虚拟现实及应用(精选12篇)
虚拟现实及应用 篇1
摘要:虚拟现实技术与媒体传播相融合, 让大众体验到了更加真实震撼的感觉。本文就虚拟现实技术在媒体传播中的作用及应用展开了叙述。
关键词:虚拟现实技术,媒体传播,作用,应用
虚拟现实技术起源于20世纪50年代到20世纪70年代, 到20世纪80年代末后, 该技术逐渐发展起来, 并在近几年新兴于众多行业, 其在媒体传播中的应用已经屡见不鲜。
1 概述
虚拟现实技术 (即Virtual Reality, 简称“VR”技术) , 又称作幻真或灵境技术, 是一种运用计算机创造一种虚拟世界, 让大家有一种身临其境的感觉。这种技术用计算机打造一个模拟现实的虚拟环境, 再通过传感器让使用者进行听觉、视觉以及触觉等多方面的情境体验, 使人真正而且直接地参与其中, 真实感受这个模拟世界。
虚拟现实体验者仅仅需要戴上一些技术装备, 头盔和眼镜等均可, 就能够亲自置身于这项技术创造的各式场景中。这项技术主要由控制、仿真反馈、处理和信息显示系统构成, 其中控制系统能够监测人的运动还包括键盘、鼠标等装备, 仿真反馈系统用于反映人的感觉例如视觉、听觉以及触觉等, 信息显示系统包括显示器、音响以及三维座椅等。
2 特点
1) 沉浸感。是指利用计算机, 借助相关设备用户可以亲自置身于模拟环境中, 能切实感受真实的虚拟世界。参与者能够真实感受到这个虚拟世界中发生的所有事情, 让体验者有一种在现实生活中的感觉, 因此能够完全沉浸在这个虚拟环境中。
2) 交互性。是指用户可以使用专业的设备, 比如电脑键盘和鼠标等对虚拟环境中的情景进行交互, 从而对该环境中的事物进行主观操作, 并且计算机能够通过用户的肢体、语言还有运动对虚拟环境中的图像和声音等进行调整, 使用户能够跟随自己的意愿控制虚拟环境中的对象, 使得用户的感受更加逼真形象。
3) 自主性。是指处于虚拟环境中的事物依照现实生活中的运动规律进行活动, 是客观而且真实的。
4) 多感知性。是指这些技术不仅让用户有视觉、听觉感受, 还有触觉、味觉、嗅觉等感受。
3 虚拟现实对媒体传播的影响
1) 创新媒体传播途径。虚拟现实技术改变了传统的媒体传播途径。利用报纸、电视新闻、互联网报道等, 读者可以了解所播报新闻的详细情况, 但只能凭借想象来知晓整个事件的发展, 而虚拟现实技术可以将读者带到模拟的现实情境中, 全方位的感受事件的发生发展, 并从多个角度感受事件, 体验事件的真实场景。例如, 2016年的两会上, 《人民日报》就采用了虚拟现实技术以及360度相机来进行会议的全程播放。利用这项技术, 全国网友仅仅通过打开客户端, 再戴上专业眼镜, 就可以看到整个会议期间的多维空间动态, 就像自己也在会议现场一样, 可以全方位的感受到会议过程中各个角度的现场情况, 包括任意一个座位, 任何一位代表的神情, 都可以看得清清楚楚。除此之外, 好多其他省市的融媒体也开始使用VR技术播放会议内容, 受到了网友们的一致好评。
2) 提高热点新闻事件的关注程度。媒体传播使用VR技术以后, 受众者对新闻事件的关注度上升。人们更青睐于用这种新颖的方式来全方位多角度的感受事件的发生发展过程, 增加自己对事件的理解和感受, 增加了网友们的吸引力, 激发了兴趣, 一定程度上提高了人们对热点事件的关注度, 更有利于会议内容和会议精神的传播和领会。此外, 通过这项技术, 网友们更能强化人民当家作主的信念, 对会议内容有更加清晰细致的理解, 同时身临其境感受会议现场, 对参会代表起到了监督作用, 也能对舆论进行有效引导, 有利于国家政策措施的有效实施。
3) 推动媒体传播和科学技术的融合发展。VR技术的有效利用, 能加快相关科技的发展, 促进相关科技产业的不断进步, 同时加快媒体传播速度, 有利于媒体行业与高科技相结合, 增加了媒体行业的竞争力。如今在国内, 已经超过90家公司开发利用了VR技术, 而像腾讯和阿里巴巴等互联网巨头也相继开发了VR体系。2016年的两会中, 乐视网利用乐视手机VR应用开设了两会VR直播专区, 使两会直播更加权威和全面[1]。《纽约时报》在去年创建了NYT VR虚拟现实平台, 给每个读者免费赠送了Google Cardboard眼镜。该报不仅与当代科技接轨创新自己的平台, 并且也在创新自己的商业模式[2]。
4 虚拟现实技术在媒体传播中的应用
1) 在电影中的应用。 (1) 环幕电影。环幕电影的银幕呈现360度环形, 多台摄影机和放映机同步工作, 是利用VR技术产生的一种新型电影。观看环幕电影时, 观众随意站在整个场所的中央, 不仅有360度全景式画面播放时的视觉效果, 还有全方位的立体声音效, 会让观众有一种置身其中的感觉。 (2) 球幕电影。球幕电影使用的是超广角鱼眼镜头, 银幕是半球形的, 演播厅是圆顶的。观众站在演播厅中, 银幕就像苍穹一样, 因而又称为“穹幕电影”或“圆穹电影”。这种电影也有立体声音效, 因此, 观众在观看的时候, 也有一种真实的现场感觉。 (3) 4D电影。它是在3D电影的基础上, 将影片场景中的震动, 吹风、气味、下雨、下雪等融入其中, 使观众能真实感受影片中的各种场景效果, 使观众有一种身临其境的感觉。
2) 在电视中的应用。 (1) 对虚拟场景进行建模。利用相关软件比如CAD、3DMax软件等, 对场景中的每个物体进行虚拟建模, 并进行渲染, 使建模在各个方面都更加真实形象。 (2) 对摄像机机位进行跟踪。有机械传感器法和图形识别法。前者是利用传感器机械式的收集图像, 后者是对摄入的视频进行图形识别处理, 根据影像上的有关变化对机位进行有效确定, 还能利用超声波、激光和红外线等测定机位的具体位置[3]。 (3) 生成虚拟背景。三维虚拟场景中, 处理运动和再生背景图像序列要许多计算工作。要想收获满意的虚拟背景, 不仅要完成图像的合成并跟踪色键控制器, 而且要确保广播级的图像质量。 (4) 合成虚拟图像。先将前景图像中的人物和背景分离出来, 将其与三维背景合成起来。
5 结论
虚拟现实技术与媒体传播的相融合, 带给人们不一样的全方位体验, 吸引了大众的眼球, 也让更多的媒体行业开始创新报道方式, 推动了媒体传播行业的发展, 也进一步加快了科技发展的进程。但是由于该项技术自身的一些局限性, 比如制作成本过高, 媒体报道的题材较少, 使用者使用相关设备会感到不舒服等等, 这些原因在一定程度上对这项技术的发展有制约作用, 如何打破发展瓶颈, 最终普及应用, 还需要我们更加努力。
参考文献
[1]李文君.虚拟现实技术给新闻媒体业带来的尝试与思考——以2016年全国“两会”报道为例[J].新闻研究导刊, 2016, 7 (9) :58-59.
[2]史安斌, 张耀钟.虚拟/增强现实技术的兴起与传统新闻的转向[J].新闻记者, 2016 (1) :34-41.
[3]马选民, 张海洋.浅析虚拟现实技术在媒体中的运用[J].计算机光盘软件与应用, 2012 (5) :170-171.
虚拟现实及应用 篇2
张明磊
摘要:本文对基于云计算的桌面与应用虚拟化进行了阐述,并结合海关对外接入的现状,提出海关对外接入模式改进的方案,对海关移动办公指导方案提出建议
关键词:虚拟化;桌面;应用;对外接入; 1 桌面及应用虚拟化技术 1.1 桌面及应用虚拟化技术
1.1.1 桌面及应用虚拟化技术简介
桌面虚拟化是一种基于服务器的计算模型,它是指将计算机的桌面进行虚拟化,以达到桌面使用的安全性和灵活性。桌面虚拟化技术概念最早由虚拟化厂商VMware提出,目前已经成为标准的技术术语。虽然借用了传统的瘦客户端的模型,但是让管理员与用户能够同时获得两种方式的优点:将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理;同时用户能够获得完整PC的使用体验。用户可以通过客户端,或者类似的设备在局域网或者远程访问获得与传统PC一致的用户体验。
应用虚拟化,技术原理是基于应用/服务器计算A/S架构,采用类似虚拟终端的技术,把应用程序的人机交互逻辑(应用程序界面、键盘及鼠标的操作、音频输入输出、读卡器、打印输出等)与计算逻辑隔离开来。在用户访问一个服务器虚拟化后的应用时,用户计算机只需要把人机交互逻辑传送到服务器端,服务器端为用户开设独立的会话空间,应用程序的计算逻辑在这个会话空间中运行,把变化后的人机交互逻辑传送给客户端,并且在客户端相应设备展示出来,从而使用户获得如同运行本地应用程序一样的访问感受。
桌面及应用虚拟化是在物理服务器上安装虚拟主机系统,由虚拟主机系统模拟出操作系统运行所需要的硬件资源,如:CPU、内存、网卡、存储等。操作系统运行在这些虚拟的硬件资源之上,可以达到多个操作系统共享物理服务器的硬件资源,从而提高资源利用率。虚拟桌面的存储和执行(包括操作系统、应用程序和用户数据)都集中在数据中心,用户使用终端设备通过远程协议(如:RDP、ICA、PCoIP)进行访问。桌面虚拟化将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理;同时用户能够获得完整PC的使用体验。用户可以通过瘦客户端,或者类似的设备在局域网或者远程访问获得与传统PC一致的用户体验。是一种仅将操作系统桌面呈现在用户面前的技术,由服务器端完成运算。可以结合服务器虚拟化和应用虚拟化进行。
1.1.2 桌面、应用虚拟化技术功能及差异
桌面及应用虚拟化解决方案提供的功能主要包括基本功能、用户使用便利要求、应用虚拟化、维护管理和可靠性等方面。其中,基本功能包括多种方式接入、支持无差别的多应用访问、支持多虚拟机、支持主流操作系统、支持主流存储技术;用户便利使用要求包括系统可随时随地访问且支持个性化桌面,支持SSO,支持网络存储空间的动态分配,支持音频输入输出等;应用虚拟化指将应用程序从底层操作系统分离出来,支持虚拟桌面与应用软件虚拟化间的无缝集成; 桌面虚拟化与应用虚拟化的区别类似于C/S、B/S应用程序架构的区别,桌面虚拟化需要在客户终端上安装客户端应用,部署较应用虚拟化复杂,但性能优于应用虚拟化,能方便实现复杂客户端功能;应用虚拟化部署快捷,能方便实现对用户虚拟化应用的限制,安全性能高。
1.1.3 桌面及应用虚拟化技术优势
桌面及应用虚拟化优势在于一是能快速、灵活部署,能按需申请、快速发放、无需搬运沉重的PC主机,统一接入、随时随地访问;二是能提高资源利用率,能统一管理后台数据中心资源,并统一进行调度管理,将资源的利用率最大化;三是数据存放安全可靠,数据存放在后台数据中心,安全可靠。且访问虚拟桌面时在网络上传输的都是图片信息,不易被他人通过网络窃取信息;四是维护便利:瘦终端无须软件维护;虚拟桌面维护工作可在后台统一进行,非常便利。1.2
桌面及应用虚拟化技术现状近年来,桌面虚拟化业务在国内开始蓬勃发展,很多公司、机构用户均已经采用桌面虚拟化技术来替代传统PC的使用。其发展势头有超过服务器虚拟化的趋势。
近几年来,海关在逐步推广服务器虚拟化的同时,也在积极开展桌面虚拟化的探索,“海关信息化十二五规划”中也对海关桌面虚拟化推广做出了部署。
当前在桌面虚拟化领域,主要有三个厂商,也是主要的服务器虚拟化厂商:
微软(Microsoft)
微软的桌面虚拟化技术一种利用了桌面的VPC产品创建和“下载”虚拟机镜像,而实际上提供给用户使用的是安装在虚拟机中的应用,目标是用来解决桌面系统对遗留应用不兼容的问题;另一种采用VDI方案应该是真正意义上的桌面虚拟化或者精确地说是虚拟桌面解决方案。
思杰(Citrix)
思杰作为应用虚拟化领域的绝对领导者(2007年份额在70%以上),由于桌面虚拟化的本质更接近应用虚拟化,其独有的高效的ICA协议和积累了20年的对外设重定向等技术的积累,使得其在桌面远程(包括广域网和互联网)访问的效率和外设的广泛支持性上,占有绝对的领先位置。尤其最新推出的HDX技术,能够广泛地支持标准USB设备,双向语音(VOIP应用),高清视频播放,使得虚拟桌面的体验真正达到了和PC类似的水平。
