數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門精選(九篇)

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第1篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

一、職校數(shù)控項目教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）在實施項目教學(xué)時生搬硬套，脫離了職校學(xué)生的學(xué)情。筆者曾經(jīng)按項目教學(xué)法的描述實施教學(xué)：在老師的指導(dǎo)下，將一個相對獨(dú)立的項目交由學(xué)生處理：信息收集、方案設(shè)計、項目實施及評價，試圖讓學(xué)生了解并把握整個過程。然而在實施過程中發(fā)現(xiàn)寸步難行，教學(xué)效果甚至還不如傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)。因為開展項目教學(xué)需要學(xué)生具有較強(qiáng)的綜合素質(zhì)，而大部分職校生在初中階段就已經(jīng)“掉隊”，主動學(xué)習(xí)能力和分析解決問題的能力普遍薄弱，這些學(xué)習(xí)長期處于被動地位和學(xué)習(xí)能力不足的學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)這種綜合性的學(xué)科時會遇到許多障礙。這也是為什么項目教學(xué)在高職院校開展得熱火朝天、有聲有色，而在職校學(xué)校卻不理想的重要原因之一。

實踐證明，如果在實施項目教學(xué)時生搬硬套，脫離職校生的實際情況，項目教學(xué)很難達(dá)到預(yù)期效果。

基于上述分析，在項目教學(xué)的開始階段應(yīng)以學(xué)生的初始能力情況為依據(jù)，先把學(xué)生引入門，把他們從初級階段帶入更高階段，循序漸進(jìn)地為實施完整的項目教學(xué)鋪平道路。

（二）現(xiàn)成的項目本身先天不足。項目是知識和技能的載體，項目合適與否直接影響教學(xué)成敗。目前有不少數(shù)控項目教程是由若干個數(shù)控加工案例拼湊而成的，其中不少項目本來就不是針對項目教學(xué)設(shè)計的，存在先天不足。在此引入案例進(jìn)行分析：該零件圖有外輪廓2個、凹槽1個，在學(xué)習(xí)外輪廓編程加工內(nèi)容時（假設(shè)5人為1個學(xué)習(xí)小組），老師講解其中1個外輪廓的編程，僅剩1個外輪廓留給5個學(xué)生，極易導(dǎo)致濫竽充數(shù)的“南郭先生”的出現(xiàn)，出現(xiàn)前述兩幕鏡頭中部分學(xué)生沒事干的現(xiàn)象就不足為奇了。可見設(shè)計適合小組學(xué)習(xí)的項目勢在必行。

（三）大班制教學(xué)不利于理實一體化項目教學(xué)的開展。職校學(xué)校班級規(guī)模較為龐大，甚至有些學(xué)校的數(shù)控班人數(shù)達(dá)到50人以上，由于數(shù)控設(shè)備成本高、數(shù)量有限，再加上師資有限，所以大班制模式下的項目教學(xué)的學(xué)生參與度偏低、教學(xué)管理難度高、教學(xué)過程較松散。因此，研究如何解決大班制給教學(xué)帶來的困難具有重要的現(xiàn)實意義和價值。

（四）評價促進(jìn)學(xué)習(xí)的作用缺失。評價的目的是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，但在職校項目教學(xué)中并沒有充分體現(xiàn)這一作用。造成評價促進(jìn)學(xué)習(xí)作用缺失的主要原因包括：一是評價內(nèi)容單一，只重視結(jié)果的評價而不關(guān)注學(xué)習(xí)過程的評價，只重視知識技能的評價而忽略職業(yè)道德素養(yǎng)的評價；二是評價方式單一，只重視教師對學(xué)生的評價而不重視學(xué)生的自評、互評，缺乏語言激勵和情感激勵。

二、職校數(shù)控項目教學(xué)實施策略

針對當(dāng)前職校數(shù)控項目實訓(xùn)教學(xué)實施過程中存在的問題，筆者在教學(xué)實踐中進(jìn)行了一系列探索，采取了以下對策：

（一）以學(xué)生的實際情況為依據(jù)，分階段開展項目教學(xué)。針對職校生初始能力不足、綜合素質(zhì)欠缺的情況，將數(shù)控項目教學(xué)分為三個階段：

1.入門階段。這一階段的項目是以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和技能為目標(biāo)的學(xué)習(xí)型項目，主要任務(wù)是帶領(lǐng)學(xué)生入門，使學(xué)生掌握基本操作技能和編程加工方法等。

2.鞏固提高階段。鞏固提高階段的主要任務(wù)是在強(qiáng)化基礎(chǔ)知識和技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。這一階段的項目依然屬于學(xué)習(xí)型項目，但已經(jīng)具備工作任務(wù)型項目的雛形。

3.綜合應(yīng)用階段。通過前面兩個階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生分析問題、解決問題的能力得到了較大提升，也積累了一定的項目學(xué)習(xí)經(jīng)驗，此時開展較完整的工作任務(wù)型項目教學(xué)將水到渠成。

（二）合理設(shè)計項目，確保人人有“活”干。根據(jù)不同階段的特點合理設(shè)計或選擇項目，最基本的條件是要有足夠的工作量，確保人人都有自己的加工任務(wù)。

（三）項目難易程度要適宜，讓人人都能把“活”干好。確定項目時，要根據(jù)學(xué)生的接受能力把握好項目的難易程度，使學(xué)生在付出一定努力后都能完成任務(wù)。我在實踐中采取以下兩種處理方法：一是先用較容易的項目激發(fā)學(xué)生的信心，然后根據(jù)學(xué)生的學(xué)情逐漸調(diào)整難度；二是同一個項目中有難度不同的任務(wù)，可以兼顧個體差異。

（四）工種組合實訓(xùn)是實現(xiàn)大班實訓(xùn)小班化的有效途徑。大班制的數(shù)控實訓(xùn)，小組人數(shù)普遍較多，不利于開展教學(xué)，采取工種組合實訓(xùn)可以實現(xiàn)大班實訓(xùn)的小班化，例如：數(shù)控車銑組合實訓(xùn)、數(shù)控加工與計算機(jī)輔助設(shè)計制造的組合實訓(xùn)等。

（五）發(fā)揮評價促進(jìn)學(xué)習(xí)的積極作用。評價是項目教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)之一，可以使學(xué)生找到成就感，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。評價應(yīng)該是具體的、全方位的：一是要有記錄學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的具體評價指標(biāo)；二是要充分發(fā)揮語言激勵和情感激勵的積極作用，一句鼓勵的話，一個肯定的眼神，就是一個學(xué)生進(jìn)步的臺階；三是集中評價與分散評價相結(jié)合；四是技能評價與職業(yè)道德評價相結(jié)合；五是個體評價要與團(tuán)隊評價緊密結(jié)合，既有教師的評價，又有學(xué)生的自評、互評。

三、保證項目教學(xué)順利實施需要注意的問題

（一）教師必須對教學(xué)的全程進(jìn)行引導(dǎo)、監(jiān)督和輔導(dǎo)，做到分工到組，包工到人，使項目教學(xué)由原來的“粗放型”向“精細(xì)化”轉(zhuǎn)變。

（二）注意轉(zhuǎn)化“厭學(xué)”的學(xué)生。每個班級都有“厭學(xué)”的學(xué)生，厭學(xué)表象背后隱藏的是學(xué)生學(xué)習(xí)信心的極度缺乏，要給這些學(xué)生“壓”任務(wù)并輔導(dǎo)他們完成任務(wù)，他們在以往的學(xué)習(xí)中丟失了信心，就要引導(dǎo)他們在學(xué)習(xí)中把信心重新找回來。

第2篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)；評價體系；監(jiān)控體系；數(shù)控技術(shù)

隨著中職課程改革的不斷深入，基于工作過程的實踐教學(xué)課程體系在數(shù)控技術(shù)專業(yè)得到了廣泛的開展與實施，在提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果方面取得了一定的成效。因此，對于如何構(gòu)建公正、客觀、科學(xué)的實踐教學(xué)評價體系和監(jiān)控體系變得尤為重要，如何更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)設(shè)和諧的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生做中學(xué)的效果急需解決。

