，這些材料的預算價格除去規(guī)定的材料以外，都需要直接進入工程直接費用中去，材料費的增加是計算施工中間接費用的最為敏感因素，因為材料費越多的話，間接費也就越多。而且因為材料的價格收到市場供求和國家政策的影響，常常會造成材料預算價格與實際價格不符合的問題，導致間接費的準確性降低，工程造價失控。

1.1.3 人為因素對工程預算編制影響較大。我們知道，在工程預算的編制中，建筑公司對臨時房屋建筑工程的投資一般是有一個固定的公式可以計算，但是，這個計算公式并不是對所有的工程都使用的，特別是在建筑工程中，由于施工新的技術和機械的應用以及管理水平的不斷提高，勞動生產(chǎn)率也在不斷提高，同樣的一個施工工程，可能使用的施工人員大大減少，如果沒有考慮到這種可變的因素對施工工程的影響，最后會導致工程預算失真的問題，從而導致工程投資失控現(xiàn)象。

1.2建筑工程決算中存在的問題

1.2.1 高套定額。我國一些建筑企業(yè)在進行工程決算的時候，常常會出現(xiàn)高套定額的問題，高套定額就是在進行項目工程決算的時候降低工程標準，但是卻套用了高標準的定額，從而兩者之間存在很大的差距。例如，許多建筑企業(yè)在進行項目施工的時候，一般是使用人工挖土方的定額來套用人工挖基坑的定額，人工挖土方的定額單價一般為每100立方米732.39元，但是人工挖基坑的定額單價卻為每100立方米1150.41元，兩者定額單價差距很大，如果在進行工程決算的時候，采取高套定額的話，無疑將會提高了工程造價。

1.2.2 虛增工程量。虛增工程量是一些施工企業(yè)為了增加施工成本的一種重要方法，雖然有的時候，這種虛增工程量并不是施工企業(yè)人為因素所造成的。例如，一些建筑企業(yè)在基建工程的一個分項工程中，往往會存在人為重復計算工程量的問題，這種情況在一些隱蔽的工程中經(jīng)常會出現(xiàn)；還有一種重復計算工程量的辦法就是施工單位在進行工程決算的時候，把一些在定額項目中已經(jīng)列入決算的項目在其它定額項目中又列入其中，造成同樣一項工程因為兩次在定額在計算而被重復計費的問題。

2.控制建筑工程預決算問題的對策

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

2.1建筑工程預算完善措施

2.1.1 根據(jù)實際情況編制建筑工程預算定額體系。針對建筑工程預算定額過程中的借用問題，建筑企業(yè)在進行工程預算的時候，可以考慮根據(jù)建筑工程的地域分布和類型以及施工技術水平等因素，結(jié)合實際情況，制定出一套較為完整的預算編制定額體系。在進行預算編制的時候，可以根據(jù)建筑工程的地域差異和實際施工水平，按照定額進行靈活調(diào)整，即在工程預算基礎定額基礎上，根據(jù)工程的施工難易程度，設置難易系數(shù)，從而最大提套施工的經(jīng)濟效益，創(chuàng)造更多的固定資產(chǎn)，而且也要對技術發(fā)展和工藝進步所帶來的定額變化進行及時調(diào)整，不斷進行補充，控制部分工程造價失控問題。

2..1.2 提高工程造價計算方法的準確度。在進行工程造價預算的時候，常常會因為計算方法的失誤，導致工程施工過程中，材料的實際價格因為市場需求和國家宏觀調(diào)控政策的影響，而和工程預算價格不符合，最終造成工程造價失控。針對這種狀況，首先需要建筑企業(yè)在進行工程造價預算的時候，盡可能增加預算的材料種類，減少材料費，另外一方面。需要建筑企業(yè)能夠利用行業(yè)協(xié)會或者管理部門的作用，更廣泛手機材料的市場價格信息，針對不同的時間和區(qū)域，材料價格變動的周期性信息，制定出建筑工程調(diào)價系數(shù)。

2.1.3 準確計算施工期的人員數(shù)量。由于建安投資和臨時房屋建筑工程投資之間很難通過一個簡單公式就把二者聯(lián)系起來，因此，在進行施工項目預算編制的時候，應該盡可能按照實際施工狀況去計算施工期的人員數(shù)量，然后計算臨時性房屋的建筑面積和室外的工程量，最后再以相應的定額標準計算出較為準確的工程造價，從而避免由于公式的錯誤而導致的工程預算計算誤差。

2.2建筑工程決算完善措施

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

2）嚴格控制決算，避免重復計算。對于一些建筑工程在決算中重復計算的問題，最為根本的控制方法就是要嚴格控制決算中的計算方法。例如，首先要加強審計人員的工程量計算技能，并且要達到熟練掌握的程度，并且也要項目主管部門有嚴格的隱蔽工程現(xiàn)場簽到和記錄制度，達到有證可查。

3.結(jié)語

建筑工程預決算是決定和控制工程項目投資的重要措施和手段，是進行招投標、考核企業(yè)經(jīng)營管理水平的重要依據(jù)，也是審查機關掌握投資狀況，監(jiān)督經(jīng)濟活動的重要依據(jù)。因此，建筑工程預決算必須具有高度的科學性、準確性及權威性。

參考文獻

[1]熊曉花，鄒娟. 關于建筑工程預決算審計問題的幾點思考[J]中國管理信息化(綜合版)，2006（3）

[2]陳讓農(nóng). 建筑工程預決算中存在的問題及對策[J]經(jīng)濟技術協(xié)作信息，2008（6）

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關鍵詞:智能科學與技術專業(yè);課程體系;教材建設

繼2004年北京大學率先在國內(nèi)建立“智能科學與技術”本科專業(yè)之后,2005年,北京郵電大學、南開大學和西安電子科技大學;2006年,首都師范大學、北京信息科技大學、武漢工程大學和西安郵電學院;2007年,北京科技大學、廈門大學和湖南大學;2008年,河北工業(yè)大學和桂林電子科技大學;2009年,重慶郵電大學和大連海事大學;2010年,中南大學和上海理工大學先后經(jīng)教育部批準先后設立了“智能科學與技術”本科專業(yè)[1-2]。在中國人工智能學會教育工作委員會的指導下,自2002年起,各相關專業(yè)教師定期召開智能科學與技術教育學術研討會,并出版教育論文專輯,大力推進了我國智能科學與技術教育的健康、快速發(fā)展,并對我國智能科學技術的人才培養(yǎng)和學科建設起到了極大的帶動作用。

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

1研討背景

“智能科學與技術”專業(yè)自開辦以來,不可避免地要回答如下3個方面的問題:

1) 來自用人單位的問題:“智能科學與技術”專業(yè)是做什么的?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢何在?

2) 來自學生及家長的問題:“智能科學與技術”專業(yè)是學什么的?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢何在?

3) 來自教師自身的問題:“智能科學與技術”專業(yè)應該教什么?與其他專業(yè)相比優(yōu)勢何在?

無論是做什么、學什么還是教什么,歸根到底是課程體系和教材內(nèi)容。無論是研究生課程下移(帶來學生接受知識的困難),還是在其他專業(yè)教學體系基礎上做簡單的增、刪、改(帶來學生知識結(jié)構的凌亂),都是不行的,長此以往的后果將是沒有優(yōu)勢,只有劣勢。

南開大學、北京科技大學和河北工業(yè)大學3所高校的“智能科學與技術”專業(yè)建設都源于自動化專業(yè)基礎,而且都具有典型的工科特色;同時3所高校分別是教育部直屬“985”高校、教育部直屬國家“優(yōu)勢學科創(chuàng)新平臺”建設項目試點高校和河北省屬“211”高校,3所高校的“智能科學與技術”專業(yè)分別于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科學與技術”專業(yè)建設上的異同特點以及地域便利的條件,為優(yōu)勢互補、交流融合提供了機遇。

2課程體系

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

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

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

3) 智能工程:利用智能科學的理念和思想,充分運用智能技術工具創(chuàng)建各種應用系統(tǒng)。它是當前新技術、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向、開發(fā)策略和顯著標志。

根據(jù)上述智能科學技術的劃分,智能科學與技術專業(yè)的課程體系同樣劃分為理論、技術與工程應用3個層次,具體框架如圖1所示。

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

3教材建設

經(jīng)南開大學、北京科技大學和河北工業(yè)大學3所高校的討論,一致認為工科專業(yè)應以技術和工程應用兩個層次為核心,并將人工智能導論和智能信息處理兩門課程的教材合并為智能技術。同時,根據(jù)南開大學側(cè)重理論、北京科技大學側(cè)重軟件、河北工業(yè)大學側(cè)重硬件的原則進行分工,編寫對應課程的教學大綱和教材內(nèi)容。

3.1智能技術

本課程包括智能計算和計算機視覺兩部分,分別介紹以對人腦的物理結(jié)構進行模擬為主要特征的聯(lián)接主義智能技術和以模擬人類視覺處理為主要特征的計算機視覺兩部分。它是智能技術的主干內(nèi)容;也是實現(xiàn)智能技術、組成智能系統(tǒng)的重要工具,屬于本專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課。通過智能技術的學習,學生應能夠掌握智能技術的基本原理和方法。通過課堂講解、,并配合一定的作業(yè)練習、上機實驗等環(huán)節(jié),學生應初步具備運用智能技術和方法分析和解決問題的能力。本課程擬定90學時,其中授課54學時,實驗36學時。

教材內(nèi)容包括智能計算和計算機視覺兩部分,智能計算部分包括神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊理論和遺傳算法/蟻群算法,計算機視覺包括計算機視覺導論、計算機視覺理論基礎、圖像預處理、圖像分割、物體識別、圖像理解、雙目立體視覺、三維視覺技術、主動視覺。

神經(jīng)網(wǎng)絡講授單個神經(jīng)元(感知器)的動作原理,與實際生物神經(jīng)元的對應關系;講授BP神經(jīng)網(wǎng)絡的組成,網(wǎng)絡的特性和對非線性函數(shù)的模擬功能;介紹BP算法的優(yōu)、缺點;講授H網(wǎng)絡的組成結(jié)構,H網(wǎng)絡在解決優(yōu)化問題的優(yōu)越性。模糊理論講授模糊集合的概念,建立隸屬度函數(shù)的概念;介紹模糊規(guī)則的建立原則,模糊規(guī)則與模糊系統(tǒng)收入輸出量之間的關系;介紹模糊化以及模糊量精確化的幾種常用方法。遺傳算法和蟻群算法只作簡要介紹,重點介紹這兩種算法的特點和成功的應用實例,使學習者有一個感性認識,明確這種類型算法的“迭代”特點以及總體最優(yōu)目標與個體行為之間的聯(lián)系。

計算機視覺理論基礎主要介紹Marr的視覺計算理論、圖像的相關知識、傅立葉變換基礎;圖像預處理主要介紹像素亮度變換、幾何變換、直方圖修正、局部預處理、圖像復原;圖像分割主要介紹閾值處理方法、基于邊界的分割方法、基于區(qū)域的分割方法;形狀表示與描述主要介紹鏈碼、使用片斷序列描述邊界、尺度空間方法、基于區(qū)域的形狀表示與描述;物體識別主要介紹知識的表示、統(tǒng)計模式識別、神經(jīng)元網(wǎng)絡、遺傳算法、模擬退火、模糊系統(tǒng);圖像理解主要介紹并行和串行處理控制、分層控制、非分層控制;雙目立體視覺主要介紹雙目立體視覺原理、精度分析、系統(tǒng)結(jié)構、立體成像、立體匹配、系統(tǒng)標定;三維視覺技術主要介紹結(jié)構光三維視覺原理、光模式投射系統(tǒng)、標定方法、光度立體視覺、由紋理恢復形狀、激光測距法;主動視覺主要介紹從陰影恢復形狀、從運動恢復結(jié)構、主動跟蹤。

3.2智能控制理論與技術

本課程是“智能科學與技術”專業(yè)的一門重要專業(yè)課程,目的是使學生了解智能科學與控制理論結(jié)合所產(chǎn)生之智能控制理論的基本概念和應用價值;使學生熟知當前主流智能控制技術的種類,并掌握模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及進化計算、群體智能的基礎知識,了解智能技術與傳統(tǒng)控制方法的結(jié)合點;加強MATLAB仿真實驗的訓練,以使學生更好地理解基礎知識,培養(yǎng)學生使用高級智能控制方法解決實際控制問題的能力。本課程的學習將使學生加深對控制理論的理解,明晰智能技術在控制中的應用技巧,也為本科生繼續(xù)深造打下基礎。本課程擬定64學時,其中授課54學時,實驗10學時。

教材內(nèi)容包括智能控制概論,介紹智能控制的發(fā)展歷程和應用領域,簡介幾種重要的智能控制方法;專家控制,簡介專家系統(tǒng)的基本結(jié)構,講授專家PID控制器的原理與設計方法;模糊控制,講授模糊數(shù)學基礎知識、傳統(tǒng)的模糊控制原理和控制器設計與實現(xiàn)方法、模糊PID控制的兩種形式,特別是PID控制參數(shù)的模糊整定技術;神經(jīng)網(wǎng)絡控制,講授前饋神經(jīng)網(wǎng)絡和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡中幾種典型的網(wǎng)絡模型以及學習算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的線性系統(tǒng)辨識技術、神經(jīng)網(wǎng)絡逆?？刂频?進化計算與控制,講授進化計算的概念、遺傳算法的原理及其與其他智能方法的結(jié)合,介紹遺傳機器人學;群體智能與控制,講授蟻群算法的基本原理及其在控制問題中的應用,介紹群體機器人學。

3.3單片機原理與應用

本課程是“智能科學與技術”專業(yè)的一門專業(yè)課程,目的是使學生了解單片機的組成原理及常用控制算法的實現(xiàn);掌握51系列單片機指令系統(tǒng)和一般匯編程序設計編寫方法;熟悉常用的單片機硬件擴展技術;在此基礎上,熟練掌握控制算法的單片機程序編寫與調(diào)試。本課程擬定54學時,其中授課38學時,實驗16學時。

