现实应用论文

现实应用论文（共12篇）

现实应用论文 篇1

1 引言

由Terrance E.Boult提出的远程现实(Remote Reality,RR)具有重要的应用前景,它由全景摄像机、视频采集/传输系统、遥控车、头盔显示器等组成[1,2,3]。远程现实系统通过全景成像和头盔显示器提供一个沉浸式的远程环境,让用户具有身临其境的感觉,并且用户利用头盔中的姿态跟踪器可以在全景摄像机的半球形视野中自然地环顾。因此远程现实提供了直观的视频界面,具有不需要对环境“建立模型”的重要优点,但是与传统的虚拟现实相比,远程现实中的人机交互较少、信息单一。文献[4-5]把远程现实用于无人直升机遥控当中,用覆盖的文字和图标信息对图像界面进行“增强”,提高了情景意识、增加了多种辅助信息。

本文设计了基于移动机器人的远程现实系统,辅助机器人遥操作,以进行危险环境中的监控、探测等任务。然而,远程移动机器人的遥操作系统面临的主要问题是落后的人机交互技术。主要表现在以下几个方面:

1)全景图像中心的摄像头投影遮挡了机器人,对视觉效果产生很大影响;在展开图像中只能看到机器人的前端部分,并有很大变形,使得操作人员无法观察到机器人的整体位置。

2)只有单一的视频图像界面,操作人员难以准确获得移动机器人的各种状态信息,如机器人的方向、运动速度等。

3)基地控制站和远程机器人之间的通讯大时延的影响,操作信号和视觉信号容易失去因果联系,从而造成误操作。

近年来兴起的增强现实(Augmented Reality,AR)技术则可以很好地解决上述问题,而其中的关键之一是对虚拟物体进行准确注册。文献[6]提出了一种基于视觉的增强现实三维注册算法,但该算法仅适用于普通摄像机。本文根据三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中的注册算法。将增强现实技术应用到远程现实系统中,把两者有机结合起来组成增强远程现实(Augmented Remote Reality,ARR),应用于展开的图像界面当中,从而改善了人机控制界面的视觉感官效果、增加了辅助信息、提高了人机交互能力。

2 系统总体结构

实验中的移动机器人如图1所示,车载控制系统基于PC104而设计,结合全景摄像机组成远程现实系统,其总体结构如图2所示。基地操作端系统分为:人机交互、图形生成、视频融合、图像显示、无线通讯等功能模块;远程机器人端分为:全景视频信息采集、测距与电机控制、无线通讯等功能模块。全景摄像机固定在机器人的顶部,对周围360°范围的场景进行采集。遥控计算机和PC104之间通过无线局域网(802.11b/g)进行通信。

在操作端,操作者通过键盘、鼠标等人机交互设备发出命令,这些控制命令一方面通过通讯环节送往远端的机器人系统,另一方面直接控制交互界面中的虚拟机器人系统,通过预测仿真系统可以看到实时的操作结果。通过无线通讯,现场的视频图像信息、机器人的运动状态信息都可以反馈到操作端。操作者可以根据需要选择传送全局视频图像还是局部的视频图像。视频图像有两个用处,一是给操作者提供监控信息,二是用来和虚拟仿真模型进行融合。

3 全景成像中增强现实的注册算法

全景成像技术利用光学的反射原理来扩大视觉系统的视野,只用一台摄像机就可观察到机器人周围360°内的全景环境[7]。文献[6]提出了一种基于计算机视觉的增强现实三维注册算法,但该算法是基于普通摄像机的,并不适用于全景摄像机。

3.1 增强现实的三维注册原理

为了说明三维注册算法的原理,这里采用4个坐标系统来进行描述,如图3所示,xwywzw是绝对空间坐标系(真实空间坐标系);xmymzm表示虚拟空间坐标系,此坐标系用来对所添加的虚拟物体进行几何描述;xyz表示观察空间坐标系(摄像机坐标系);uv是一个二维坐标系,表示投影图像平面坐标系,此坐标系的oz轴与观察者视线方向重合。

由于所需要添加的虚拟物体在真实空间坐标系中的方位是由系统要完成的功能所决定的,即虚拟空间坐标系xmymzm与真实空间坐标系xwywzw的关系是已知的,所以虚拟空间坐标系xmymzm中三维虚拟物体的几何描述(xm,ym,zm)可以变换为真实空间坐标系xwywzw中的几何描述(xw,yw,zw):

上式中A是两个坐标系之间已知的变换知阵。

如果能够求出真实空间坐标系xwywzw与观察空间坐标系xyz之间的变换矩阵B,就可以将虚拟物体坐标系中三维虚拟物体的几何描述(xm,ym,zm)变换为观察空间坐标系中的几何描述(x,y,z):

此时,再将观察空间坐标系中的虚拟物体投影到图像平面坐标系uv中,就完成了增强现实系统的三维注册。

3.2 双曲面全景成像中三维虚拟物体的注册

完成了虚拟空间坐标系xmymzm到观察空间坐标系xyz的转换后,下一步就是将虚拟物体投影到像平面坐标系中。如图4所示,由于双曲面为旋转对称结构,只须在二维空间以虚拟相机投影中心F′为原点建立直角坐标系,双曲面反射镜的面形公式为[8]

在极坐标系中:

双曲面面形公式为

虚拟物体上的一点O在观察空间坐标系(xyzF′)中的坐标为(xO,yO,zO),虚拟物体的投影注册就是要先计算出O点在像平面坐标系中的坐标Q(tQ,zQ),即求Q(xQ,yQ)。

空间物点O的直角坐标为(tO,zO),入射光线OP与竖直方向的夹角为θ=arctan(tO/zO),由式(5)得到该光线与双曲面的交点P坐标ρ。代入式(4)得到P点的直角坐标(tP,zP),又摄像头投影中心F的坐标为(0,2c),设反射光线与竖直方向夹角为β,其正切为

将式(5)代入并整理得到

在实际像平面内,光线的落点为Q,其横坐标为

在三维空间,入射光线和反射光线具有相等的方位角。将入射、反射光线投影到成像平面内(见图5),物点O的投影点O′坐标为(xO,yO),像点Q坐标为(xQ,yQ):

所以已知物点O的观察空间坐标系中的坐标(xO,yO,zO),由式(7)~(11)可以确定像点Q的坐标(xQ,yQ)。这样,就完成了对虚拟物体的注册。

3.3 三维注册的实验结果

图6是远程现实中的一个全景图像,可以看出,中心的摄像头遮挡了机器人,对视觉效果产生很大影响。因此,采用3DS MAX和Open GL技术构造一个虚拟的移动机器人(如图7所示),然后在机器人上取几个标志点,根据标志点在摄像机观察空间中的位置,利用上一节推导的三维注册算法对虚拟移动机人在全景图像中进行注册,其结果如图8所示。

从图8可以看出真实的视频和虚拟的三维机器人的融合效果比较令人满意,两者之间能正确对位。经AR注册后明显改善了视觉效果,基本消除了中间的摄像头投影;通过将现场返回的视频图像和预测的虚拟模型进行动态的融合,还可以克服时延的影响,提高操作的精度和效率。

4 基于增强远程现实的人机界面

图8所示的环形图不太符合人的观察习惯,所以直接以图8为人机交互界面并不合适,需要把全方位图像按360º展开,恢复成一个矩形柱面全景图像。展开目的有两个:一是提供更加直观的人机交互界面,二是为了后续图像处理中一些算法能够正确、方便的应用。本文使用一种快速的近似展开算法[9],如图9所示,设圆形图的圆心O坐标为(x0,y0),展开的矩形图左下角原点坐标O1(0,0),矩形图中任意一点P(x,y)所对应的点在圆形图中的坐标为(x1,y1),展开后的右图的宽度等于左图中虚线所示的圆的周长。下面我们需要求的是(x,y)和(x1,y1)的对应关系。根据几何关系可以得到如下公式:

利用式(12)~(15)对图6进行展开,其结果如图10所示。然后再结合增强现实技术,组成增强远程现实(Augmented Remote Reality,ARR),应用于展开的图像界面当中,并利用图像拼接技术提供机器人周围的虚拟背景。此外,在界面中还叠加了一些文字和图标信息,如机器人的东南西北方向、运动速度、行走里程等基本的导航与控制信息,其中的矩形框为对前方运动目标的锁定位置。采用增强远程现实获得的屏幕场景效果图如图11所示,与图10相比,明显改善了人机控制界面的视觉感官效果、提高了人机交互能力、增加了信息量。

5 结论

采用移动机器人作为远程现实技术的新载体,将增强现实技术与远程现实系统相结合,开发研制了基于移动机器人的增强远程现实系统。本文根据三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中基于视觉的三维注册算法,其实验效果表明,在全景视觉中实现增强现实系统是完全可行的。为了提供更加直观的人机交互界面,我们把增强远程现实应用于全景视觉的展开图像中,从而改善了人机控制界面的视觉感官效果、提高了人机交互能力、增加了信息量。增强现实技术在远程现实上的开发和应用不仅拓宽了增强现实技术的应用领域和范围,而且为远程现实的功能扩展提供了崭新方向。两者结合组成的增强远程现实系统能够在机器人摇操作、智能监控、危险环境中的监视与探测、以及无人车和无人机导航等军事领域中得到广泛的应用。

摘要：设计了基于移动机器人的远程现实系统,辅助机器人遥操作。为提高人机交互能力,把增强现实技术应用到远程现实当中,根据增强现实中三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中基于视觉的注册算法,实现了三维虚拟机器人在全景图像中的注册定位。为了提供更加直观的人机交互界面,采用一种快速算法把圆形全景图进行近似的柱面展开,并将“增强远程现实”应用于展开的图像界面中。实验结果表明,增强远程现实改善了场景的视觉感官效果、增加了辅助信息、提高了人机交互能力。

关键词：移动机器人,增强现实,远程现实,全景图像,三维注册

参考文献

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[3]Boult T E.Remote Reality via Omnidirectional Imaging[J].DARPA Image Understanding Workshop,1998,12:1049-1052.