而在后端,其成功的对服务器虚拟化厂商XenSource和无盘工作站厂商Ardence的兼并,使之具有独立的服务器虚拟化平台,和更加灵活的虚机管理方式(使用单一的镜像技术批量动态生成虚拟机),加之其自有的应用虚拟化产品,使得整个桌面逻辑组成部分实现了完整的分离,实现了彻底的虚拟化,最大程度上地实现了灵活性。
VMware Vmware作为服务器虚拟化的老大,为了拉动其虚拟服务器的销售,并扩大产品线,也有自己的桌面虚拟化产品View。其后台架构在Vmware Sphere上,虚拟机的远程访问使用了自有的PCOIP协议(与传统的远程桌面协议相比,PCoIP提供了与真实PC机相媲美的用户体验,并兼容99.99%的应用程序以及外设),而应用虚拟化方面,兼并了原名Thin install的厂商,现在更名叫Thinapp。实现了与Citrix类似的架构体系。
由于Vmware服务器虚拟化龙头的地位,推动桌面虚拟化也是顺风顺水,尤其是在其服务器虚拟化产品的技术优势之上,例如采用内存over commit技术,可以提高服务器上同时运行桌面的数量等等。随着Thin App的加入,使用“流”方式的应用部署结构,虽然只实现了微软App-v功能,或者Citrix XenApp产品中的“stream”功能,但是一定程度上实现了应用的拆离,使得整个体系变得灵活了很多,大大弥补了架构上的不足,整体的得到了很大的提高。2 海关对外接入现状分析 2.1 海关对外接入现状
海关的对外接入方案主要遵从《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》(2007年发布)、《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》(2009年发布)。《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》将对外方式分为数据交换、授权用户访问两种建设方式。其中数据交换采用数据多级数据交换的方案实现,而授权用户访问采用多级控制的方式实现经海关授权持数字证书的用户访问缓冲区域的应用。《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》规定外部网络都不能与业务管理网直接相连,必须采用VPN经对外接入局域网接入业务管理网,接入客户端都在联接业务管理网后,无法同时访问互联网。外接入局域网必须配置客户端信任检测系统(TDS)或健康检查系统以及访问控制机制。
2.2 存在的问题
近几年来,海关各单位都是遵循以上两份指导方案开展海关外联及移动办公项目建设,基本保证海关系统安全,但随着新技术的的发展,海关及外联单位(包括地方政府、进出口企业等)的需求多样化发展,在具体应用中,各海关普遍反映《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》、《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》存在不少问题:
一是各种安全方案、措施堆砌,系统过于臃肿。以上《指导方案》中的方案或要求的设备实现的安全功能有重叠部分,如《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》要求的多级数据交换的方案并未能成倍的加强系统的安全性能,但却造成部署困难、传输节点过多、故障发生的概率增加、故障点难于确定、方案建设费用过高等问题。二是难于适应新技术的发展。随着移动技术的发展,以手机、平台为终端的移动设备已成为移动设备主流,《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》中要求客户端健康检查、客户端管理等功能,现阶段根本没有科技公司提供相应解决方案;随着技术进步,很多安全设备都具有多种安全功能,这为用户简化方案设计、减少投入提供便利,但海关方案规定过于呆板,各安全设备所处位置太固定,以上优化难于实施;海关指导方案以数据交换为基础,云计算、3G网络等新技术要求实时连接方案难于开展。
笔者认为要解决以上出现的问题,需重新重视对安全原则把握,宽泛对安全细节、安全设备选择等规范,重新整合《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》、《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》两个方案,加强对各关安全理念指导,实现既能保障安全,又能满足海关不断发展的业务和技术要求。3 采用桌面及应用虚拟化技术对外接入方案改进
笔者在长沙海关移动办公项目建设中采用了桌面和应用虚拟化技术,在遵循《海关管理网对外接入局域网安全建设指导方案》、《海关移动办公系统网络接入建设指导方案》建设原则的基础上,对以上指导方案的建设细节进行改进,较好的实现了实时数据传输与移动终端等用户的安全接入。3.1 项目需求简介
“长沙海关移动办公系统”是基于电信3G无线网络,同时借助最新的移动通信技术,通过长沙海关对外接入局域网进行数据交换及授权应用访问而开发的移动办公系统;该移动办公系统具有3G智能终端的移动性、便捷性和普及性,方便广大海关关员在任何时间、任何地点随时访问内部办公系统,及时获取内部动态信息,并快速处理日常事务;同时该移动办公系统还能为关领导及部分处领导提供及时处理系统公文的能力。3.2 桌面接入方案介绍
该项目终端(笔记本、台式机、手机、平板等)接入采取双VPN机制,一个IPsecVPN负责接入安全与加固,一个SSL VPN负责与桌面虚拟化服务器通讯,外部接入终端(带用户Usbkey)只有拥有两个VPN证书方可与桥头堡终端服务器实现联通。
桥头堡安装Windows2008终端服务器,负责桌面虚拟化用户桌面环境存储和处理,SSL VPN兼做应用虚拟化管理服务器,管理员可在VPN虚拟化管理服务管理器上设置各用户可运行的Windows2008终端服务器上的应用。
一般用户不到Winsows终端界面,他使用浏览器连接进入VPN虚拟化应用服务器界面,只能看到被授权应用的应用程序界面,浏览器将远程用户界面的鼠标、键盘的操作传输到终端服务器,服务器将
对外接入局域网外部网络手机、PDA(安全缓冲区)管理网VPN安全管理中心(集中监控)无线接入用户有线接入用户Internet客户端管理服务器(健康检查)短信平台互联网专线ACS认证服务器(AAA)防火墙FWIPsecVPN防火墙FW桥头堡终端服务器管理网服务器对外接入路由器SSL VPN界面图形传回用户浏览器,网络传输过程只有加密图形,无实际数据。3.3 方案优点
该方案能利用桌面及应用虚拟化实现系统笔记本、台式机、手机、平板等终端用户快速、灵活部署,统一接入、随时随地访问;能提高资源利用率,能统一管理后台数据中心资源,并统一进行调度管理,将资源的利用率最大化;数据存放安全可靠,数据存放在后台数据中心,安全可靠。且访问虚拟桌面时在网络上传输的都是图片信息,不易被他人通过网络窃取信息;维护便利,虚拟桌面维护工作可在后台统一进行,非常便利 4 结束语
虚拟现实及应用 篇3
关键词:钻探设备;钻探技术;矿产勘查;创新应用
中图分类号:TD712
文献标识码:A
文章编号:1000—8136(2009)32—0018—02
1钻探设备及钻探技术现状
矿产资源紧缺的状况已有目共睹,如何加强矿产勘查,保证矿产资源供给已迫在眉睫。经过几十年地质工作者的不懈努力,如今表层矿床已经勘查和开发的差不多了,21世纪面临的多为深层地段的探矿,这种深层矿层钻探勘查对取心(样)、钻进速度、工程成本、安全防护等方面有更高的要求。对面深层矿产的勘查,除了理论支持以外,钻探验证至关重要。在系统勘探矿床的地质情况下,探明和圈定地下矿体的边界线,了解矿产品质时,在配合地下坑探工程在深部大致了解矿床的延伸情况及矿床地质情况时,都离不开钻探。钻探工程一直是矿产勘查的重要技术方法之一,是直接从地下岩层获取实物样品的唯一途径。但是应该看到,我国目前存在钻探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探效率低等诸多问题。因此,加强矿产资源的勘探开发,大力推进钻探技术与装备的现代化,研究开发先进钻探技术、装备是十分迫切的。
2钻探设备及技术创新对策
(1)研发深孔全液压动力头岩心钻机及配套设备,解决我国深部矿产勘查中的关键钻探设备问题,形成具有我国自主知识产权的、先进的深孔全液压动力头岩心钻探装备系列,缩小我国岩心钻机与国际先进水平的差距,实现我国岩心钻探技术的跨越式发展。目前,许多国家已经普遍将这种第三代岩心钻机运用于深层矿产勘查,深孔可达3000m,钻进效率高。而我国现在广泛运用的地质岩心钻机还是第二代,即液压立轴式岩心钻机,且少有改良,明显落后于时代。如广西地矿局在某矿区先是运用国产立轴式钻机,小时钻探进尺仅1m左右,这类钻机钻进效率低下,后来采用国外进口的全液压动力头钻机,在同样条件下小时进尺则达3m多,钻进效率提高了3倍。目前,欧美一些发达国家在这类机型的研制开发及应用上明显领先于我们,我国今后一段时期地质勘查任务相当繁重,应当加快研究、开发自动化岩心钻机的步伐。
(2)研发并大力推广应用最新钻探技术。从被誉为钻探技术第一次革命的金刚石绳索取心技术,到被列为第二次钻探技术革命的反循环连续取心(样)钻探技术,从“八五”期间重大成果之一的空气泡沫钻探技术的推广应用,到最近10年技术越来越成熟的受控定向钻探技术及岩心定向技术的突破性进展,从中都能看到钻探技术的一个个清晰的发展轨迹,但其中有一个重要的现实是,各种对各种钻探新技术的研究及推广运用在全国各地很不均衡。这其中有这样或那样的原因,在此不细究,只求对策。笔者认为,不管是企事业内部还是外部都需要产、学、研三者“结合”且需常“结合”,各方通力合作,创新运用已有钻探技术于生产实践当中,密切跟踪及掌握最新钻探技术及工艺,研究钻探施工过程中的难题和困境有了成果再反哺生产实践,研发和应用两手抓两手都要硬,以适应新形势下在深层找矿时对钻探技术的相应要求。
(3)加快培养高素质钻探技术人员及先进钻探设备的推广应用。目前,我国许多地质钻探技术人员和工人缺乏施工操作经验,不少人甚至对过去常规的钻探操作,如金刚石钻进与绳索取心技术都不会或掌握不好,也少有深孔钻探技术经验,其工作难度可想而知。如广西地矿局曾在桂北2个大型铅锌矿实施了2个750m的钻孔,当钻探超过300m地质结构变繁杂技术操作难度加大时,年轻的钻工技术过不了关,只能请退休的老机班长来。试想一下,一个连常规的钻探技术和设备都不能掌握的技术人员又怎能指望他去运用先进的钻探装备呢?新型的地质装备技术含量高、价格昂贵,必须培养具有相应文化素质和实际工作经验的技术人员和工人来掌握使用。
3钻探新技术在矿产勘查中的应用实例
(1)钻探技术应用愈来愈专业化。其专业化主要呈两种表现方式:第一,在矿种方面趋于专业化,如膨润土矿钻探、硅藻土钻探、铝土矿钻探、砂矿钻探、高岭土矿钻探、盐并钻探等。第二,在施工区域方面趋于专业化,如卵砾石层钻探、黄土地区钻探、水上钻探、污染地区钻探、河谷区钻探、冻土层钻探等。近年来我国加大投资力度向地质找矿勘查倾斜,特别加强铁矿、煤炭的勘查,许多新技术的运用也更多地在这两个领域得到实践,如在煤炭勘查方面,已有大批勘察单位采用MRD钻探技术,它可以取芯、可以在坚硬岩石里定向运动,先垂直向下,然后水平钻进,按你的要求轨迹运行。简单地说,如果有一个事先打好的孔,它可以摸到那个孔位。这种技术还在石油和天然气勘察中得到广泛运用,由此可见,其专业化在矿产勘查中的作用越来越明显。