教材內(nèi)容包括單片機系統(tǒng)概述,介紹單片機定義、單片機發(fā)展過程及單片機硬件結(jié)構;單片機指令系統(tǒng)及程序設計,介紹指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計;硬件資源及接口技術,介紹硬件資源和接口技術;單片機使用技術,介紹抗干擾技術、C語言應用程序設計;依次介紹PID控制器、狀態(tài)反饋控制器、模糊控制器、系統(tǒng)辨識、卡爾曼濾波、滑?？刂破?、最優(yōu)控制器、魯棒控制器、自適應控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的歷史沿革、基本原理、常用形式和單片機具體實現(xiàn)方法。

3.4嵌入式系統(tǒng)

本課程以當前主流的嵌入式系統(tǒng)技術為背景,以嵌入式系統(tǒng)原理為基礎,以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)體系為骨架,以嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)為目標,較為全面地介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念、軟硬件的基本體系結(jié)構、軟硬件開發(fā)方法、相關開發(fā)工具、應用領域、熱門領域的開發(fā)實例以及當前的一些前沿動態(tài),為學生展示較為完整的嵌入式控制系統(tǒng)領域概況。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。

教材依據(jù)嵌入式控制系統(tǒng)的特征,將控制算法、嵌入式系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)、應用程序設計及組態(tài)軟件作為統(tǒng)一的技術平臺介紹,突出嵌入式技術在控制系統(tǒng)中應用的特點,重點介紹嵌入式控制系統(tǒng)軟硬件、電路、操作系統(tǒng)、實時性、可靠性等特性,從軟件體系結(jié)構及開發(fā)的角度出發(fā),強調(diào)實時調(diào)度、Bootloader、BSP、嵌入式實時多任務系統(tǒng)設計、交叉開發(fā)與仿真開發(fā)等關鍵技術,并特別引入了工業(yè)控制中需要的電磁兼容性設計和大量的典型嵌入式控制系統(tǒng)實例設計。通過本課程的學習,學生不但可以學會使用工具開發(fā)嵌入式軟硬件,而且可以從總體角度選擇適當?shù)募夹g和方法,全面規(guī)劃和設計嵌入式系統(tǒng)。

3.5智能工程

本課程是“智能科學與技術”專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。面向智能技術的實際應用,著眼于解決工程應用中的技術問題,從典型系統(tǒng)設計案例分析出發(fā),通過大量實驗提高學生的工程實踐能力。本課程擬定36學時,全部為授課學時。

教材內(nèi)容包括智能工程概論,介紹智能工程現(xiàn)狀、工程設計原則和工程實際流程;常用傳感器原理,介紹傳感器一般特性、光電式傳感器和視覺傳感器;典型智能系統(tǒng)設計案例,包括智能移動機器人、智能電梯群控電梯等系統(tǒng)。

3.6智能機器人

課程通過對一個具有代表性的仿人機器人的拆解,將知識點拆解成6個主要教學模塊:1)機器人控制模塊,介紹各類控制模塊的原理與組成;2)機器人運動系統(tǒng),介紹電機與舵機的原理與控制方法;3)機器人動作系統(tǒng),介紹機器人各部件的協(xié)調(diào)控制;4)機器人視覺系統(tǒng),介紹典型的超聲波、影像傳感器的原理與識別算法;5)機器人表現(xiàn)系統(tǒng)原理,介紹人與機器人的交互原理;6)機器人通信系統(tǒng)原理,介紹機器人之間的數(shù)據(jù)與信息傳遞方法。學生學習時,能夠與基礎知識相聯(lián)系,并能掌握機器人這門技術,為從事機器人產(chǎn)品研發(fā)工作打下堅實的基礎。本課程擬定54學時,其中授課44學時,實驗10學時。

教材面向“智能科學與技術”專業(yè),同時兼顧信息類專業(yè)學生編寫,根據(jù)這類專業(yè)學生的知識結(jié)構和特點組織內(nèi)容。從具體的機器人控制需求出發(fā),將自動控制的基本理論和機器人控制特點相結(jié)合,講授機器人控制系統(tǒng)的組成、規(guī)律、特點和設計方法。理論上反映當前的最新進展,內(nèi)容上考慮初學者的需求,側(cè)重普及性、實用性和新穎性,結(jié)構體系符合信息類和控制類專業(yè)學生的特點,力求簡潔、清楚,對技術的敘述遵循目標、問題、理論依據(jù)、實現(xiàn)方法、實際情況、發(fā)展方向的方式。做到重點突出,符合實際,滿足需要,指導性強。

3.7智能控制系統(tǒng)

本課程是“智能科學與技術”專業(yè)的一門專業(yè)課程,使學生了解智能控制系統(tǒng)的基礎知識;掌握智能控制系統(tǒng)中最新的智能傳感技術、智能控制器、智能執(zhí)行能執(zhí)行器及智能網(wǎng)絡與接口技術;掌握智能控制系統(tǒng)中多個關鍵硬件裝置的識別及其使用。通過學習多個智能控制系統(tǒng)的開發(fā)實例,學生應掌握智能控制系統(tǒng)的設計方法與技術,堅實地掌握最新智能控制系統(tǒng)知識,提高理論聯(lián)系實際的能力,并為學習其他課程的打下堅實基礎。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。

教材內(nèi)容包括概述,介紹智能控制系統(tǒng)的基本概念、基本內(nèi)容和機構及其發(fā)展趨勢;智能傳感系統(tǒng),講授智能數(shù)據(jù)采集技術、傳感器智能化的數(shù)據(jù)處理方法、多傳感器信息融合的方法、智能傳感器實現(xiàn)方法與典型實例;智能控制器設計,講授基于單片機的智能控制器設計及其應用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器設計及其應用、基于PLC的智能控制器設計及其應用;智能電動執(zhí)行器,講授智能電動執(zhí)行器的硬件實現(xiàn)技術,軟件設計技術以及典型的智能電動執(zhí)行器實例及其應用;智能網(wǎng)絡與接口技術,講授無線傳感器智能網(wǎng)絡,工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡以及智能傳感器、智能控制器和智能執(zhí)行器的網(wǎng)絡接口實現(xiàn)技術;智能控制系統(tǒng)設計實例,綜合利用前面的知識設計網(wǎng)絡化智能壓力傳感器的系統(tǒng)設計、基于聲音定位的智能機器人系統(tǒng)設計、基于微機電慣性傳感器的汽車多路況智能防撞系統(tǒng)的設計、大型設備的PLC智能控制系統(tǒng)設計。

4結(jié)語

通過南開大學、北京科技大學和河北工業(yè)大學3所高校的研討,我們凝練出較完整的“智能科學與技術”專業(yè)課程體系,體現(xiàn)出本專業(yè)的特色;提出可供3所高校共同使用的教學大綱和教材內(nèi)容,體現(xiàn)出學生培養(yǎng)的工程實踐導向。這些研究成果可以為開辦“智能科學與技術”專業(yè)的兄弟院校進一步研討提供藍本,也可以為籌建該專業(yè)的高校所參考。

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

參考文獻:

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

Intelligence Science and Technology

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

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

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

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1．其中首要的一步，也是至關重要的一步就是確定項目．可以看出，項目的設計是整個教學的前提，項目的好壞直接影響到教學的開展．根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的內(nèi)容體系，同時結(jié)合專業(yè)教師的研究方向和研究內(nèi)容，確定項目“車牌識別系統(tǒng)”來組織整個數(shù)字圖像處理課程的教學內(nèi)容．車牌識別系統(tǒng)分為圖像采集、圖像預處理、圖像校正、車牌定位、字符分割和字符識別等部分，并將它們作為子項目與數(shù)字圖像處理的相關教學知識點建立對應關系，車牌識別項目貫穿整個教學內(nèi)容的始終．整個項目教學過程見圖2．從圖2可以看出，數(shù)字圖像處理的內(nèi)容基本上可以通過車牌識別系統(tǒng)這一具體項目組織起來．除此之外，在實驗課和實訓課程中，也結(jié)合學生的興趣以及指導教師的研究專長和所承擔的課題，還設計了如人臉識別系統(tǒng)、計算機自動閱卷系統(tǒng)、圖像碎片拼接系統(tǒng)、三維全景圖的設計、計算機視覺的立體匹配及三維重建技術以及高光譜圖像壓縮等案例．

二、教學改革成果與分析

2013年以信息與計算科學專業(yè)11-1班為對照班，2014年以信息與計算科學專業(yè)12-1班為實驗班，2個班級學生的學時數(shù)一樣，學生起步幾乎也是一樣，講授的數(shù)字圖像處理課程主要內(nèi)容相同．在11-1班中采用的是傳統(tǒng)教學模式，講授理論上的圖像處理原理和方法；在12-1班中采用項目教學法進行教學．為了驗證在數(shù)字圖像處理課程中應用項目教學法的效果，對2個班級分別進行了數(shù)字圖像處理理論知識測試和編寫一個圖像邊緣提取的程序．理論知識測試結(jié)果見表1（滿分100分）．編程題是通過在線考試系統(tǒng)完成的，由計算機給出的成績，編程題測試結(jié)果見表2（滿分20分）．

三、結(jié)束語

篇4

關鍵詞：開源；數(shù)字媒體；processing；互動

1 開源式創(chuàng)作的技術手段

開源，即開放源代碼，開源式創(chuàng)作就是在開放源碼的環(huán)境下進行數(shù)字媒體藝術創(chuàng)作。

漢語詞語：開辟水源、開辟收入的新來源等。開源（Open Source，開放源碼）被非盈利軟件組織（美國的Open Source Initiative協(xié)會）注冊為認證標記，并對其進行了正式的定義，用于描述那些源碼可以被公眾使用的軟件，并且此軟件的使用、修改和發(fā)行也不受許可證的限制。[1]

談到當下的數(shù)字媒體藝術的開源式創(chuàng)作，就不得不說到計算機這個媒介，更確切地說是，個人電腦的普及才有了后來人類社會信息化時代的到來和互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃興起，為我們整個社會提供了全面多樣化的網(wǎng)絡的信息交換服務（或者是獲取信息的服務）。在我看來這也是開源式創(chuàng)作的基礎。一方面計算機數(shù)碼攝像技術的巨大發(fā)展，為我們提供了采集更多越來越多便宜甚至是免費的高質(zhì)量的圖像資料，這在以前是無法想象的。因為在有了這么多視覺圖像資料的情況下進行創(chuàng)作，要比只是從文字信息概念到視覺形象的設計更有效率和直觀。比如在做三種文化（包括歐洲、伊斯蘭、東方文化）的生活街市的三維模型時，所有的圖像參考資料都是通過Google、百度等搜索引擎，來查找到三種文化的各地代表性建筑、各個時期的代表性建筑和當?shù)氐娘L土人物等的視覺資料。所以，藝術作品的方案都是通過視覺圖像的腳本來表現(xiàn)和制作的，這樣就可以在給甲方做匯報和講解時更有說服力和信任感。因為在天馬行空的方案，到最后也要讓人理解、看得明白，這樣甲方才會給你最重要的兩樣東西“時間和金錢”。一方面Internet中包容了人類文明共有的巨大的信息寶庫，為我們提供了信息資源的交流和共享，如各種搜索引擎、百科、視頻共享軟件、網(wǎng)盤的分享軟件等。正是在這種“混沌”的信息革命的大背景下，現(xiàn)在的中國的藝術家們可以個人電腦作為平臺工具來創(chuàng)作藝術作品。另一方面，越來越多的人對于自己的創(chuàng)新采取了無私的分享，如開源軟件Processing、VVVV。

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

Processing有圖形用戶界面的優(yōu)勢，并且它能提供各種實時鮮明的圖像式反饋，可以大幅縮短學習的時間曲線，并更容易的理解抽象邏輯法則。其是Java語言的進一步延伸，而且支持現(xiàn)有的java語言基本架構，其將java的語法簡化并將其運算的結(jié)果“感官化”，使藝術家和青年學生們能夠很快的創(chuàng)作聲音和影像的交互式數(shù)字媒體藝術作品。但最重要的一點它是開放源碼軟件平臺。

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

開源式創(chuàng)作對于我們這些藝術創(chuàng)作者有什么好處呢？由于互聯(lián)網(wǎng)的普及，我們獲取別人的幫助就更加容易。比如我們可以更加便捷的在網(wǎng)站上獲取現(xiàn)成的類庫，應用軟件的開發(fā)也變得更加容易。具體來說，比如我們在做一個新媒體作品時，要用到關于攝像頭實時的扣像程序，我們就可以通過Processing相關的網(wǎng)絡站點找到別的程序員已經(jīng)寫好的類庫，它把攝像頭的各種參數(shù)如時間的控制和光圈的控制都已經(jīng)調(diào)好，我們只需要從網(wǎng)站上下載，然后導入程序庫，根據(jù)具體的現(xiàn)場環(huán)境的情況進行微調(diào)就可以用到藝術創(chuàng)作中來。當然，在遇到具體寫代碼的具體問題時，也可以在相關的網(wǎng)站和論壇上找到答案。因為作為藝術初學者所遇到的問題幾乎前人都已經(jīng)遇到過，也有大多數(shù)通過互聯(lián)網(wǎng)尋求幫助。這極大地縮短了藝術創(chuàng)作的時間周期，快速有效地解決了關鍵問題和難點。同時，還極大地降低了創(chuàng)作此類交互藝術作品的資金成本。因為要請到專業(yè)的跟藝術家有合作經(jīng)驗的程序員，會花費極高的成本。而如今，只需要學習和了解程序運行的基礎知識和基本框架，就可以進行具體的交互藝術作品創(chuàng)作，這極大地鼓舞了在想用計算機程序語言進行創(chuàng)作的外行。這就是所謂的二次開發(fā)，利用已經(jīng)有的免費框架和類庫進行的重組和優(yōu)化，也能創(chuàng)作出有意思的藝術作品。并且通過軟件Processing自身擴展庫與各種擴展硬件接口的完美結(jié)合，再加上軟件自身高分辨率、高精度的渲染效率，使其應用于展覽展示方面有著舉足輕重的作用。隨著相關數(shù)字科技的發(fā)展和人們欣賞水平的提高，許多城市科技館、世博會展館、政府展覽規(guī)劃館等，也都采用了各種各樣的新媒體藝術的互動形式來進行創(chuàng)作和設計。