一、問題的提出

由于數(shù)控專業(yè)在人才需求調(diào)研方面做的不到位，在人才培養(yǎng)目標(biāo)確定、職業(yè)崗位能力分析、課程開發(fā)等方面缺少行業(yè)企業(yè)實踐技術(shù)人員的直接參與，從而使課程標(biāo)準(zhǔn)的制訂存在很大隨意性，定位不準(zhǔn)。部分學(xué)校為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，忽視了針對性和職業(yè)性，脫離區(qū)域經(jīng)濟(jì)實際，制訂了過高的課程標(biāo)準(zhǔn)，致使學(xué)生的就業(yè)出路方面出現(xiàn)瓶頸，實踐教學(xué)評價也無從談起。

目前在實踐教學(xué)評價方面，對評價方法的研究缺少深層次考慮。學(xué)生實踐教學(xué)考核的通過率大于理論教學(xué)考核的通過率，仍有重視理論輕視實踐教學(xué)的問題。

中職學(xué)生專業(yè)實踐環(huán)節(jié)作為職教專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，是實現(xiàn)培養(yǎng)技能應(yīng)用型人才目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對學(xué)生綜合職業(yè)能力的核心――專業(yè)操作技能的培養(yǎng)質(zhì)量起著重要的作用。中等職業(yè)學(xué)校要用理實一體化的教學(xué)模式，以做中學(xué)、做中教為主要教學(xué)方法，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)實踐能力的環(huán)境，從而提高學(xué)生的適應(yīng)能力和競爭能力。

數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今制造業(yè)應(yīng)用最廣泛、發(fā)展勢頭最猛、新技術(shù)發(fā)展最快的一門應(yīng)用型專業(yè)。因此，培養(yǎng)適合制造業(yè)發(fā)展需求的大量數(shù)控技術(shù)技能型人才已成為中職教育的緊迫任務(wù)。

二、學(xué)校教育現(xiàn)狀

當(dāng)前我國職業(yè)教育，尤其是中等職業(yè)教育發(fā)展的現(xiàn)狀與其應(yīng)有的地位和作用還極不相稱，存在著較大的距離。特別在數(shù)控專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)上，由于教學(xué)投入太大，各學(xué)校不同程度的存在著：重理論知識說教，輕操作技能訓(xùn)練；重教師主導(dǎo)作用，輕學(xué)生主體地位；重硬件投入，輕軟件建設(shè)；重訓(xùn)練單純課題，輕訓(xùn)練生產(chǎn)化與職業(yè)精神教育。其結(jié)果是教學(xué)效率低，教學(xué)資源未得到充分利用，學(xué)生缺乏應(yīng)有的實際操作技能，崗位適應(yīng)性差，職業(yè)技能不能滿足用人單位的要求；綜合素質(zhì)不高，培養(yǎng)的學(xué)生得不到企業(yè)的歡迎。職業(yè)教育實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)改革的滯后已成為嚴(yán)重影響職業(yè)教育健康發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的制約瓶頸。尤其是我校數(shù)控專業(yè)學(xué)生，在本地就業(yè)較少，對口就業(yè)較少，就讀人數(shù)也在變少。如何解決這些問題，是我校數(shù)控專業(yè)目前急需解決的問題。

基于此，著手對中職學(xué)生專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的改革研究就刻不容緩地提上了各級教育行政主管部門的議事議程。我校作為宿遷市直屬學(xué)校，多年來在機(jī)械制造專業(yè)方向尤其是數(shù)控專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展上，取得了矚目的成績，“校廠一體，產(chǎn)訓(xùn)結(jié)合”的教學(xué)模式得到了社會的普遍認(rèn)可和肯定。同時我校已有一批中青年數(shù)控專業(yè)教師一直從事關(guān)于該專業(yè)學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)問題的理論與實踐的研究。所以，我們作為教育工作者，就必須在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對學(xué)生數(shù)控技能培養(yǎng)效益最大化及中職學(xué)校數(shù)控專業(yè)教育教學(xué)評價進(jìn)行研究，以期取得一定的建設(shè)性成果。因此我校經(jīng)過申請，進(jìn)行了此項課題的研究。

三、數(shù)控技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)評價體系的構(gòu)建

隨著數(shù)控專業(yè)教育探索的不斷深入，一些深層次問題日漸凸現(xiàn)。如何充分利用有限的數(shù)控實訓(xùn)教育資源，正確引導(dǎo)數(shù)控專業(yè)學(xué)生克服厭學(xué)心理和情緒，有效達(dá)到中職數(shù)控專業(yè)的技能培養(yǎng)目標(biāo)，這是本課題研究的立足點和出發(fā)點。

1.突出以學(xué)生為主體

對實踐教學(xué)進(jìn)行評價，必須體現(xiàn)以人為本，注重學(xué)生職業(yè)成長的基本規(guī)律，遵守學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。在方法上可采用快頻小步、重點突出的原則來進(jìn)行評價，使學(xué)生在實踐教學(xué)活動過程中不斷受到正面激勵，體驗項目完成時成功的喜悅，樹立自信心和自尊心，使中職教育成為以人為本、以學(xué)生為主體的教育。

2.以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素質(zhì)為本

改變傳統(tǒng)的終結(jié)式評價方式，采用圍繞以學(xué)生為中心、能力與素質(zhì)并重的過程式教學(xué)評價，全面、科學(xué)地考核學(xué)生的安全環(huán)境意識、專業(yè)能力掌握、理論知識應(yīng)用、團(tuán)隊協(xié)作精神、計劃和決策能力、完成工作任務(wù)質(zhì)量、自我學(xué)習(xí)能力等多元能力評價，結(jié)合過程性考核成績多元全面地考核學(xué)生的真實水平，給出學(xué)生最客觀、全面、公平的評價。

3.實踐教學(xué)評價方法的選擇

根據(jù)專業(yè)實踐教學(xué)體系框架和評價標(biāo)準(zhǔn)，擬采用激勵評價法、過程評價法及綜合評價法。

激勵評價法是指觀察找出學(xué)生的優(yōu)點或創(chuàng)新之處或成功之處，并結(jié)合數(shù)控技術(shù)專業(yè)的課程目標(biāo)，制訂出教學(xué)目標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)。

過程評價法是指教學(xué)評價的標(biāo)準(zhǔn)源于企業(yè)技術(shù)型人才在完成某一生產(chǎn)任務(wù)時所應(yīng)掌握的程序性知識和相應(yīng)的技能，其教學(xué)目標(biāo)是綜合先前學(xué)過的數(shù)控技術(shù)專業(yè)知識和技能，通過項目訓(xùn)練積累經(jīng)驗，從而形成某一方面的專業(yè)能力。

綜合評價法是指綜合運(yùn)用絕對評價法和過程評價法實現(xiàn)高年級學(xué)生接受模擬職業(yè)崗位任務(wù)要求而設(shè)置的綜合訓(xùn)練項目所進(jìn)行的教學(xué)評價。從實訓(xùn)過程中積累設(shè)計、編程、操作等生產(chǎn)一線經(jīng)驗，從而實現(xiàn)對學(xué)生專業(yè)知識和技能的綜合訓(xùn)練。

四、數(shù)控技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)評價體系的應(yīng)用

1.激勵評價法的應(yīng)用

《機(jī)械制圖》《公差與極限配合》等基本技能訓(xùn)練的課程內(nèi)容一般是數(shù)控技術(shù)專業(yè)的入門技能內(nèi)容，通用性較強(qiáng)，基礎(chǔ)作用明顯，其最終考核應(yīng)以激勵評價法為主。因其評價可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、可操作性強(qiáng)，有助于學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識和技能，為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控編程加工奠定基礎(chǔ)。

2.過程評價法的應(yīng)用

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)生是在自己已有的知識、經(jīng)驗和文化背景的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識的，學(xué)生知識、經(jīng)驗和文化背景的差異會導(dǎo)致對理解知識的側(cè)重點不同，實訓(xùn)環(huán)節(jié)教學(xué)必須以學(xué)生為主體，通過小組合作學(xué)習(xí)實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，從而促進(jìn)學(xué)生技能、知識的建構(gòu)。