(2)众所周知,在西部很多地区存在干旱缺水、地层破碎漏失的地质特性,钻探施工时如果按传统做法采用水作为循环液,那么施工过程中需要配备专门的供水车,而且要到很远地方拉水,这样一来成本非常高。仅供水的施工费用就占总施工费用的好几成,即便同期采用了节水钻探技术,因供水造成的成本高的状况仍然难改观。这类极端缺水地区钻探的难题,直到开发了空气组合新型钻探技术才算是得以解决。它属于非传统节水钻探方法的创新突破,充分利用空气无处不在的特点,以空气或仅消耗少量水的泡沫液作为循环介质,将当前先进高效的空气钻进与绳索取心钻探技术有机结合起来,钻探效率要比水钻的钻探效率高60%~100%,成本将降低到30%~50%。由此可见,新技术应用带来的可观经济效益。
(3)在众多胶结松散、振动易碎的地层中,历来取心率很低,大概为10%~30%,传统钻具所取出的“岩心”,仅有几个砾石而已,松散胶结物皆被冲蚀、磨损,往往使地层被误判,上下层位被颠倒。这些问题多年来一直困扰着钻探界的技术人员,直到研制出射流式双管钻具后才得以解决。此技术的应用,不但钻探采心率大幅提高,而且能较完好地保持地层原状的结构。用射流式取心工具采取的岩心为柱状,采取率为90%以上,地质资料被完整地采取上来。多年的实践证实,这项技术在这类地区的钻探施工应用具有里程碑式的意义。
4结束语
虚拟现实及应用 篇4
一、虚拟现实技术在舞蹈教学中的应用现状
(一)国外应用现状
虚拟现实技术能够构建一个立体的三维虚拟世界,对参与者的行为动作做出反馈,从而带给参与者一种如临其境的感受,所以,虚拟现实技术被广泛应用于模拟实践中。由于虚拟现实技术在动作捕捉与动作轨迹跟踪矫正方面有着显著优势,所以被逐渐应用于舞蹈教学之中。比如舞蹈同步教学虚拟系统,通过同步展示舞蹈动作、配乐、文字解说及舞谱等,引领使用者进入三维信息空间,使用者可以自由切换舞蹈教学信息,从而加深对舞蹈动作与技巧的感悟。此外, 国外还有一种现代舞学习系统,即预先在系统中设计虚拟人,再通过虚拟人来展示舞蹈动作,这一系统中也设计有教师的反馈评价,对使用者提高舞蹈技能提供很大的帮助。
(二)国内应用现状
我国将虚拟现实技术应用于舞蹈教学的实践仍处于探索阶段,国内对虚拟现实系统的开发除了舞蹈教学之外,还兼顾舞蹈动作的开发、舞蹈排练等多个方面。比如舞蹈模拟可视系统,建立有虚拟人与虚拟动作资料库,使用者可以按照自己的意愿进行舞蹈动作开发、舞蹈动作改编等,同时也可以把它作为舞蹈教学的辅助工具。此外,还有舞蹈虚拟现实技术,可以分析舞蹈动作的规律与方法,为使用者提供练习参考。[2]相信在不久的将来,虚拟现实技术在舞蹈教学的应用会取得突破性的进展。
二、虚拟现实技术在舞蹈教学中的设计要求
(一)虚拟现实技术在使用方面的设计要求
虚拟现实技术应用于舞蹈教学要克服的最大难题是如何营造逼真的立体三维舞蹈教学空间,让学生真实地感受到舞蹈教学的氛围。因此,虚拟现实技术在舞蹈教学中的应用一定要做到画面逼真、教学灵活及舞蹈资源丰富等以满足舞蹈教学的需求。确保学生通过虚拟现实系统可以捕捉到细微的舞蹈动作,且能够从不同的角度观察同一舞蹈动作的形态,学生还可以将自己的舞蹈动作录入虚拟现实系统,利用系统的人机交换技术获取反馈评价,以此来提高自身的舞蹈技能。
(二)虚拟现实技术在功能方面的设计要求
虚拟现实技术应用于舞蹈教学要求具备舞蹈演示、动作跟踪与捕捉及反馈等功能。舞蹈演示是舞蹈教学中最基本的教学方式,虚拟现实系统需预先制作好动作资料库,再根据资料库中的数据制作三维舞蹈动画以供学生观摩,并在演示过程中进行动作解读,即改变舞蹈演示的角度与速度。虚拟现实系统还能够实时捕捉学生模仿的舞蹈动作并与系统中虚拟教师的动作进行比对,找出其中的差异以供学生参考, 从而提高学生学习舞蹈的效率。此外,虚拟现实系统还能够对学生的舞蹈动作进行分段反馈评价,有助于学生及时纠正自己的舞蹈动作。
(三)虚拟现实技术在系统组成方面的设计要求
为了满足舞蹈教学的使用要求与功能要求,虚拟现实系统应该具备三维舞蹈演示系统、舞蹈动作跟踪与捕捉系统、 舞蹈动作资料库及舞蹈反馈系统。三维舞蹈演示系统主要是制作三维舞蹈动画、视频以供教学观摩;舞蹈动作跟踪与捕捉系统主要是获取学生的舞蹈动作信息,并通过系统比对找出学生舞蹈动作与系统虚拟教师的差异;舞蹈动作资料库有助于学生自己编排舞蹈或将自身舞蹈录入系统中观看效果等;舞蹈反馈系统则是对学生的舞蹈动作进行分段纠错或打分,并将不正确的舞蹈动作投影到屏幕上进行细节分解播放。虚拟现实技术应用于舞蹈教学,要求这四部分系统能够进行有机结合,以提高舞蹈教学效率。
三、结束语
虚拟现实及应用 篇5
关于知识如何形成的观念(知识形成观),是教育领域里一个基础性的观念。近些年来,随着经济和社会日新月异的发展,随着电脑和网络等现代化信息技术的迅猛普及,随着终身教育的重要性和紧迫性日渐凸显,人们对现行学校教育的诸多弊端开始深刻反思,并追根溯源,追问到关于“人的知识究竟是如何形成的”这一基础性问题上来了。目前,关于这一问题的认识,正在不断深化。
一、知识形成观的变革
知识是如何形成的?传统的观念认为,知识是客观事物在人脑中的反映,换句话说,外在即客观的事物反映到人的大脑中,就形成了知识。这种知识形成观的内涵是:
(1)知识是客观事物的反映;
(2)知识具有绝对的客观性;
(3)知识是全社会通用的、古往今来普遍成立的,是外在于个人的存在物。由此可知,传统的知识形成观强调“反映”,强调“客观性”、“普遍性”。
事情果真是这样的吗?让我们从个体认识具体事物的过程开始做一些分析。
你看见桌上摆着一个你从未见识过的新奇的东西,你试图去认识它,这个认识过程可以划分为3个阶段。首先,你要用眼睛去察看它、用鼻子去嗅嗅它、用耳朵去听听它、用手去触摸它。总之,用你的各种感官去获取有关它的各种信息。它的各种信息从它所在的位置传递到你的视网膜、耳膜、鼻腔和皮肤,这是第一阶段,这是一个物理过程。然后,这些信息从你的各种感官传递到你的各种神经中枢,这是第二阶段,这是一个生理过程。最后,这些信息从你的各种神经中枢传递到你的大脑的某个核心部位(这个核心部位的奥秘,人类至今尚未揭开),在这里,所传入的信息被赋予“意义”,这是第三阶段。这是一个心理过程。
在第一阶段(物理过程)中,信息传递必定存在着“物理失真”,而且每个人的失真情况是不一样的,因为当时当地每个人的具体环境是不一样的;在第二阶段(生理过程)中,信息传递也必定存在着个体差异,因为每个人的生理素质是不一样的;在第三阶段(心理过程)中,信息传递的个体差异更加突出,导致对传入的信息所赋予的“意义”可能就大相径庭了。可见,在认识过程的3个阶段中都存在着个体差异。尤其是在第三阶段,个体差异起着尤为重要的作用;甚至对同一认识对象,不同的人可能赋予差别极大的“意义”。这也就是古往今来人们常说的“仁者见仁,智者见智”了。
为什么对同一认识对象,认识的结果会不一致,甚至可能出现非常大的差别?皮亚杰用他的“发生认识论”作了解释。他认为,人类个体在出生时,通过遗传就已经具备了一个认知结构,个体依据这个认知结构,在成长过程中不断吸取外界信息,通过“同化”和“顺化”,把这些吸取来的信息内化为自己的东西,并用来增强和改善自己的认知结构,从一个较低水平的“平衡”上升到一个较高水平的“平衡”。这样经年累月地反复无数次,这个人就成长起来了。
由此,我们可以清楚地看到人对客观对象的认识,即知识的形成,并不是传统观念所说的那样简单和单纯。认识的过程并不是简单的反映过程,而是人与环境相互作用的过程,当然其中有反映的成分。但更含有主体建构的成分;认识的结果(知识)并不是纯粹客观的,而是依存于认识的主体,它包涵着认识主体的经历、经验等诸多主观因素在内;认识的结果(知识)也不是纯粹社会历史性的,它还包涵着表证个体特征的特殊性和情境性。它是社会历史认识和个人经验的统合。
对知识形成的这些看法就构成新的知识形成观。把新知识形成观与传统知识形成观进行对照,可以发现:两者的共同点在于都坚持“实践―认识―实践”的认识路线,坚持“存在决定意识”的唯物主义原理;而两者的区别在于传统知识形成观强调认识(知识)的.客观性和普遍性,而新知识形成观在承认认识(知识)的客观性的前提下还强调认识者在认识过程中的主体性,在承认认识(知识)的普遍性的前提下还强调不同认识者在认识过程中的个体差异以及由此导致的认识结果的个体差异。
按照新的知识形成观,我们似乎可以作出这样的结论:就总体而言,“知识”是人们通过学习,发现及感悟到的对世界认识的总和,是人类认识的结晶;就个体而言,知识是一种有组织的经验、价值观、相关信息及洞察力的动态组合,它所构成的框架可以不断地评价和吸收新的经验和信息。
这样形成的知识有3个特点。其一,知识的内涵是复杂的,既有可编码、可记录的内容,也有隐含的、难以记录的内容。可编码、可记录的内容主要是那些客观性较强的内容,而隐含的、难以记录的内容主要是一些带有个体特征的内容。其二,知识既有其内在的、稳定的结构,也有其动态的、可变的一面。而这种结构和内容的变化正是通过学习来实现的。知识的内在的、稳定的结构是由认识客体的客观性所决定的,知识的动态的、可变的一面是由于认识过程中主观因素的加入而决定的。其三,知识既有其通用性、普遍性的一面,也有其特殊的、存在于某一情境的一面。因此,知识是带有“独特性”的。人的认识的发展与他的身心素质和亲身经历密切相关。每个人的身心素质、经历和当时所处的具体环境都是不同的。因而,即使吸收了同样的信息,每个人对所吸收的信息所赋予的“意义”都是不一样的,即每个人所获得的“知识”都是“独特”的。
在传统知识形成观的影响下,人们认为获得知识的途径只有一条,那就是从学校、老师那里通过教材、教学传授得来。当然,这确实是一条重要的途径,但显然,又不是唯一的途径。还有一条更重要的途径,那就是从实践中学习,即个人通过亲身实践中有目的的深入的观察、体验,经分析、综合、判断、推理,发现事物的本质和规律从而获得知识。
实际上,社会上各种专业的从业者,如工程师、建筑师、农艺师、医师、教师、律师、会计师等等,他们在学校中学习专业只有几年时间,学到了一些书本知识,而他们一生的专业实践却有几十年时间。他们从自己的专业实践中所获得的知识比在学校中学到的书本知识要丰富得多、扎实得多、有用得多。至于政治家、社会活动家、军事家、外交家等,就更是这样了。
对于在校学生的学习,也应当通过新的视野予以变革。其要点有:
(1)学生学习知识的过程,本质上就是将正在接受的知识与自己原有知识重新组合为新知识的过程;
(2)每个学生的这种组合过程都是独具特色的、是个性化的;
(3)每个学生所表现出的新组合的独特性和新颖性就孕育着某种创新。所谓知识的重新组合,就是把原来几种知识联系起来合成为一种综合知识,或者把一种知识拆分为几个部分,然后以新的形式把这些知识重新联系起来,成为具有新特征、新功能、新内容的知识。
知识形成观发生了这样的变革,对学校教育必然会产生巨大的影响。这些影响主要表现在对课程与教学等问题的认识也随之发生了变革。
二、对学校课程的新认识
传统课程观把课程看成是“在特定的学科领域内所提倡的学程”。长期以来,人们提到“课程”,就很自然地想到诸如语文课、数学课、物理课、体育课之类。这种课程观念的特点是:
(1)课程的内容是精心挑选出来的绝对成熟了的东西,因而具有绝对的真理性;
(2)课程内容是纯粹外在于学生的知识体系,因而具有绝对的客观性;
(3)课程的内容像仓库里的货物一样是定型了的、形态不变的东西;
(4)课程的实施只是一个“照图施工”的过程,教师只需要按照预先设定的目标、计划、教案忠实地执行就可以完成任务;
(5)学生只需洗耳恭听、“虚心”接受课程内容就可以完成学习任务。总之,传统课程观把课程看作是与教学过程分离的东西,是外在于、先在于教学过程的东西,因而它必然忽视学生的经验、体验,也忽视教学过程中的具体情境。归根结底,它是一种忽视学生主体性的陈腐观念。