但是，什么是新媒體的創(chuàng)作手法或方法呢？又是怎么樣不斷地將新的技術手段引入當代新媒體藝術創(chuàng)作領域？它不僅可以靈活地產(chǎn)生、集成、儲存和應用多種媒介信息，還具有新媒體藝術作品的人機交互能力和信息傳達效果，從而進一步拉近藝術作品和觀眾的距離。也就是說顯著地提高了藝術作品的娛樂性和觀賞性。

從數(shù)字媒體技術手段分主要創(chuàng)作方式：

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

第二，信息傳輸與轉(zhuǎn)換。在新媒體藝術中體現(xiàn)的最多的是新興的互動多媒體藝術創(chuàng)作中。人機交互技術在互動多媒體藝術中的應用越來越普遍，交互技術正向多媒體、多通道的方向前進，如手勢識別技術、表情識別技術、語音識別技術、三維輸入設備、視線跟蹤技虛擬現(xiàn)實技術等?？萍疾粩嗟剡M步，不斷的有新的技術應用到新媒體藝術創(chuàng)作中來，但其根本就是，信息傳輸與轉(zhuǎn)換。比如圖像到聲音的轉(zhuǎn)換、從文字資料到聲音轉(zhuǎn)換，以及各種不同文化之間通過網(wǎng)絡傳輸技術之間的轉(zhuǎn)換。而在互動藝術中最顯著的特征，或者說與其他以往的藝術類型不同的根本區(qū)別就是實時的信息傳輸與轉(zhuǎn)換。在藝術上強調(diào)藝術的互動，是對傳統(tǒng)藝術分類的極大挑戰(zhàn)。而交互的形式和類型又可以細分，人與作品的互動類型和方式有：非接觸式互動，如各種感應器技術的應用和攝像頭動作捕捉技術的應用等。

在數(shù)字媒體藝術中，主要相關的交互技術包括：計算機視覺技術、手寫識別技術、虛擬現(xiàn)實技術、語音交互技術、多通道人機交互技術等。其中，比較難以理解的兩個技術在這里做一點引用介紹。計算機視覺：“科學研究表明，人類80%的信息是通過視覺獲得的。讓計算機類似于人類的視覺功能成為眾多科學家的夢想，這個夢想正在逐步實現(xiàn)。目前的計算機視覺主要是采用攝像機代替人眼，計算機代替人?！盵2]“多通道人機交互技術的特點是：使用多個感覺和應用通道、在三維空間內(nèi)直接操作、允許非精確的交互、交互具又雙向性、交互的隱含性?！盵3]

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

2 從藝術家個人創(chuàng)作的角度而言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，眾多新媒體藝術家采用各種不同的媒介和手段來進行藝術創(chuàng)作，帶來了各種類型的新媒體藝術樣式，如實驗動畫、數(shù)字攝影、電子游戲、影像裝置、互動影像裝置藝術、網(wǎng)絡藝術等，可以通過它們來表達藝術家個人的藝術理念。這類藝術創(chuàng)作主要是從藝術家個人的角度來創(chuàng)作表達，而不用刻意闡釋、說明主題和中心思想，這跟我在下文中提到的新媒體藝術項目團隊創(chuàng)作有著根本的區(qū)別。藝術家個人創(chuàng)作相對于藝術項目團隊的創(chuàng)作是自由的，但由于個人創(chuàng)作上受到資金和技術的限制，創(chuàng)作效果會大打折扣，這和在數(shù)字媒體藝術項目中投入巨大的資金、人力和時間，來展示用“高精尖”科技手段和展示宏大敘事主題是完全不同的。但是，他們并不會因此停下腳步，還是繼續(xù)在利用不同的媒介和技術來進行創(chuàng)作，同時不斷地探索出各自獨特的藝術語言，并在此期間涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的新媒體藝術家和一系列超前的藝術作品。

3 從項目團隊創(chuàng)作的角度而言

如今，大型展示文化藝術中，任何一個成功的數(shù)字媒體藝術展項的設計案例，在其背后一定是多學科和各類團隊之間共同協(xié)作努力的結(jié)果，這一既成事實已在行業(yè)內(nèi)受到越來越多的廣泛認同。同時，新媒體藝術展項的重要性和學科交叉的特性也越來越多地得到了社會大眾的認同，這跟新媒體創(chuàng)作團隊在上海不斷地參加各類的藝術活動項目可以說明。從“感?動”新視覺電子音樂會暨第一屆上海電子藝術節(jié)開幕式，到第二屆河流體――全景戶外開幕特演，再到上海世博會城市生命館。而此時，作為藝術家在整個的新媒體藝術項目團隊的過程中更像是一個管理者和組織者，藝術家不僅要從作品方案主題有一個方向上的正確掌控和把關，與此同時還需要協(xié)同不同學科領域之間的合作關系。而藝術家在這個時候必須對參與合作團隊的學科領域有一定的了解，這樣在團隊合作的過程中才不會被合作技術人員?；ㄕ?，牽著鼻子走。新媒體藝術展項中的重點是交互設計?！敖换ピO計是從人機交互HCI領域分支并發(fā)展起來的一門新興學科，它是跨學科領域，涉及了計算機學科、信息學、人類工程學、美學、心理學和社會學科等諸多學科?！盵4]例如，為世博會主題館“城市生命館”活力車站做設計的天幕方案時，經(jīng)過整個設計過程之后，就足以了解交互設計的學科交叉性和跨領域合作的特征。在項目開始之前，首先詳細分析和深入了解了項目的需求與用戶體驗目的，所展示內(nèi)容的方式和系統(tǒng)的限制、要求，環(huán)境條件，展區(qū)的大小、空間、高度、采光、人流，以及根據(jù)展示演義的主題與觀眾的接受心理的理解等，然后分別做好時間腳本和相應的軟硬件設施的需求。

4 方案的限制和預算[3]

在大型的展示設計中使用交互技術，既要考慮到藝術設計方案的藝術表現(xiàn)力，又要兼顧技術的可行性，因為很多奇思妙想的藝術項目方案由于多種原因是無法實現(xiàn)。而原因或者由于項目的資金和時間限制是無法在短期內(nèi)實現(xiàn)，或者是交互技術不成熟、不夠穩(wěn)定。例如，電子藝術節(jié)的項目工作，由于前期在構想和方案上投入了大量的精力和時間，導致時間分配不均而影響到大局。所以，藝術家個人的創(chuàng)作和藝術項目創(chuàng)作的不同，因為藝術家個人的理想化可以在自己的具體經(jīng)驗中解決，可是集體的創(chuàng)作方案出現(xiàn)問題時靠的是集體的力量，一個藝術家是無法解決所有問題的。但最初在討論方案時，沒有或者很少有技術人員參與，就算是參與也很少有發(fā)言的權利。當然這并不能說明前期的準備沒有一點用，至少在項目的初期就明確和把握了藝術作品創(chuàng)作的主題，對進行二次創(chuàng)作有著重要意義的。對一個藝術項目團隊各個工作環(huán)節(jié)的工作進度和時間節(jié)點的把握非常重要，否則就是在浪費的是整個工作團隊的時間，并且還會消磨團隊的士氣。所以，整個項目進行到了一定的時間節(jié)點，再好的藝術設計方案也要在各個方面要“落地”。具體包括：作品方案的時間腳本、動作腳本和協(xié)同的環(huán)境腳本、作品的材料和體積大小、所需的資金預算和時間預算等。同樣，個人創(chuàng)作也要做好方案的預算，因為個人的創(chuàng)作更容易受到技術和資金的限制。

5 與創(chuàng)作有關的三個問題

5.1 怎么樣理解信息傳輸?shù)臅r間差異性

在創(chuàng)作實時互動作品時，會出現(xiàn)時間差異性的問題，因為第一個人看到的內(nèi)容和第二個人到的內(nèi)容是不一樣的。不過，時監(jiān)控技術的運用可以緩解此問題，與傳統(tǒng)拿剪輯完成的影像作品來展示是完全不同的。信息就像河流一樣不斷在變化，而且具有極強的不確定性。

5.2 怎樣處理展示空間與藝術作品的關系

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

5.3 如何處理數(shù)字媒體藝術創(chuàng)作的限制

在運用一種交互技術時，既要考慮到藝術方案的藝術表現(xiàn)力，也要兼顧技術的可行性，因為很多優(yōu)秀的藝術方案由于許多現(xiàn)實問題沒辦法實現(xiàn)。主要有兩方面，一方面是藝術項目的資金限制和時間限制，還有一方面是技術限制，因為一些交互技術根本就不成熟，不能穩(wěn)定的長時間運行。

注釋：①開源，網(wǎng)絡（）。

參考文獻：

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

[2] 馬曉翔.新媒體裝置藝術[M].南京：南京大學出版社，2013.

篇5

關鍵詞：交叉學科；跨學科；計算神經(jīng)科學；人工智能；研究生培養(yǎng)

文章編號：1672-5913（2013）18-0001-05

中圖分類號：G642

1 背景

科學史上，許多重大的科學發(fā)現(xiàn)都產(chǎn)生在不同學科的碰撞和融合中。在自然科學領域，許多偉大的科學家都有著復雜的學科背景，20世紀1/3的諾貝爾獲獎項目出現(xiàn)在交叉科學領域。計算機學科里很多大科學家也都有著交叉學科的背景，如計算機之父馮·諾伊曼其實是個數(shù)學家，在經(jīng)濟、量子力學及幾乎所有數(shù)學領域都作出過重大貢獻，他提出的計算機二進制表達正是得益于其敏銳的數(shù)學洞察力。清華大學計算機科學與技術系張鈸院士多次在公開講座中提到，經(jīng)他統(tǒng)計，自1966年美國計算機協(xié)會（ACM）設立圖靈獎以來一直到2012年，60個獲獎者中2/3的人都有數(shù)學、物理、化學等理科專業(yè)背景，甚至還有政治等人文科學背景；相反，純粹是計算機專業(yè)或相近專業(yè)如電子學、無線電學等背景出身的人并不多。由此可見，熟練掌握其他學科的知識對于在計算機領域作出重要貢獻大有裨益。

高校培養(yǎng)交叉學科人才，一是要引導學生學習不同學科的課程，二是開設一些本身就是多學科交叉的課程。國內(nèi)高校已經(jīng)做了大量嘗試，也收到了不錯的效果。2013年，《計算機教育》雜志專門策劃了跨學科教學專題，對國內(nèi)跨學科教學的實踐情況進行報道。很多高校的一線教學人員都報告了他們在交叉學科教育方面的構想或?qū)嵺`經(jīng)驗。

計算神經(jīng)科學是一門新興學科，對于促進腦科學、信息科學尤其是人工智能等領域的發(fā)展具有重要意義。2010年3月23-25日，中國科學院、浙江大學、上海交通大學的知名學者齊聚北京，舉行第367次香山科學會議，主題為“神經(jīng)信息學與計算神經(jīng)科學的前沿問題”。與會專家探討了計算神經(jīng)科學的國內(nèi)外發(fā)展情況，指出該學科在國內(nèi)外都還發(fā)展不成熟，我們應抓住機遇建立一流的計算神經(jīng)科學。要達到這個目標，除了加大科研資助和鼓勵科研創(chuàng)新外，優(yōu)質(zhì)的課程教學必不可少。鑒于計算神經(jīng)科學的多學科交叉特點，許多專業(yè)都可以嘗試進行這方面的教學，包括醫(yī)學、生物學、心理學、數(shù)學、物理、化學、計算機、電子，自動化等，筆者將論述計算神經(jīng)科學與計算機科學的關系以及開設該課程所面臨的機遇與挑戰(zhàn)。

2 計算神經(jīng)科學的特點及其與計算機科學的關系

借助飛速發(fā)展的現(xiàn)代科技，人類已經(jīng)能夠上天入地，但是對于腦的認識卻十分有限。諾貝爾獎得主克里克（Crick）說過：“對我們?nèi)藖碚f，在科學研究中沒有比研究自己的腦更重要的了。我們對整個世界的認識都有賴于它?！闭J識人腦的工作機理有兩方面的意義，一是促進神經(jīng)疾病診療技術的發(fā)展，二是提高人工智能的水平。

誠如艾薩克·阿西莫夫（Issac Asimov）所言，“人腦是我們所知道的最復雜的組織”。它有大約1011個神經(jīng)元，而平均每個神經(jīng)元要與103～104個神經(jīng)元相連。雖然這些數(shù)字現(xiàn)在看來并非很大（能存儲1T=1012Byte的硬盤在市場上已經(jīng)很普遍），但問題是計算機硬件是我們事先按一定規(guī)則構建的系統(tǒng)，我們對于它每一部分的結(jié)構與功能都非常清楚，而人腦卻是一個黑箱。想象一下讓一臺計算機穿越回唐朝，讓那個時代的人們了解這臺計算機的工作原理是一件多么不可想象的事情。