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[5]Masanao Koeda,Yoshio Matsumoto,Tsukasa Ogasawara.Annotation-based Rescue Assistance System for Teleoperated Unmanned Helicopter with Wearable Augmented Reality Environment[C]//2005IEEE International Workshop on Safety,Security and Rescue Robots.Piscataway,USA:IEEE Computer Society,2005:120-124.

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[8]曾吉勇,苏显渝.双曲面折反射全景成像系统[J].光学学报,2003,23(9):1138-1142.ZENG Ji-yong,SU Xian-yu.Hyperboloidal Catadioptric Omnidirectional Imaging System[J].Acta Optica Sinica,2003,23(9):1138-1142.

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现实应用论文 篇2

摘 要：酒令文化发展至今已有几千年历史，但却不似酒文化那般一脉相承、历久弥新，在长期发展中不免产生某种断裂。笔者通过参阅大量史料与科研资料，摘录、挑选、更新了几则具有代表性的酒令进行分析，旨在为探索古人宴请文化中的酒令文化融入当代的可行性。在宴请中加入酒令游戏，不仅缩短宾客之间的距离，活跃宴会气氛，还可以为宴请增添别具一格的传统文化元素。

关键词：酒令；宴席；文化；应用

酒令是一种具有中国特色的酒文化，是宴席上用来助兴取乐的饮酒游戏。在享受宴饮之余，把盏唱和，助兴饮酒，不失为一种乐趣。从本质上来说，酒令的作用是用来罚酒，但实行酒令更为主要的目的是活跃气氛。酒令诞生于西周，完备于隋唐，主要形式有投壶、射箭、联句、赋诗、掷骰、唱和等。从古至今，从帝王到重臣，从贵族到百姓，从文人到武夫，从国家元首到普通民众，无不饮酒行令。有关酒令的记载屡见笔端，今略取一二讨论，并筛选一些，以做参考。

一、酒令文化的思考

（一）探究酒令文化的必要性

如今传统的酒令文化正在悄然消失，能见到的似乎只有“猜枚”、“划拳”、“打杠子”一类简单易行的大众化酒令。即便是这些酒令，随着饮酒条件与饮酒方式的改变，也大有淡出人们生活的势头。其实今逢盛世，中华崛起，百业振兴，各种文化事业蓬勃发展，传统文化得以传承，作为传统文化中的重要组成部分的酒令文化，应当得到传承与发展。古人行酒令时需要参与者敏捷机智，有文采和才华。因此，饮酒行令既是古人好客传统的体现，又是他们饮酒艺术与聪明才智的结晶。酒令的根本作用还在于能有效调节宴会气氛，使相对冷清的酒会气氛热闹起来，使陌生的宾客间热络起来。这便是酒令文化从古至今长盛不衰的原因所在，只是如今的酒令趋于大众化、简略化，文化传承性不如古时，但还不至于从饮食文化中消失。常言道“无宴不酒”，现在来谈论酒令文化无论从传统文化角度上，还是从“文化国宴”的需求上，又或是增强酒会间趣味性上讲都具有一定的必要性。若能建立一个不同于社会上一些粗俗牛饮烂醉狂欢式的饮酒习俗，构建一个具有优雅、精致、礼节适宜集中于一身的酒文化的典型，想必是一件让中外宾客交口称赞的乐事。

（二）酒令文化的起源

笔者谈论酒令的起源和发展，并不是简单介绍与套用一些书籍的言语，主要还是整理一些前人的观点，并结合自己不成熟的看法，来深化对酒令文化的认知。通过参阅大量资料、书籍后，我们可以得到一个前人总结的结论，现今的酒令文化起源于春秋时期，虽然从记载上看，那时候确实没有酒令的说法，但是已经初步具备了酒令的一些规则习俗。说起酒令，一定不能不提清人俞敦培，此人在中华酒文化中尤其是酒令文化中算是集大成者，第一次把酒令进行了比较系统的总结。他的《酒令从钞》中记载着一句话：“今有歌诗令，实始左氏”。这比较符合现在人的观点，《左传》中记载了那个时候“当?j歌诗”的情景，从现在对酒令的界定来看，它既是一种饮酒时的助兴取乐游戏，又有一定的规则，确实算是酒令的开始。但其实还有一种观点，认为是从西周时期便已经有了酒令一说，但笔者认为当时更多还是一种森严的饮酒礼仪制度，奴隶社会的人们受约束的情况比较严重，实在谈不上乐趣。《礼记?乐记?乐施篇》中也提到“先王所以备酒祸也，”这是先王用来防备酗酒闹事的方法，把它说成是酒令实在有些不符。

（三）酒令文化的发展

秦汉时期，人们在宴席间把酒言欢、行令唱和已经是非常普遍的事情了，并且也成为了习俗。即席联也就是即席联句便是这个时候开始的。说起来比较有意思，现今我们谈到诗词的时候总会说到“柏梁体”这一七言“句句押韵”的诗歌体裁，它便是和即席联同一天诞生的。汉武帝刘彻在未央宫内的柏梁台与众臣子饮酒，要求“能为七言诗者得上座”，而这也就是联句的开始，这种酒令一直延续到南北朝初唐时期。魏晋时期世间流行“曲水流觞”这一风雅的酒令形式，下篇会重点讨论。更为有意思的是这个时期例如投壶、射箭、赌棋等不拘泥于言谈交流的行为上的酒令也开始兴起。但这个时期最为主要的却还是“曲水流觞”、“赋诗罚酒三斗”以及“危语令”。唐宋时期，诗词的繁荣带动了酒令的发展，酒令文化到达巅峰。唐宋八大家都与饮酒、酒令有说不完的话题，更不用说当时的帝王将相、才子佳人了。唐宋时期酒令繁多，有手势令、拆字令、雅令、骰子令、小酒令等。同时也出现了有关酒令专著，如皇甫松的《酒乡日月》、赵与时的《觞政述》、窦平的《酒谱》。到了明清时期，酒令文化进一步发展，达到了“举凡人间事物无不如令”的地步，前文提到的清人俞敦培所著《酒令从钞》一书记载已有322种酒令。

二、酒令的现实应用

（一）曲水流觞

说起“曲水流觞”，先从“觞”这一漆器说起，觞是有双耳的杯子。耳杯是个俗称，它的学名叫做“羽觞”，这种饮酒的容器对中国酒文化产生了巨大影响，绵延至今。王羲之的《兰亭集序》里清晰地记录了当时的盛况：每年阴历三月三，大家都要聚集在水边，举行仪式，祈求吉祥，被称为“修禊”。文人云集，列坐水边，将羽觞放入水里，任其沿着弯曲的水道漂流，停留处要求友人作诗一首，否则将被罚酒。

吟诗作赋的雅事在现代社会生活中实属罕见，但这种酒令形式可以在文化国宴中得到借鉴。修建一套流水池，订制漆器酒杯，雕以纹饰，置美酒于酒杯中，使酒杯在流水池中漂流，别有一番韵味。至于停留处的设计，可在宴席座位所在之处的流水池边安置挂钩，又可以设置机关由宾主人为控制。惩罚方法不拘一格，视宾客具体情况而定。如果是文人墨客，大可吟诗赋词；商人政客则行祝酒歌；或者介绍一种自己的爱好、或者说一段自己的趣事，形式自如、不落窠臼，可以极大地丰富我馆文化国宴的内涵。酒令是集风雅与趣味于一体的行酒游戏，行令规则的制定灵活多样，提高了酒令的娱乐性。但酒令活动的实施也有一定操作难度，主要是流水池的制作需要更深层次研究讨论。

（二）揽胜图

这则酒令比较简易。准备一张揽胜图，图中列各地的名胜古迹60多处，再准备6个棋子，分别命名渔夫、道士、剑士、剑侠、美人、和尚、词客；准备一个骰子，1-6分别代表6个角色，掷骰子决定角色。再备4个免酒的筹，以骰子的点数代表身份的本彩，分完角色，分免酒筹，分完4个为止，用筹可以免酒一次，用完收回。骰子抡掷，两人到同一地方叫“会”，到观止饮洗尘酒。先到者胜，最后到的饮大杯，其他到各地都有具体的规定。此则酒令如棋类游戏，十分有趣，又含括神州各地的古代胜地，文化底蕴十足。

（三）投壶

投壶是从先秦延续至清末的汉民族传统礼仪和宴饮游戏。据考证，投壶起源于射礼，发展于先秦，流行于汉唐，如今已没落。今天讨论的投壶令法，以汉唐时期为主。宋代时期的司马光改变了投壶的形式，致使投壶成了一种复礼活动，丧失了酒令的娱乐性，远离普通民众的生活。汉朝时期的投壶没有双耳，玩法单一，并不可取。着眼于丁晏老先生的学术性总结之作《投壶考原》，从中管中窥豹，省去繁缛礼节，只取投壶规则。投壶的器具便于制作，用铜制壶较为适宜，形状可以参考中山公园内投壶亭的6座铜壶，亦可借鉴馆内藏品的传统元素，但一定要遵循双耳的壶形。箭矢可用竹或木制作，不必拘泥形式，便于操作为原则。