《典型零件的數(shù)控編程與加工》《零件造型與自動編程》等課程的專項實習(xí)、專項技能實訓(xùn)的目的是使學(xué)生掌握專業(yè)中某一部分技能。通過實習(xí)、實訓(xùn)，使學(xué)生體驗完成一個生產(chǎn)性項目的全過程，因此在這類實習(xí)和實訓(xùn)中采用過程評價法，側(cè)重學(xué)生能力和素質(zhì)的雙重評價。

3.綜合評價法的應(yīng)用

綜合實訓(xùn)是將若干門專業(yè)課程內(nèi)容通過一個實訓(xùn)項目進(jìn)行有機(jī)整合，使學(xué)生在實訓(xùn)過程中積累經(jīng)驗，從而實現(xiàn)一個“準(zhǔn)技術(shù)人員”的綜合訓(xùn)練。這種訓(xùn)練的成果接近或基本上與企業(yè)生產(chǎn)一線的真實生產(chǎn)任務(wù)吻合，故應(yīng)采用綜合評價的方法。我校目前已經(jīng)讓學(xué)生綜合實訓(xùn)過后參加學(xué)校工廠產(chǎn)品的加工，正好給他們一個綜合評價的機(jī)會。

實訓(xùn)教學(xué)是師生交往、積極互動、共同發(fā)展的過程，實訓(xùn)教學(xué)不僅要重考核結(jié)論更應(yīng)重訓(xùn)練、評價過程。在教學(xué)過程中，要重視學(xué)生的“主體”作用，通過師生合作、互動，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活。

為了更合理地評價學(xué)生的實訓(xùn)，我們還通過開展社會、企業(yè)對中等專業(yè)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用型技能人才的要求的調(diào)整與研究，進(jìn)一步明確中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控專業(yè)學(xué)生的操作技能構(gòu)成及培養(yǎng)目標(biāo)，并結(jié)合中等職業(yè)學(xué)校的實際辦學(xué)條件以及學(xué)生的實際能力水平，對數(shù)控專業(yè)操作技能培養(yǎng)的教學(xué)評價方案展開研究，從而制訂出一套完整的、切合實際的、具有可操作性的操作技能評價方法，切實提高中職數(shù)控專業(yè)學(xué)生的實習(xí)實訓(xùn)效果。

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第3篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工；一體化

自改革開放以來，高科技時代帶來工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，致使職業(yè)學(xué)校不能及時、快速地向社會輸送出適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的技術(shù)型技能人才，繼而阻礙了企業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。這就迫使職業(yè)教育必須在教育思維、教學(xué)理念和教學(xué)方式上，須脫離傳統(tǒng)的教學(xué)模式，并進(jìn)行全方位地、深入地進(jìn)行教學(xué)改革，核心就是如何實施一體化教學(xué)，快速培養(yǎng)出社會需要的合格的技能人才。

既然傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)實現(xiàn)職業(yè)學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)的需求，因此，構(gòu)建一個“以就業(yè)為導(dǎo)向，以職業(yè)為本位”的符合職業(yè)教育目標(biāo)要求的教學(xué)體系顯得尤為重要。這種教學(xué)體系就是一體化教學(xué)體系。通過一體化教學(xué)，可以達(dá)到以下幾個轉(zhuǎn)變：教學(xué)從“知識的傳遞”向“知識的處理和轉(zhuǎn)換”轉(zhuǎn)變，教師從“單一型”向“行為引導(dǎo)型”轉(zhuǎn)變；學(xué)生由“被動接受的模仿型”向“主動實踐、手腦并用的創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)變；教學(xué)組織形式由“固定教室、集體授課”向“室內(nèi)外專業(yè)教室、實習(xí)車間”轉(zhuǎn)變；教學(xué)手段由“口授、黑板”向“多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化教育技術(shù)”轉(zhuǎn)變，從而以“一體化”的教學(xué)模式體現(xiàn)職業(yè)教育的實踐性、開放性、實用性。而要達(dá)到這樣的目標(biāo)，就必須構(gòu)建新的專業(yè)課程體系，即以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目課程為主體，構(gòu)建綜合模塊化的課程體系。

一體化教學(xué)，簡而言之，就是教師能夠把專業(yè)理論與生產(chǎn)實訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合起來，高效率地教會學(xué)生；而學(xué)生在通過一體化課堂的學(xué)習(xí)后，能夠?qū)@個行業(yè)領(lǐng)域的技能知識熟練地運(yùn)用，并解決相關(guān)問題。

相較過去的教學(xué)模式，一體化教學(xué)模式，要求我們從根本上必須做出兩個方面的改變：教學(xué)硬件與教學(xué)軟件。教學(xué)的硬件主要包括：教學(xué)場地，教學(xué)設(shè)施、設(shè)備，教學(xué)軟件等所具備的必備條件；教學(xué)的軟件主要是：教師所具備的專業(yè)實力，具體包括專業(yè)知識量的多少、關(guān)聯(lián)知識的輻射面、行業(yè)領(lǐng)域的了解程度、教學(xué)的方式方法等。

對于教學(xué)軟件的提升，我們可以通過幾個有效的可行方法：1、有計劃地安排教師參加培訓(xùn)操作實踐，提高有關(guān)教師理論和實踐操作水平。2、根據(jù)數(shù)控實訓(xùn)一體化教學(xué)內(nèi)容，安排具有不同特長的教師對實訓(xùn)項目進(jìn)行重點突破。3、要求教師積極參與實踐，要求學(xué)生完成的課題教師必須先完成，同時創(chuàng)造條件，鼓勵教師參加各類技能競賽，以賽促練，以交流促進(jìn)教師職業(yè)技能水平的提高。

在教學(xué)的過程中，我們需要做到的是，真正的實現(xiàn)課堂連接車間，體現(xiàn)職業(yè)價值。

教學(xué)內(nèi)容是數(shù)控加工實訓(xùn)一體化項目的核心內(nèi)容。根據(jù)國家高技能人才培養(yǎng)計劃和中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)計劃等文件，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有實訓(xùn)條件，我們確定了數(shù)控編程與工藝、數(shù)控仿真、上機(jī)操作、CAD/CAM四個子項目。數(shù)控編程與工藝是數(shù)控車床實習(xí)的理論基礎(chǔ)知識，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和提高職業(yè)發(fā)展?jié)摿μ峁├碚撝R保障，該子項目的教學(xué)貫穿于數(shù)控車床實訓(xùn)整個過程，由淺入深，并與數(shù)控仿真、上機(jī)操作子項目相結(jié)合；數(shù)控仿真是解決實習(xí)工位不足的重要手段，也是實習(xí)教學(xué)安排中進(jìn)行緩沖調(diào)節(jié)，鼓勵學(xué)生自我學(xué)習(xí)，使一體化教學(xué)順利進(jìn)行的重要保證；上機(jī)操作是保證學(xué)生具備職業(yè)能力的根本途徑；CAD/CAM子項目是保證學(xué)生適應(yīng)未來市場需要，可增加學(xué)生對新知識、新工藝、新方法的了解和掌握，提高學(xué)生對先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢的適應(yīng)能力。

數(shù)控加工一體化實習(xí)訓(xùn)練，按中、高級職業(yè)資格考核要求，將實習(xí)階段分為三期：（1）初期按課表授課。主要是入門任務(wù)，使學(xué)生逐步熟悉實習(xí)的各個子項目內(nèi)容，為主動學(xué)習(xí)和自我學(xué)習(xí)打下必備知識基礎(chǔ)。（2）中期授課內(nèi)容適當(dāng)靈活把握。當(dāng)實訓(xùn)進(jìn)行到一定階段后，為體現(xiàn)以學(xué)生為本的思想，讓所有學(xué)生都有實訓(xùn)工位，各取所需，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，教學(xué)上逐步打破原有課表的約束，根據(jù)學(xué)生整體接受情況，對各子項目的授課時間進(jìn)行靈活把握，使編程、仿真、上機(jī)操作等訓(xùn)練內(nèi)容保持同步、相互協(xié)調(diào)。（3）實習(xí)后期授課內(nèi)容更加靈活。教師授課主要以布置子項目中課題和檢查、督促、輔導(dǎo)作為主要工作內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)個人的實際接受情況分別安排時間完成編程、仿真、上機(jī)操作、CAD/CAM等課題內(nèi)容，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的思想，使學(xué)生、教師和教學(xué)設(shè)備三者之間能做到有機(jī)互動，一方面增強(qiáng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識，學(xué)會安排時間、學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會解決問題、學(xué)會同學(xué)之間的協(xié)調(diào)合作，另一方面教師可以有更多時間對不同學(xué)生進(jìn)行個別輔導(dǎo)，因材施教，讓每個學(xué)生都有進(jìn)步。