幸運的是隨著科學技術的發(fā)展，實驗手段正發(fā)生著翻天覆地的變革，我們面對的黑箱正在慢慢變灰。通過這些實驗手段，我們可以觀察到“箱子”的部分內(nèi)部。然而，只看到大腦內(nèi)部的一些的結(jié)構和它們之間的關系遠遠不夠。唐朝人打開計算機主機蓋，能看到主板、CPU、內(nèi)存條甚至一些精細的電子元件，但這對于他們完全理解計算機的工作原理還差很遠。他們需要綜合各種技術手段得到計算機內(nèi)部情況，從硬件問的相互連接關系推斷出馮·諾伊曼設計的體系結(jié)構及發(fā)展變化，從軟件的功能推斷出算法邏輯，從二進制代碼推斷出可讀代碼。要得到這些結(jié)果，只有實驗數(shù)據(jù)是不夠的，還必須對數(shù)據(jù)進行整理分析，從蛛絲馬跡中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和原則。人腦就好比一臺唐朝人眼中的計算機。計算神經(jīng)科學就是一門試圖通過理論分析和建模計算的方式理解腦工作原理的學科。

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

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

一方面，計算機科學及其相近領域的研究人員對神經(jīng)科學和認知心理學的貢獻越來越大，已經(jīng)成為腦科學研究中一支不可忽視的力量；另一方面，神經(jīng)科學和認知心理學的研究進展對計算機科學的某些方面起到很大的推動作用。例如，近年來在機器學習領域非常熱門的深度學習（Deep Learning），在很大程度上受到大腦感覺系統(tǒng)層次化結(jié)構的啟發(fā)，見圖1。其中，圖1（a）為大腦視覺皮層各區(qū)域的位置及信息處理通道，圖1（b）為深度學習的框架。

3 面向計算機專業(yè)研究生開設計算神經(jīng)科學課程的機遇和挑戰(zhàn)

相對于醫(yī)學、生物學、心理學等專業(yè)，面向計算機專業(yè)的研究生開設計算神經(jīng)科學課程相對容易。這是因為通過本科階段的培養(yǎng)，計算機專業(yè)研究生在理論證明、邏輯推斷、數(shù)據(jù)分析等方面的基礎更扎實，他們接受醫(yī)學、生物、心理學等學科的知識相對容易；但反過來，讓那些習慣了生理和心理實驗的學生接受一些計算理論方面的知識則相對困難。而相對于數(shù)學、物理、化學等理科專業(yè)，計算機專業(yè)的研究生在模型實現(xiàn)方面有優(yōu)勢。這是因為現(xiàn)在很多計算神經(jīng)科學的模型都涉及大規(guī)模計算，扎實的編程基礎使得他們在處理這類問題上更加得心應手。這些是面向計算機專業(yè)研究生開設計算神經(jīng)科學課程的機遇。然而我們面臨的挑戰(zhàn)更大，主要包括兩個方面，論述如下。

3.1 課程定位的挑戰(zhàn)

通過調(diào)查一些國外著名大學開設的計算神經(jīng)科學課程，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)課程的立足點都是“理解腦”，以揭開大腦的秘密為目的，而且無論該課程是神經(jīng)科學、心理學或相關院系開設的（如Baylor College ofMedicine神經(jīng)科學系的課程Theoretical Neuroscience-Learning，Perception，Cognition，MIT腦與認知科學系的課程Inlroduction to Computational Neuroscience），還是交叉學科中心開設的（如UniversityCollege London Gatsby ComputationalNeuroscience Unit的課程ComputationalPerception and Scene Analysis），甚至是一些計算機類院系開設的（如CMU計算機系的課程Computational Perception），都是這樣。

如果在國內(nèi)高校面向計算機專業(yè)開設計算神經(jīng)科學課程，將課程目標定位于“理解腦”，會存在一定的現(xiàn)實困難。國外著名高校非常注重基礎研究和交叉學科研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，他們培養(yǎng)的研究生已經(jīng)形成了學習其他學科知識的習慣，但國內(nèi)研究生在選修課程方面則顯得更加功利一些，只選修那些目前對自己有用的課程。對計算機專業(yè)的學生而言，修一門有關理解大腦工作機理的課程顯得比較怪異，這與他們將來從事的IT工作似乎風馬牛不相及；為此，我們一方面需要從課程體制、培養(yǎng)計劃等方面引導學生重視基礎學科和交叉學科的課程，另一方面還需要考慮在現(xiàn)階段如何通過課程定位吸引計算機專業(yè)學生選修相關課程。

3.2 師資力量的挑戰(zhàn)

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

4 應對挑戰(zhàn)的措施

4.1 準確進行課程定位

為了使學生更容易接受計算神經(jīng)科學這一課程，我們首先需要給這一學科下一個恰當?shù)亩x。從狹義上講，我們建議將計算神經(jīng)科學定義為神經(jīng)科學、認知心理學和人工智能的交叉學科，三者之間的關系如圖2所示。人工智能是計算機學科的一個專業(yè)方向（這里的人工智能包含機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等各種智能計算的理論與方法），是計算機科學與神經(jīng)科學和認知心理學產(chǎn)生交叉的主要領域。相對于計算神經(jīng)科學的廣義定義，這一定義拉近了其與計算機專業(yè)學生的心理距離。

針對計算機專業(yè)的學生，該課程定位不能只是“理解腦”，還要強調(diào)“利用腦”，教師需要向?qū)W生強調(diào)：一方面人工智能為神經(jīng)科學和認知心理學提供研究的工具，另一方面后兩者的發(fā)展又反過來促進人工智能等信息領域的技術革新。學生理解了這一點，選修這一課程的積極性才會提高。計算神經(jīng)科學在計算機專業(yè)內(nèi)并不是一門孤立的課程，它其實要用到很多概率論、線性代數(shù)、機器學習、模式識別等領域的知識，與人工神經(jīng)網(wǎng)絡、人工智能、計算機視覺等學科有著緊密的聯(lián)系。計算神經(jīng)科學與清華大學計算機科學與技術系一些專業(yè)課程之間的關系如圖3所示，其中箭頭表示課程間的支持關系。

4.2 有效提高師資力量

一方面，我們要鼓勵教師進行計算神經(jīng)科學這一交叉學科領域的研究，培養(yǎng)該領域的杰出學者或從國外全職引進一批這樣的學者，這是解決師資力量不足的根本之道。如果在全職引進人才方面有困難，可以通過國家的各種引智計劃引進一批短期工作的學者，讓他們開設計算神經(jīng)科學方面相關課程，以便有志于此方面教學科研的本地教師參與學習，最終實現(xiàn)課程的本土移植。

另一方面，我們也可嘗試讓多個專業(yè)的教師同時講授這門課程。教師一起確定教學大綱，分工合作，各自講授涉及自己專業(yè)的那一部分內(nèi)容并適當向神經(jīng)科學靠攏。這樣做的優(yōu)點是較容易找到合適的教師并且每名教師不用花太多精力學習其他領域的知識，缺點是內(nèi)容會比較散，難以形成一個有機整體，更麻煩的是教師如果不專門從事計算神經(jīng)科學的研究，那么對于某些知識點則難以講透；因此這項措施只是權宜之計，一旦條件成熟，我們還是建議由從事計算神經(jīng)科學研究的教師授課。

5 教學內(nèi)容的選擇

由于計算神經(jīng)科學是一門交叉學科，涉及的知識點較多并且分布在很多學科里，因此要求學生將這些學科的課程全部學完后再學這門課程，顯然不現(xiàn)實也不必要。另外，將所有計算神經(jīng)科學的知識點都在課堂上講解一遍也不現(xiàn)實，這就涉及教學內(nèi)容的選擇問題。

5.1 教學內(nèi)容精而新

“精”強調(diào)對教學內(nèi)容的篩選，有兩個原則：一是重要的基礎知識必須講到，這些基礎知識包括神經(jīng)科學、數(shù)學、信息論、機器學習等領域的與計算神經(jīng)科學密切相關的基礎知識，這樣培養(yǎng)出的學生才能舉一反三；二是挑選有代表性的專題，如神經(jīng)元模型、有監(jiān)督學習、無監(jiān)督學習等，把每個專題講深入了，才能讓學生體會到這一學科的常規(guī)研究思路和方法，培養(yǎng)學生將來從事相關研究工作的能力。

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

5.2 教學內(nèi)容向計算機科學傾斜

教師在教學過程中不僅要強調(diào)揭開腦的奧秘，還要強調(diào)這些奧秘對于計算機科學的意義和作用。一方面挑選一些能讓計算機科學發(fā)揮重要作用和計算機專業(yè)學生體現(xiàn)優(yōu)勢的內(nèi)容，如神經(jīng)信號處理和人機接口，因為這些需要用到較多的模式識別技術；另一方面強調(diào)為我所用，挑選一些對計算機科學有用的內(nèi)容，如稀疏編碼、深度學習等在機器學習和模式識別領域受到廣泛關注的話題。

6 結(jié)語

計算神經(jīng)科學是一門新興的交叉學科，為了響應在國內(nèi)建立一流計算神經(jīng)科學的號召，對于科研和教學我們都不能忽視。目前國內(nèi)有能力開設計算神經(jīng)科學課程的學校還不多，即使有也只集中在醫(yī)學、心理學等院系，其定位一般側(cè)重于“理解腦”。長此以往，國內(nèi)對于腦科學的研究將面臨跛腳走路的尷尬境地，因為腦科學研究的另一任務——提高人工智能的水平將被忽略，因此在工科院系尤其是信息科學相關院系開設計算神經(jīng)科學方面的課程非常有必要。研究型高校應抓住機遇，從政策上鼓勵工科院系開設相關課程，這對于國內(nèi)學術界從容應對腦科學革命這一挑戰(zhàn)具有重要意義。

參考文獻：

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[4]羅嘉慶，周世杰，跨學科課程教學研究與案例[J]，計算機教育，2013（1）：11-13

篇6

關鍵詞：數(shù)字媒體技術；課程體系；實踐教學

0.引言

2003年，浙江大學在國內(nèi)首次開設數(shù)字媒體技術專業(yè)后，國內(nèi)各大高校根據(jù)自身的情況紛紛開設了該專業(yè)，其中有些是從計算機科學與技術專業(yè)或軟件工程專業(yè)設置數(shù)字媒體技術專業(yè)（如浙江大學、江南大學），有些是從藝術專業(yè)中分離出該專業(yè)（如中國傳媒大學），而有些則依托自身在通信領域的優(yōu)勢開辦該專業(yè)（如北京郵電大學）。這些高校在專業(yè)人才培養(yǎng)目標中均強調(diào)“技術與藝術的結(jié)合”“培養(yǎng)復合型人才”，但他們的側(cè)重點不完全一致，工科院校強調(diào)“以技術為主藝術為輔”，而藝術類院校則強調(diào)“以藝術為主技術為輔”，這就造成了目前該專業(yè)在人才培養(yǎng)目標上的不明確。2012年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》，原數(shù)字媒體技術專業(yè)和影視藝術技術專業(yè)從電氣信息類下分離出來成為新目錄中計算機類下的數(shù)字媒體技術專業(yè)，并規(guī)定該專業(yè)的培養(yǎng)目標是“培養(yǎng)德、智、體等全面發(fā)展，掌握數(shù)學與自然科學基礎知識以及與數(shù)字媒體相關的計算機科學與技術、信息與通信工程等學科的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法，具備良好的技術素質(zhì)和一定的藝術修養(yǎng)，能在互動媒體、媒體網(wǎng)絡、新媒體工程等領域從事系統(tǒng)設計、開發(fā)與應用工作的高級復合型人才?！毙履夸涍M一步規(guī)范了數(shù)字媒體技術專業(yè)的性質(zhì)、人才培養(yǎng)的基本要求以及培養(yǎng)的學生應該掌握哪些知識，應該具備什么樣能力，并要求在加強學生基本理論與方法的同時強調(diào)注重基本技能的培養(yǎng)。為此，在專業(yè)建設與教學過程中，必須增加實踐性強的課程，提高教學過程的實踐性，合理地開展實踐、實訓活動，給學生提供較多的參與實踐和鍛煉的機會。

1.數(shù)字媒體技術專業(yè)課程與實踐教學模式

數(shù)字媒體專業(yè)是實踐性很強的專業(yè)，在教學過程中既要制訂一套科學的課程體系，也要合理地安排實踐與實訓活動，這些對學校的軟硬件條件提出了較高的要求。那么如何利用有限的資源條件，讓學生在掌握較扎實的專業(yè)理論知識的同時為學生創(chuàng)造更多的實踐、實訓機會，是我們需要深入思考和研究的問題。結(jié)合江南大學數(shù)字媒體技術專業(yè)近幾年的辦學歷程，筆者以為，要全面提高專業(yè)課程教學和實踐教學水平，可從以下幾方面入手。

1.1創(chuàng)新科學的人才培養(yǎng)方案和課程體系

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

實現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標，不是僅靠一門或幾門課程所能奏效的，而要靠全部專業(yè)課程來協(xié)調(diào)和補充。課程體系是否合理，直接關系到創(chuàng)新人才培養(yǎng)的成敗。根據(jù)江南大學目前的專業(yè)優(yōu)勢，在課程體系的設置中借鑒國內(nèi)外的成功經(jīng)驗，在加強學科交叉與滲透的同時強調(diào)以計算機技術為主、藝術為輔的教學模式，以體現(xiàn)“藝工結(jié)合”的辦學特色。

為達到專業(yè)人才培養(yǎng)的目標，在課程設置中我們將課程分為通識教育課程、學科平臺課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)選修課程、集中實踐性環(huán)節(jié)以及素質(zhì)教育等6大類。其中，通識教育課程主要包括思想政治理論類課程、外語與自然科學基礎課程；學科平臺和專業(yè)核心課程主要是一些能體現(xiàn)專業(yè)特色的基礎必修課程和專業(yè)課程，包括一些藝術類課程，實現(xiàn)學科交叉與滲透；專業(yè)選修課程主要是一些專業(yè)拓展性課程，以激發(fā)學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，為學生個性化發(fā)展打下基礎；集中實踐性環(huán)節(jié)安排在短學期（每學年的第二學期）進行，主要是針對已學過的課程而開設的綜合應用與設計類課程，目的是加強學生的實踐動手能力，培養(yǎng)學生具有一定的自主創(chuàng)新應用能力，以充分展示學生的個性化。