“壶口径三寸，耳径一寸，高一寸”，“箭十有二，长二尺有四寸”，壶口直径为10厘米，两耳的直径3.3厘米，高3.3厘米。准备12只箭，箭长80为厘米。这里的数据可能与《礼记》中对于投壶规格的记载稍有出入，一是由于周朝的1寸为2.31厘米，与后世标准不同；二是投壶发展年代较长，跨度较大，产生了规制上的差异。

规则以全部投中或先满120分的人为胜者，其余失败者被罚酒。《考原》中绘有二十幅图，说明了分数的记法。壶有两耳，投中方式按照不同的算法分别是：“有初，乃首箭中者，君子以作事谋始，以其能慎始，故赏之，计十算”，首中壶心记录10分。“有初贯耳，若一开始投中壶耳，计二十算。因耳小于口而能中之，是其用心愈精。”首次投中耳中的记录20分。“连中，计五算，第二箭以下连中不绝者，皆五算。”第二箭仍投中壶心记录5分，以后再连续投中壶心的都是5分。“全壶，皆投中也，无算。”全部箭都投中壶心的不算分直接胜利。“连中贯耳，二十算。”连续投中耳中的记录20分。“有终，最后一箭投中，计十五算。”最后一箭投中壶心的记录15分。“散箭，计一算，若一箭不中，次箭皆为散箭。”若是一箭未中，其余投中的箭便都算散箭，投中每箭记录1分。“横耳，即箭加耳上，与不中同。”箭投卡在耳上，便视为没投中。“骁箭，投而不中，箭激反跃，捷而得之，复投而中者，计十算。”若未投中，箭碰到壶反弹回来，能抓住再投中壶心，记录为10分。“横耳，横加壶口，无赏。”箭横在壶口或者耳口，便视作未中。“败壶，十二箭俱不中，皆负。”如果12箭都未投中，那么算输。最后还有八个图型，分辨是龙尾、狼壶、倚竿、龙首、倒中、倒耳、带剑、耳倚竿，如果投出这几种，就终止继续投壶。

（四）福禄寿令

“福禄寿”为天上三吉星，幸福、吉利、长寿。这种酒令吉祥喜庆，满怀祝愿，且属于骰子类酒令，行令方便，规则简单，适用于聚会。具体规则按古人叙述可以概括如下：由一人掷六枚骰子，投掷次数不限，以饮完三杯为止。“五”为福，“四”为禄，“六”为寿，若“四”、“五”、“六”都掷出来，为福禄寿全，三杯酒便可不喝，将骰子移交下家投掷。如果“四”、“五”、“六”不全，那么缺什么补什么。没有掷出来“四”，饮益禄酒一杯。没有掷出来“五”，饮加福酒一杯。没有掷出来“六”，饮增寿酒一杯。具体来说，第一次掷得“五”、“六”（其余的骰子不计，下面的都是一样），是为“少禄”，当饮一杯以益禄，需要饮的酒还有两杯。第二次掷得“四”、“六”，是为“欠福”，当饮一杯以加福，则当饮之酒尚有一杯。第三次掷时，“四”、“五”、“六”全部掷出，那么仅剩的一杯酒也就免去。第一个人投掷结束，把骰子移交给下家，下家也如前者一样行令。笔者认为这类酒令在规模较小的聚会场合比较适宜，简单易操作，能活跃气氛，又有祝福之意，具备较高可行性。

三、总结

中国的酒令文化拥有几千年历史，种类繁多的酒令丰富充实了历代文人骚客、王公贵族、布衣平民的生活。酒令文化发展至今，已经逐渐淡出人们的现实生活。在宴请中再现具有敦实厚重文化底蕴的酒令游戏，使其与宴客的喜好相契合，丰富优化宴请的文化内涵，依旧有不容忽视的意义。

参考文献：

贴近现实生活，注重应用意识 篇3

关键词：兴趣 教材 体会 因材施教 联系

数学与生活是紧密联系的，可传统的数学教学方式是教师想尽一切办法让学生掌握系统知识，考出好成绩。这样让数学与生活严重脱轨。学生普遍认为“代数烦，几何难”。有人在调查中发现：认为数学在“日常生活中有用”的同学尽占6%，“能开发智力”的占25%，“有助于升学”的占58%，其他占11%。似乎数学的应用功能，教育功能几乎丧失。虽然学生普遍注意解题、证明技巧、和强化训练，但学生对数学与生活的关系理解不够透彻，这不能不令人担忧。

数学课程标准为未来的数学教学指明了方向。它明确指出：学生能够认识到数学存在于现实生活中，并被广泛应用于现实世界，才能切实体会到数学的应用价值。生活中的有些数学问题是不容易被发现的，只有用数学的眼光才能看到数学问题。这就要求教师要学会用数学的观点去观察、分析现实生活，挖掘现实生活中蕴涵的数学信息，把书本上的知识与学生熟视无睹的生活有机的结合起来。“数学教学生活化”已成为我们数学教师的研究课题，生活处处有数学，希望通过我们的努力，让数学融入生活。

一、培养学生学习数学的兴趣

新课程教学中，注意结合学生的生活实际，用学生的语言和思维方式呈现教学内容，渗透数学应用，从而有利于增强学生学习兴趣。例如讲解两圆位置关系的应用时，学生会很容易举出路上行驶的各种车辆的轮子，我在这时提出问题：“为什么车轮要做成圆形呢？”学生们立刻讨论起来，有的说：“车轮与地面是相切的，轮子中心与地面的距离不变，人坐在上面会感觉很平稳。”有的说：“如果车轮不是圆的，人坐在上面会一高一低的。”老师一面说一面模仿，逗的同学们哈哈大笑。讨论仍在继续。看的出，大家对这个问题产生了浓厚的兴趣，对于将数学融入生活而言，我们迈出了成功的第一步。

二、灵活处理教材

初中数学教材中每章节前的插图、引言，章节中的读一读、想一想、做一做以及章后的实习作业等等，对扩大学生的知识面，增加趣味性和实践性，提数学应用能力，都能起到好的促进作用。但由于生活环境差异，可能课本中提到的事物离学生的生活较远。

比如，在讲解直角三角形的应用举例时，有这样的一个例题：厂房屋顶人字架（等腰三角形）的跨度为10米，∠A=30°，求中柱BC（C为中点）和上弦AB的长。我们的学生对这样的厂房并不熟悉，但同学们一抬头看到了教室的屋顶，正好是例题中说的人字屋架，活生生的材料摆在面前，把数学和生活拉近了很多。

三、创设生活情景，让学生体会数学就在身边

打开数学课本，我们看到的教学内容是抽象化、概括化的，我们可以结合学生的日常生活，创设学生熟悉与感兴趣的具体生活活动情况。例如，有位老师在讲解平面直角坐标系一节时，首先创设情景，提出问题。（1）看电影时如何就座？（2）你能说出某某在教室中的位置吗？（3）如何寻找大海中发出求救信号的船只？学生讨论后由教师总结，这三个问题实质是确定点的位置。通过适度的数学抽象，从学生熟悉的生活情景中引出学习内容，使学生体会到数学知识来源于生活。

古人云：学，起于思。思，起于疑。让学生对周围熟悉的事物产生疑问，体会数学就在身边，感受到数学对生活的作用。

四、培养数学的应用意识

培养数学应用意识的主要方式：（1）注重数学知识的产生、运用的过程，即揭示数学知识的来龙去脉。（2）数学地思考为学生培养数学应用意识提供了良好的条件。如：列方程解应用题，确定两个变量间关系的函数思想，收集、整理数据、分析数据的方法，根据信息进行决策等，有利于培养学生的应用意识。例如，学完《统计初步》后，教师可以有计划的组织学生到社会上调查情况，收集数据，进行整理、分析，得出结论，这样可以培养学生解决实际问题的能力。又如讲到《黄金分割》时，问学生“你知道怎样的身材是优美匀称的、舞台上的报幕员站在哪个位置最佳。”在讲《解直角三角形》知识时可提出这样的问题：“你能在地面上测出大楼的高吗？”“你能不过河量出河的宽吗？”等等，这样都能激起学生的好奇心，从而培养他们应用数学的意识。

五、因材施教，让学生的数学应用能力均有不同程度的提高

“人人学有用的数学”。教师对于学生的个体差异，要给予足够的重视和理解。数学教学的主要目的不是培养数学天才，而是充分利用已有的生活经验引导学生把数学知识用到现实中去，将数学融入我们的生活。

应用题的教学是教师们最头疼的事，也是学生们最怕的事。学生读不懂题中的抽象情节，不理解抽象的数量关系。如果把这些抽象的数量关系放在学生经历的活动中来感知理解，效果会怎样呢？通过这几年的教学，我发现学生对“你有10块糖，吃了2块，还有几块？”人人都会做，而在解答应用题形如： “求剩下的零件个数”等问题时，都会出现有些学生不会做的情况。究其原因，前者学生有生活经历，解题时学生能再现情景，从而解决问题；后者学生没有经历，对于一些理解能力不强的学生会产生困难。虽然我们的学生基础不同，但我们要给不同的学生不同的机会，让不同智力水平的学生的思维能力都得到不同的发展，让数学走进每个孩子的生活。

六、加强数学与相关学科的联系

数学不仅为其他学科的发展提供了基础，而且已从后台跑到了前台。 “高新技术的核心技术是数字技术，而数字技术的核心是数学技术”。数学不仅为物理、化学等学科提供了语言、思想、方法，而且數学还与经济、生物、金融、保险、投资等融合。在我们的日常教学中，也要注重数学与相关学科的联系，数学才能充分发挥它的作用。