在整個的教學(xué)階段中，我們在一個專業(yè)的仿真軟件教室，完成理論知識的傳授與補(bǔ)充、所有作業(yè)的初級訓(xùn)練；其次，每個學(xué)生在完成自己這個學(xué)習(xí)任務(wù)的同時，對所有的問題進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合自己的生活，個性化的創(chuàng)造設(shè)計一個任務(wù)。教師在這個階段的過程中，通過講述生活故事、講授專業(yè)知識、播放影像資料、探討交流等方式，完成對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，專業(yè)的基礎(chǔ)知識介紹，軟件的介紹、使用，協(xié)助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。完成初級訓(xùn)練之后，需要及時進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)的實踐訓(xùn)練，將一個個線條狀、虛幻的物件，在自己的努力跟老師的指導(dǎo)下，變成真實的有價值的產(chǎn)品或者是工藝品。學(xué)生在這個階段中，根據(jù)每個學(xué)生的特點，3-4人分為一個小組，20人左右為一個班，在初級訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，對前面的知識進(jìn)行鞏固，創(chuàng)新，完成所有作業(yè)的訓(xùn)練。

由于在實習(xí)教學(xué)中，實習(xí)內(nèi)容是以項目課程課題作為教學(xué)單元，各項目課程課題在實習(xí)的中后期教學(xué)中具有很強(qiáng)的綜合性和很大的靈活性，教師有時間和精力在教學(xué)中考慮學(xué)生點和面的問題，充分體現(xiàn)因材施教原則。一方面，其中必然會出現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)度快、成績優(yōu)異者，可以增加訓(xùn)練內(nèi)容或增加訓(xùn)練難度，讓學(xué)有余力的學(xué)生能學(xué)到更多更深的知識，同時，這些學(xué)生可對一般學(xué)生起示范和榜樣作用，另一方面，對正常學(xué)習(xí)吃力的學(xué)生，教師可以個別輔導(dǎo)，或者將學(xué)生適當(dāng)分組，采用學(xué)生之間以強(qiáng)帶弱的方式來達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)。

職業(yè)學(xué)校的課程改革和職業(yè)技能實訓(xùn)一體化教學(xué)是教學(xué)改革的大勢所趨，是構(gòu)建職業(yè)教育新課程體系的必由之路，是職業(yè)教育向社會輸送高質(zhì)量技能型人才的必然選擇。數(shù)控加工一體化教學(xué)的構(gòu)想和實踐，為其他職業(yè)技能訓(xùn)練開展一體化教學(xué)積累了經(jīng)驗，也為數(shù)控加工技術(shù)專業(yè)的全面課程改革打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

第4篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

關(guān)鍵詞：中職學(xué)生 理實一體化教學(xué)法 數(shù)控車教學(xué)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）05（b）-0183-01

臺州是制造業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)械專業(yè)人才更是供不應(yīng)求，近年來企業(yè)在擴(kuò)大規(guī)模的同時，更加迫切地需要大量機(jī)械操作與維護(hù)的技術(shù)人才，根據(jù)我校調(diào)研，很多企業(yè)表示自身生產(chǎn)能力不足，缺乏操作人員、工藝人員成為企業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，以致不能迅速擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模。我們職業(yè)學(xué)校就是培養(yǎng)具有實際操作能力的應(yīng)用型人才。因此，我校在教學(xué)中堅持以就業(yè)為導(dǎo)向，以職業(yè)能力為本位，對數(shù)控車的教學(xué)進(jìn)行重新分析和定位，采用更有效的理實一體化教學(xué)法。

1 當(dāng)前數(shù)控車教學(xué)存在的弊端

由于目前中職學(xué)校的生源素質(zhì)普遍不高，學(xué)生對學(xué)習(xí)不感興趣，缺乏刻苦鉆研的精神，在學(xué)習(xí)專業(yè)理論課時，普遍感到對理論知識提不起興趣。而數(shù)控車實訓(xùn)教學(xué)直觀性較強(qiáng)，較容易被學(xué)生接受，也容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，大部分學(xué)生在一開始都對實訓(xùn)課表現(xiàn)出較濃的興趣，但由于學(xué)習(xí)理論知識與實訓(xùn)知識的不同步，在實訓(xùn)時又缺少必要的專業(yè)理論指導(dǎo)，往往只是簡單的操作模仿，難以實現(xiàn)中職學(xué)校培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

2 理實一體化教學(xué)法的實踐過程

理實一體化教學(xué)法是通過小組之間相互討論及在教師的幫助下，獲取專業(yè)知識?，F(xiàn)在以數(shù)控車為例探索理實一體化的教學(xué)法的應(yīng)用。

2.1 項目的選取

將理論教師和實訓(xùn)教師組成同一備課組，一起探討教材處理、學(xué)情分析、教學(xué)方法、安排課時及具體分工，共同編寫教案，形成校本教材，共同處理和協(xié)調(diào)在教學(xué)方面遇到的問題，項目選取上一定要結(jié)合學(xué)情，精心選擇，從淺入深，從易到難的，從入門到精通的原則，并結(jié)合學(xué)生的實際情況進(jìn)行選題。既不能太簡單也不能太難，太簡單學(xué)生會認(rèn)為沒有挑戰(zhàn)性，會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，太難了學(xué)生無法完成，也打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.2 項目的推進(jìn)

2.2.1 理論教學(xué)

在推進(jìn)這個項目之前，通過引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)、討論、質(zhì)疑、分組競賽等方式掌握教學(xué)的重點和難點。學(xué)生根據(jù)所學(xué)過的相關(guān)知識，完成工藝卡，先學(xué)生個人單獨(dú)完成，然后小組內(nèi)討論分析，接著組內(nèi)推選一位學(xué)生上臺交流設(shè)計思路，臺下學(xué)生認(rèn)真聽講，發(fā)表自己不同的看法。把課堂返還給學(xué)生，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到空前的發(fā)揮。幾乎所有的同學(xué)都在認(rèn)真探討和學(xué)習(xí)，不停有同學(xué)舉手提出不同的看法。最后教師進(jìn)行歸納總結(jié)、工藝卡的審核。只有通過理論教師審核的學(xué)生才能進(jìn)實訓(xùn)車間參加實訓(xùn)。

2.2.2 實訓(xùn)教學(xué)

實訓(xùn)教師首先強(qiáng)調(diào)著裝和安全注意事項，然后用規(guī)范的動作進(jìn)行演示，邊做邊強(qiáng)調(diào)技術(shù)要領(lǐng)和注意事項，解釋可能會出現(xiàn)各種不良現(xiàn)象的原因。接著學(xué)生按照工藝卡的步驟及要求獨(dú)立操作，實訓(xùn)教師做好技術(shù)指導(dǎo)，對不規(guī)范的操作進(jìn)行糾正，最后實訓(xùn)教師檢測并分析尺寸精度、粗糙度等達(dá)不到要求的原因，肯定學(xué)生好的方面。通過這種方式，學(xué)生對實訓(xùn)的興趣很高，出現(xiàn)你爭我趕的好現(xiàn)象。改變了以前實訓(xùn)時大部分學(xué)生在聊天、玩手機(jī)的情況。

2.3 項目的評價

在學(xué)生完成項目以后，結(jié)果要及時公布，并且點評學(xué)生存在的不足，并加以改正，在點評中得到提高。對于學(xué)習(xí)能力較好的同學(xué)，鼓勵他們參加學(xué)校的技能興趣小組，在課外時間進(jìn)行理論和實訓(xùn)的輔導(dǎo)，提升他們的技能水平，對于學(xué)習(xí)能力較差的同學(xué)，利用組內(nèi)討論的時間，對其進(jìn)行基礎(chǔ)知識的輔導(dǎo)，使他們在盡量短的時間內(nèi)跟上教學(xué)進(jìn)程，還要關(guān)注每位學(xué)生的進(jìn)步，要經(jīng)常給與鼓勵，激勵他們?nèi)〉酶蟮倪M(jìn)步。另一方面教師也可以檢驗自己在教學(xué)中存在的問題。