在課程的建設與執(zhí)行方面，除通識教育課程外，對其他課程根據(jù)設置、知識點、課程內(nèi)容之間的關聯(lián)性等采用課程鏈和課程群的方式進行，主要分為以下5大課程群：

（1）藝術類課程：素描、色彩與綜合構成、藝術設計概論、平面設計、場景設計與表現(xiàn)、數(shù)字攝影與攝像及視頻特技與非線性編輯。

（2）程序與算法類：離散數(shù)學、程序設計I（c）、程序設計II、數(shù)據(jù)結(jié)構與算法分析、面向?qū)ο蠹夹g與語言C++、Java與對象分布技術、腳本編程技術、計算理論及云計算技術等。

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

（4）圖形圖像及應用類：計算機圖形學、數(shù)字圖像處理技術、高級圖形技術及應用、人機交互技術、流媒體開發(fā)技術、信息可視化、虛擬現(xiàn)實與數(shù)字娛樂、在線互動媒體技術、XML技術、數(shù)字安全技術及計算機前沿技術講座。

（5）網(wǎng)絡與動畫游戲類：計算機網(wǎng)絡、網(wǎng)站建設與網(wǎng)絡傳播、動畫原理與設計、動畫動力學與運動學、計算機動畫編程技術、移動媒體游戲設計及計算機游戲程序設計。

在以上課程體系中，要求各課程群內(nèi)的課程相關性較強并相互依托，而群間的課程相對獨立。通過對各課程群課程的設置、各課程的知識點與學分分配以及課程之間的內(nèi)容銜接等問題進行探討，可以加強不同課程間的銜接與協(xié)調(diào)，使課程設置更加合理，教學效果也會得到進一步提升。另外，按課程群進行課程體系建設，既可以充分發(fā)揮任課教師的專業(yè)特長，又能促進學生的個性化發(fā)展。

1.2強化動手能力的培養(yǎng)，推進實踐教學改革

實踐教學是高校教學的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重大環(huán)節(jié)，是對理論教學的驗證、補充和拓展，它始終貫穿于高等教育的全過程。實踐教學環(huán)節(jié)是創(chuàng)新課程體系的一個重要環(huán)節(jié)，能提高學生對理論教學的加深、提高和綜合運用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。建立完善的專業(yè)實踐教學體系，促進學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，我們從以下方面開展工作：

（1）完善實踐教學體系，積極開展課內(nèi)外實踐教學活動。制訂完善的實踐教學管理制度，加強對實踐課程的監(jiān)督與管理；編寫并適時修改實驗課程的教學大綱，推進實驗教學內(nèi)容、方法、手段及模式的改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的興趣及能力，在學生中開展研究性學習和創(chuàng)新型實驗的試驗。

（2）加強學生的實踐與實訓，做好校內(nèi)外實習基地的建設。實習基地是實施實踐教學環(huán)節(jié)的重要場所，是對學生進行專業(yè)技術技能訓練和解決實際問題能力的訓練。在校內(nèi)，結(jié)合數(shù)字媒體學院的辦學宗旨和人才培養(yǎng)目標，除平時課程的實驗教學外，利用短學期（每學年的第二學期）進行專業(yè)課程設計，主要涉及面向?qū)ο笳n程設計、人機交互課程設計、三維建模、計算機組成課程設計、圖像處理課程設計、互動媒體課程設計、網(wǎng)絡游戲課程設計等。由專業(yè)指導教師布置課程的設計內(nèi)容，要求學生在一周時間內(nèi)完成，最終以大作業(yè)或作品的形式提供成果，并評定成績。通過課程設計，能培養(yǎng)學生運用所學理論知識解決某些實際問題的能力和獨立工作能力。在校外，我們聯(lián)合企業(yè)建立多個實訓基地，為學生提供包括基本技能和綜合能力兩方面的真實的實踐環(huán)境。實訓期間，學生頂崗培訓，并要求企業(yè)指定實訓指導教師，負責對學生實訓期間的技能培養(yǎng)、團隊協(xié)作與溝通以及組織管理等方面的指導。通過實訓，不僅培養(yǎng)學生解決實際應用問題的能力，還能培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)、遵規(guī)守紀、團隊協(xié)作、市場競爭意識以及創(chuàng)新意識等綜合素質(zhì)。

（3）以項目為驅(qū)動，促進學生介入科研活動。以討論式教學、研究式學習、項目團隊等多種形式，引導學生開展多種學術觀點和思想的交鋒，追蹤本專業(yè)的最新發(fā)展前沿，提高自主學習和獨立研究能力。結(jié)合國家、省及校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，以項目的形式讓學有余力的學生通過自主選題或參與教師科研項目進行初步的探索性研究工作。在組建學生項目團隊時，要求團隊成員中既要有數(shù)字媒體技術專業(yè)的學生，也要有藝術專業(yè)的學生，以真正體現(xiàn)“藝工”結(jié)合的培養(yǎng)宗旨。這幾年的經(jīng)驗表明，讓學生參與科研項目，不僅培養(yǎng)了學生運用所學知識解決實際問題的能力，還能提高學生對專業(yè)的愛好及其學習激情和創(chuàng)新精神，讓學生在了解專業(yè)發(fā)展前沿的同時掌握從事科學研究的方法，為以后從事數(shù)字媒體工作打下了較好的基礎。

（4）切實加強畢業(yè)設計（論文）的組織與監(jiān)督工作。畢業(yè)設計（論文）環(huán)節(jié)是高校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標、強化學生專業(yè)知識和專業(yè)技能、提高學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是高等學校本科生教學計劃的重要組成部分，是理論與實踐相結(jié)合、教學與科研和生產(chǎn)相結(jié)合的過程，因此它有著任何課堂教學或教學實習所不可替代的功能，在培養(yǎng)高級專門人才過程中有著特殊的地位。為提高畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量，必須制訂完善的規(guī)范與標準，并對整個過程實行全程監(jiān)控。在畢業(yè)設計（論文）期間，我們將整個過程分為畢業(yè)生動員、學生選題、教師指導、質(zhì)量監(jiān)控以及評閱答辯等，時間從每年12月開始到次年的6月。指導教師由高級職稱或具有博士學位的教師擔任，根據(jù)專業(yè)要求及從事的科研工作每位指導教師確定題目，實現(xiàn)學生與教師的雙向選擇；學生選題后由指導教師下達具體的任務，系部組織學生開題；實行中期檢查制度，對學生的工作進程進行監(jiān)控；嚴把畢業(yè)答辯關。通過畢業(yè)設計（論文）環(huán)節(jié)，促進學生分析、解決實際問題和科學研究能力的提高，為他們走上工作崗位奠定良好基礎。

（5）開展多種形式的學術交流活動。為激發(fā)學生對專業(yè)學習的興趣，了解專業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)和社會對專業(yè)的需求，聘請國內(nèi)知名學者和行業(yè)專家為學生開展多種形式的學術和主題講座。學術專家可以就專業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展方向和最新的研究成果為本科生進行介紹，激發(fā)學生對專業(yè)的熱愛和科學研究的興趣；行業(yè)專家則介紹一些新興產(chǎn)業(yè)的相關信息和發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合行業(yè)進行一些技術培訓，讓廣大師生深入了解企業(yè)和社會的需求。組織學生參加“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽、信息技術競賽等科技競賽活動，鼓勵學生努力追求夢想、迎接挑戰(zhàn)，同時營造學院濃厚的學術氛圍，促進更加良好學風的形成。

實踐教學始終貫穿于高等教育的全過程，要不斷改進實踐教學的方法和形式，把理論教學與實踐教學擺在同等重要的地位；要通過引導吸引高水平教師從事實踐教學工作，加強實驗、實習與實訓、畢業(yè)設計（論文）等實踐教學環(huán)節(jié)；要加強產(chǎn)學研合作，充分利用國內(nèi)外資源，不斷拓展校際、校企、校所之間的合作，做好校內(nèi)外實習基地的建設；推進討論式教學、研究式學習、項目團隊等新型教學組織形式，提高學生自主學習和獨立研究能力。

篇7

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設發(fā)生了革命性的變化。而虛擬現(xiàn)實建模語言vrml正是相應其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構造出任意模型，從而實現(xiàn)城市規(guī)劃的預見。當然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點和不足，從而做進一步的改進和完善。本文正是基于這種技術和vrml開發(fā)工具實現(xiàn)了城市的仿真，能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可以從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設計意圖，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。

本文研究的主要是虛擬現(xiàn)實技術在城市規(guī)劃領域中的應用。意義在于針對現(xiàn)代城市建設的盛行，利用環(huán)境學、工程學、規(guī)劃設計等的綜合，將虛擬現(xiàn)實技術運用其中，實現(xiàn)對城市的仿真，更真實、鮮明、生動地展現(xiàn)城市面貌，便于對城市規(guī)劃的可行性研究，有利于城市的規(guī)劃，建設和完善。

 

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

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

 

keywords ：virtual reality；city planning；modeling；emulation

第一章  緒 論

1.1  什么是虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界（virtual world）的計算機系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術、傳感與測量、仿真、微電子等技術的綜合集成技術。用戶可以通過計算機進入這個環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對象并與之交互。

虛擬現(xiàn)實不是真的，也不是現(xiàn)實，它只是一個在桌面上可實時地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標驅(qū)動用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實可使計算機的運用更加有效、透明。根據(jù)設計者的構想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時間內(nèi)與現(xiàn)實環(huán)境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實是一門綜合技術，它以計算機技術為主，綜合利用計算機三維圖形技術、模擬技術、傳感技術、人機界面技術、顯示技術、伺服技術等，來生成一個逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自身的功能和一些設備，對所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察[1]。

虛擬現(xiàn)實有三大特點：浸沉感、交互性和構想性。

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

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

構想性指虛擬的環(huán)境是人構想出來的，因而可以用以實現(xiàn)一定目標的用途。

1.2  虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）是近來計算機網(wǎng)絡世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎技術。

虛擬現(xiàn)實的應用領域十分廣泛，主要在工程設計、計算機輔助設計（cad）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠程教育、遠程醫(yī)療、藝術創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。 web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實技術引起人們普遍的關注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個用戶可以進行基于文本的或是聲音技術的閑談，在網(wǎng)上建立一個真正的三維社區(qū)已不再只是夢想中的事[2]。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡通信特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至會改變?nèi)藗儗κ澜?、自己、空間和時間的看法。它是一項發(fā)展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網(wǎng)絡計算機及其相關的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數(shù)字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!

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

1.3  國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術的研究概況

美國是vr技術的發(fā)源地。美國vr研究技術的水平基本上就代表國際vr發(fā)展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

在當前實用虛擬現(xiàn)實技術的研究與開發(fā)中日本是居于領先位置的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模vr知識庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實硬件是從美國進口的。

在vr開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備（包括觸覺反饋）設計和應用研究方面，在歐洲英國是領先的。到1991年底，英國已有從事vr的六個主要中心，它們是windustries（工業(yè)集團公司），british aerospace（英國航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要從事vr職產(chǎn)品銷售）[3]。

和一些發(fā)達國家相比，我國vr技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展vr技術的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發(fā)展計劃等都把vr列入了研究項目。 在緊跟國際新技術的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。

北京航空航天大學計算機系是國內(nèi)最早進行vr研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡設計，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關單位的遠程連接[3]。

浙江大學cad&cg國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學計算機系已輕成功地虛擬出了人的高級行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調(diào)的向步等。

還有其他一些大學在虛擬現(xiàn)實發(fā)面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了?？傊?，雖然我們和其他一些發(fā)達國家相比還存在差距，但我國的發(fā)展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4  本文研究的主要內(nèi)容

本文主要是介紹了虛擬現(xiàn)實技術極其應用，及其相應的實現(xiàn)工具vrml語言。通過對城市的模擬設計，更深入的了解虛擬現(xiàn)實技術及掌握vrml語言的使用。

第一章主要講了虛擬現(xiàn)實技術的基礎知識、發(fā)展前景以及現(xiàn)今國內(nèi)外的發(fā)展狀況。以便讓讀者對虛擬現(xiàn)實技術有一定的了解。

第二章主要講了虛擬現(xiàn)實技術的實現(xiàn)工具vrml語言的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實與vrml的聯(lián)系以及vrml的創(chuàng)作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握vrml。

第三章是系統(tǒng)的概要設計，主要講了虛擬現(xiàn)實技術的應用和vrml的使用。通過介紹虛擬現(xiàn)實技術在城市規(guī)劃領域的應用，物理建模技術以及城市模型的概要設計，使得讀者對虛擬現(xiàn)實技術的了解更加深入和透徹。

第四章主要講了系統(tǒng)的詳細設計，主要是告訴讀者怎樣利用vrml語言實現(xiàn)模型的虛擬實現(xiàn)。通過本章的學習可以使讀者的運用vrml語言的能力大大增強。

第五章主要講了在系統(tǒng)的設計過程中遇到的問題及相應的解決方法。

第二章  vrml簡介

2.1  vrml的發(fā)展歷史

vrml使用場景圖數(shù)據(jù)結(jié)構來建立3d實境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構是以sci開發(fā)的open inventer 3d工具包為基礎的一種數(shù)據(jù)結(jié)構。vrml的場景圖是一種代表所有3d世界靜態(tài)特征的節(jié)點等級：幾何關系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點以及嵌套結(jié)構。幾乎所有的生產(chǎn)三維產(chǎn)品的廠商，無論是cad、建模、動畫、虛擬現(xiàn)實，還是vrml,它們的結(jié)構核心都是場景圖。

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

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

另一位sgi的原open inventor設計師paul strauss開始作一個vrml公共域的詞解程序，當時流行于業(yè)界的名字叫qvlib。這個程序的作用是把vrml的可讀文件格式轉(zhuǎn)換成瀏覽器可理解的格式。這個詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。