继续回到圆和圆的位置关系那节课，车轮为什么是圆形的？还有另外一个原因：从物理学角度讲物体滚动时的摩擦比滑动时的摩擦要小。再如讲一元一次方程时，可选编浓度配制、存贷款率盈亏、保险股票、债券等问题。看来，数学在我们的生活中不是孤立存在的，而是和其他学科合理地整合。

数学是生活的组成部分。以人为本，人人学有价值的数学，人人都能获得必须的数学，不同的人在数学上得到不同的发展。这是新课程标准的宗旨，也是我们努力的方向。数学来源于生活，最终要回归生活。相信，通过我们的课程改革，会让学生觉得数学不再是高不可及，虚无飘渺。学生们会将它更好地走进生活，应用于生活，充分体现“现实数学”思想，体会到数学就在我们每个人身边。因此，作为教师应在教学中努力为学生提供背景和机会，使学生逐步形成数学应用意识和应用能力。

参考文献：

[1]徐利治著.《数学方法论导读》

改善现实游戏应用现状 篇4

关键词：增强现实,AR游戏,交互体验

增强现实这一概念,第一次提出是在20世纪60年代。到了90年代,它作为一个全新的研究领域得以发展。尽管增强现实在生物医药,建筑,社会安全保障,航天军工等方面已经有了一些应用,但在表现媒介上相对得缺乏一些探索。伴随着低成本设备的发展,比如微软研发的Oculus Rift、Magic leap,三星设计的Gear VR,还有目前国内AR游戏开发的较早、比较完善的HTC的Vive设备。未来,增强现实技术将会进一步得到发展和应用。

一、增强现实与智能手机发展

自2013年以来,智能手机图像识别技术的不断发展,智能手机涌现了大量的AR游戏应用,而这些游戏也更加趋于成熟完善。比如有幼儿学前教育的移动应用“涂涂乐”,这种游戏原理是通过联网的移动设备扫描故事书和卡片上的图文,就会显示与图文相关的立体效果;或是图像或是视频。也有基于LBS(Location Based Service)技术的增强现实户外探险游戏应用“Ingress”,这款游戏的经典之处在于,将现实中的场景和游戏画面中的情境相结合,将玩家主动带出户外参与任务,完成任务已取得虚拟奖励。

二、技术支持

现在市场上最多的相关产品是AR眼镜、手机移动应用、以及成套的视听一体化设备。其中较为核心的几项技术是影响未来AR行业再度发展的重要指标。

(一)图像识别技术

图像识别技术是人工智能的一个重要领域,这也是增强现实应用的重要技术基础。图像识别中的模式识别(Pattern Recognition),是一种从大量信息和数据出发,在经验和已有认识的基础上,利用计算机和数学推理的方法对形状、模式、曲线、数字、字符格式和图形自动完成识别、评价的过程。现在图像识别技术已经家喻户晓,被广泛的运用在各行各业。不仅是图像可以被识别,视频画面也可以被实时的识别出来,视频识别技术在监控方面得到了重大的应用。现阶段识别精准度也显著的提高了,这是AR游戏得以突破性发展的重要技术支持。

(二)跟踪定位技术

现在这一项技术发展较为成熟,几乎每一部智能手机都有定位技术,但定位的精准度还亟需提高。在增强现实相关应用中常用的定位技术分别有以下五种:GPS卫星定位技术,红外光学定位,激光定位,可见光定位技术和低功耗蓝牙定位(i Beacons定位)。这些定位技术都有其各自优势,有的定位能力精准,有的是可控制在较低成本内。总之,缺乏定位技术的AR游戏是不可能有较好体验感的。

三、增强现实游戏的交互体验

1975年,芝加哥大学心理学教授Mihalyi Csikszentmihalyi首先提出Flow理论,即“沉浸理论”。它指的是“由于全神贯注投入而更好地完成任务的一种心理状态”。通过一系列的增强游戏体验的测试,发现用户参与游戏时游戏的体验更加真实,甚至难以分辨出真实或虚拟,他们都表示感受到了与之前同类游戏相比更加逼真的实景效果。Azuma提出增强现实必须有三种特征:真实和虚拟场景的结合,允许实时互动,呈现3D效果。

(一)真实性

在增强现实游戏中,一般分为两种情境。一种是佩戴头戴式眼睛进行的虚拟体验。另一种是使用AR应用软件“扫一扫”图片或者文字。玩家只需要简单的佩戴相应的设备即可置身其中,有一种身临其境的感受。同时,一般游戏画面都采用3D Max、Unity 3D、MAYA等软件建模,画面严谨精致,有较强的可玩性和趣味性。

(二)互动性

截止到2016年初,数据显示AR的重度用户广泛分布在网络及电子竞技类游戏爱好者,这些用户占总使用人群的78%;其次,用户对影视类的偏好,内容上分别是科幻类,战争类,美女视频和恐怖片等。这类题材的影视内容加之增强现实的效果能够全面的调动使用者感官刺激。

游戏里玩家通过AR眼镜看到的世界,是一个全新的虚拟世界。玩家的一举一动都能够影响这个世界,看“世界”的角度也会随之变化。比如HTC设计的VIVE设备,玩家只需要穿戴完成,便可以进入一个完全虚拟的仿真世界。其中最具吸引力的游戏是海底探险,玩家仿佛置身广阔的海洋世界,双手拿着感应设备就可以与虚拟场景中的生物互动。左右扭头,转身也能得到不同的视角。跑跳等剧烈的动作也会通过视觉产生眩晕和失重感。这种极强的互动性也是现在屏幕游戏难以实现的。

(三)预见性

现有的增强现实技术已经可以帮助用户/玩家实时虚拟点餐,虚拟购物,更能够向用户/玩家推送全新的社交关系。在文物以及遗迹复原方面,该技术可以模拟文物古迹复现,以更便捷的方式向游客讲解历史。在房地产领域更是值得一提,采用增强现实技术不仅可以将未来预期的规划效果以较高的仿真程度呈现出来,更可以避免规划初期的弊端,以减少后期损失。例如2015年瑞典的IKEA家居公司已经将AR技术纳入到提升用户购物体验的计划中了。购物前下载宜家提供的移动应用,用户将想要买的产品广告杂志放置在样本房的任意位置,然后通过扫描商品推荐杂志的广告图片,即可在手机中显示该商品的实景效果图。

四、结语

与此同时,AR游戏以及其他应用方面的局限性也不容小觑。在开发技术上,计算机视觉技术有待加强,用户的交互技术尚不成熟,还暂时停留在采集,NPC(非玩家角色),按钮交互,和三维观察等方面。图像的渲染标准和数据库设置尚不统一,全面推进发展还有一定难度。在产品上,中央处理器能力不佳,定位技术尚不能完成真正的实时跟踪,电池续航能力也是一项需要进一步突破的技术。在软件应用方面,增强现实游戏应用创意单一,内容有限,用户粘性不够。

虽然近些年增强现实游戏发展比较有限,随着科技的不断进步,未来增强现实应用方向将更加广泛,用户体验更加人性化、合理化。AR技术将为人们提供更为便捷的生活。

参考文献

[1]Manovich,L.:The poetics of Augmented Space.Visual Communication 5(2),219-240(2006).

[2]Berthold Klaus Paul Horn:Robot Visual:机器视觉[M].王亮,蒋欣兰(译).2014(8):6-9.

现实应用论文 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：

[1]张华.课程与教学论.上海：上海教育出版社，.

[2]高峡，康健，丛立新，高洪源.活动课程的理论与实践.上海：上海科技教育出版社，1997.

[3]王红宇.新的知识观与课程观.比较教育研究，1995(4).

概率知识在现实中的应用 篇6

关键词：随机现象；概率；应用分析

在自然界和现实生活中，一些事物都是相互联系和不断发展的。在它们彼此间的联系和发展中，根据它们是否有必然的因果联系，可以分成两大类：一类是确定性的现象，指在一定条件下，必定会导致某种确定的结果。如，在标准大气压下，水加热到100摄氏度，就必然会沸腾。事物间的这种联系是属于必然性的。另一类是不确定性的现象。这类现象在一定条件下的结果是不确定的。例如，同一个工人在同一台机床上加工同一种零件若干个，它们的尺寸总会有一点差异。又如，在同样条件下，进行小麦品种的人工催芽试验，各颗种子的发芽情况也不尽相同。有强弱和早晚之别等。为什么在相同的情况下，会出现这种不确定的结果呢？这是因为，我们说的“相同条件”是指一些主要条件来说的，除了这些主要条件外，还会有许多次要条件和偶然因素是人们无法事先预料的。这类现象，我们无法用必然性的因果关系对现象的结果事先做出确定的答案。事物间的这种关系是属于偶然性的，这种现象叫做偶然现象，或者叫做随机现象。

概率，简单地说，就是一件事发生的可能性的大小。比如：太阳每天都会东升西落，这件事发生的概率就是100%或者说是1，因为它肯定会发生；而太阳西升东落的概率就是0，因为它肯定不会发生。但生活中的很多现象是既有可能发生，也有可能不发生的，比如某天会不会下雨、买东西买到次品等等，这类事件的概率就介于0和100%之间，或者说0和1之间。在日常生活中无论是股市涨跌，还是发生某类事故，但凡捉摸不定、需要用“运气”来解释的事件，都可用概率模型进行定量分析。不确定性既给人们带来许多麻烦，同时又常常是解决问题的一种有效手段甚至唯一手段。