显然,新的知识形成观与这种传统课程观必然会发生冲突,新的知识形成观涉及到课程领域,必然呼唤新的课程观。在新的知识形成观的影响下,新的课程观便具有如下的特征:
(1)必须解除纯粹反映论的束缚,把课程看成是让学生吸纳新知识并与自己原有知识结构重新组合、建构新知识结构的过程;
(2)必须解除绝对客观性的束缚,重视学生的主观体验和已有经验在学生学习过程中的特殊作用;
(3)必须解除过分强调知识通用性、普遍性的束缚,重视学生的个体差异,真正实施因材施教。
因此,课程观念应当实行如下几个转变:
(1)从片面强调学科内容转变到既重视学科内容又重视学生的经验和体验;
(2)从强调预先的目标、计划,转变到更重视课程实施过程本身的价值;
(3)在课程实施中,从单一强调教材,转变到重视具体教学情境;
(4)从片面强调课堂讲授形式,转变到重视实践教学、重视活动课程。
由此,新知识形成观也将引导出新的课程观。新的课程观的内涵是:
(1)课程是一种在实施过程中发展着的东西,而不是外在于和先在于学生的固定存在物;
(2)课程是师生共同参与探求知识的过程;
(3)课程不仅是让学生积累知识的过程,而且是引导学生“发现”和“创新”知识的过程(当然,这里的发现、创新与科学家和学者的发现、创新是不同的);
(4)课程的目标不仅仅是停留于学生的认知发展,而应包括学生的认知、情(感)意(向)、审美、价值观等全面发展。从心理学角度来考察,传统的课程观主要依据行为主义心理学和认知心理学,主要关注并依赖学习者的认知品质和过程;而新的课程观则跳出了纯认知的范畴,强调和依赖学生的个性(情感、兴趣、态度等)的全面参与,即除了认知因素之外,学生的其他心理成分同样是课程设计与实施的重要因素。
三、对学校教学的新认识
自20世纪50年代以来,前苏联教育学家凯洛夫的教育理论不论是对我国教育的理论还是教育实践,都发生了巨大的影响。凯洛夫主编的《教育学》对“教学”所下的定义是:“教学过程一方面包括教师的活动(教),同时也包括学生的活动(学)。”受这种观念的影响,我国教育界一直到现在都是在与其相同或类似的教学观指导下组织和实施教学活动的。这种教学观可称之为“传统教学观”。
传统教学观认为,教学就是教师以预先编定的教材为工具,把知识传授给学生的活动。教师的职责是“传授”(传道、授业)和“训练”,学生的职责是“接受”和“掌握”。知识和技能好比是“水”,是预先选择和设定的,是客观的、外在的、固定不变的东西;学生好比是一个“空桶”。教师的“教”就是把知识、技能之水一点点地灌进这些空桶里去(当然也讲究灌水的方法),学生的学习过程就是等待教师把知识、技能之水装进自己的桶里来(至多是跟教师积极配合)。
那么,传统教学观有哪些特点呢?其一,教、学二分。也由此引出了谁是主体的长期争论。其二,“三个中心”,即:教师中心、教材中心、课堂中心。由此导致学生完全处于等待教师来灌输、塑造的被动的地位。其三,把教学等同于知识传授和技能训练,忽视学生综合能力的培养、主体素质的养成和个性的发展。其四,教师对学生的关系是单向的、居高临下的关系,教师是塑造者,学生是被塑造者。
在传统教学观的支配下,学校教学必然表现出种种弊端。对这些弊端的揭露与批判,已经有很多了,本文不拟重复。笔者在此仅对传统教学观支配下的教学环境的封闭性多说几句。因为笔者认为,教学环境的封闭性是传统教学的主要弊端之一,它对教学和学生的危害,至今尚未引起人们的重视。
康健等人对传统教学的封闭性做了很好的归纳和批判。他们指出,近代学校课程的历史局限性主要反映在4个方面。
(1)知识发展的封闭性:过于注重已有学科知识的传授;
(2)学科体系的封闭性:导致不同学科之间、理论与实际之间的被割裂;
(3)教学时间、空间的封闭性:使本应生动活泼的学习过程变成兴味索然的被动接受过程;
(4)教育目标的封闭性:使基础教育的功能单一化。
这几种封闭性叠加起来,就造成了一种严密封闭的教学环境。而这种严密封闭的环境使学校产生了极大的排斥力量,排斥那些不适应这种封闭性环境的学生,乃至把那些学生视为“差生”,并作为“废品”或“次品”,一批批地被“扔”出学校。这必然就偏离了学校教育的根本宗旨。
显然,新的知识形成观与传统教学观必然要发生冲突,也迫使我们必须探索新的教学观。新的教学观应该具有这样一些特征。其一,教学要着眼于学生的发展。其中当然包括知识和能力的发展,更应包括态度、价值观、情操、审美观念和生活品位的健康发展与个性的健康发展。其二,教和学应当合一。教学是教师和学生们通过相互交往而共同营造、共同参与的活动。教学是一个包括认识和交往实践两个方面的活动过程,是一个认识和交往实践统一的过程。其三,教师与学生的关系应当是一种新型的、双向的关系。在新教学观的指导下,教师与学生的关系既有通过教材这一中介而发生的间接关联,更应该有它们两者之间相互交往而发生的直接关联。因此,教学不应是一个纯粹的“教师教、学生学”的过程,师生关系不应是“给予”与“接受”的简单关系,更不是居高临下的塑造者对仰承恩惠的被塑造者的关系。
新的教学观认为,教学是通过教师与学生共同参与的认识活动,是学生增长知识、发展能力的活动,也是通过教师与学生之间、学生与学生之间的亲切交往,从而使学生在态度、价值观、审美观、生活品位和个性方面均能获得发展的一个教与学统一的过程。因而,“教学”在本质上是一个让学生在特定环境中,通过学习和交往,素质获得健康发展的过程。这里的素质,包含认知结构、情意结构、行为、习惯;包含知识水平、能力水平、价值观念、审美品位;包含科学精神、人文精神、创新精神。通过教学过程,促使学生自主地形成稳定的、基本的、内在的优秀品质,成长为身心健康的人,道德、情操高尚的人,掌握了一定知识、技能并善于学习、勇于创新的人,养成良好生活方式、生活态度、生活习惯的人,能融洽地进入社会并为社会作出自己特有贡献的人。
新的教学观摒弃了传统知识形成观的陈腐观念,吸取了新知识形成观的营养;认为知识不是纯粹反映的产物,不是纯粹客观性的,不是纯粹普遍性的;应当重视学生个人的经历和体验在教学中的重要作用,重视情感和意向因素对教学过程的重大影响;必须打破传统教学的封闭性,营造一种新型的开放的教学环境。这就是新教学观的核心。
四、用新知识形成观指导教学改革
新的知识形成观通过对课程观、教学观的逐步渗入,正影响着当前教学改革的方向。我们应该更自觉地遵循新的知识形成观、新课程观、新教学观展现的方向实施教学改革、组织教学活动,应当着意把握住新观念的核心内容。用新知识形成观指导现实中的教学改革,就需要根据具体情况来选择和设计改革方案,并在具体的教学改革实践中,通过以下特定的形式或方式来贯彻、落实。
提倡“情境教学” 新的教学观主张重视学生个人的经历和体验在教学中的重要作用,重视情感和意向因素对教学过程的重大影响,因而强调要营造一种情境交融的教学环境。许多教师在自己的教学实践中创造了很多很好的办法来营造这样一种教学环境。虽然具体情况各有特色,但其核心要素是一致的,即具有情境交融的特点。人们把这些行之有效的教学方式称之为“情境教学”。情境教学的特点是:教学内容形象生动,注重调动学生情感、营造学生参与氛围、引导学生自主发现。总之,把学生的认知活动与情感活动结合起来,把学习活动与师生之间、学生与学生之间交往实践活动结合起来。
重视“实践教学” 新的教学观强调重视实践教学。实践教学对学生素质的全面发展具有特殊作用。我们可以从3个方面把实践教学与课堂讲授作一比较说明。
其一,从学生“角色”的角度考察,实践教学具有单纯课堂讲授所没有的优势。在课堂讲授中,学生基本上只是个被动的接受者;而在实践教学中,学生在一定程度上是主动的探索者。因而,在实践教学的氛围中,比之课堂讲授的氛围,学生的主体精神更易于激发出来,学生的内在潜能也更易于激发出来。
其二,从教学“内容”的角度考察,实践教学也具有课堂讲授所没有的优势。在课堂讲授中,教学内容一般是某课程的基本概念、基本原理和基本素材之类,讲授方法偏重于分析、演绎;而在实践教学中,学习内容一般是综合性的,学生需要综合运用课程内容解决某个具体问题。这样,就把学生置于必须自主解决问题的情境中,使学生获得亲身体验的机会,有利于学生实现对教学内容的内化。
其三,从教学“过程”的角度考察,实践教学也具有课堂讲授所没有的优势:在课堂讲授中,只需要学生在老师的引导下积极思考(即动脑)就可,一般不要求学生动手操作;而在实践教学中,学生必须既动脑又动手。手脑并用,就给学生提供了发展自己能力尤其是创新能力的机会。
组织好“活动课程” 新的教学观特别倡导多组织和组织好“活动课程”。因为活动课程具有特殊的育人作用,主要表现在以下方面。
其一,活动课程有利于学生自主学习。学生在教学中居于何种地位,这是新教学观与传统教学观的本质区别之一。传统的学校教学以教师、教材、课堂为3个中心,使学生被迫处于一种封闭的环境中。课程是计划性的、指令性的,教学方法是批量式的、程序化的,这就使得学生在整个教学过程中失去了应有的主体性。而活动课程打破了教师、教材、课堂3个中心,把学生的主体性还给了学生,有利于学生自主地学习。
其二,活动课程有利于学生直接体验。传统教学过于强调学生对知识的接受而忽略了学生的直接体验,即注重结果而不注重过程。然而,学生只有通过对客观事物规律发现过程的亲身体验,即在学习过程中通过实践活动直接体验,才能真正理解教学内容,才能真正懂得学习的意义和价值,才能养成探索、追求真理的科学精神。
其三,活动课堂有利于学生个性养成。在人的个性中,最本质的东西是人格的独立性、自主的积极性和创造性。在当代这样一个科技、经济和社会迅速发展变化的时期,人的态度、精神、情感、价值观等,比知识、能力、技术更重要。因为知识可以通过传授而获得,然而态度、精神、情感、价值观却不可能依靠传授和训练来获得,只能在自主的实践中养成、在广泛的社会交往中形成。活动课程就提供了这样的有利条件。
总之,当代知识形成观发生的变革,有力地带动了学校课程观和教学观的变革。学校课程观和教学观的变革,又必将有力地促进学校教育的深刻变革。
参考文献:
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虚拟现实及应用 篇6
关键词:云计算、虚拟化技术、高校实验平台建设
中图分类号:TP393.07 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2014) 20-0000-01
一、云计算与虚拟化的关系
云计算的实现需要三大基石:虚拟化、标准化、自动化,建构在这三大基础之上的云计算才能提供高效、稳定、可靠的服务。云计算中的核心技术就是虚拟化,可以说虚拟化是云计算区别于传统计算模式的重要特点。随着虚拟化技术的不断发展,虚拟化概念已延伸到IT技术的多个层面,目前的虚拟化技术主要包括:完全虚拟化、准虚拟化、操作系统层虚拟化、硬件虚拟化、应用虚拟化等。
因为云计算的所有软件与硬件对客户端来说都是虚拟的,客户端看不到软件的安装,也看不到硬件装置的实体,因此云计算提供商除了聚集几千台甚至几万台机器形成“云”外,还要有一项虚拟化技术为这朵云营造许许多多的虚拟化操作系统环境,让客户端用户能够轻易地通过网络取用云计算所有资源。
二、虚拟化核心技术
虚拟化技术其实不是一项新技术,他在计算机世界已经发展十几年了。最常见的例子就是在Windows操作系统中,通过VMware再虚拟一个Linux或Mac OS X 操作系统,或者反过来虚拟亦然。Amazon利用几千、几万台的计算机室组成一个庞大数据中心,然后在每一台主机上安装Linux操作系统以及知名的开放源代码虚拟技术软件——Xen。通过Xen虚拟化技术的支持,Amazon EC2可以依照客户的需求,自动进行云计算数据中心的资源切割,将少许的资源租用给客户安装其所需的操作系统,并在该操作系统上进行程序开发。
(一)Xen虚拟化技术
一个完整的Xen云计算平台软件包含以下项目:
(1)Linux Kernel系统内核。
(2)Windows PV(Para-Virtualized)版虚拟化驱动程序。
(3)虚拟机器管理指令(包含监控虚拟机器,资源状态,系统设置与记录等)。
(4)XCP支持从光盘安装或直接从网络安装的功能。
(5)大量的Web API,让用户可以轻松创建网页式的虚拟机器访问界面。
提供虚拟化装置的云计算平台,由大量安装XCP软件的计算机组成一个庞大的Xen Server集群,负责提供所有的计算机与存储资源,Xen将这样的Computer Clusters称为资源池(Resource Pool)。Xen可以将之虚拟化为虚拟磁盘映像文档(Virtual Disk Image),然后集合所有虚拟磁盘映像文档成为一个大型的虚拟磁盘存储库(SR,Storage Repositories),再依据不同的虚拟主机(VM,Virtual Machine)需求,以虚盘区块(VBD,Virtual Block Device)提供该虚拟主机所需的磁盘空间。
Xen虚拟技术通过SR虚拟磁盘存储库的概念,现将所有的存储资源集合起来,再依照个别虚拟主机的需求,弹性分配不同的VBD序盘区块给每台虚拟主机。因此,只要通过Xen虚拟技术,再制作一个访问Xen Server资源池的网页界面,就可以提供客制化的虚拟机器给企业或一般用户租用,达成提供云设备出租服务的功能,而这些出租的云设备都是虚拟化的。
(二)VMware虚拟化技术
VMware 自行研发的虚拟化技术VMware ESX将计算机的硬件资源转换虚拟化,以创建一个具备完整功能的虚拟机器,可以在虚拟机器上运行另一种操作系统和应用程序。VMware vsphere云计算操作系统就是使用这些虚拟化技术,将所有的计算机硬件,不管是计算、存储还是网络都集结起来,形成一个公司内部的云计算基础设施,然后由客户端通过网络访问这些虚拟装置,以仿真安装不同的操作系统与应用程序运行环境,多部虚拟机器共享云计算基础设施的硬件资源,且不会彼此造成干扰,所以通过VMware vphere所建构的私有云,可以安全地运行多种操作系统和应用程序。
三、高校云计算实验平台建设
科研活动对信息资源的应用具有资源共享、需求多样性特点,因此师生在利用实验资源进行科研活动的时候,可以充分的利用云计算虚拟技术提升自身的工作效率。虚拟存储技术能够实现对信息资源的统一管理,对信息资源的充分利用将是高校实验平台服务器资源统一分配给师生的关键。资源的共享是云计算虚拟技术在高校实验平台建设中的重要表现。
在高校实验平台中利用虚拟化软件Vmware Server能够实现服务器虚拟化创新,使用户能够根据自身的需求更加方便的进行科研活动。信息资源存储到虚拟设备中能够提升服务器硬盘的容量,并且保证硬盘的安全。将虚拟存储设备连接到其他服务器,数据可实现快速的移动,提升存储设备的安全性是保证信息资源安全的重要措施。虚拟技术通过ISCIS协议对虚拟存储进行访问,在统一界面进行集中运行存储,实现数据存储资源的整合利用和管理。Vmware Server还提供了虚拟机资源的使用监控。通过虚拟化数据管理软件可以对虚拟存储容量、质量进行调整以满足用户对存储资源的需求。
具体实现上,我们可以选择一台服务器作为云计算服务中心,安装vSphere,建议使用支持和ESXI的vSphere4.0 Update3以上或vSphere5。设置好IP地址和本地DNS,并且连接到同一个交换机上。创建域环境及创建View OU、用户和组。在Vcenter Server上安裝View Composer组件。此组件功能强大,可以快速部署成千上万的虚拟桌面,并节省近70%的存储空间。View Composer必须在Vcenter Serve(一定要加入域)中安装,DNS必须指向域中的DNS,并使用SQL数据库来存储数据。
高校实验平台建设的过程中云计算虚拟技术发挥着重要的作用。先进的技术性使云计算虚拟技术在高校实验平台中的应用越来越广泛。本文对云计算虚拟技术搭建高校实验平台中的相关进行探析,云计算虚拟技术在科学水平不断提升的前提下对高校实验的发展将产生积极的促进作用。
虚拟现实及应用 篇7
1 网络虚拟化资源管理及虚拟网络的应用意义
网络虚拟化技术已经成为未来构建网络的重要技术,网络虚拟化在支持新型网络架构等方面具有很大的优势,非常有效的提高资源的利用率,在降低运营成本方面也具有绝对的优势。网络虚拟化是一个系统工程,涉及领域广泛,涵盖很多内容,主要包括异构资源统一调度和接口提供,资源管理,虚拟网络运营和网络虚拟化技术应用。一是网络虚拟化中资源管理问题。在网络虚拟化环境中,利益牵涉到底层网络提供商和用户等多个方面。底层网络提供商负责将网络资源租赁给虚拟网络服务提供商,并且按照资源数量收取费用;虚拟网络服务提供商从其他网络提供商那里租用底层网络资源,向用户提供网络服务,最终获得收益。本文的研究主要是针对如何对网络资源进行定价和分配,以最大化底层网络提供商和虚拟网络服务提供商的利益。当前的互联网技术很难发展,主要是现有的体系对解决问题存在制约。在虚拟化网络环境的背景下,可以将现有的互联网作为底层网络,本文将重点讨论虚拟化技术解决互联网的问题。
2 网络虚拟化环境中的资源管理和应用
2.1 网络虚拟化资源管理
网络虚拟化是解决互联网滞后问题的有效途径。网络虚拟化是构建未来网络的关键性技术,能够快速构建出完全虚拟化网络环境,通过抽象和重构机制公共的网络基础上构建出虚拟网络。新的网络服务和新的网络协议可以在任意的虚拟网络中运行而不影响其他虚拟网络中的服务。在当前的网络中,网络服务商负责构建基础设施和提供网络服务,在很大程度上阻碍了网络的发展和创新。网络虚拟化的过程中基本实现了对ISP功能的重新划分,对目前运行的ISP拆分为两个相互独立的实体。InP在运行过程中主要负责建设和管理底层网络资源,向SP提供服务,提供编程接口;而SP从一个或者多个InP租用底层网络资源,不同的SP共用现有的底层来创建不同类型的虚拟网络,构建和运营虚拟网络并向用户提供网络服务。虚拟节点和连接的虚拟链路共同组成了虚拟网络,虚拟链路对应于底层节点间的一条路径。通过SP可以实现构建的虚拟网络完全控制,即:可以对虚拟网络使用不同的路由协议、不同的转发方式、不同的网络类型的架构等。
2.2 网络虚拟化环境中的资源管理和应用
在网络虚拟化环境中,基础设施提供商通过虚拟化机制在物理网络上抽象出多个相互独立的虚拟网络,每个服务提供商根据数据流量和业务需求制定虚拟网络中的数据转发方式和网络协议。在网络运营过程中,运营网络的最本质需求是追求利益的最大化,服务提供商向用户提供网络服务获取利润,基础设施提供商通过向服务提供商出售“虚拟”的物理网络资源获得收益。对于基础设施提供商而言,如何调度和利用虚拟资源是利益最大化的关键;对于服务提供商而言,可以按照用户需求动态和用户的数量调整虚拟资源,这是实现利益最大化的主要方面。因此,建立高效合理运转模式对虚拟资源分配、管理和调度是网络虚拟化环境中的首要任务和目标。
3 结论
本文从网络虚拟化环境下的资源管理和网络虚拟化技术的应用角度出发,提出了两种网络虚拟化环境中资源管理模型,在不完全信息状态下,通过一个分布式算法获得了均衡解。但是,在网络虚拟化环境中,可能存在多个底层网络的情况,底层网络为了吸引虚拟网络租用资源会不断调整资源的价格,底层网络之间也存在着竞争关系。因此,在网络虚拟化环境中,多个底层网络和多个虚拟网络之间博弈的定价策略和资源分配是未来需要关注的问题。
参考文献
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虚拟现实及应用 篇8
1.1系统虚拟化技术
作为虚拟化技术中的重要成员,系统虚拟化是通过虚拟化,将物理计算机一台变多台的虚拟计算机系统。众所周知, 在传统的计算机体系中,单一的物理硬件平台只能对应一个相应的操作系统,也就是说,电脑物理硬件中所有的资源都有一个特定的操作系统独占。但是,这样所造成的明显后果就是全球数据资源的利用效率低下,而能源消耗的大部分几乎都集中在了操作系统的空闲运行上。但是,虚拟化技术的应用,能够有效改善现状,实现资源利用效率的最大化,尤其是系统虚拟化技术,更是实现了物理硬件平台与操作系统一对多的运行模式,使得资源的利用效率不断提升。为了顺利实现系统的虚拟化,在传统的物理硬件层和操作层之间,插入虚拟化层,使得单一的物理平台被虚拟化,从而形成许多不同的虚拟化平台,同时为每一个虚拟平台配置相对独立的CPU内存以及其他必要设备等虚拟硬件,从而营造出相对独立的执行环境,从专业角度讲,也就是虚拟机监控器(VMM),其中VMM是Virtual Ma-chine Monitor的简写。而这个通过虚拟化所形成的平台,被称为虚拟机(VM),也就是Virtual Machine。在虚拟机中,运行的操作系统即是虚拟机操作系统,也叫做客户机操作系统(Guest Operating System)。在这种模式下,操作系统的运行具有独立性和差异性。
1.2现有的系统虚拟化方案
现阶段,基于软件的完全虚拟化方案十分常见。在这种虚拟化方案下,虚拟平台和现实平台具有一致性,虚拟机的操作系统在无需调整的情况下即可正常运行,对于虚拟CPU、虚拟内存以及虚拟I/O设备的操作与CPU、内存和I/O设备的操作也具有一致性。立足于实现的角度,指令在经过VMM的正确处理以后,对虚拟机进行指令下达,从而实现对虚拟机的有效控制。在基于软件的完全虚拟化方案下,该技术的使用无需对操作系统进行修改,所以VMM的指令只能是二进制机器码。与此同时,由于传统CPU架构具有不可虚拟化,所以,系统内部会存在很多虚拟化的敏感指令。这种系统虚拟化的典型代表有Bochs、QEMU、Vmware、Workstation、Sky Eye、Wine等。
硬件辅助虚拟化也是系统虚拟化方案中的典型代表,是一种具有完整意义的虚拟化方法,在这种方案下,问题解决模式是通过增加层次来实现的,内存和外部设备的访问也是通过指令才能完成。截获处理器指令级别的同时,VMM就会营造出与真实主机相差无几的环境。从而实现虚拟机的无缝运行。 现阶段,基于硬件的辅助虚拟化方案在x86和x86-84架构中有着广泛应用。Intel中的VT-x、VT-d、EPT等技术都是其中的典型代表。
准虚拟化技术是通过对虚拟机操作系统内核的代码修改, 有效避免虚拟化敏感指令,回避虚拟化漏洞、使得VMM对物理资源虚拟化得以实现的技术。在这种方案下,环压缩技术是典型手段,是将虚拟化层(VMM)插入到传统操作层和物理硬件层之间的主要方法。Xen平台是应用准虚拟化技术最典型的代表,阿里巴巴、华为等云计算服务提供商都是以Xen平台的虚拟化方案为基础的。
1.3不同虚拟化方案之间的优缺点
完全虚拟化方案的优势在于实现虚拟机和物理机平台的互异性的,物理硬件与虚拟平台实现了一对多的关系,成本控制效果十分明显。与此同时,虚拟机操作系统不需要为了迎合虚拟技术而做出修改,使得其普适性十分强。但是其缺点也十分致命,其缺点在于性能的急速下降。完全虚拟化的运行新能最高也只能达到非虚拟化环境下的三分之一,在实际使用的范围也将局限在小型底层系统的开发和调试。
与完全虚拟化技术相比,硬件辅助虚拟化技术使得系统虚拟化的设计和实现更加简化,完全虚拟化的性能瓶颈也得到打破,其兼容性好,性能提高,可靠性得到强化,系统设计得以简化是主要的优点,为系统的运行营造成了更大的扩展空间,软件运行环境的灵活性不断提高,为业务的连续性需求提高了可靠保障,对于控制潜在漏洞和风险至关重要。但是硬件辅助虚拟化技术并不是十全十美的,其中,部分虚拟化语义尚未完全覆盖,虚拟化扩展性能的普适性还需要加强等都是其显著缺点。