1996年8月在sgi的 moving worlds提案基礎上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎上進行了很大的補充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎制定的，于1997年4月提交國際標準化組織iso jyci/sc24委員會審議，依照慣例命名為vrml97。

1998年12月在原vrml組織的基礎上成立了web3d聯(lián)盟，致力于vrml ng標準的制定，并致力于制定x3d網(wǎng)絡三維標準。在x3d的旗幟下，vrml將結(jié)合java3d和xml等技術，成為internet上三維虛擬世界的主要標準。

2.2  vrml與虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實的英文名稱為virtual reality，簡稱vr，即利用計算機的高科技手段構造出一個虛擬的世界，使參與者獲得與現(xiàn)實一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實是一個在當今國際上倍受矚目的課題。

當計算機技術尚未出現(xiàn)的時期，仿真只能在實物上進行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點是：由于仿真是在實物上進行，因而實時性強且精度較高，但是實施的難度和費用都較大。在計算機技術問世且被引入仿真領域的初期，仿真技術步入了半模擬半數(shù)字的階段。這時系統(tǒng)中的一些部分由計算機代替，另一部分則由實物充當，所以，在一定程度上仍然保留著實時性仿真的特點[5]。

80年代后期，仿真在諸多方面都發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，仿真研究的對象已由連續(xù)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)。仿真已由重視實驗轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析。計算機已成為一種重要的仿真工具。計算機仿真是一門利用計算機模擬真實系統(tǒng)進行科學實驗的技術。

由于從強調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強調(diào)與圖形技術和對象技術結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強。就應用領域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學、運動學特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統(tǒng)的設計和運行，并進一步擴大到后勤供應、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到企業(yè)制造活動的各個方面。這些轉(zhuǎn)變明顯地說明，計算機仿真已經(jīng)進入了一個嶄新的發(fā)展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現(xiàn)實促進了仿真技術的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實是采用計算機仿真技術生成的一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環(huán)境，置身于該環(huán)境中的人們可以通過各種傳感交互設備與這一虛構的現(xiàn)實進行相互作用，達到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術、可視化技術、分布處理技術、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，使得建立人機一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，仿真因此形成一些新的發(fā)展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實仿真等[5]。

2.3  vrml原理

1.vrml對三維虛擬世界的描述

vrml規(guī)定了3d應用中大多數(shù)常見的功能。

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

基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder

    構造幾何形體：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid

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

    特殊造型：billbord、backgroud、text

基本幾何形體節(jié)點只能作十分有限的幾種造型，用點、線、面索引節(jié)點及拉伸節(jié)點就可以構造任意復雜的實體形狀。特殊造型節(jié)點可用于場景中的文字、背景顏色等設置。造型編組可以用來描述裝配關系，其中transform節(jié)點可以確定裝配位置、方向。

(2)真實感及渲染能力，通過提供豐富的相關節(jié)點的渲染，可以很精細地實現(xiàn)光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。

    光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight

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

    紋理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform

    霧：fog

    明暗控制說明：normal、normalinterpolator

    三維聲音：sound

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

(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點可以控制對三維世界的觀察方式。

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

    控制視點：viewpoint、navigationinfo

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

(4)動畫，vrml提供了方便的動畫控制方式。

關鍵幀時間傳感器：timesensor

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

這兩組節(jié)點的配合使用可以產(chǎn)生場景中的動畫效果，關鍵幀時間傳感器節(jié)點驅(qū)動線性插值器節(jié)點按時間順序給出關鍵值插值，這些插值就是關鍵震動畫時控制實置、狀態(tài)所需要的中間過渡值。

(5)細節(jié)等級管理及碰撞檢測：lod、collision

細節(jié)等級管理是對復雜實體的細節(jié)顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠離視點時不顯示或粗略顯示。vrml自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場景中的替身與實體的碰撞。

(6)超鏈接及嵌入：anchor、inline

這兩個節(jié)點使vrml可以由一個虛擬場景直接鏈接到另一個場景，或者將另一個場景中的實體嵌入自己的場景中。

2.vrml的執(zhí)行模式

通過使用vrml的script節(jié)點編程、與java間事件訪問和建立場景圖內(nèi)部消息通道能夠很方便的實現(xiàn)虛擬實體的交互和動畫功能。vrml場景圖可以接受兩種事件驅(qū)動：從路由語句傳過來的入事件及由外部程序接口寫入的直接事件。路由語句說明由場景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個節(jié)點的出事件域傳出的事件傳遞到一個節(jié)點的入事件域。場景中傳感器節(jié)點通常定義了觸發(fā)事件，它通過路由發(fā)送到場景圖的其他節(jié)點的入事件域。如傳感器節(jié)點的觸發(fā)事件直接傳遞到插補器節(jié)點產(chǎn)生關鍵值插值，也可以傳遞script節(jié)點進行運算處理產(chǎn)生關鍵值插值。script節(jié)點的處理過程就是javascript語法編寫腳本程序。script節(jié)點還可以通過url域引入java程序到其他需要的節(jié)點，比如傳送給實體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執(zhí)行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應，它應該能夠有讀取節(jié)點出事件域數(shù)據(jù)的接口[7]。

2.4  vrml的創(chuàng)作工具

創(chuàng)作vrml可以用你喜歡的文本編輯器，如windows95下的notepad，dos下edit等。當然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復雜的三維造型，如果vrml語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時也是無法完成的，幸運的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發(fā)了vrml文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創(chuàng)建一個三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對于復雜的三維造型vrml環(huán)境中顯示就不成問題了。

推薦讀者使用的vrml創(chuàng)作工具是vrmlpad，它是一種功能強大且簡單好用vrml開發(fā)設計專業(yè)軟件，其完全vrml97標準。vrmlpad可以對vrml文件進行瀏覽編輯，對資源文件進行有效的管理，并且提供了vrml文件的向?qū)?，可以幫助開發(fā)人員編寫和開發(fā)自己的vrml虛擬現(xiàn)實作品[8]。

 

第三章  系統(tǒng)的設計

3.1  虛擬現(xiàn)實技術在城市規(guī)劃領域的應用

3.1.1  概況

隨著全球知識經(jīng)濟的興起，信息產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，上至政府、軍隊，下到各企事業(yè)單位都開始重視信息技術的創(chuàng)新研究和長遠發(fā)展，并已經(jīng)或準備給予大量的投入。而作為信息技術發(fā)展重要驅(qū)動力的“虛擬現(xiàn)實”技術，也隨之成為人們關注的熱點之一。

由于城市規(guī)劃的關聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規(guī)劃到城市設計，在規(guī)劃的各個階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。vr技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用vr技術能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的[9]。

3.1.2  虛擬城市的有機組成

仿真的虛擬環(huán)境

類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項目進行真實的“再現(xiàn)”。但是vr技術建立的虛擬環(huán)境是由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。

多方式、運動中感受城市空間

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，可以全方位,多種樣式（步行、驅(qū)車、飛行、ufo等）,完全由用戶自由控制在場景中漫游。vr技術與傳統(tǒng)的三維動畫最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而vr技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質(zhì)量。

實時多方案比較

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

  三維空間信息交流

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數(shù)據(jù)接口與gis信息相結(jié)合，即所謂的vr-gis，從而可以在實時的虛擬環(huán)境中隨時獲取項目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復雜工程項目的規(guī)劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡信息相結(jié)合，實現(xiàn)三維空間的遠程操作。

公眾參與與方案展示

對于公眾關心的大型規(guī)劃項目，在項目方案設計過程中，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。

3.1.3  虛擬現(xiàn)實技術對城市規(guī)劃的影響

1．城市規(guī)劃管理

信息技術對城市規(guī)劃管理的影響主要表現(xiàn)在辦公自動化方面，目前的辦公自動化方面，目前的辦公自動化主要是提高城市規(guī)劃管理部門內(nèi)部的管理水平、質(zhì)量和效率。隨著社會的信息化，通過因特網(wǎng)可以建立城市規(guī)劃管理部門與城市建設者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)上報建，報建單位只要在本單位與因特網(wǎng)相連的計算機就可完成報建過程和提供所需的材料，規(guī)劃審批可以在因特網(wǎng)上完成。

規(guī)劃管理與規(guī)劃設計更緊密的結(jié)合，實現(xiàn)管理與設計的一體化，審批的結(jié)果可以電子數(shù)據(jù)的形式迅速的反饋給設計部門，而設計部門可盡快地將設計結(jié)果以電子數(shù)據(jù)的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網(wǎng)來完成。

通過因特網(wǎng)可以進行規(guī)劃評審，各地的專家可以在家里對規(guī)劃成果進行評審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實技術展現(xiàn)專家所需的各種信息（如建筑物三維動態(tài)模型），通過網(wǎng)絡會議交流意見，專家甚至可以實時與規(guī)劃師交流，提出自己意見和設想，并可以較快地通過建立數(shù)字模型加以證實[10]。

2．城市規(guī)劃設計

城市規(guī)劃設計將更廣泛應用cad和gis技術，而計算機圖形輸入技術的改進和智能化，五筆輸入技術，使規(guī)劃設計師進行設計更為方便，而不影響靈感產(chǎn)生。

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

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展與應用，使規(guī)劃設計成果的三維動態(tài)建模更加方便，設計成果更加形象和直觀。

在規(guī)劃設計和規(guī)劃審批中由于規(guī)劃成果的數(shù)字化，使得對各種規(guī)劃成果和方案的定量分析、模擬和預測成為可能，經(jīng)濟可行性分析也更為方便，促進規(guī)劃決策的科學化。

通過因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設計專家共同合作完成設計也將成為可能，這樣可以構建了一個不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設計事務所。

3．公眾參與

公眾可以通過因特網(wǎng)動態(tài)了解規(guī)劃設計方案和參與規(guī)劃審批，而且規(guī)劃方案與成果的表現(xiàn)形式由于采用虛擬現(xiàn)實技術和多媒體技術更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規(guī)劃師的意圖，公眾通過因特網(wǎng)發(fā)表個人的意見，與規(guī)劃師、管理人員和其它有關人員進行直接對話，使公眾參與更加有效，促進決策過程的民主化。

4．城市規(guī)劃研究與教育

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

因特網(wǎng)同時也將成為一個龐大的遠程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學生可以通過因特網(wǎng)利用多媒體技術學習城市規(guī)劃的理論與知識。

在信息時代，電子游戲也將成為一個很好的教育手段，城市規(guī)劃方面的游戲軟件將出現(xiàn)，可以對規(guī)劃設計與審批及城市建設過程進行模擬，使城市規(guī)劃學習及城市規(guī)劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。

總之，信息時代的到來，使人類構造了一個與現(xiàn)實世界相對應的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現(xiàn)實空間和由比特（bit）構成的信息空間(cyberspace)中，現(xiàn)實空間與信息空間的物理界面（interface）是由計算機及網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫構成的信息基礎設施，人們通過這一界面可跨越現(xiàn)實空間與一些時間的限制，了解現(xiàn)實世界的過去和現(xiàn)在，預測未來，進行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構造城市發(fā)展的藍圖，并通過建設者在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)。

3.2  物理建模技術

3.2.1  人工的幾何建模方法

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

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

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

3.2.2  自動的幾何建模方法

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

1．三維信息獲取技術

早期用于三維測量的是坐標測量機（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標準立體測量裝備。它將一個探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅(qū)動探針沿三個方向移動。當探針接觸物體表面時，測量其在三個方向的移動，就可知道物體表面這一點的三維坐標?？刂铺结樤谖矬w表面移動和觸碰，可以完成整個表面的三維測量。其優(yōu)點是測量精度高。其缺點是價格昂貴，物體形狀復雜時的控制復雜，速度慢，無色彩信息。

機械測量臂借用了坐標測量機的接觸探針原理，把驅(qū)動伺服機構改為可精確定位的多關節(jié)隨動式機械臂，由人牽引裝有探針的機械臂在物體表面滑動掃描。利用機械臂關節(jié)上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標。因為人的牽引使其速度比坐標測量機快，而且結(jié)構簡單，成本低，靈活性好。但不如光學掃描儀快。也沒有彩色信息。faro和immersion公司提供這類產(chǎn)品。

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

基于計算機視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復形狀法，從運動恢復形狀法，結(jié)構光法，編碼光法等。其中的結(jié)構光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設備的基礎。這些方法可以分為被動式和主動式兩大類。被動式法的代表是立體視覺法。主動式法的代表是結(jié)構光法，編碼光法。光學掃描的裝置比較復雜，價格偏高，存在不可視區(qū)，也受到物體表面反射特性的影響[11]。

用于獲得物體內(nèi)腔尺寸的方法之一是工業(yè)ct。它以高能x射線對零件內(nèi)部進行分層掃描。它的缺點是精度不高，價格昂貴，且存在放射性危害。

美國cgi公司生產(chǎn)的自動斷層掃描儀（automatic cross section scanner, acss）可以克服這些缺點。但要求對被測物體進行破壞。

2．三維掃描系統(tǒng)的關鍵技術

在硬件和控制技術方面，掃描運動的伺服裝置要求精度高，運行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機械掃描是當前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。

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

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

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

定標技術方面，確定有關的裝置參數(shù)就是定標。它與計算模型和誤差模型有關。定標精度和可靠程度直接影響測量精度。定標還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標問題。

3.3  城市建模

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

3.3.1  總體建模

總體建模初步構造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎之上對局部布景的詳細設計,是個逐步細化的過程。