走在街头，来来往往的车辆让人联想到概率；生产、生活更是离不开概率。在令人心动的彩票摇奖中，概率也同样指导着我们的实践。继股票之后，彩票也成了城乡居民经济生活中的一个热点。据统计，全国100个人中就有3个彩民。通过对北京、上海与广州3城市居民调查的结果显示，有50%的居民买过彩票，其中5%的居民成为“职业”（经济性购买）彩民。“以小博大”的发财梦，是不少彩票购买者的共同心态。那么，购买彩票真的能让我们如愿以偿吗？以从36个号码中选择7个的投注方式为例，看起来似乎并不很难，其实却是“可望而不可及”的。由此看出，只有极少数人能中奖，购买者应怀有平常心，既不能把它作为纯粹的投资，更不应把它当成发财之路。

日常生活中我们总希望自己的运气能好一些，碰运气的也大有人在，就像考生面临考试，这其中固然有真才实学者，但也不乏抱着侥幸心理的滥竽充数者。那么，对一场正规的考试仅凭运气能通过吗？

我们以大学英语四级考试为例来说明这个问题。

大学英语四级考试是全面检验大学生英语水平的一种考试，具有一定难度，包括听力、语法结构、阅读理解、填空、写作等。除写作15分外，其余85道题是单项选择题，每道题有A、B、C、D四个选项，这种情况使个别学生产生碰运气和侥幸心理，那么靠运气能通过四级英语考试嗎？答案是否定的。假设不考虑写作15分，及格按60分算，则85道题必须答对51题以上，可以看成85重贝努利试验。 概率非常小，相当于1000亿个靠运气的考生中仅有0.874人能通过。所以靠运气通过考试是不可能的。 因此，我们在生活和工作中，无论做什么事都要脚踏实地，对生活中的某些偶然事件要理性的分析、对待。一位哲学家曾经说过：“概率是人生的真正指南”。随着生产的发展和科学技术水平的提高，概率已渗透到我们生活的各个领域。众所周知的保险、邮电系统发行有奖明信片的利润计算、招工考试录取分数线的预测甚至利用脚印长度估计犯人身高等无不充分利用概率知识。

如今“降水概率”已经赫然于电视和报端。有人设想，不久的将来，新闻报道中每一条消息旁都会注明“真实概率”，电视节目的预告中，每个节目旁都会写上“可视度概率”。另外，还有西瓜成熟概率、火车正点概率、药方疗效概率、广告可靠概率等等。又由于概率是等可能性的表现，从某种意义上说是民主与平等的体现，因此，社会生活中的很多竞争机制都能用概率来解释其公平合理性。

总之，由于随机现象在现实世界中大量存在，概率必将越来越显示出它巨大的威力 。

增强现实的发展与应用 篇7

增强现实 (Augmented Reality) 是指把虚拟的物体、场景等投放到真实世界中, 带给使用者全新的感受。典型的增强现实场景是, 使用者使用手机增强现实软件利用手机摄像头捕捉真实环境, 可以在手机屏幕中显示真实环境之外的虚拟信息, 例如指示到某某地的路线图指向等。总之, 增强现实技术有着非常广阔的应用场景。

2 发展历程

AR技术最早的产品形态要算是HMD了, 应用在军事领域, 对飞行知识比较熟悉的朋友都了解这个缩写, Head-Mounted Display, 也就是头戴显示器。伊万·萨瑟兰是美国计算机图形领域的专家, 他的一系列研究对头戴式显示器的发展起到了重要作用。1968年, 他在美国哈弗大学展示了第一台头盔显示器的目镜。在这项研究的基础下, 此后头戴显示器在飞机, 地面车辆以及舰只训练方面都取得了不俗的成绩。

随着技术的不断发展, 诸如LCD, LED, OLED等技术的出现, 以及智能手机等设备的发展, 互动的理念开始更为人们所重视, 这样AR技术终于可以“两条腿走路”, 辅助与互动起头并进, 消费级的头戴显示器终于出现了。最近几年, 这样的产品很多, Googleglass、Microsoft的Hololens等硬件设备, 以及PTCVuforia、Easy AR等SDK软件开发包。

3 增强现实在医学中的应用

增强现实技术在医学中有着非常广阔的应用。我们都知道, 实践对于医学是非常重要的, 由于我校是中医院校, 针灸学和中医学、护理学等, 都需要大量实践, 如果利用增强现实技术与其融合, 将会大大降低现有实践费用, 提高效率, 将会取得很可观的效益。另外, 我们可利用增强现实技术辅助医院手术, 手术中如医生佩带增强现实设备, 可以非常方便的在手术中获取有益的指导信息, 引导医生进行手术, 这大大降低了传统手术中可能发生的失误, 为患者带来了切实的保障, 大大提高了患者的生存率。

4 增强现实在教育中的应用

2011年的地平线报告中[1,2], 讨论了增强现实技术在教育领域中应用的几个典型的优势: (1) 增强现实技术可应用在可视化和深度互动的学习形式中可以实时、敏捷地将数据叠加到现实环境中; (2) 增强现实技术可有效地响应用户输入, 这种互动对于学习和评价而言具有重要意义, 学习者可以在现实生活经验的基础上, 通过与虚拟物体的互动, 进行认知建构; (3) 增强现实技术可以为学习者提供感性的学习材料, 例如, 再现现实生活中学习者无法观察到的事物及事物的变化过程; (4) 增强现实技术可有效地支持情境学习, 应用增强现实技术, 学习与生活的联系将更为紧密; (5) 增强现实技术有助于学习者学习迁移能力的培养; (6) 增强现实技术与移动设备结合, 逐渐成为普及的学习工具, 使得正式与非正式学习的界限愈发模糊, 促进学习生态的进化。如观看人体解剖学课本时, 戴上沉浸式虚拟现实眼镜可以在眼前出现一个虚拟的人体, 使用者可以控制操控, 观看三维立体图像, 这留给学生深刻的印象, 是一个非常生动、有意义的教学方案[3]。

5 总结与展望

虽然通过增强现实技术可为使用者带来前所未有的体验, 但是目前增强现实技术并不是非常成熟, 很多东西都停留在理论阶段。例如利用PTCVuforia SDK做出的增强现实软件体验并不是非常令人满意, 有时候会出现识别出错、识别不出来等问题, 并且还会出现模型抖动、在有些手机上软件闪退等情况, 还有就是电池续航问题, 如Googleglass会出现电池续航时间短等问题, 导致迟迟无法大范围推广, 另外微软Hololens等新硬件, 出现了可视范围非常小的问题, 其他问题就是佩带眼镜的增强现实技术, 出现的交互问题, 其需要佩带眼镜使用, 使用者无法接触屏幕, 急需新的交互方式。当然笔者相信随着增强技术的不断发展、不断改进、不断成熟, 这些难题将会迎刃而解, 开发难度也会变得更加简单易行。笔者相信, 增强技术未来有着广阔的发展前景, 其与虚拟现实技术的融合将会成为日后的新趋势, 与虚拟现实结合可为使用者打通现实与虚拟的界限, 提供更为成熟的体验。

摘要：随着最近几年增强现实 (AR) 技术的日趋火爆, 其快速发展在医学、教育、建筑等领域催生了大量应用, 取得了很好的效果。本文首先介绍了增强现实的概念, 国内外发展历程, 然后列举了其在医学、教育领域的应用, 最后做了简单的总结与展望。

关键词：增强现实,教育,医学,沉浸

参考文献

[2]陈向东.增强现实教育游戏的应用[J].远程教育杂志, 2012 (05) .

虚拟现实技术及其应用 篇8

关键词：虚拟现实技术,系统组成,主要内容,基本特征,分类,应用

1 前言

虚拟现实 (Virtual Reality) 又简称VR, 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境, 它可以是现实中能够实现的, 也可以是现实中难以实现的或根本无法实现的;而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此, “虚拟现实”是指用计算机生成的一种特殊环境, 人们可以通过使用各种特殊的装置将自己“投射”到这个环境中去, 并通过操作、控制环境, 实现特殊的目的, 人则是这种环境的主宰。概括地说, 虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式, 与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比, 虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

2 虚拟现实系统

2.1 虚拟现实系统的组成

虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等几个部分组成。虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性, 为了实现人机之间的充分信息交换, 必须设计出特殊的输入工具和演示设备, 以识别人的各种输入命令, 且提供相应反馈信息, 实现真正的仿真效果。不同的项目可以根据实际的应用, 有选择地使用如下工具, 主要包括有:头盔式显示器、传感手套、屏幕式或房式立体显示系统、三维立体声音生成装置等。

虚拟现实技术主要包括三个部分, 即三维计算机图形技术、多种功能传感器的交互式接口技术和高清晰度的显示技术。

2.2 虚拟现实技术

2.2.1 虚拟现实技术的主要内容

概括起来, 虚拟现实系统技术的内容主要表现在如下几方面:

(1) 虚拟现实首先是一种可视化界面技术, 可以有效地建立虚拟环境, 这主要集中在两个方面:一是虚拟环境能够精确表示物体的状态模型, 二是环境的可视化及渲染。

(2) 虚拟现实技术仅仅是计算机系统设置的一个近似客观存在的环境, 为用户提供逼真的三维视感、听感、触感和嗅感的感受, 它是硬件、软件和外围设备的有机组合。

(3) 用户可通过自身的技能, 以6个自由度在这个仿真环境里进行交互操作。

(4) 虚拟现实技术的关键是传感技术。

(5) 虚拟现实离不开视觉和听觉的新型可感知动态数据库技术。可感知动态数据库技术与文字识别、图像理解、语音识别和匹配技术关系密切, 并需结合高速的动态数据库检索技术。

(6) 虚拟现实不仅是计算机图形学或计算机成像生成的一幅画面, 更重要的是人们可以通过计算机和各种人机界面进行交互, 并在精神感觉上进入环境, 它还需要结合人工智能, 模糊逻辑和神经元技术。