与前两者相比,准虚拟化技术具有两大优势:其一表现在纯软件虚拟化的层面上,虚拟化技术的成本控制能够得到最优的解决方案,比如消除冗余代码、减少地址空间切换、控制内存复印等;其二表现在虚拟层和上层操作系统之间的语义鸿沟 (Semantic Gap)得以消除,有效地提高了整个系统的管理效率。所谓的语义鸿沟(Semantic Gap),是指VMM不能获取虚拟系统内部运行状态,不能进行资源最优调配的一种现象。但是在准虚拟化技术的实际开发和应用过程中,修改VMM是最核心手段,也是最大的问题所在。
2Xen虚拟化平台
如下图1所示,Xen虚拟化平台的核心组件包括VMM和特权虚拟机。VMM直接在硬件之上运行,负责各种虚拟化资源的管理,下层虚拟机的运行接口也由VMM来负责。在Xen虚拟化平台上,运行的虚拟机既可以是PVM(PVM是准虚拟化虚拟机Paravirtualized Virtual Machine的英文缩写),也可能是HVM(HVM是指硬件辅助虚拟化虚拟机Hardware-assisted Vir tual Machine的英文缩写)。虽然PVM的内部运行经过虚拟化修改,而HVM未经修改,但是在使用过程中,用户控件程序都无需作出变动。在实际使用过程中,Xen支持的硬件平台有很多,x86-32、x86-64、IA64等都是主要的官方的版本支持。另外,Embedded XEN on ARM platforms这一非官方架构也得到了Xen的支持。由此可见,Xen软件具有很强的可移植性,同时支持硬件辅助虚拟技术和准虚拟化技术,应用群体十分广泛,开源社区的支持力量强大等特点。
3基于混合虚拟化技术的虚拟机性能优化
3.1混合虚拟化的总体设计
运用混合虚拟化方案对虚拟机的性能进行优化,是现阶段的重要研究课题。在实践中,其核心设计思想为,在硬件辅助虚拟机容器中运行准虚拟化操作系统,将准虚拟化和硬件辅助虚拟化相互结合,实现二者的优势互补,不断对虚拟机的性能进行优化,提高总体性能。在实现过程中,CPU和内存的虚拟化,有赖于硬件辅助虚拟化技术来实现,对于I/O的虚拟化,需要在硬件辅助虚拟化技术的基础上,引入准虚拟化技术来处理,从而有效降低I/O在事件处理过程中“陷入—模拟执行”发生就几率,减少不必要的成本投入。在实际中,Hybrid PVM和Hybrid HVM是混合虚拟化技术比较可行的方案,虽然目标相同,但是实现细节、实际的可操作性都具有明显的差异性。
3.2Xen虚拟化平台下混合虚拟化方案的实现
关于Hybrid PVM和Hybrid HVM,二者的共同目标是在HVM容器中运行已经优化过的准虚拟化操作系统,让硬件辅助虚拟化技术和准虚拟化技术实现优势互补,优化虚拟机的性能。从工程角度讲,Hybrid HVM的可行性更高,在Xen虚拟化平台下,借由此方案进行混合虚拟系统的开发,能够为方案的可操作性提供保障。为了保证其能够顺利实施,应该在VMM中添加混合虚拟化功能,和混合虚拟化功能发挥作用的接口。 其中,主要的技术点在于硬件辅助页表、中断处理路径以及设备驱动。
4结束语
虚拟现实及应用 篇9
随着智能电网建设的深入推进, 电力信息通信专网网络规模、带宽容量、安全稳定性发生了巨大变化, 电力通信骨干网、光传输网络和城域光网都得到飞速发展。电力通信接入网采用电力光纤到户、230 MHz无线通信、电力线载波通信以及公网通信多种组网方式[1], 初步形成了延伸到户的终端通信接入网, 为以“信息化、自动化、互动化”为技术特征的坚强智能电网建设提供了重要基础保障。
智能电网各环节中涌现出多种业务创新实践, 包括风电等间歇型新能源的接入、输电线路智能化巡检、智能变电站、配电自动化系统、用电信息采集、电网与客户的实时交互响应、智能调度技术支持系统等, 极大提高了电网的安全生产和智能化水平。
随着智能电网建设的飞速发展, 公网运营商2G/3G无线网络具有无需部署、快速接入等优点, 智能电网业务中依托运营商2G/3G无线网络的通信方式规模不断提高。
1 电力无线业务应用分析
无线通信技术和智能移动终端的飞速发展, 有力影响和促进了智能电网业务的发展和应用部署。目前, 电力无线通信业务主要集中在营销、运行检修、物资、生产基建等环节[2] (见表1) 。
营销环节最主要的应用是用电信息采集。国家电网公司计划2014年建成覆盖2亿多电力用户的用电信息采集系统, 实现国家电网公司经营区域内电力用户的“全覆盖、全采集、全费控”。截至2013年5月, 国家电网公司用电信息采集系统已覆盖约1.4亿用户, 其中, 90%采用了运营商的2G/3G无线网络接入, 移动终端类型为符合国家电网公司企业标准的专用采集终端。国家电网公司采用电力POS缴费 (售电) 移动终端开展移动营销业务, 实时解决对欠费客户催费和客户交费后及时恢复送电的问题。
运行检修的无线业务种类最多, 终端类型也多样化。在线检测业务有助于降低输、变电力设备故障率, 提高输、变电力设备安全性和供电可靠性。移动巡检解决了传统人工巡检、手工纸质记录等工作方式中存在的人为因素多、效率低、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等缺陷, 提升了设备巡检管理的工作效率。应急抢修现场指挥小组和事故处理人员通过移动终端实时与应急领导小组通信, 查看决策信息、指令信息, 记录现场处理信息, 并将现场视频及声音及时上传到指挥中心, 提高抢修效率。
物资环节开展了物资集约化管理信息系统仓储模块的建设, 利用移动终端完成条码的自动识别和数据采集, 实现仓储管理精益化。
基建环节采用移动终端采集现场的图片和数据, 实现远程工程指挥。此外, 移动办公的需求日渐强烈。
2 电力无线业务通信需求
国家电网公司无线应用业务的蓬勃发展对无线虚拟专网网络覆盖范围、Qo S、安全性、移动性等提出了新的需求[3]。表2将电力无线业务分为广泛采集、远程控制、监控告警、识别与定位、业务互动、信息发布并进行分析[4]。
3 电力无线业务网络架构现状
传统电力无线业务采用GRRS/CDMA方式接入, 通过运营商公众互联网或IP专用承载网接入, 最后以光纤专线方式接入电力通信信息内网或外网[5] (见图1) 。
目前的电力无线业务网络架构存在以下问题。
1) 通信通道传输Qo S没有保证, 很多业务数据没有采用通用路由封装 (Generic Routing Encapsulation, GRE) 或虚拟私有拨号网 (Virtual Private Dial Network, VPDN) 等隧道技术构建虚拟专线穿越运营商的IP承载网, 无法保证通道Qo S, 且还有部分业务数据经过公众互联网传输。
2) 安全接入方式不规范, 部分无线业务接入信息内网时没有通过安全接入平台。
3) 电力无线业务不可管理, 各省市电力公司, 各无线业务网络分散建设, 多条同步数字体系 (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) 光纤专线接入电力信息内外网, 无统一网管, 无法实现对终端、业务、传输数据的可管可控, 极大地限制了电力无线通信业务的规模发展。
《国家电网公司“十二五”通信网规划》提出, “十二五”期间, 坚强智能电网建设不仅要求通信网在核心层要有强大的承载能力和坚强网架, 还要在接入层有广泛、灵活的边缘接入能力。智能电网各相关环节, 特别是配电和用电环节, 对通信网接入能力提出高质量、多形式、全方位、多样化等新的要求。
电力无线通信业务的通信量已成为电力信息通信网络流量的重要组成部分, 对电力信息通信网络承载能力产生深远影响。同时, 电力无线通信业务的复杂性和多样性也对电力无线虚拟专网的可视、可管、可控能力提出了更高的要求。
4 电力无线虚拟专网目标
电力无线虚拟专网充分利用电力信息通信网络资源, 通过各移动运营商2G/3G无线接入网络, 打造一个规范化的、端到端的、可管、可靠的无线虚拟专网, 提供安全的信息传输通道, 将安全纳入国家电网公司统一的安全机制, 建成一个融合语音、数据、图像、视频等多业务和应用的、可扩展的智能化平台, 实现国家电网公司无线通信业务集约化运营、规模化发展 (见图2) 。
电力无线虚拟专网统一规范电力无线业务的网络接入方式、终端IP地址分配和使用, 将电力无线虚拟专网安全机制纳入电力信息通信网络统一的安全体系, 从终端、通信通道、安全接入平台等环节进行安全防护。电力无线虚拟专网分为终端层、网络层、平台层和应用层。
4.1 终端层
终端层满足专业采集终端、智能表计、工业级PDA、平板电脑、笔记本等终端的安全灵活接入。
4.2 网络层
网络层利用电力信息通信网络资源和运营商的2G/3G无线接入网络实现通信网络承载, 采用GRE和VPDN隧道技术构建专网虚拟专线链路, 保证电力无线虚拟专网网络链路与互联网的完全隔离, 保证通信传输质量和安全保密性。在电力信息内外网边界部署安全接入平台实现边界安全隔离、访问控制、身份认证和数据安全交换。
4.3 平台层
平台层部署运行业务支撑平台, 实现电力无线虚拟专网统一管理。统一管理移动无线资源, 包括GPRS/CDMA/3G、短信、彩信等;对业务实现统一运行管理、控制和全业务展示;实现电力物联网全业务支撑。
4.4 应用层
应用层满足用电信息采集、移动缴费、移动充值等营销业务, 输变电在线监测、移动作业等运检业务, 物资管理、物资调配等物资业务, 以及移动办公等物联网业务承载。
5 电力无线虚拟专网网络设计
5.1 网络架构
电力无线虚拟专网网络在27个省电力公司与中国移动、中国电信、中国联通统一进行SDH光纤专线接入 (见图3) 。
电力无线虚拟专网省级接入网络架构如图4所示。
国家电网公司信息内网或外网业务数据从终端接入运营商的无线网络, 遵循运营商的不同隧道加密机制进行封装, 经过虚拟专属通道传输至目的地址进行解封装, 还原业务数据格式后通过专线接入国家电网公司信息内网或外网。
电力无线虚拟专网分2个层面进行业务的安全接入认证。
1) 在公网运营商侧对SIM/UIM卡、电力专用接入点 (Access Point Name, APN) 和用户名中的域名进行合法性认证。终端通电启用后, SIM卡向公网运营商网络进行入网注册, 通过运营商的AAA认证;根据用户名中的域名建立电力虚拟专用隧道。
2) 接入电力通信专网的网络认证。通过电力无线虚拟专网的AAA认证系统实现无线终端的接入。
5.2 安全接入平台设计
国家电网公司安全接入平台采取传输通道加密、终端加固防外联、边界基于数字证书接入认证、数据隔离交换、实时安全监测与审计等措施, 解决对非公司信息内网区域信息采集类、移动作业类终端以安全专网方式接入信息内网的问题, 保障信息传输安全和数据安全。
5.3 运行支撑平台设计
运行支撑平台是电力无线虚拟专网的基础平台, 主要包括网络资源管理和配置、流量信息管理、IP地址管理、在线状态查询和维护、业务统计分析、故障告警管理等, 实现异构电力智能终端的网络接入和安全可靠通信需求, 实现全业务端到端Qo S保障, 促进电力物联网业务的统一部署。
6 结语
电力无线虚拟专网是国家电网公司SG-ERP信息网络在新形势下的扩展, 是国家电网公司信息内网和外网的延伸。电力无线虚拟专网是支撑电力物联网发展的重要基础网络, 实现电力生产、输送、消费、管理各环节信息安全可靠传输, 促进电网生产运行及企业管理全过程的全景全息感知、信息融合及智能管理与决策。
参考文献
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[3]饶威, 丁坚勇, 李锐.物联网技术在智能电网中的应用[J].华中电力, 2011, 24 (2) :1–5RAO Wei, DING Jian-yong, LI Rui.Application of Internet of things technology in the smart grid[J].Central China Electric Power, 2011, 24 (2) :1–5.