3 理實一體化教學(xué)法發(fā)揮的積極作用

3.1 編寫校本教材，增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容的實用性

由于目前中職學(xué)生的素質(zhì)普遍不高，對學(xué)習(xí)提不起興趣，而市場上的教材重理論輕實踐，不適應(yīng)中職學(xué)校的教學(xué)。因此，我們備課組根據(jù)學(xué)校的實際情況，結(jié)合制造企業(yè)的需求，編寫數(shù)控車的校本教材，在編寫數(shù)控車的校本教材時，將《零件測量與質(zhì)量控制技術(shù)》《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》《數(shù)控車床編程與加工技術(shù)》等獨(dú)立的課程進(jìn)行了有機(jī)的整合，突出實用性，突出理論與實踐相結(jié)合，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的有效性。

3.2 “雙師”教學(xué)，增強(qiáng)教學(xué)的有效性

由于當(dāng)今社會的發(fā)展，知識的更新也是日新月異，這對教師提出了更高的要求，雖然最近一直在提倡加強(qiáng)“雙師型”教師的培養(yǎng)，但是大部分教師還是不能完全滿足理實一體化的教學(xué)，所以我校采用理論教師和實訓(xùn)教師組成一個“雙師”備課組，以前由于理論和實訓(xùn)兩種教學(xué)方法和環(huán)境的不同，教師知識能力不同，講解的角度也不同，對同一問題的講解就會出現(xiàn)偏差，使學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容對不上號，容易使教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等很難有機(jī)協(xié)調(diào)，通過這種組成同一備課組的形式能很好的解決上述問題。

4 實施理實一體化教學(xué)法的效果

理實一體化教學(xué)法實施之前，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，在實訓(xùn)操作中大部分學(xué)生都不夠認(rèn)真，在市區(qū)技能競賽中我校很難獲獎，通過實施理實一體化教學(xué)法學(xué)生學(xué)習(xí)積極性得到空前的提高，很多學(xué)生自愿利用周末和休息時間參加技能訓(xùn)練，技能水平比前幾屆有較大的提高，去年有一位學(xué)生具有參加市技能大賽的資格。

參考文獻(xiàn)

[1]苗玲玉，鮑風(fēng)雨.“雙閉環(huán)控制”教學(xué)質(zhì)量保障體系在機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的實施[J].機(jī)械職業(yè)教育，2010（10）：17-19.

第5篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革;課程建設(shè);計算機(jī)控制技術(shù);專業(yè)特色

【中圖分類號】G420【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2009)08―0117―03

引言

計算機(jī)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為工具實現(xiàn)的控制系統(tǒng),培養(yǎng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)觀念是課程的核心,但是實現(xiàn)方法不同于連續(xù)時間控制系統(tǒng)。因此,這門課程仍應(yīng)以離散控制理論為線索,以離散控制理論如何采用軟、硬件實現(xiàn)為主要內(nèi)容,與連續(xù)控制系統(tǒng)對比的方式進(jìn)行教學(xué),以認(rèn)清因手段不同而產(chǎn)生的系統(tǒng)實現(xiàn)方式的變化以及由此而產(chǎn)生的其它一系列問題,如采樣周期、振鈴現(xiàn)象等。有的教師在講授這門課程時,主要是在微機(jī)原理及應(yīng)用課程的基礎(chǔ)上增加一些通道和微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計及其工業(yè)控制方面的應(yīng)用,側(cè)重點在微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計。而對離散控制理論則只講述一些基本定理和PID 等較為直觀的基本算法,對這些算法的導(dǎo)出不做系統(tǒng)介紹。對于微機(jī)與控制的結(jié)合,除了講述采樣程序外,重點介紹常用數(shù)據(jù)處理程序,而對數(shù)據(jù)處理的依據(jù)以及人對信號的影響則不涉及。從教學(xué)目的看,客觀上這種方式直接向?qū)W生傳授了許多具體問題的實際處理方法,使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計及畢業(yè)后的工作中能很快進(jìn)入角色。但這種方式也有很明顯的弊病,對很多問題及方法,學(xué)生知其然不知其所以然,基本理論的欠缺使學(xué)生在進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和提高中顯現(xiàn)出先天不足,底子虛,后勁不大。學(xué)生難以理解控制理論與計算機(jī)的結(jié)合點,掌握不住這門課程的精髓,只當(dāng)作《微機(jī)原理》的應(yīng)用篇去學(xué)習(xí)。

一課程教學(xué)改革的設(shè)計思路

《計算機(jī)控制技術(shù)》有其自身的理論基礎(chǔ)和實踐技巧。數(shù)字控制器設(shè)計是計算機(jī)測控的核心,軟硬件技術(shù)是計算機(jī)控制技術(shù)手段,現(xiàn)場總路線是其連接擴(kuò)展的方式。數(shù)字控制器的核心是數(shù)字信號分析與處理,基礎(chǔ)是拉氏變換和Z變換,主要內(nèi)容是數(shù)字PID、數(shù)字濾波、最少拍無差系統(tǒng)、Simth算法和達(dá)林算法等,擴(kuò)展后可涉及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。這部分內(nèi)容理論性較強(qiáng),在實踐應(yīng)用中需要Matlab作為輔助設(shè)計手段,在教學(xué)中也需要用Matlab仿真檢驗數(shù)字控制器的效果。因此如果能在課前開設(shè)Matlab課程,本課程中輔助加入一些Matlab輔助控制器設(shè)計內(nèi)容,能有效提高本課程學(xué)習(xí)的效率。而AD和DA原理及芯片的使用,開關(guān)量的輸入與輸出,顯示器、鍵盤與電機(jī)的接口等內(nèi)容則面向?qū)嵺`,分成軟件編程和硬件接口兩個方面,軟件編程通常用匯編或者C語言,硬件接口與數(shù)字電路和接口技術(shù)相關(guān),強(qiáng)調(diào)動手操作?，F(xiàn)場總線則偏重于應(yīng)用。因此,這門課程的內(nèi)容看似蕪雜,其實自成體系,教學(xué)內(nèi)容豐富而且彈性極大。電類專業(yè)開設(shè)的這門課程以微型計算機(jī)(單片機(jī)等)系統(tǒng)為主線,以微機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的方法及軟、硬件實現(xiàn)為形式,了解與掌握應(yīng)用為其主要目的;而計算機(jī)應(yīng)用專業(yè)開設(shè)這門課程,其主體應(yīng)為計算機(jī)實現(xiàn)控制的原理與方法、用于控制系統(tǒng)的高可靠性計算機(jī)的硬件及接口設(shè)計、實時操作系統(tǒng)軟件的特點與編制原則,并以適量課時用于應(yīng)用與實例介紹。機(jī)械自動化專業(yè)的本門課程教學(xué),應(yīng)根據(jù)教學(xué)目的而采用合適的教材,針對兩個系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué),開設(shè)以“系統(tǒng)”為特征的綜合實驗。

如果課程以數(shù)字控制理論為主體,在理論的應(yīng)用中介紹微機(jī)控制方式及其具體實現(xiàn),涉及到微機(jī)的內(nèi)容重點介紹在微機(jī)原理及應(yīng)用等課程中所未講授的,形式上則以應(yīng)用控制系統(tǒng)出現(xiàn)。這種方式為學(xué)生打下了較堅實的理論基礎(chǔ),特別是應(yīng)用日益廣泛的離散控制理論的基礎(chǔ),但對于應(yīng)用類專業(yè)學(xué)生,同時也表現(xiàn)出它的一些缺陷。最為明顯的是由于減少了微機(jī)方面的比重而使學(xué)生在具體應(yīng)用中很難適應(yīng),特別在系統(tǒng)設(shè)計時更是如此。這種情況在畢業(yè)設(shè)計過程中就可以表現(xiàn)出來。授課內(nèi)容側(cè)重離散控制理論,學(xué)生在面對實際問題時,如果沒有良好的微機(jī)原理基礎(chǔ)就很難掌握系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