2.2.2 虚拟现实技术的分类

虚拟现实技术可以分为四种类型, 即桌面级的虚拟现实、投入的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实和分布式虚拟现实。

(1) 桌面级的虚拟现实

桌面级虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真, 计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口, 各种外部设备一般用来驾驭虚拟境界, 并且有助于操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标, 追踪球, 力矩球等。它要求参与者使用位置跟踪器和另一个手控输入设备, 如鼠标, 追踪球等, 坐在监视器前, 通过计算机屏幕观察360°范围内的虚拟境界, 并操纵其中的物体, 但这时参与者并没有完全投入, 因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能, 但是成本也相对低一些, 因而, 应用面比较广, 常见桌面级虚拟现实技术有基于静态图像的虚拟现实技术、VRML (虚拟现实造型语言) 、桌面CAD系统等。

(2) 投入的虚拟现实

高级虚拟现实系统提供完全投入的功能, 使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备, 把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来, 并提供一个新的、虚拟的感觉空间, 并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。

(3) 增强现实性的虚拟现实

增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界, 而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受, 也就是增强现实中无法感知或不方便感知的感受。这种类型虚拟现实的典型实例是战机飞行员的平视显示器, 它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上, 它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据, 从而可集中精力盯着敌人的飞机和导航偏差。

(4) 分布式虚拟现实

如果多个用户通过计算机网络连接在一起, 同时参加一个虚拟空间, 共同体验虚拟经历, 那虚拟现实则提升到了一个更高的境界, 这就是分布式虚拟现实系统。

3 虚拟现实技术在广播发射台的应用

Web3D技术是随着互联网与虚拟现实 (Virtual Reality) 技术的发展而产生的, 其目的在于在互联网上建立三维的虚拟世界。目前, Web3D技术在电子商务、远程教育、工程技术、计算机辅助设计等领域已经获得了广泛的应用。

将Web3D技术引入到仿真发射机工作过程中, 将虚拟发射机构建在Web之上, 具有其特殊的意义。虚拟发射机提供了与操作人员的交互和仿真效果, 更能使得全局各个发射台的操作人员在全国范围内通过Internet进行交流和学习。

“虚拟发射机”可以狭义的理解为与发射机真实的存在是相对应的, 是以计算机数据形式存在的虚拟发射机环境。真实的世界是具体而复杂的, 虚拟发射机环境只能是抽取真实世界的个别方面, 比如, 人们关心的外部空间的视觉要素, 发射机的形体构成等。虽然只是现实世界的个别方面, 但虚拟发射机却有重要的意义, 可为虚拟发射机的环境提供仿真效果。

目前, 在互联网上已经出现了不少采用Web3D技术构建的虚拟建筑。通过该技术, 人们可以随时随地的通过互联网访问该建筑。用户可以进入虚拟的建筑中, 在任何地点观察该建筑, 实现实时漫游, 设计人员则可借此更有效地推敲建筑与环境的空间关系, 建筑物、建筑环境、市政设施等都可以以三维数据的形式存储和再现, 从而为设计者提供更直观的设计依据, 更可以在Web环境下共享数据资源;同样, 用虚拟发射机仿真真实的发射机, 用户可以象操作真实的发射机一样对发射机进行操作, 与虚拟发射机进行交互, 达到学习了解和排除发射机故障的目的, 具体可实现如下功能:

(1) 以发射机为基础, 对其设备进行完整的再现, 并仿真出设备相应的功能。

(2) 通过设定不同的等级, 用仿真的形式学习和掌握设备的操作和应用。

(3) 仿真操作者对设备的故障进行判断和处理。

(4) 通过用户的操作, 在额定时间内完成, 可以评判出一定的分数, 并可以提升等级。

3.1 软件基本架构的划分

仿真发射机设计软件基本架构可分为实体图形部分、操作实现部分和基本信息部分。

(1) 实体图形部分

实体图形部分是本系统一个相当重要的部分, 它是仿真系统的基础。这部分的实现方法我们采用了最新的3DMAX建模技术, 最大化的与原形逼近。实体图形文件放在web服务器上, 在APPLET客户端通过URL访问文件。

(2) 操作实现部分

操作实现部分可实现几何体的放大、缩小、平移、旋转、拾取等功能。在java3D中调用显示3DMAX生成的模型文件, 对三维对象进行编程操作。

(3) 基本信息部分

该部分包括基本用户信息、几何体文件的存放路径等。这些基本信息的设计, 通过数据库实现, 基本信息存放在数据库中。

3.2 软件的架构和流程

仿真发射机整个软件系统可以分为四部分, 即培训学习、成长之路、考试、综合管理 (见图1) 。其中, 第一部分为数据输入模块, 可用Java编写, 它完成了初始数据输入、文件导入和将数据存储到数据库等功能, 其它三个部分也是用Java完成, 可以独立运行, 因为它们都是基于数据库的, 数据库就成为了它们之间的桥梁。

3.3 仿真发射机的实例

下面举一个“实习值班员从开始进入界面, 登陆后, 进入仿真发射机系统”的实例, 介绍虚拟技术的实际应用。

根据仿真发射机辅助培训系统第一期的目标, 我们软件方案的主要系统功能可以分为:培训学习、成长之路、考试、综合管理等四个方面 (见图1) 。

(1) 培训学习功能

培训学习的主要内容包括:规章制度的学习、发射机的部件认知讲解、开关机、检修、常用工具的使用以及故障的处理等部分。该功能可以不分等级、不计时间, 提供系统中的所有功能供操作人员学习。

(2) 成长之路功能

使用该功能模块的用户必须首先登陆该系统。如果是初次使用, 用户就需要注册。初次注册的用户积分是500。当用户登录以后, 系统会自动判断用户的级别, 根据该用户的级别显示该级别难度的操作;以后根据综合管理中设置的操作分数, 当一个操作正确完成后, 就给用户加分, 操作不正确不加分;当用户的积分累积增加到系统设定的更高级别的分数后, 用户的级别就自动提升。

(3) 考试功能

当需要进行考试时, 用户登录考试系统模块, 用户根据当前登录用户的级别, 自动生成该级别的试题, 在规定的时间内用户答题, 时间到后, 用户提交, 系统会自动给当前用户计分。

(4) 综合管理功能

(1) 定义发射台信息、发射台人员信息和等级设置等。

(2) 设备操作定义:定义某种型号发射机的操作和操作步骤, 定义操作步骤的分数。

(3) 故障定义:给某种设备操作步骤定义故障和定义解决该故障的分数。

(4) 检修定义:定义检修操作的分数和检修设备的流程。

(5) 常用仪器、仪表的使用:定义常用仪器、仪表的操作步骤和定义操作使用的分数。

4 小结

虚拟现实技术正广泛的应用于现代教育等技术理论与实践的诸多领域中, 为实验类课程的教学改革及现代远程教育提供了技术支持, 而且必将有助于人们的思维和创新, 成为对人们已有概念进行深化和获取新概念的有力工具。

虚拟现实技术与应用 篇9

虚拟现实技术 (Virtual Reality, VR) , 又称为灵境技术, 主要通过对虚拟环境的数字化建立, 给人的视觉构造一个虚拟的“真实场景”, 让人能有超强的沉浸感, 通过一些输入设备, 检测人体运动的关键动作, 作为指令, 与虚拟环境时时的互动, 让人有种身临其境的感觉。

虚拟现实技术还有一项重要的学术名称, 叫视景仿真技术, 视景仿真采用计算机图形图像技术, 根据仿真的目的, 构造仿真对象的三维模型或再现真实的环境, 达到非常逼真的仿真效果, 实现用户与该环境直接进行自然交互。从而达到工程预演、人员培训的目的, , 让所有的工程项目可以未卜先知, 有方向有条理的进行, 同时也广泛应用于娱乐与游戏行业。

2 虚拟现实关键技术

虚拟现实是在计算机图形学, 图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等信息技术的基础上发展起来的, 是这些技术更高层次的集成和渗透。主要的技术包括:

(1) 动态环境建模技术。它是虚拟现实技术一个核心部分, 利用动态建模技术获取现实环境的三维数据, 并根据实际的需要, 建立相应的虚拟环境模型。

(2) 实时三维图像生成技术。为了达到实时的目的, 在不降低图像的质量的前提下, 提高刷新频率是技术的关键, 必须保证图像的刷新频率不低于每秒15帧, 最好高于30帧。

(3) 立体显示和传感器技术。这是实现人机交互的一个必不可少的条件、传输介质。虚拟现实技术主要依赖于立体显示和传感器技术, 立体显示技术涉及到人眼原来技术以及在计算机深度线索技术。现有的立体显示物理设备如头盔显示器、单目镜及可移动视觉显示器、光学显示器, 还存在很多的缺陷;传感器设备安全性、可靠性、精确性等相关的性能有待提高。

(4) 应用系统开发工具。为了提高虚拟现实技术的开发时间, 必须要面向应用, 研究相应的开发工具。目前, 常用的虚拟现实开发工具VRT, 是个可视化平台具有较高的交互性和网络出了能力;CG2公司的VTree是实时三维图形开发软件包可以实现仿真、实时场景生成等应用。

(5) 多种系统集成技术。虚拟现实技术最终集成是必然的, 包含大量表达信息模型, 必须根据设计意图合理组合。集成技术主要包括信息的同步、数据转换、模式识别与合成等技术。

3 虚拟现实技术发展简介

(1) VR技术的发展大致分为3个阶段: (1) 20世纪50年代到70年代末, 是VR技术的探索阶段; (2) 20世纪80年代初期到80年代中期, 是VR技术系统化、从实验室走向实用的阶段; (3) 20世纪80年代末期到达21世纪初, 是VR技术高速发展的阶段。