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

運行效果如圖3-1。

圖3-1 背景圖

上圖只是一個非常非常粗略的框架，在此之上，用transform節(jié)點創(chuàng)建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。transform節(jié)點是一個組節(jié)點。transform節(jié)點包含一個子節(jié)點列表，這些子節(jié)點可以是shape節(jié)點、group節(jié)點或transform節(jié)點。在transform節(jié)點中的所有子節(jié)點將在transform節(jié)點的坐標系原點處建立。該節(jié)點包括位置的確定、造型節(jié)點的旋轉(zhuǎn)軸和方向、造型節(jié)點大小的縮放比例及縮放旋轉(zhuǎn)軸，以及形體造型的構造等，它的功能比較強大，使用相對簡單。transform節(jié)點在放置場景中的對象并確定其方向時具有很大的靈活性。transform節(jié)點也是一個形成vrml場景層次結(jié)構的基礎節(jié)點。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節(jié)點box構成的，只是在大小，位置，方向上做了相應的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。

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

圖3-2是設置后的運行效果。

圖3-2 簡單的樓房

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

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

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

圖3-3 樹

圖3-4 綠化的城市

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

3.3.2  局部建模

局部建模也稱為細致建模，具體步驟如下。

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

                                     圖3-5 小車

草坪建好了，也要為其進行裝飾，因此在上面放了凳子和一個供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個球體，并在草坪的四角各放了一個半球。為了體現(xiàn)國民的保護環(huán)境意識，在草坪的邊上有放置了一個圓柱形的垃圾箱。在此基礎之上，為了體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實世界的動感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補器corlorinterpolator和時間傳感器timesensor來實現(xiàn)的。corlorinterpolator節(jié)點是vrml提供的附加的插補器節(jié)點，利用它可以構造色彩的變化效果。corlorinterpolator節(jié)點在它的key和keyvalue域中使用一系列關鍵時刻值和色彩值。corlorinterpolator節(jié)點通過在兩個色彩值中內(nèi)插，來計算一個中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。timesensor節(jié)點可以像時鐘一樣標記時間的流逝，還附加有定時發(fā)送相關時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關，開始及結(jié)束一些過程。通常與插補器、傳感器聯(lián)合使用。timesensor節(jié)點能夠作為任何組的子節(jié)點。

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

圖3-6 奇異的草地甲

圖3-7 奇異的草地乙

虛擬現(xiàn)實，也就是模擬現(xiàn)實，使得呈現(xiàn)的景象和現(xiàn)實世界的一樣逼真。在這了，本人將要設計的城市的四個游樂場所中的一個做了一點變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當替身與游樂場的距離在一定范圍內(nèi)時，中間的立方體會自動的旋轉(zhuǎn)一定的角度。這種變化是如何實現(xiàn)的呢？其實很簡單，這里使用了臨近傳感器proximitysensor。臨近傳感器感知觀察者進入并在一個空間的長方體區(qū)域中移動的時間。當觀察者接近區(qū)域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當觀察者離開時停止這個動畫。proximitysensor節(jié)點能夠作為任何組的子節(jié)點。并且它可以感知觀察者何時進入、退出和移動魚當前坐標系內(nèi)一個長方體區(qū)域。可以檢測到觀察點接近的信號，利用它可控制其他操作。

一個城市只有高樓沒有平房也是不切實際的，本人又在城郊建立了幾個平房區(qū)。每個平房也是由簡單的幾何造型節(jié)點box構成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標拉動一個角度的。房門轉(zhuǎn)動是通過圓柱傳感器cylindersensor的實現(xiàn)的。cylindersensor節(jié)點可以感知一個觀察者的拖動動作，并且計算旋轉(zhuǎn)軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標的動作轉(zhuǎn)換成適于操作造型的輸出。cylindersensor節(jié)點可以是任何組節(jié)點的子節(jié)點，它可以感知觀察者在組及子節(jié)點的任何造型上的動作。通過將傳感器節(jié)點的輸出路由到transform節(jié)點來引起造型物體的旋轉(zhuǎn)。平房區(qū)建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個圓錐體組成的，只是遠近和大小不同，顏色也做了調(diào)整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結(jié)果如圖3-8。

圖3-8 山與平房

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

圖3-9 人

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

設計的最終結(jié)果如圖3-10。

圖3-10 美麗的城市

以上就是虛擬現(xiàn)實技術的應用，是基于vrml技術的，在整個設計和建模過程中，要求設計者有很好的邏輯構想思維方式，時刻以城市規(guī)劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術和vrml技術，理解城市規(guī)劃的要領，能夠靈活的運用vrml語言，達到舉一反三的程度。

四章  系統(tǒng)的編碼實現(xiàn)

本設計是以虛擬現(xiàn)實技術為基礎，應用vrml語言實現(xiàn)的城市環(huán)境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個城市模擬視圖圖4-1。

圖4-1 城市運行圖

在這里的核心技術是vrml語言。在第二章已經(jīng)對vrml語言做了簡要的介紹，這里就不再贅述。

編碼實現(xiàn)的過程實際上是如何應用vrml語言的建模過程，編碼設計的核心也是vrml語言。在這里，對編碼的實現(xiàn)過程作一下簡要的介紹。在城市的模擬過程中，許多造型都是用簡單的造型節(jié)點構造的，用到的簡單造型節(jié)點有立方體box，圓錐體cone，球體sphere和圓柱體cylinder，盡管它們比較簡單，但是它們是基礎造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個編碼實現(xiàn)過程。

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

    background{

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

      skyangle [1.309,1.571]

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

      groundangle [1.309,1.571]

}

directionallight節(jié)點是用來設置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設置方向，下面的例子中所設定的方向為光線沿著y軸負方向照射。相當于光線是從頂部照射下來的。

directionallight {

  direction 0 -1 0

}

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

navigationinfo{

   type "fly"

   speed 1.0

   headlight false

   avatarsize [0.25,3.2,3.0]

}

transform節(jié)點是一個組節(jié)點，該節(jié)點包括一個子節(jié)點的列表。這些子節(jié)點可以是shape節(jié)點、其他group節(jié)點或transform節(jié)點。translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節(jié)點的變換影響的子節(jié)點。這個節(jié)點是整個程序設計中的基礎節(jié)點，幾乎每一個模型的建立都用到了transform，因此，對transform的靈活運用尤為重要。下面的例子使用transform節(jié)點設置地面。

transform {

  translation 0 -24 0

  children[

    shape{

      appearance appearance{

         material material {diffusecolor 0.4 0.25 0.2,}

      }

geometry box {size 400 48 400}  } ] }      

viewpoint節(jié)點是視點定義節(jié)點，定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。position用來設置視點的位置，它是一個三元值，jump域決定了視點的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。orientation域是一個四元值，前三個值指定了視點的旋轉(zhuǎn)軸，第四個值說明了旋轉(zhuǎn)角度的正負。description域的值指定了一個用于描述視點的文本串。下面是一個關于視點aa的例子。

def aa viewpoint {

  position    25 5 70

  jump false

  orientation 0 1 0 0.4

  description "aa"

}

在vrml編程中，group節(jié)點也是一個很重要的節(jié)點。group節(jié)點提供了最簡單的節(jié)點編組，可以包含任意數(shù)目的子節(jié)點，與一個沒有轉(zhuǎn)換域的transform節(jié)點相當。該節(jié)點與transform節(jié)點一樣，也有一個children域。它用來收集節(jié)點和創(chuàng)建不需要實施變幻的層次結(jié)構。似乎有了transform節(jié)點，group節(jié)點并沒有什么用處。但有時在對一個整體進行操作時，以transform節(jié)點組織的整體相比group節(jié)點組織的整體并不能顯示出優(yōu)勢。如果在使用傳感器或插補器節(jié)點時，祖作為一個整體，可以使用def來給它定義一個名稱，并且在vrml文件中使用use重復的引用。

一個組可以具有任意數(shù)目的成員，成為子節(jié)點。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節(jié)點的組節(jié)點被稱為父節(jié)點。因為組節(jié)點可以其他的組，一個組的父節(jié)點可能是一個更高一級組的子節(jié)點。高級組的父節(jié)點可以是一個更高級組的子節(jié)點。從此上溯直到最高級父節(jié)點，稱為根節(jié)點。造型可以組織在一起來創(chuàng)建更大、更復雜的造型。由于group節(jié)點和transform節(jié)點很相似，在這里就不再舉例子了。

以上介紹的幾個節(jié)點是vrml語言的核心節(jié)點，整個程序的設計都是通過這些節(jié)點的不同設置和組合來實現(xiàn)的。除此之外，還有兩個重要的工具，這就是節(jié)點名定義def及引用use，這是vrml世界提供給我們的兩個避免重復勞動的工具，節(jié)點命名是以關鍵字def加上所命名名稱在一起，置于節(jié)點類型定義之前開完成的。這兩個說明符可以放在任何允許節(jié)點的地方。use語句并不是復制該節(jié)點，而是把該節(jié)點再次插入它所在的場景圖。節(jié)點名只在本文范圍內(nèi)有效。

總之，系統(tǒng)的編碼實現(xiàn)就是利用vrml中的基本造型節(jié)點對已經(jīng)涉及好的模型進行的模擬實現(xiàn)過程。在這個過程中，需要設計者能夠熟練的掌握和運用vrml語言，懂得融會變通，才能使預想創(chuàng)建的模型得以實現(xiàn)。

當然，vrml中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續(xù)學習和探索，筆者在這里就不再過多描述了。

第五章  系統(tǒng)的測試與分析

5.1  系統(tǒng)的測試

隨著程序的逐步完成，系統(tǒng)的測試也開始了。系統(tǒng)的測試采用的單元測試法，即逐步測試的過程。將程序分成若干個程序模塊，單獨進行測試，觀察結(jié)果，與預期結(jié)果進行對比。當發(fā)現(xiàn)問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進式的整合成幾個較大的模塊，重復上面的工作，最終形成整體的模塊，構成城市的整體建模。

5.2  測試中遇到的問題

在測試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。

問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。

問題二：在程序的編碼過程中，當對一個簡單的形體造型節(jié)點進行紋理貼圖時，運行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。

問題三：在運行界面的標題欄添加境界信息時，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。

問題四：程序中的許多節(jié)點的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進行正確的定位，本人總是在這個方面大費周章。希望可以找到一個好的方法來解決這個問題。

問題五：程序中的許多route與語句的使用總是和預想的存在差距。

當然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進行深入的探究，希望有興趣的人繼續(xù)努力。

5.3  問題的解決方法

對于第一個問題，通過察看資料以及對其他程序的研究，本人認為，應該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應該就行了，經(jīng)驗證結(jié)論成立。

對于第二個問題，本人經(jīng)過細心研究，反復實驗，終于找到了答案。由于不同的vrml瀏覽器對圖片的識別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應的圖片格式，就可以實現(xiàn)貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發(fā)現(xiàn)了這些。

對于第三個問題，經(jīng)過本人的細心研究發(fā)現(xiàn)，有些vrml瀏覽器提供特殊菜單選項來顯示虛擬空間的標題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標題定位于瀏覽器窗口的標題欄?？梢栽诳臻g使用任意多的worldinfo節(jié)點。但只有第一個worldinfo會被瀏覽器顯示。因此，在使用worldinfo節(jié)點時只要針對不同的瀏覽器采用相應的準則就不會出錯或不合心意了。

對于第四個問題，在vrml世界中，內(nèi)層節(jié)點的定位可以說是獨立于外層節(jié)點的。一旦外層節(jié)點定義好了，就可以只考慮內(nèi)層節(jié)點了。當然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構想，也許需要多多練習，熟能生巧。

對于第五個問題，route的使用是一門技術，需要初學者多看一些相關的書籍和例子，掌握其中的要領和規(guī)律，還要多多練習。俗話說的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習。

以上這些只是筆者個人的一點見解，由于知識有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。

結(jié)論

“虛擬現(xiàn)實技術的應用---基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現(xiàn)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術在城市規(guī)劃建設中的作用，它能夠減輕設計人員勞動強度，縮短設計周期，提高設計質(zhì)量，節(jié)省投資。而vrml在實現(xiàn)城市規(guī)劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實現(xiàn)任意模型的虛擬，虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢也才得以實現(xiàn)，使得城市的設計布局合理、美觀，支出價有所值。

在該設計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運用vrml和虛擬現(xiàn)實技術，就必需扎實的學習vrml語言和虛擬現(xiàn)實技術的基礎知識。隨著科學技術的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在各個領域都顯示了其特殊的作用。時代的發(fā)展也使得我們掌握虛擬現(xiàn)實技術成為一種時尚的潮流。

設計的過程就是一個發(fā)現(xiàn)問題---解決問題---發(fā)現(xiàn)問題---解決問題的循環(huán)反復過程，但是它讓學習的人逐步進步，就好像滾雪球一樣，一點一點，越滾越大。通過“虛擬現(xiàn)實技術的應用-----基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現(xiàn)，本人在vrml語言的運用以及對虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展方面有了很深的了解，受益匪淺。當然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續(xù)研究。

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篇8

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

1改革思路

專業(yè)人才培養(yǎng)方案是對人才培養(yǎng)的目標與規(guī)格、內(nèi)容與方法、條件與保障等培養(yǎng)過程和方式的描述和設計，是確定課程體系和課程標準、安排教學內(nèi)容、組織教學活動的總體設計和計劃，是實施人才培養(yǎng)工作的綱領性文件[1]。認真制定人才培養(yǎng)方案，對規(guī)范人才培養(yǎng)過程、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標起著舉足輕重的作用。面向卓越工程師的培養(yǎng)計劃，其培養(yǎng)的核心是卓越的工程設計能力、工程實踐能力和工程創(chuàng)新能力，不同行業(yè)的卓越工程師有不同的教育規(guī)律和培養(yǎng)特點。結(jié)合我校辦學的條件以及卓越工程師的培養(yǎng)理念和要求，我們明確了本次修訂培養(yǎng)計劃的思路：①明確應用型工程人才培養(yǎng)目標；②以培養(yǎng)工程能力為目的，強化實踐教學；③注重創(chuàng)新教育，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神；④構建以能力為核心的模塊化課程體系，彰顯辦學特色；⑤堅持統(tǒng)一性和多樣性相結(jié)合，促進學生個性發(fā)展；⑥體現(xiàn)校企合作的辦學理念突出“工學結(jié)合”的人才培養(yǎng)模式。