二具體的教學(xué)改革內(nèi)容

1 有機(jī)自專業(yè)特色的控制類課程教學(xué)體系

《計算機(jī)控制技術(shù)》課程從應(yīng)用角度出發(fā),密切結(jié)合工業(yè)自動化實踐, 是機(jī)械工程及自動化專業(yè)的主干課程之一,以在《自動控制原理》課程中沒涉及到的、計算機(jī)相關(guān)的控制技術(shù)為主要內(nèi)容。它的主要任務(wù)是通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)運(yùn)用各種教學(xué)手段和方法,使學(xué)生掌握數(shù)字控制器的基礎(chǔ)知識、基本應(yīng)用技術(shù);掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件、軟件的選擇、組織、配置和設(shè)計;了解現(xiàn)場總線技術(shù)的基本概念,掌握一至二種典型應(yīng)用系統(tǒng);貫徹理論聯(lián)系實際的原則,把硬件和軟件結(jié)合、控制原理和典型應(yīng)用結(jié)合,以利學(xué)生掌握計算機(jī)控制原理和應(yīng)用技術(shù)的完整知識。

提高《計算機(jī)控制技術(shù)》的教學(xué)效果,要求學(xué)生熟練掌握的專業(yè)知識較多,包括《電工電子學(xué)》、《控制理論》、《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《單片機(jī)原理》等專業(yè)課程。所以《計算機(jī)控制技術(shù)》課程的開課時間應(yīng)晚于上述課程。這樣,《計算機(jī)控制技術(shù)》理論講解的重點可放在控制系統(tǒng)的離散化理論、控制系統(tǒng)總體的工業(yè)控制系統(tǒng)原理和設(shè)計上,大大減少理論講授所需的時間。而《PLC技術(shù)》、《電機(jī)與拖動》和《傳感器技術(shù)》等課程可以同時開設(shè),也可以在之前或者之后都沒有太大的關(guān)系。

《計算機(jī)控制技術(shù)》以經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ),總線式工業(yè)控制機(jī)為控制工具,微機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)為手段,系統(tǒng)的工程實現(xiàn)為目的,從而做到理論、技術(shù)與實際應(yīng)用相結(jié)合,理論與實踐并重,綜合性較強(qiáng),應(yīng)該后續(xù)開設(shè)《計算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計,綜合應(yīng)用所學(xué)知識,鞏固教學(xué)效果[1]。

2 有機(jī)自專業(yè)特色的課程內(nèi)容設(shè)定

與內(nèi)容豐富、綜合性強(qiáng)、對學(xué)生要求較高相反,課時逐年減少。對于機(jī)械電子專業(yè),筆者擬定的教學(xué)內(nèi)容時只能把大量的外延擴(kuò)展內(nèi)容放在課外,課內(nèi)教學(xué)內(nèi)容濃縮,大致如下:

(1) 輸入/輸出通道接口技術(shù)(8學(xué)時)

本門課程之前,開設(shè)了《電工電子學(xué)》和《單片機(jī)原理》,講授最基本的數(shù)字電路和單片機(jī)軟硬知識,但沒有接觸過由器件搭配接口及用程序控制生產(chǎn),開始時學(xué)生都有些不適應(yīng)。這部分內(nèi)容講解如何使用器件實現(xiàn)某個功能,以典型常用的硬件,如ADC0809、鍵盤、觸摸屏、DAC0832、LED、開關(guān)量輸入輸出接口等作為例子介紹工作原理、使用方法和技術(shù)細(xì)節(jié)問題。有了這種訓(xùn)練以后,學(xué)生以后可以通過查閱用戶手冊的方法在較短時間內(nèi)熟悉其它硬件的使用。

(2) 順序控制與數(shù)字程序控制(5學(xué)時)

順序控制在《PLC技術(shù)》中有詳細(xì)的講解,在此部分側(cè)重于綜合介紹順序控制的特點、種類、思路和應(yīng)用場合。數(shù)字程序控制是數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ),學(xué)生在以前的學(xué)習(xí)或者生活中對數(shù)控機(jī)床接觸得很多,這部分的內(nèi)容容易引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并且會自覺地把理論和實際聯(lián)系起來。

(3) 數(shù)字控制器的設(shè)計(16學(xué)時)

這部分在講授在數(shù)字信號采樣和處理的基礎(chǔ)知識后,主要學(xué)習(xí)實際生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的控制算法,如數(shù)字PID 算法、最少拍控制算法等。對于理論性較強(qiáng),而實際生產(chǎn)過程中使用較少的算法,如Dahlin算法、Smith 預(yù)估控制等,則只做簡單介紹,使學(xué)生對其有一個初步的認(rèn)識即可。

(4) 先進(jìn)控制技術(shù)(8學(xué)時)

對于近年應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程的智能控制算法如模糊控制、現(xiàn)場總路線等內(nèi)容,作為次重點講授,以提升學(xué)生對新技術(shù)的興趣,引導(dǎo)其入門。

(5) 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(7學(xué)時)

抗干擾是生產(chǎn)現(xiàn)場必須要注意的一個重要事項,是本課程實用性的一個體現(xiàn)。本章重點有二個,一是抗干擾技術(shù),二是如何從設(shè)計要求搭建系統(tǒng)滿足生產(chǎn)需要,包括器件選型、控制器設(shè)計、接口制作和程序設(shè)計。抗干擾技術(shù)包括光電隔離、濾波、屏蔽、接地、軟件陷阱、看門狗等方面,是其它課程教學(xué)中沒有涉及到的,或者沒有系統(tǒng)講解的內(nèi)容。

3 關(guān)于輔助控制系統(tǒng)設(shè)計工具M(jìn)ATLAB的教學(xué)安排

在工程實際中,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜,如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件,則很難準(zhǔn)確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計算機(jī),對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真。與計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計的CAD軟件已經(jīng)是機(jī)械工程師不可缺少的基本技能一樣,輔助設(shè)計和仿真的手段已成為系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計及人員訓(xùn)練的不可缺少的重要手段。借助于控制方面廣泛應(yīng)用的MATLAB系統(tǒng)和系統(tǒng)仿真技術(shù),結(jié)合《計算機(jī)控制技術(shù)》課程的教學(xué)環(huán)境、要求以及工程實際,開設(shè)《MATLAB輔助設(shè)計和仿真》課程。該課程可使學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)的工藝和控制要求設(shè)計數(shù)字控制器、選擇控制參數(shù)以及編制控制軟件,并在計算機(jī)模擬實驗系統(tǒng)上進(jìn)行實驗,觀察控制效果,提高課程的教學(xué)質(zhì)量,增強(qiáng)學(xué)生解決實際工程問題能力。對于目前環(huán)節(jié)性實驗過重、系統(tǒng)性實驗沒條件開展的情況,系統(tǒng)仿真是一個有效的教學(xué)方式,也能節(jié)省大量實驗設(shè)備的投資。

但是如果把MATLAB放入《計算機(jī)控制技術(shù)》課程內(nèi)的話,在目前教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)十分豐富、課時量逐步減少的情況下比較困難。如果把MATLAB的內(nèi)容單獨(dú)開設(shè)為選修課程,與《計算機(jī)控制技術(shù)》同學(xué)期進(jìn)行,也可以取得較好的效果。

4 結(jié)合專業(yè)方向的擴(kuò)展課堂教學(xué)