(2) 国外研究现状:1) 美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR技术发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面;2) 英国在VR技术的研究与开发的某些方面, 如分布式并行处理、辅助设备 (触觉反聩设备等) 设计、应用研究等方面, 在欧洲是领先的;3) 在德国, 主要从事虚拟世界的感知、虚拟环境的控制和显示、机器人远程控制、VR在空间领域的应用、宇航员的训练、分子结构的模拟研究等;3) 日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究, 另外在VR游戏方面的研究也做了很多的工作。

(3) 国内研究现状:1) 清华大学对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量的研究;2) 北京科技大学成功开发出了纯交互式汽车模拟驾驶培训系统;3) 北京航空航天大学开发了直升飞机虚拟仿真器、坦克虚拟住仿真器、虚拟战场环境观察器、计算机兵力生成器。

4 虚拟现实技术的主要应用领域

(1) 虚拟现实技术一个主要应用时用于军事方面的联合演习, 包括对各个兵种培训, 能够在短时间提升军队整体协调性, 并且节省大量军费开支, 具体的应用实例:虚拟战场模拟, 多军种培训与联合演习, 指挥军官的策略的培训。

(2) 矿井的关键大型设备的模拟加工与制造, 对于矿井人员的培训, 矿井等方面多发事故场所模拟等等方面也逐渐有了应用。因为矿井属于灾难多发区, 对于技术人员和相关设备具有很高的要求, 并且一定要对施工项目进行预先的模拟与判断, 尽量减少事故的发生, 具有非常重要的意义, 具体应用实例:矿井设备矿井设备的虚拟设计和制造与模拟采矿, 矿井的安全隐患的模拟, 矿井作业的预演与相关人员的培训。

(3) 再就是在娱乐与游戏中的应用, 是虚拟现实技术应用最热门的领域, 人们在追求物质生活的同时, 对这种娱乐的感官享受越来越追求, 所以在游戏和娱乐中的虚拟现实技术, 是以后发展的重要方向, 也是主流方向。现在一些虚拟现实技术的应用的实例:杭州大学开发的虚拟故官游玩系统, 日本松下公司的“虚拟餐厅”。

5 结语

虚拟现实技术, 简单的说就是给你的眼睛建立了一个虚拟的世界, 通过一些传感器将你肢体互动的动作, 输入到虚拟的世界中, 实现你在虚拟场景中的各项操作。虚拟现实技术, 应用在各行各业, 都有一个突出的优点, 就是能够简便的对各种事件的模拟, 尽量减少实际操作的失误, 对于装备制造, 大型工程项目的施工, 具有很强的实际意义。在娱乐与游戏方面, 虚拟现实技术, 实现了人与游戏, 实景的真实互动, 让你有种身临其境的感觉, 是虚拟现实技术发展的一个非常迅速与热门的方向。

摘要：随着21世纪科技的飞速发展, 虚拟现实技术迅速兴起, 很多科研人员对这项技术充满了热情, 越来越多的科研人员投身这个科学研究领域, 致力于虚拟现实技术的研究、开发及应用推广, 成为当今世界的一个热门话题。虚拟现实技术给人视觉上的娱乐享受, 现在还广泛应用于一些工程项目预演、人员培训。

关键词：虚拟现实,三维建模,视景仿真

参考文献

[1]朱方文, 龚振邦.虚拟现实技术及其主要产品[J].机电一体化, 1998 (02) .

[2]魏锋.虚拟现实技术及其在煤矿中的应用[J].山西科技, 2005 (04) .

虚拟现实技术的应用研究 篇10

虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇, 也可能你听说过, 但并不了解, 只是认为佩戴显示设备, 观看虚拟出来的内容, 有身临其境之感, 以为这就是虚拟现实技术。不尽然, 那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。

2 虚拟现实技术简介

2.1 什么是虚拟现实技术

虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实 (Virtual Reality, 简称VR) 是近年来出现的高新技术。从本质上来说, 虚拟现实是一种先进的计算机用户接口, 它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段, 因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术, 而是多种技术综合后产生的, 其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。

2.2 虚拟现实技术特征

虚拟现实技术主要有四个特征: (1) 沉浸性:主要是指让计算机产生一种虚拟的环境, 让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉, 就如身临其境一般。 (2) 交互性:主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的反馈。 (3) 想象力:主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间, 不仅可以模拟出现实存在的世界, 而且还可以模拟出不存在的环境。 (4) 多感知性:主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外, 还可以给我们提供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。

3 虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用, 如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域, 下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。

3.1 教育与培训

虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。在教育领域中, 把虚拟现实技术的产品作为一种新的学习工具, 一方面可以使学习者从逼真的虚拟假想空间中获取真实世界中得不到或难以得到的经验和感受, 另一方面也使教师等教育工作者逐渐养成用数字时代的思维方式去教育学生的行为方式与习惯。

在教育领域的实践中, 虚拟现实技术在教育中的应用大致可分为以下几个方面: (1) 模拟训练 (2) 科学研究 (3) 虚拟学习环境 (4) 虚拟实验室 (5) 仿真虚拟校园等。

3.2 娱乐与艺术

如电视台使用的虚拟演播室也是一种虚拟现实技术。虚拟演播室系统是一种只需要有演员和道具, 不需要实际的真实场景的演播系统。这个让观众耳目一新的系统不但为电视制作人提供了广阔的创作空间, 而且在丰富节目包装方式、降低节目成本方面有着十分可观的优势。不过, 目前, 除中央电视台或凤凰卫视、北京电视台等大媒体外, 我国电视台或传媒机构对于虚拟现实技术的应用与研究还比较粗浅, 成功的实例还不是很多。

3.3 商业领域

网络购物相对于传统的购物方式具有方便、经济等一系列的优势, 同时随着近年来物流行业的迅速发展, 网络购物在时效性方面也有了很大的提高。但是由于网页技术的限制, 购物网站往往通过图片和文字来展示网站商品。通过网页中的图片, 消费者很难完整和准确地掌握产品的信息, 过多的文字介绍也让购物过程变得繁琐和枯燥无味。而将虚拟现实技术引入到网络购物中来, 用该技术创建能够与用户产生互动的三维虚拟超市场景, 使人置身于真实的互动的三维购物场景之中, 将使网络购物变得更加真实。将传统购物与传统的网络购物特点相结合, 使网络购物的用户体验性能得到极大的提高。

4 虚拟现实技术研究现状与前景

4.1 目前存在的问题

(1) 硬件的限制。一般情况下, 想要实现一个高质量虚拟现实系统, 外部设备的规格就要非常高, 而且设备的精度、舒适度等方面还有待提高。 (2) 图形生成速度滞后。图形生成速度就是虚拟现实中场景要随着人的动作的变化而做出相应的改变, 而以我们现在的技术想要做好还是很难。 (3) 三维数据量大。虚拟现实技术中有很多的模型, 其占用的空间很大, 而以我们现在的宽带的速度跟不上, 而且会对计算机带来很大的负载。 (4) 缺少人性化。我们现在只能通过鼠标、键盘、头盔等简单的工具实现虚拟化, 犹如机器人一般, 所以要增加人性化处理。

4.2 未来发展方向

发展方向与上面提到的瓶颈是相对的, 所以未来虚拟现实技术将主要朝着以下几个方面去发展: (1) 人机交互界面; (2) 感知研究领域; (3) 高效的虚拟现实软件和算法; (4) 廉价的虚拟现实硬件系统; (5) 智能虚拟环境。

5 结语

虚拟现实技术经历大半个世纪科学研究, 从一开始的简单仿真到现在涉及到了人的感觉、触觉等, 在这大半世纪里, 有许多的科学研究者付出了自己毕生的心血。

而随着科技和社会的不断发展, 虚拟现实技术也在向我们展示它未来广阔的前景。作为新世纪最有前途的技术之一, 它一定会不停的带给我们惊喜。同时我们也希望我国科学家们能够努力研究, 让我国的虚拟现实技术的研究处于世界领先水平。

摘要：随着计算机技术的迅猛发展, 虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此, 本文将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍, 重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究, 以期使读者对于虚拟现实有一个相对明晰的认知。本文内容介绍:在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分对全文进行总结。

关键词：虚拟现实技术,虚拟现实发展前景,研究现状,虚拟现实应用

参考文献

[1]李袁.虚拟现实技术在数字图书馆中的应用[J].科技情报开发与经济, 2009, 19 (36) :3-5.

[2]陈浩磊, 邹湘军, 陈燕, 刘天湖.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线, 2011 (3) :21-22.