2具體做法

2.1明確面向卓越工程師的專業(yè)培養(yǎng)目標

專業(yè)培養(yǎng)目標回答了“把教育對象培養(yǎng)成什么樣的社會角色和具有什么知識、能力和素質(zhì)結(jié)構”這個根本性問題，對整個專業(yè)活動起導向和規(guī)范作用，是人才培養(yǎng)方案中的靈魂。“卓越計劃”中指出，本科階段建議培養(yǎng)應用型工程師，主要是在現(xiàn)場從事產(chǎn)品的生產(chǎn)、營銷、服務或工程項目的施工、運行、維護。應用型人才又可劃分為工程型、技能型和技術型三種類型[2]，不同類型的人才在具備的知識能力、素質(zhì)方面有共性但也有特性，不同類型應用型人才在專業(yè)發(fā)展層面?zhèn)戎攸c不一樣。工程型人才要將科學原理及學科知識轉(zhuǎn)化為設計方案或設計圖紙，主要從事設計、規(guī)劃和決策工作，強調(diào)工程管理能力。對數(shù)字媒體技術專業(yè)來說，主要是培養(yǎng)具備統(tǒng)籌、策劃、管理能力的人才，如編導、制片、游戲策劃、設計師、創(chuàng)意總監(jiān)等。如果不具備市場調(diào)研能力、對系統(tǒng)工程的掌控能力、對作品的分析評價能力、出眾的協(xié)調(diào)能力等，就很難勝任這些角色。對于這一層次類型的人才培養(yǎng)，需要有高質(zhì)量的教師和研究隊伍、高水平的研究課題與研究成果做保障。技能型人才是在生產(chǎn)一線或工作現(xiàn)場通過實際操作將工程型人才設計出來的方案、計劃、圖紙等轉(zhuǎn)變成具體產(chǎn)品的人才，他們主要從事實際操作或具體運作，側(cè)重于職業(yè)崗位的具體操作，強調(diào)動作技能和經(jīng)驗技能,如動畫師、渲染師、模型師、特效制作等技能型人員。技術型人才是介于工程型人才和技能型人才之間的一種人才，具有較強的綜合應用知識和技能解決現(xiàn)場實際問題的能力，側(cè)重于生產(chǎn)、管理和服務等方面技術應用開發(fā)與現(xiàn)場管理，主要從事組織管理操作活動并處理操作過程中的技術問題，從人力資源結(jié)構的層次來看，這類人才居于決策層和操作層之間的執(zhí)行管理層。如將游戲引擎開發(fā)、數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)能力為主的人才定位于技術型，就需要建立產(chǎn)學研相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，注重實踐性和行業(yè)性。“卓越計劃”要求高等工程教育克服單純技能型人才的誤區(qū)，因此面向卓越工程師的數(shù)字媒體技術專業(yè)人才的培養(yǎng)目標不能僅僅定位在技能型人才培養(yǎng)上，而要側(cè)重于技術型人才培養(yǎng)，并不斷向工程型人才提升。

2.2完善人才培養(yǎng)規(guī)格與要求

“卓越計劃”通用標準中指出，培養(yǎng)規(guī)格具體體現(xiàn)在知識、素質(zhì)和能力3方面的培養(yǎng)要求。卓越工程師所具有的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構的特點是知識面廣，專業(yè)理論基礎扎實，專業(yè)技術能力強，有良好的思維能力和技術運用、推廣和轉(zhuǎn)換能力，能夠分析、提出方案并解決工程實際問題，能夠參與生產(chǎn)及運作系統(tǒng)的設計，并具有運行和維護能力，具有較強的創(chuàng)新意識以發(fā)明新技術、創(chuàng)造新產(chǎn)品。參照這一通用標準，修訂專業(yè)培養(yǎng)方案時，遵循“以知識為基礎、以能力為中心、以素質(zhì)為目標”的原則，完善人才培養(yǎng)規(guī)格與要求。2.3重構與培養(yǎng)目標相一致的課程體系專業(yè)培養(yǎng)目標和人才培養(yǎng)規(guī)格最終是通過完善的課程體系來實現(xiàn)的，課程體系是培養(yǎng)方案最核心的內(nèi)容，也是專業(yè)特色的具體體現(xiàn)。學生所學的知識、能力和素質(zhì)在很大程度上是由相應的課程體系決定的。由此可見，課程體系的構建是人才培養(yǎng)方案中的一項重要工作。在重構課程體系時，需注意以下4點。1）充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，突出特色課程體系。高校各專業(yè)人才培養(yǎng)的特色都是要以課程體系的特色來體現(xiàn)的，要辦有特色的專業(yè)首先要有有特色的課程體系。通過對部分高校數(shù)字媒體技術專業(yè)培養(yǎng)方案的分析，我們發(fā)現(xiàn)許多高校的課程設置大同小異，并沒有依托學校已有的學科基礎、師資力量、軟硬件條件，發(fā)揮自身的優(yōu)勢，凸顯自己的特色。我校數(shù)字媒體技術專業(yè)設置在信息科學與工程學院下，教師隊伍在數(shù)字圖像處理、游戲程序設計、計算機視覺、虛擬現(xiàn)實與可視化等方面有著豐富的教學經(jīng)驗和研究成果，在此基礎上整合其他學院的教師資源，引進優(yōu)質(zhì)專業(yè)師資。因此，在課程的設置上偏重于游戲編程方向，同時依托“山東省智慧礦山信息技術重點實驗室”和“山東省高校數(shù)字礦山與軟件技術重點實驗室”，結(jié)合校企合作項目，開展虛擬現(xiàn)實與仿真方向的課程，體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢和專業(yè)特色。2）精心選擇課程，優(yōu)化整合知識結(jié)構?！白吭接媱潯钡囊粋€特點就是強調(diào)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，而以往數(shù)字媒體技術專業(yè)課程體系過于講究學科自身結(jié)構，過于追求理論知識的系統(tǒng)性和完整性，導致課程設置過細、過多，將各種課程“大拼盤”，課程之間聯(lián)系較少，很少有融合的態(tài)勢，從而使課程體系失去整體功用、價值和特色，在這樣的課程體系下很難培養(yǎng)出卓越工程師。我們在制定培養(yǎng)方案時，按照“理論知識夠用、專業(yè)技能夠強、突出實踐”的指導思想，適當調(diào)整教學內(nèi)容，運用系統(tǒng)的思想，突出知識結(jié)構的系統(tǒng)性，將相關課程有機融合，實現(xiàn)課程體系的整體優(yōu)化，避免出現(xiàn)“拼盤式”課程所帶來的“知識孤島效應”；盡量減少課程的門數(shù)，以避免課程間的重復；增加綜合性課程的比例，有利于提升學生綜合應用知識的能力；刪除陳舊、過時的知識，增加新的內(nèi)容；將理論性較強的課程重組，與工程實際密切結(jié)合。如在原有的培養(yǎng)計劃中，對攝影技術與藝術、圖像藝術設計兩門課程單獨開設，在這一次的培養(yǎng)方案中將其合并為數(shù)字攝影與藝術設計課程；將原有的攝錄像技術、影視編導與制作兩門課程合并為數(shù)字攝像與后期合成課程；將原有的藝術性專業(yè)比較強的課程進行刪減、整合，將素描、構成、色彩整合為藝術設計基礎課程等。3）構建模塊化課程體系，依據(jù)學生的興趣、能力不同進行差異化培養(yǎng)。以往的課程體系，講究大而全，采用泛泛的整體施教模式培養(yǎng)數(shù)字媒體技術人才，對學生的個體差異考慮不足，不能根據(jù)學生自身的優(yōu)勢和特長施教，學生學習的主動性和積極性受到影響。我們在培養(yǎng)方案調(diào)整的過程中，立足卓越工程師的培養(yǎng)要求，按照“按需設計、夯實平臺、差異培養(yǎng)、分向發(fā)展”的新思路對課程體系進行重構，形成一個“厚基礎、寬方向、重實踐、強個性”的模塊化課程體系?；谠撜n程體系，采用差異化的培養(yǎng)模式，體現(xiàn)“以學生為本”的核心理念，有效地滿足學生個性化發(fā)展的需求，以此提高整個專業(yè)的培養(yǎng)水平。所謂模塊化，是指將教學活動組合成不同的主題式教學單位，模塊化課程體系的一種表現(xiàn)形式是“平臺＋模塊”[3]，是分別按照對學生的共性和個性要求進行設計和構建的。在這種課程體系中，平臺中的課程是學生必須學習和掌握的，反映了人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和全面發(fā)展的共性要求，平臺之間相互關聯(lián)，層層遞進。模塊課程是一種以能力為本位,以人才需求為導向的課程,按照課程與職業(yè)領域?qū)P系劃分，學生根據(jù)自己的興趣、愛好和特長自由選修，體現(xiàn)了人才培養(yǎng)的多元化和學生個性發(fā)展的要求。結(jié)合我校的辦學優(yōu)勢和師資條件，突出自身辦學特色，我們將后續(xù)的課程體系分為影視制作與特效、游戲開發(fā)、移動應用開發(fā)以及虛擬現(xiàn)實與仿真4個不同模塊，不同模塊執(zhí)行不同的培養(yǎng)方案和考核方式，4）以能力為導向，構建三層實踐教學體系，增加實踐教學在課程體系中的比重?！白吭接媱潯钡奶攸c主要體現(xiàn)在注重對學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，實踐教學是卓越工程師人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用。數(shù)字媒體技術專業(yè)具有很強的技術性、實踐性、工程性等特點，如不重視實踐教學，必然會影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，在培養(yǎng)方案的制訂中，我們注重以能力為導向，以“學用結(jié)合”為指導思想，增加實踐教學的比重，構建了從基礎實驗、綜合實踐到科研創(chuàng)新的3層次實踐教學體系?；緦嶒瀸嵺`教學模塊為第一層次,目的是讓學生熟悉和掌握與專業(yè)相關的基本知識和技能。為了更好地提升學生的實踐能力，本著“理論夠用”的原則，理論學時數(shù)和實驗學時數(shù)基本相同，我們對實驗內(nèi)容進行整合，增加設計性、綜合性的實驗比例，更好地培養(yǎng)學生運用理論知識分析和解決問題的能力。第二層次的綜合實踐教學模塊包括課程設計、綜合性項目開發(fā)以及實習、實訓、畢業(yè)設計等，這一層次的綜合實踐教學是在第一個層次的基礎上，進一步強化學生解決問題的能力，著重培養(yǎng)學生在數(shù)字產(chǎn)品設計、制作和組織管理等方面的創(chuàng)新能力,要求學生完成查閱資料、設計方案、詳細設計或制作、撰寫設計報告等全過程,培養(yǎng)和訓練學生將所學的基礎理論和專業(yè)知識應用于實際的數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)過程。此外，更注重培養(yǎng)學生的團隊意識和合作精神，提升溝通能力和團隊協(xié)作能力?！白吭接媱潯钡娜筇攸c之一就是倡導行業(yè)、企業(yè)深度參與到培養(yǎng)過程中。企業(yè)能提供真實的工程環(huán)境供學生實習和實訓，我校實習、實訓等環(huán)節(jié)采用校企聯(lián)合培養(yǎng)的模式，與東軟集團、青島軟件園、青島動漫產(chǎn)業(yè)園等企業(yè)合作。我校實行的短學期制（設專門的夏季小學期），為綜合實踐教學以及安排到企業(yè)去實習提供便利，學生可相對集中地開展項目和課題。第三層次的科研創(chuàng)新實踐教學模塊，以創(chuàng)新能力為目標,主要以課題小組的形式實施。該層次的實踐教學主要有學生參加教師科研項目、各種類型的專業(yè)大賽等學科競賽等,學生根據(jù)自己的專業(yè)興趣和特長，自己組建團隊、設計課題、開展創(chuàng)新性的研究工作。通過不斷探索與理論教學緊密結(jié)合的實踐教學體系，加大實踐教學課的比例，突出技術應用型人才“厚基礎、重實踐、強能力”的特色，努力將實踐能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的始終，體現(xiàn)出卓越工程師的培養(yǎng)要求。

2.4靈活多樣的教學組織形式和考核方式

數(shù)字媒體技術專業(yè)的大部分課程具有較強的實踐性、應用性，單一的教學組織形式并不滿足教學需求，應根據(jù)實際教學需要采取靈活的教學組織形式，包括班級授課、工作室及實訓等。對于基礎知識和入門內(nèi)容，采取班級授課的傳統(tǒng)形式，在面向班級進行集體教學時，可以采用項目教學法和案例教學法等進行教學，將典型的小項目在課程中貫穿講解，幫助學生打好基礎。對于拓展的知識內(nèi)容，則會適當選擇“翻轉(zhuǎn)課堂”形式來進行。成立工作室實際上就是一種小組教學的形式，根據(jù)不同的專業(yè)方向組成不同的工作室。在每個工作室中，具有相同專業(yè)興趣愛好的學生，形成一個學習共同體進行技術交流與合作，在教師的指導下參與到實際項目的設計與開發(fā)中，以達到應用型工程人才培養(yǎng)的目的。實訓則借鑒其他高?！罢堖M來”和“走出去”的形式，既可以在小學期期間請企業(yè)的專業(yè)人員在校內(nèi)實習基地中模擬企業(yè)環(huán)境，按照企業(yè)的實際項目或虛擬項目對學生進行項目實戰(zhàn)，也可以在大四學年把部分學生送到企業(yè)中去實習，跟進具體的企業(yè)項目，提高他們的實踐能力。為了鼓勵學生的創(chuàng)新和實踐能力，我們也設置了靈活多樣的考核方式，對參與國家級、省級等各類權威的、與專業(yè)相關的競賽以及校企合作形式的實習、實訓進行認定，允許學生進行學分互換。