在教學(xué)改革中,結(jié)合機(jī)自類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),面向科學(xué)技術(shù)前沿、面向未來,將教學(xué)內(nèi)容分重點、次重點、理解、了解、延伸擴(kuò)展、實踐動手等層次,把基礎(chǔ)的、必須的內(nèi)容放在課堂內(nèi),將延伸擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容、實踐動手的指導(dǎo)手冊放在課外。延伸擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容包括相關(guān)的最新科學(xué)技術(shù),如LCD、觸摸屏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等。將匯編程序設(shè)計、MATLAB輔助數(shù)字系統(tǒng)分析和設(shè)計等一部分設(shè)計成課件,放在實踐動手部分;一部分作為擴(kuò)展材料供學(xué)生課外閱讀。編寫《計算機(jī)控制技術(shù)》實驗臺的實驗指導(dǎo)書和實驗報告書。編寫課外實踐動手指導(dǎo)手冊,內(nèi)容分成電路設(shè)計制作、器件識別使用、程序編寫調(diào)試三個部分。將理論部分、器件部分和實踐部分合理搭配,將理論部分的掌握內(nèi)容、了解內(nèi)容、擴(kuò)展閱讀內(nèi)容合理分布,選擇較新、常用、有代表性的器件進(jìn)行介紹,淘汰市場上已經(jīng)很少出現(xiàn)的器件的說明,將配套的實踐指導(dǎo)內(nèi)容適當(dāng)?shù)胤峙湓诮贪?、課件、實驗指導(dǎo)書和課外實踐動手指導(dǎo)手冊上,給學(xué)生以更寬松的環(huán)境、更大的自由柔性空間,既讓學(xué)生有主次地掌握課程內(nèi)容,又給學(xué)生的自由發(fā)展作了一定指導(dǎo)。

5 注重實踐的教學(xué)改革

《計算機(jī)控制技術(shù)》是門實踐性很強(qiáng)的課程,完成課程后學(xué)生應(yīng)當(dāng)具有系統(tǒng)性的綜合實踐能力。本課程無論是理論部分還是實踐部分,都不應(yīng)僅作為純理論知識來講授,而應(yīng)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用為目的,應(yīng)該注意與生產(chǎn)生活實際相結(jié)合,與學(xué)生已接觸到的一些設(shè)備或者現(xiàn)象為案例。例如,結(jié)合數(shù)控機(jī)床的計算機(jī)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的實例,對于前向通道,可以完成傳感與檢測、濾波與放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量輸入等內(nèi)容教學(xué);對于后向通道,結(jié)合模擬量與數(shù)字量的輸出、隔離與驅(qū)動,可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到從簡單的開關(guān)量控制(如閥組、接觸器等)到復(fù)雜的模擬控制(如速度、位置與伺服系統(tǒng)等);而通過對整個系統(tǒng)的分析與設(shè)計,可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到傳遞函數(shù)離散化、控制算法設(shè)計、計算機(jī)硬件與軟件的實現(xiàn)等內(nèi)容[2]。此外,如工業(yè)機(jī)器人、物料傳輸系統(tǒng)、汽車的各種微機(jī)控制系統(tǒng)等都是本門課程的實例典范。這樣不但讓學(xué)生對某一方面有比較深入的理解,還體現(xiàn)了課程間的連貫性。

在其它工科院校以及本校以前的教學(xué)中,《計算機(jī)控制技術(shù)》課程一般采用課堂教學(xué)和實驗這兩種傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué),課堂教學(xué)傳授基礎(chǔ)知識,實驗幫助學(xué)生認(rèn)知、有助于理解和提高應(yīng)用能力。實驗課一般一次課兩個課時,一次課檢驗和掌握一到二個主要知識點,偏向于環(huán)節(jié)性、檢驗性的簡單內(nèi)容,對于鍛煉創(chuàng)新意識,提高工程實踐能力,掌握創(chuàng)新設(shè)計方法,是不夠的。尤其針對于《計算機(jī)控制技術(shù)》這種以搭建系統(tǒng)為目的的課程,設(shè)計、制作一個案例不可能在二至四個課時內(nèi)完成,實驗課難以達(dá)到目標(biāo)。如果能給學(xué)生提供第二課堂,開展課外設(shè)計制作活動,引導(dǎo)學(xué)生申報學(xué)生課題,積極參與教師的科研課題,鼓勵學(xué)生動手制作實物,對工廠企業(yè)、展覽會或者日常生活的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行調(diào)研、原理動作分析和仿制,開展科技小發(fā)明活動,則能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。改革學(xué)習(xí)效果評價手段也要相應(yīng)地變化。允許學(xué)生用自制實物、調(diào)研報告、設(shè)計制作報告,甚至創(chuàng)意作為課程學(xué)習(xí)效果的評價手段。這樣可以突破以往的封閉式教學(xué)方法,使機(jī)自類專業(yè)的學(xué)生自己動手掌握相關(guān)的機(jī)電一體化知識,經(jīng)歷從機(jī)電一體化系統(tǒng)裝置的設(shè)計到制作,完成整個過程,培養(yǎng)了創(chuàng)新能力、想象力和科學(xué)技能[3][4]。

第6篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

關(guān)鍵詞：嵌入式控制系統(tǒng)；課程改革；工程應(yīng)用型

作者簡介：黨曉圓（1983-），女，甘肅張掖人，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院自動化系，講師；馬冬梅（1984-），女，四川遂寧人，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院實訓(xùn)中心，講師。（重慶 401520）

基金項目：本文系重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院校級教改項目（項目編號：20100206）、獨(dú)立學(xué)院自動化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0055-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)以其小型、專用、易攜帶、可靠性高等特點，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、智能儀器儀表、機(jī)器人控制、數(shù)控系統(tǒng)等領(lǐng)域都需要大量技能型和工程應(yīng)用型的嵌入式人才。除此之外，工業(yè)控制系統(tǒng)集成技術(shù)日趨完善，工程人員使用組態(tài)軟件的水平不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不再像過去那樣主要側(cè)重畫面。而是要考慮一些實質(zhì)性的應(yīng)用功能，如軟PLC、過程控制策略、遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)、冗余等。因此，在電氣信息類專業(yè)引入和強(qiáng)化“嵌入式控制系統(tǒng)”課程，使學(xué)生掌握嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計方法是十分必要的。

一、課程改革目標(biāo)

近年來，在知識化和信息化的形勢下，根據(jù)行業(yè)需求，以行業(yè)為導(dǎo)向，培養(yǎng)具有一定的理論基礎(chǔ)，工程意識強(qiáng)，應(yīng)用能力、實踐能力、技術(shù)能力強(qiáng)，收集、消化、提升信息能力高，具有良好的綜合能力、動手能力和解決問題能力為主要特征的新型本科工程應(yīng)用型人才，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。在高校就業(yè)壓力和人才結(jié)構(gòu)性矛盾的雙重壓力下，如何增強(qiáng)畢業(yè)生市場價值是目前比較重要的課題?！扒度胧娇刂葡到y(tǒng)”作為一門“軟硬兼施”的綜合性課程，涉及計算機(jī)、電子及自動控制等多門專業(yè)基礎(chǔ)類課程內(nèi)容并具有較強(qiáng)的應(yīng)用針對性，不僅要具有較好的計算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)知識，還要具有其他門類專業(yè)的常規(guī)知識，如通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等，是一門入門門檻較高的課程。而獨(dú)立學(xué)院學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)相對薄弱，所以必須設(shè)計適合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生發(fā)展的理論課程教學(xué)體系和實驗實踐教學(xué)體系，重新編寫以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向的教材，合理調(diào)整理論課課時，增加綜合實驗課課時和實踐課時，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，從而提高獨(dú)立學(xué)院畢業(yè)生的就業(yè)率。

二、課程改革內(nèi)容

近些年來，國內(nèi)學(xué)者出版了不少關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的教材，但是嵌入式系統(tǒng)主流產(chǎn)品的多樣性決定了嵌入式教學(xué)內(nèi)容的多選擇性，各教材講授的處理器和操作系統(tǒng)不盡相同。并且目前國內(nèi)除了河北工業(yè)大學(xué)孫鶴旭教授主編的《嵌入式控制系統(tǒng)》這本教材是面向電氣信息類專業(yè)的學(xué)生，其他的教材大多都適用于計算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生。

本文針對理論教學(xué)內(nèi)容、實驗實踐教學(xué)、教學(xué)方法及教材建設(shè)等四個方面提出一些具體的改革措施和建議。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