[4]ARAVINTHAN V, KARIMI B.Wireless communication for smart grid applications at distribution level:feasibility and requirements[C]//IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2011.
协同虚拟教学模式的研究及应用 篇10
一、协同虚拟教学模式的设计
虚拟教学模式的实质是结合多种技术领域及工具并融合了计算机网络技术的现代化教学手段。虚拟教学模式的优势之一就是对教学过程的模拟。利用虚拟教学模式应用平台可以对教学环境中不同条件进行模拟和比较。对于一些学生平时难于理解的思想或知识通过虚拟空间得到实践和起到示范的作用。因此, 虚拟教学平台也符合构建主义学习理论对网络教学的要求:“应该像在其他任何的教学环境下一样, 提供多样化的教学手段”。[2]所以, 提供一个交互行为和认知行为手段丰富的媒介, 是大势所趋。第二个优势是可以将用户每次的实践过程或结果构成组件等资源通过注册添加到系统, 实现资源的重用。
虚拟教学平台不同于传统的分布式系统侧重于系统的透明性, 而是侧重于系统的感知性。考虑到虚拟教学模式的特征, 基于虚拟协同教学模式的应用平台的支撑环境的整体结构模型如图1所示。
二、虚拟协同教学过程中的交互
虚拟协同教学过程中的交互可以分为以下几类。同步的实时语音交互, 同步浏览交互, 同步编辑交互, 共享白板机制, 异步文本交流机制, 异步提问回答交互。对于这些交互方式协同虚拟教学平台都给与了支持。
ITU-G723.1协议的日益成熟, 使得同步的语音交互在Internet网上成为可能。可以让教师和学生感觉就像在传统教室中进行教学一样。
虚拟协同教学平台还提供同步浏览, 教师设置URL地址, 学生和教师通过各自的浏览器端的达到同步。教师可以定位任何一名学生的浏览器, 从而指导学生通过网络浏览平台中的学习资源。
共享白板的机制为协同虚拟教学平台中的教师和学生提供文本和图形区域的共享。教师利用白板中的文字或图形的编辑工具, 或者利用现有的图片贴到白板中, 并对图片进行标记、说明等操作。共享白板基本上将传统教室中的黑板在网络上进行了实现, 学生可以看到教师在白板中的板书。
同步编辑交互即使用文本交流工具, 类似于聊天室功能, 包括私人和公众两种交谈模式。私人交谈模式即支持教师与学生之间的交流, 也支持学生与学生之间的交流。而公众交谈模式可以将教师与学生或学生与学生之间的交流信息共享。
异步文本交流也是使用文本交流工具, 类似于留言版功能。学生可以通过这一功能给教师留言, 教师也可以通过此功能给学生布置任务。学生可以选择留言的私密与否。
三、交互过程中的并发控制机制
并发控制的实质是为虚拟协同教学平台提供无冲突的并发操作序列。对于一个虚拟协同教学平台, 一致性、响应性和并发性是实现协同的有效保障, 但三者在虚拟协同教学平台的并发行为空间中又是相互冲突的”。[3]所以, 寻找虚拟协同教学平台的均衡点, 即在不牺牲一致性和响应性的情况下解决虚拟协同教学平台的并发性, 并最终实现其无冲突的并发操作是设计并发控制机制的关键。
本文在研究现有的并发控制机制的基础上, 提出了针对虚拟协同教学平台学生端的基于粗糙集的并发控制机制。基于粗糙集的并发控制机制的基本思想就是抽象出影响虚拟协同教学的主要条件属性, [4]根据具体情况给定阈值将条件属性离散化, 构造决策表并对属性进行约简, 最终得出当时并发事件的最高等级。
决策表属性约简的过程就是从决策表系统的条件属性中去掉不必要 (对得到决策不重要) 的条件属性, 从而分析得到约简中的条件属性对于决策属性的决策规则。在不同的系统中或不同的条件环境下, 人们对属性约简的要求和期望是不一致的。如果在某个系统中存在一些属性, 它们的属性值难于得到 (测量这些属性值所需要花费的代价很高) , 我们希望将这些属性从决策表中去掉。通常人们希望, 约简结果中所包含的条件数目尽可能少, 或得到的决策规则的规则数最少。
并发控制机制一般都要先识别并发的种类, 然后按照一定的规则进行并发控制处理。识别的过程即是将并发冲突种类属性约简的过程。具体的识别步骤如下:
步骤1:将已知并发冲突种类的属性进行分类。
步骤2:离散化并发冲突的种类。从全局的观点出发, 将并发冲突种类按照重要程度等级化。离散化对判断并发冲突的严重性与后期的约束条件放松起着决定性的作用。
步骤3:形成知识表达系统。
步骤4:对知识表达系统进行约简, 对属性等级的取值进行比较, 分辨出各冲突属性的优先次序, 得到一种并发冲突的检测规则。在当前情况下, 就按照此规则来判断冲突等级。
步骤5:若所有并发冲突不是所有可分辨, 那么可以放松约束条件属性。重复步骤3、4。
基于学生端的并发控制模型结合了以上基于并发冲突分类的思想。先将基于对象属性分类的并发控制的思想引入到的并发控制模型中, 这样对共享物体的操作就细化为对共享物体属性的操作。因为对共享物体不同属性的操作是彼此独立的, 所以对共享物体的每个属性都采取基于学生端的并发控制机制, 这样可以大大提高并发性, 并且能够保证平台最终的一致性以及提高响应性。
四、虚拟教学模式实施效果
笔者对一个40人的自然班进行了实验教学。并对学生进行了简单的问卷调查。调查的内容主要涉及虚拟教学的感知性、交互的流畅性和实时性等几个协同虚拟平台的关键技术要求及与传统教学模式的效果比较。优秀的得票率分别为72.5%、92.5%、87.5%、90%。
通过以上一个班的调查结果显示, 这种虚拟的协同教学模式还是很受学生欢迎的。随着学生数量的增加, 对平台的性能要求也将增高, 所以实施的效果还需要进一步教学实践的验证。
五、虚拟协同教学模式的发展趋势
虚拟协同教学模式是未来教育的发展方向之一。它的发展趋势主要体现在两个方面。一是, 引入虚拟技术到协同教学中, 增加了协同教学平台的环境沉浸感。二是, 对协同虚拟教学模式的协同能力还有待进一步研究。
摘要:在研究了传统教学模式与协同虚拟教学模式的基础上, 设计一个符合协同教学模式, 能构建师生实时进行交互的协同虚拟教学平台, 文章对交互中的并发问题给出了解决方法。最后对虚拟协同教学模式的教学实施效果做出了评价, 并对其发展趋势进行了展望。
关键词:协同,虚拟,交互,并发控制
参考文献
[1]符云清, 全文君.协同虚拟环境中的并发控制机制[J].计算机工程, 2009, 35 (4) :51-55.
[2]MANABU NAKAMURA, SETSUKO OTSUKI.Cooperative learning support mechanism, based on scenario of specifying solv-ing process[C]//Proceedings of ICCE’98.CHEP, Spinger, 1998 (2) :532~534.
[3]宋渝.协同虚拟环境的研究和没计[D].重庆:重庆大学, 2006.
虚拟现实及应用 篇11
关键字:Floyd-Warshall;最短路径;算法思想引申;旅游路线;APSP
中图分类号:TP311.11 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 09-0000-02
一、引言
伴随着高科技的日新月异,计算机技术被应用到各个领域,因特网的迅速普及使计算机进一步融入到我们的日常生活中。在这个信息爆炸的e时代,时间显的尤为宝贵,我们不自觉的应用着各种统筹原理和各式各样的“算法”来争取时间,效率至上成了很多个人和组织所追求的意识,就算在旅游休闲时,人们也会想要在有限的资源条件下比别人多赏玩一个“景点”,当然我们追求的不仅仅是多,而且是快。下面就让我们来探讨Floyd-Warshall算法如何帮助我们解决“旅游路线”问题——实现任意两点“最短路径”!
二、算法描述和图解
Floyd-Warshall算法是图论中的一个算法,专业的讲是寻找给定的带权图或有向网G=(V,E)上每对顶点间最短路径的算法,即APSP(All Pairs Shortest Paths)。该算法运用动态规划思想,框架清晰,不包含复杂数据结构,三重嵌套For循环结构紧凑,易于实现,提高了运算效率,边权可正可负。缺点是时间复杂度较高(O( )),不适合计算大量数据。但对于中等规模的输入图仍然相当实用。
任意两点最短距离有三种情况:
(1)两点直达。例如图
(2)通过一个中间点。例如图
(3)通过两个及以上点。例如图
算法过程是用一个矩阵d[][]记录每一对顶点的最短距离,当i等于j时,d[i][j]赋初值为0,当i和j不可达时,d[i][j]赋初值为一个大数,表示无穷。初始化后,依次扫描每一个点,并以其为基点再遍历每一对顶点的权值d[][],看是否可过该基点让这对顶点间的距离更小。
第一种情况:在初始化的时候已经完成。
第二种情况:对于每一对顶点,遍历所有其它顶点,看是否可以通过一个顶点让这对顶点距离更短,相当于遍历了图中所有的三角形。
第三种情况:如右图的六边形,可先找一点(Y,则
综合上述三种情况,令 为从顶点i到顶点j且满足所有中间顶点皆属于集合{1,2,…,k}的一条最短路径的权值, 为有向边(i,j)的权,得出如下递归表达式:
三、C++核心代码
#define NUM 100
#define INFINITY 32767 //表示权值的正无穷
typedef struct {
char vertex[NUM]; //顶点集
int edges[NUM][NUM]; //存储有向网的邻接矩阵
int vexnum;//点的数目
intarcnum; //弧的数目
}DirectedNet;//有向网
//初始化
void InitializeDN(DirectedNet &DN){//输入点数、弧数和点,依照上述“算法过程”进行初始化 }
//Floyd算法核心
void Floyd(int distance[][NUM],int path[][NUM],DirectedNet &DN) {
int i,j,k;
for (i=0;i for (j=0;j distance[i][j]=DN.edges[i][j]; path[i][j]=false; } } for (k=0;k for (i=0;i for (j=0;j if (distance[i][j]>distance[i][k]+distance[k][j]) { distance[i][j]=distance[i][k]+distance[k][j]; path[i][j]=k; }//用數组distance[i][j]来记录i,j之间的最短距离,对所有的k值从1到n } //计算distance[i][k]+distance[k][j]的值,修正任意两点之间的最短距离 } //若小于distance[i][j],则distance[i][j]= distance[i][k]+distance[k][j] } //否则distance[i][j]的值不变。每计算一次都用path[i][j]记录经过的路径点k } //递归输出路径点 void PathPoint(int path[][NUM],int i,int j,DirectedNet &DN) { int k=path[i][j]; if (k==false) { return;} PathPoint(path,i,k,DN); printf("%c->",DN.vertex[k]); PathPoint(path,k,j,DN); } //输出最短路径及路径长度 void OutputPath(int distance[][NUM],int path[][NUM],DirectedNet &DN) { int i,j; for (i=0;i for (j=0;j if (distance[i][j]==INFINITY) { continue;//若要输出无最短路径信息,只需要注释本行,取消注释下一行 //printf("从 %c 到 %c 没有路径n",DN.vertex[i],DN.vertex[j]); } else {if(i!