虚拟现实技术的应用与展望 篇11

关键词：虚拟现实；工业设计；文化教育

前言：虚拟现实技术已经逐步走进了我们的生活，我们在更多时候是将虚拟现实技术带给我们的感觉当作了一种预知、或者是预先的一个概念认识。虚拟现实技术帮助我们由想到做的之间架起了一座可靠的桥梁，帮助我们尽可能的实现我们的想法，在最大限度内发现设计与现实的差距、误差甚至是错误，避免了一些由于没有前期经验而导致的错误的出现。虚拟现实技术的应用前景是很广阔的。它可用于教学仿真，也可应用于产品设计领域，也可应用于机械加工等领域。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。

一、虚拟现实技术

（一）虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality），又称灵境、拟实，是近20年发展起来的一门新技术。它采用计算机技术和多媒体技术，营造一个逼真的具有视、听、触等多种感知的人工虚拟环境，使置身于该环境中的人通过各种多媒体传感交互设备与这一虚拟的环境进行实时交互作用，它集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，并随着这些信息技术的突破而迅速发展起来。目前已经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。[1]

（二）虚拟现实系统的类型。虚拟现实系统根据用户参与形式的不同一般分为4种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户既可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户联结起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历。

二、虚拟现实系统的应用

（一）虚拟现实技术在教育教学上的应用。虚拟现实技术在教育教学上能实现课程的数字化学习， 可将课程学习内容作为学习者的学习资源， 并将其他的相关资源一并提供给学习者， 实现资源共享；能按照超文本、超链接的方式组织管理学科知识和各种教学信息， 有利于学习者主动发现、主动探索知识， 发展联想思维和建立新旧知识之间的联系； 能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境， 不受时空和距离的限制， 可让各地的师生共处于一个虚拟空间中， 有利于激发学习者的学习兴趣和进行协商会话， 实现合作学习；能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激， 提供生动活泼的直观形象思维材料， 使学生从思维、情感和行为三个方面参与教学活动， 有利于学习情境创设和大量知识的获取与保持；可以弥补实验教学条件的不足。

（二）在工业设计仿真方面的应用。产品是人类设计思想付之于实施的产物，产品设计所着重考虑的是产品的造型、结构和功能等方面， 目的是生产制造出符合人们需要的实用、经济、美观的物品。将VR 技术应用于工业产品设计， 是目前VR在工业设计领域应用的主要方式。运用虚拟现实技术， 美国波音公司无图纸化设计波音77 获得成功， 是近年来引起科技界瞩目的一件里程碑式的应用。如果把VR 技术与不同的产品设计领域结合， 随之会诞生许多新颖的概念： 如虚拟产品设计、虚拟环境设计、虚拟建筑设计、虚拟园林设计、虚拟装饰设计、虚拟人机工程学设计等等。

虚拟产品设计（VPD ） 就是借助于虚拟现实系统， 是将产品开发全过程数字化， 用集成的功能强大的VR 工具， 模拟整个产品的开发过程，在计算机的虚拟空间中进行产品的设计、分析、优化、加工、装配、测试、工艺、质量控制、人机工程学验证等过程。这种从设计到分析再到设计的循环， 反复多次直到满足设计要求， 全部是在虚拟空间中完成的。

（三）虚拟现实技术在制造业中的应用。目前，在这一领域，美国处于国际研究的前沿，许多大学和科研机构都在从事虚拟制造的研究工作。美国Boeing飞机公司设计的一架VS—X虚拟飞机，它可用头盔式显示器和数据手套来进行模具技术

2004.No.5 5 7观察与控制，当手指指向飞机时就可以看到跑道上的飞机起飞；手指向下，飞机便停下来。通过其它手势，还可以进入座舱，起动发动机，进行飞行试验或者打开应急门。这种虚拟飞机可以让设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外形、内部结构及使用性能进行考察。Michigan大学的VR实验室采用沉浸式虚拟现实对一艘PD337 海军运输船的生产过程进行了模拟。船的双层底模型是用AutoCad 生成，然后转换成虚拟原型。利用沉浸式虚拟现实可以步入实物大小的船体模型中观察其特性，发现在开始的CAD/CAM 模型中存在很多问题。比如： 有些间隔无法进行焊接，以及很多的刚性衍架放到船的另一侧去了。研究的第二阶段是船的装配。通过模拟一个真实的造船厂的标准装配过程研究了装配的不同阶段的焊接操作和起吊机的运动以及其他的步骤。

三、虚拟现实发展趋势与展望

（一）虚拟现实发展趋势。虚拟现实将应用于更多的领域之中，深入到人们生活的各部分，细化各项工作的可实现程度，尽最大的努力将可能发生的错误减小到最低，甚至是没有错，我们在真正实施某项工作之前会将其可实施性做一个虚拟现实的实现，将各种可能发生的情况加入其中，通过数据反馈得到结果，帮助我们判定此方案的可实施性。

虚拟现实技术也在帮助我们学习，学校的孩子能够通过虚拟现实技术重新看到白垩纪的恐龙，看到物种的演化和发展，帮助孩子们更真实的感受到学习带来的快乐。同样，老师在虚拟现实技术的帮助下，用更生动的形式讲述那些无法只用文字就能表述的清楚地课题。这种交互的反馈信息，能积极地将人们的学习动力提升。

在成人的学习中，很多无法通过实际操作的实验，虚拟现实技术帮助我们实现了，基于一定的数据基础的实验结果，帮助我们理解其中的各个操作过程。

（二）虚拟现实的展望。在符号化的虚拟世界里，实践主体、实践客体、实践中介都较以往固定的对实践三要素的认识所不同；虚拟现实技术深刻的改变了人类主客体相互作用的方式。人类的实践方式决定了人类的思维方式，虚拟实践在虚拟世界里建构了新的思维方式。因为本文是从广义的角度来理解虚拟现实技术的，即虚拟现实技术与网络技术的联姻，互联网代表了资源共享的含义，这种结合使得虚拟现实技术从“精英技术”转交为“平民技术”，也使得虚拟现实技术在社会上逐渐普及。

参考文献：

[1] 陈浩磊，邹汀军等.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线，2011，1，Vol.6，No.1：1-5.

农艺技术在现实社会的应用 篇12

关键词：农艺技术,农机结合,光合作用

1 农艺技术的发展

中国这个农业大国, 只有实现农作物的农艺才会推动经济的发展。经济发展的今天, 新型农艺技术也在不断提高, 新型技术已不是简单的种植, 而是更科学的种植。针对不同农作物的特性采取相应措施, 经过试验更好地了解农作物生长中所需要的各种因素。及时准确补充的同时, 改变外在因素, 从而实现农作物的最大化生产。在生产过程中满足农作物的需求这只是农艺技术中的一部分。除此以外, 根据不同的外在因素, 例如, 光、温、水、土、肥等各种因素加以处理, 从而满足植物的生长。

2 农艺技术对农作物的影响

2.1 合理施肥对农作物的影响

植物的生长离不开养分, 同样在不同的生长期间对于各种养分的吸收也不同。不合理的施肥不但会影响作物的生长, 还会带来一些不必要资源的浪费, 所以, 合理的施肥会以最小的投资获得最大的收益。要想了解农作物的生长需求, 就要更好地了解此农作物的生长情况。只有根据不同作物在各个时期对物质的需求情况才会促使农作物更好地生长。农艺技术的发展让人们更好地了解到了农作物的生长需求情况, 从而科学合理施肥, 在避免浪费的同时更大程度上增加产量。

2.2 合理密植对农作物生长的影响

农作物的生长需要一定的空间, 空间太大会直接造成土地资源的浪费, 还会影响产量。但是, 空间太小虽然数量增多, 但由于空间太小直接会影响农作物的光合作用和产量。怎样最大化的实现产量, 这也是农艺技术所涉及的范围, 农艺技术根据试验总结出各种农作物种植的合理密度。合理密度种植不仅要考虑到农作物的采光问题, 还要能透风。例如, 在玉米的种植过程中考虑到授粉情况, 种植太密集不但影响采光问题, 而且空气不流通影响授粉。但是, 间距太大也会影响授粉情况。在交叉种植的过程中首先考虑的是采光问题, 由于作物株高的不同, 太高的作物直接影响到矮作物的采光问题。没有足够的光照就不能合成生长所需要的各种物质。所以, 在种植期间要想实现作物的最大化的生产, 就要根据农艺技术采用合理的种植密度。

2.3 合理改变外在因素促进作物生长

外在的因素一般包括光照、温度、水、土壤等。合理改变外在因素也会增加作物的产量以及改变作物季节种植。只有更深刻地了解农艺技术才会更好地改变农作物的种植问题, 从而服务于人民。在社会发展的今天, 大棚种植技术已经改变了作物季节性种植的问题。通过改变作物生长所需要的温度来改变作物的生长。在改变温度的情况下实现了反季节种植, 除此以外, 适当改变外界的因素还会增加作物的生长。在大棚种植中适当增加昼夜温差也会增加产量。新型农作物发展的今天, 更先进的农艺技术不断应用到现实中, 直接推动了农业经济的快速发展。作物在光合作用下会产生生长所需要的物质, 所以在新型的农艺中, 在作物种植过程中适当增加了光照时间, 增加了有氧呼吸, 减少了无氧呼吸的时间, 从而更大程度上增加了作物的产量。同时, 在条件允许的情况下适当增加二氧化碳的含量也会增加作物的产量。所以, 要想增加作物的产量还要了解外在的因素, 只有更好、更合理地利用外在因素才会更好地实现作物的最大产量。

3 农机农艺的结合促进经济发展

随着社会的飞速发展, 我国的农业经济基本实现了机械化。通过农机的使用在很大程度上解放了生产力, 提高了生产效率。由于机械开展的时间比较短暂, 农机结合过程中难免会出现一定的问题。只有正确处理好其中的问题才会更好地实现农机农艺的快速融合。通过把农机引入到农艺上直接推动了经济的快速发展。在小麦的种植过程中通过运用农机直接提高了效率, 通过不断改进农机技术使得农机农艺搭配更加完美, 使得小麦在播种期间实现小麦最合适的播种间隙, 同时也可以做到在播种的时候适当施肥。这样很多的工序可以一步到位, 直接提高了效率。针对不同的作物采用不同的农机, 根据农艺的需求更好的提高农机的技术含量也是每个技术考虑的问题。

4 总结

社会在发展科技在进步, 中国作为一个农业大国农业的发展直接制约着经济的发展, 为了更好地促进经济发展, 提高农艺技术的发展也是重中之重, 农艺技术的发展不仅提高了作物的质量, 还让有限的土地创造了更大价值。

参考文献

[1]佟屏亚, 程延年.玉米种植密度与产量因素关系的研究[J].北京农业科学, 1995 (1)