=j){ printf("从 %c 到 %c 最短路径长度为%dt路径",DN.vertex[i],DN.vertex[j],distance[i][j]); cout< PathPoint(path,i,j,DN); cout< }}}}} 算法描述中“六边形”的任意两点最短路径运行结果: 四、算法思想引申思考 当问题变复杂,不再是单纯的类似“旅游问题”的任意两点最短路径问题,而是变为“最优解”的问题时,还是以“旅游问题”为案例,在存有带权矩阵的结构体中加入诸如路费(int spend)甚至更多的属性,这时问题将变为寻找任意两点间“性价比”最高的路径,并且在最短路径算法基础上又加入了贪心算法思想,如果再加入时间(double time)等属性,那么问题将逐渐演变成一个需要仔细规划的Project,这也是现实中我们更可能面临的问题。所以Floyd算法以及算法思想引申在现实生活中有广泛的应用,能给我们带来很多益处,值得仔细研究和进一步思考。 参考文献: [1]科曼(Cormen,T.H.).算法导论[M].潘金贵.北京:机械工业出版社,2009,6 [2]严蔚敏,吴伟民.数据结构C语言版[M].北京:清华大学出版社,2007 [3]沈云付.ACM/ICPC程序设计与分析(C++实现)[M].北京:清华大学出版社,2010,7 存储虚拟化已经被提出多年,IBM,SUN,EMC等多家公司都推出了自己的虚拟存储设备。近年来,随着云计算的发展,云存储的概念也被逐渐被推广,云存储的构架如图1所示。由于虚拟化是云计算的关键能力,这使虚拟化技术成为了日前的核心焦点。不仅如此,随着计算机病毒、木马等恶意软件的蔓延,本机虚拟存储技术在病毒测试、病毒样本提取等反病毒领域也起到重要作用。 由于实验环境的限制,本文存储虚拟化的实现是针对PC机上的硬盘,利用操作系统的磁盘组织结构及内存管理模式,虚拟出一个自己的磁盘。其实与真实的虚拟存储原理类似,这一过程可以看云存储中的服务器端对存储设备的虚拟,然后将虚拟后的镜像以服务的方式提供给客户端。 2 虚拟存储基本原理 虚拟存储(Storage Virtualization)就是把多个存储介质模块(如硬盘、RAID)通过一定的手段集中管理起来,所有的存储模块在一个存储池中得到统一管理。这种可以将多种、多级、多个存储设备统一管理起来、并能为使用者提供大容量、高速数据传输性能的存储系统,就称之为虚拟存储[1]。 从虚拟化存储的拓扑结构来讲主要有两种分类方式:即对称式与非对称式。对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体,内嵌在网络数据传输路径中;非对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外。 然而,根据应用环境的不同,按照存储虚拟的实现方案来分类,主要有三种:基于主机的虚拟、基于存储设备的虚拟和基于网络的虚拟[2]。 基于主机的虚拟存储依赖于代理或管理软件,它们安装在一个或多个主机上,实现存储虚拟化的控制和管理。由于控制软件运行在主机上,会占用主机的处理时间。因此,这种方法的可扩充性较差,实际运行的性能不是很好。该方法可能影响到系统的稳定性和安全性,因为会导致不经意间越权访问到受保护的数据。软件控制的存储虚拟化还可能由于不同存储厂商软硬件的差异而带来不必要的互操作性开销,因此该方法的灵活性也比较差。但是,由于不需要任何附加硬件,基于主机的虚拟化方法最容易实现,其设备成本最低。使用这种方法的供应商趋向于成为存储管理领域的软件厂商,而且目前已有成熟的软件产品。 基于存储设备的虚拟一般是存储厂商实施的,但是很可能使用厂商独家的存储产品。当虚拟存储实施在设备端时,逻辑(虚拟)环境和物理设备同在一个控制范围中,这样有益于虚拟磁盘高度有效地使用磁盘容量,虚拟磁带高度有效地使用磁带介质。在存储子系统端的虚拟存储设备主要通过大规模的RAID子系统和多个I/O通道连接到服务器上,智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等的管理功能。这种方式的优点在于存储设备管理员对设备有完全的控制权,而且通过与服务器系统分开,可将存储的管理与多种服务器操作系统隔离,并且易于调整硬件参数。在存储系统中这种方法较容易实现,容易和某个特定存储供应商的设备相协调,所以更容易管理,同时它对用户或管理人员都是透明的。 基于网络的虚拟的实施,既不是在服务器端,也不是在存储设备端,而是介于两个环境之间,其特点为充分利用网络资源,在实现过程中,既能使用户感觉不到虚拟化的存在,而且操作上屏蔽各种细节,符合存储网格的发展趋势,同时具有很高的扩展性、灵活性。 3 虚拟存储的应用 虚拟存储模型在存储设备之上,应用层之下设计了一个虚拟层,对整个存储介质进行统一分配、管理,根据应用客户端的不同应用需求,提供虚拟化服务,如图2所示。 3.1 云计算中的虚拟存储 在云计算的构架中[3]如图3,虚拟存储起着十分重要的作用。在部署了云的网络构架中,网络中的客户端只相当于一个服务接收器,没有了任何的储存设备。网络中的服务器通过虚拟化技术,将真实的存储介质等物理设备虚拟成镜像,用户通过云控制器接入服务器,共享这些虚拟镜像。这样,用户购买的只是网络存储服务,而不是具体的存储设备。 这种方案的优点有: 1)提高存储设备的利用率:不同用户对存储空间的需求各有差异,如果采用现有本地磁盘模式,有的用户的磁盘空余很大,有的用户磁盘资源紧张。通过虚拟化技术,用户可以建立存储池,将所有可用的存储设备作为一个存储池进行管理,可以实现存储资源的高效利用,多余的容量可以分配给需要的服务器和应用程序,使用率提高,优化了存储资源。 2)降低用户访问数据的复杂性:通过存储虚拟化,用户不用再花费精力和时间去关心存储环境中底层物理环境的复杂性,也不用再去关心设备异构与否。他们只需在应用层面上直接提出自己的需求,并通过虚拟化的手段实现。 3)减轻维护人员的负担:传统的存储方式下,维护人员需要维护不同用户的存储设备,随着计算机的普及,以及计算机病毒,恶意程序的蔓延,维护人员需要的负担不断加重,使这一项服务成为“人力密集型”服务。然而,在虚拟存储环境下,维护人员只需要对真实的物理设备及服务器端虚拟出来的镜像进行维护,将问题集中处理,大大减少了工作量。 4)保证了数据的隔离性和安全性:每个虚拟机都是在被分配(或者说限制)在给定资源容器中工作(模拟的物理资源中),内存、磁盘等和数据安全密切相关的存储资源相互之间实现了资源隔离。一台虚拟机中的程序无法读取其他虚拟机所占用的资源,自己的资源也无法被其他虚拟机中的程序访问。因此达到了资源隔离的效果。这样一来,如果我们为每个用户分配不同的虚拟机作为其运行环境,那么可以说用户数据是“私密”,“安全”的。另外虚拟机的隔离性除了为数据数据安全提供了技术支持外,还为故障隔离提供了最安全的手段。一个虚拟机中的程序可能有意或无意的非法运行造成系统崩溃,这种事故的影响只会限于当前虚拟机,最多让自己运行的虚拟机崩溃,不会影响到宿主机上的其他虚拟机和程序运行。这点和微内核操作系统的思路很像———所有组件,包括驱动都以进程形式运行于内核以外,这样当程序崩溃不会造成系统崩溃。 3.2 本机虚拟存储的应用 随着网络的飞速发展,目前计算机病毒,木马等恶意软件发展迅速,图4为江民病毒疫情报告[4]。 随着恶意代码静态分析难度的逐步增加以及恶意代码传播方式的多样化,国内外都进行了有关恶意代码行为的一些研究。为了获得一个测试和分析恶意程序的环境,“沙盒”(Sand Box)技术的概念被提出。与传统的主动防御技术不同,“沙盒”技术是发现可疑行为让程序继续运行,当发现的确是病毒时才终止。让程序的可疑行为在电脑虚拟的“沙盒”里充分表演,但是沙盒会记下他的每一个动作,在病毒充分暴露了其病毒属性后,“沙盒”则会执行“回滚”机制,将病毒的痕迹和动作抹去,恢复系统到正常状态。这就好比在一个装满了沙子的盒子中,我们可以尽情的在上面涂写,最后在表面一抹,沙盒又恢复了原来的状态。利用沙箱技术可以对动态恶意代码的行为进行记录并根据行为序列的信息为数据源通过一定的算法对行为进行检测和判断。 为了实现沙箱的系统还原功能,本机存储虚拟化技术成为关键因素。目前,成熟的还原技术有磁盘虚拟,磁盘过滤以及文件过滤。磁盘虚拟,作为本机虚拟存储技术核心技术,是通过在内存中开辟一定的存储空间,利用虚拟化技术形成虚拟磁盘驱动器。无论是操作系统,还是应用软件对虚拟磁盘写任何数据,都被直接写到了内存中,所以当系统重新启动后就会全部消失。这个特性,使其很好的应用与病毒样本的提取。 不仅如此,由于使用了内存作为虚拟的存储介质,虚拟磁盘中读写速度比普通磁盘快很多,虚拟磁盘也常常用于做加速盘或缓冲盘。近几年,CPU、内存和显卡等主要配件的性能都提升很快,但磁盘系统性能正越来越严重地成为整个电脑系统性能提升的瓶颈,虽然磁盘技术从以前的ATA 33、ATA 66发展到今天的ATA 133,但还是不能彻底解决硬盘的瓶颈问题,特别是在运行一些对数据存取速度要求很高的程序(如大型软件测试,数字影像处理)时,受磁盘存取速度的影响,屏幕画面就会出现延迟和停顿。这时,使用虚拟磁盘技术就能有效解决这个问题。随着内存容量的不断增大与价格的日益下降,很多人都为自己的机器配置了2G甚至更多的内存。普通用户平时内存使用率至多百分之三十,若能充分利用资源,将内存虚拟成磁盘,在虚拟磁盘中程序调用的速度会特别快,大概是现在最快的7200转硬盘速度的30倍,非常适合软件测试。 更值得一提的是,虚拟磁盘技术对于延长笔记本电脑电池使用时间更是十分有利,因为这样做可以减少访问耗电大户---硬盘的次数。 4 虚拟存储的发展方向 1)虚拟化集成:目前存储虚拟化的实现方式通常分为三种:交换架构虚拟化,磁盘阵列虚拟化,以及整合到应用设备内的虚拟化[5]。但是,随着虚拟化技术的不断发展,虚拟化软件正在日益变得有活力且更加趋于完整,它的发展方向更像是一个全面的操作系统。未来的虚拟化的实现,是通过集中利用传统技术,然后在某一种主要的虚拟层结合起来。虚拟化就是指增加一个管理层面,激活一种资源并使之更易于透明控制。未来的虚拟化操作系统应该是一个高度分布式的,企业级的操作系统。更进一步,虚拟化还有可能会演变成包含服务器、网络以及存储设备的分布式操作系统中的一种元素。 2)虚拟存储的可用性:目前,由于成本、运营等因素,虚拟存储的使用面并不是很高,主要在一些大中型企业,国内市场更是寥寥无几。所以未来将着重提高其可用性,利用新技术手段,减少成本,增强可行性,在中小型企业,甚至个人用户当中普及开来。 3)虚拟存储的安全性:现阶段的虚拟化存储系统中分布着大量的功能部件,如目录服务器,元数据服务器,存储服务提供者等。在设计时,并没有完全考虑各个功能部件之间的相互认证和授权访问。安全通信、身份认证和加密传输等问题,在一个完善的虚拟存储系统中是必不可少的。为实现这一目标,设计者可以参照目前PKI(Public Key Infrastructure)体系[6],架设安全构架。 参考文献 [1]Kim Y H,Kim C S,SnaPshot Technique for Shared Large Storage in San Environments[C].Proeeeding Communications and Computer Networks,2002. [2]谢长生,金伟.SAN网络级存储虚拟化实现方式的研究与设计[J].计算机应用研究,2004,21(4). [3]Brett McLaughlin.揭秘云计算[EB/OL].http://www.ibm.com/developerworks/cn/web/wa-cloudflavor/. [4]江民发布2009年上半年计算机病毒疫情特征报告[EB/OL].http://www.jiangmin.com/news/jiangmin/index/important/2009814162818.htm#top. [5]Da Xiao.An asysmmetric Storage virtualization system for the SAN environment[C].the Conf on ComPutational Science,2005. 【虚拟现实及应用】推荐阅读: vr虚拟现实教学应用12-27 浸入式虚拟现实技术在心理学研究中的应用06-28 虚拟现实技术在博物馆中的应用探讨01-15 虚拟现实技术在安全宣传教育中的应用与研究08-20 虚拟和增强现实(VRAR)技术在教学中的应用与前景展望12-18 虚拟制造技术及应用06-02 虚拟现实08-10 走进虚拟现实10-21 虚拟现实培训05-19云计算下的虚拟存储研究及应用 篇12