目前，工業(yè)控制領(lǐng)域主要采用ARM微處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)有教材的內(nèi)容，根據(jù)課程目標(biāo)的要求，有所側(cè)重地選擇教學(xué)內(nèi)容。注重接口設(shè)計，以軟件開發(fā)為主，包括應(yīng)用軟件和驅(qū)動程序開發(fā)，并選擇主流、有發(fā)展前景的ARM微處理器、嵌入式Linux和嵌入式MCGS組態(tài)軟件作為主要授課內(nèi)容。以智能家居系統(tǒng)為例，提煉適用于電氣信息類工程應(yīng)用型人才的課程內(nèi)容，簡要講述嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，詳細(xì)講解系統(tǒng)總體設(shè)計中嵌入式處理器選型和嵌入式操作系統(tǒng)選擇的原則。重點討論嵌入式硬件系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)合Protel軟件講述原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計的過程，并演示部分模塊的原理圖設(shè)計。結(jié)合嵌入式MCGS組態(tài)軟件講述開發(fā)控制系統(tǒng)界面的方法和過程，闡述嵌入式軟件系統(tǒng)的設(shè)計方法，為該系統(tǒng)選擇合適的設(shè)計方法，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)系統(tǒng)中的某一功能，介紹嵌入式系統(tǒng)的測試項目和方法，使學(xué)生熟練掌握常用微處理器、存儲器和外設(shè)接口的設(shè)計方法，熟悉典型嵌入式操作系統(tǒng)、底層內(nèi)核移植、編譯下載調(diào)試過程、驅(qū)動程序和應(yīng)用程序開發(fā)，對嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)有一個全景掌握，并對嵌入式系統(tǒng)的硬軟件系統(tǒng)構(gòu)成和硬軟件協(xié)同開發(fā)有初步的認(rèn)識。

2.實驗實踐教學(xué)改革

工程應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)要著重體現(xiàn)以一線生產(chǎn)和活動的實際需要構(gòu)建的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，注重管理能力、設(shè)計能力和操作能力的培養(yǎng)。在第六學(xué)期，利用現(xiàn)有教學(xué)資源，開設(shè)了PROTEL和MCGS集中上機(jī)課，為“嵌入式控制系統(tǒng)”課程實驗和課程設(shè)計做好鋪墊。

再者，嵌入式控制系統(tǒng)實踐性很強(qiáng)，對于本科學(xué)生來說，具有一定的難度。所以，在實驗實踐教學(xué)方面，多開展專業(yè)綜合設(shè)計性實驗，且針對“嵌入式控制系統(tǒng)”課程綜合性強(qiáng)的特點，秉著嵌入式控制系統(tǒng)教學(xué)的實驗不應(yīng)重復(fù)單片機(jī)實驗的內(nèi)容，應(yīng)具有綜合性和創(chuàng)新性，適當(dāng)加入操作系統(tǒng)內(nèi)容，采取自頂向下的教學(xué)模式，讓學(xué)生從硬件到軟件完全自己做，不僅要進(jìn)行軟件的設(shè)計，而且還要進(jìn)行硬件電路的設(shè)計和制作，以及軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，使學(xué)生建立相關(guān)課程之間知識的有機(jī)聯(lián)系，讓學(xué)生熟悉需求分析、方案設(shè)計、原理圖和PCB繪制、元器件采購、電路板焊接和調(diào)試、嵌入式軟件開發(fā)等各個環(huán)節(jié)，使他們的工程實踐能力得到真正提高。除此之外，利用24學(xué)時的課程設(shè)計，針對不同的專業(yè)，采用8人為一小組的形式，給定不同的題目，讓學(xué)生自己動手設(shè)計，從芯片選型、操作系統(tǒng)選型、硬軟件設(shè)計、系統(tǒng)啟動、底層編程、操作系統(tǒng)應(yīng)用編程、圖形界面等方面進(jìn)行設(shè)計，并在實驗設(shè)備上完成一個實際的控制系統(tǒng)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.教學(xué)方法改革

采用形式多樣的課程教學(xué)方式，根據(jù)“嵌入式控制系統(tǒng)”課程的特點，認(rèn)真對課程內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計安排，配合課程實驗、課程設(shè)計形成靈活多樣的教學(xué)方式。在課堂講授中，采用自上而下的教學(xué)方法，選擇簡單、基礎(chǔ)、易于理解的內(nèi)容及實際應(yīng)用中最常用到的內(nèi)容進(jìn)行講解，重點講述處理器和外設(shè)的編程結(jié)構(gòu)；變灌輸式學(xué)習(xí)為引導(dǎo)式、啟發(fā)式和互動式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自發(fā)地學(xué)習(xí)各種系統(tǒng)、模塊、外設(shè)、協(xié)議和庫函數(shù)的“邊界”，搭建簡單系統(tǒng)；充分利用多媒體手段的優(yōu)勢，將抽象的概念具體形象地表現(xiàn)出來；對教學(xué)中的重點和難點問題，采用集體討論、觀摩教學(xué)等形式。建立資源庫，尤其是師生互動的教學(xué)資源，建立答疑庫，逐漸積累豐富。

4.教材建設(shè)

確定了適合電氣信息類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容之后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)有教材和實際情況，積極展開自編教材和實驗指導(dǎo)書的相關(guān)工作，適當(dāng)加入工程實例設(shè)計與實驗教學(xué)內(nèi)容，將嵌入式系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，建立適用的、成系統(tǒng)的教材體系。

三、結(jié)論

“嵌入式控制系統(tǒng)”已成為一門順應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)改革發(fā)展趨勢的課程，目前，該課程的教學(xué)改革還處在起步階段，存在許多的不足，在今后的教學(xué)中將會在課程體系、實驗體系和教材體系等方面做進(jìn)一步的研究與探索，努力實現(xiàn)理論與實踐并重的教學(xué)體系，為所培養(yǎng)的學(xué)生在嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)方面打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧力.高職院校開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的研究[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，15（4）.

[2]張騰飛，顧亦然，王瑾.電氣類專業(yè)嵌入式實踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革探索[J].中國電力教育，2009，（14）.

[3]張菁.嵌入式系統(tǒng)實踐方法研究[J].中國科技縱橫，2010，（24）.

[4]蓋玉蓮.嵌入式課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].價值工程，2011，

第7篇：數(shù)控編程基礎(chǔ)知識入門范文

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設(shè)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(yīng)其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構(gòu)造出任意模型，從而實現(xiàn)城市規(guī)劃的預(yù)見。當(dāng)然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點和不足，從而做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本文正是基于這種技術(shù)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(shè)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(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用。意義在于針對現(xiàn)代城市建設(shè)的盛行，利用環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、規(guī)劃設(shè)計等的綜合，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運(yùn)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(shè)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(shù)

虛擬現(xiàn)實是計算機(jī)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(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機(jī)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(jī)、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計算機(jī)進(jìn)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(biāo)驅(qū)動用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實可使計算機(jī)的運(yùn)用更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計者的構(gòu)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(shù)，它以計算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用計算機(jī)三維圖形技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)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(shè)備，對所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進(jìn)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(gòu)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(gòu)想性指虛擬的環(huán)境是人構(gòu)想出來的，因而可以用以實現(xiàn)一定目標(biāo)的用途。

1.2  虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）是近來計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計（cad）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。 web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術(shù)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(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)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(luò)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?xí)淖內(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(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)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(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)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(shù)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(shù)的研究概況

美國是vr技術(shù)的發(fā)源地。美國vr研究技術(shù)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(lǐng)域的基礎(chǔ)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(dāng)前實用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)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(jìn)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(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國是領(lǐng)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(tuán)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(dá)國家相比，我國vr技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展vr技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會、國家高技術(shù)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(shù)的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。

北京航空航天大學(xué)計算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行vr研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)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(guān)算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接[3]。

浙江大學(xué)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(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機(jī)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(shù)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(xué)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(dá)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(shù)極其應(yīng)用，及其相應(yīng)的實現(xiàn)工具vrml語言。通過對城市的模擬設(shè)計，更深入的了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)及掌握vrml語言的使用。

第一章主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識、發(fā)展前景以及現(xiàn)今國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。以便讓讀者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)有一定的了解。

第二章主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(shè)計，主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用和vrml的使用。通過介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，物理建模技術(shù)以及城市模型的概要設(shè)計，使得讀者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的了解更加深入和透徹。

第四章主要講了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)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(xué)習(xí)可以使讀者的運(yùn)用vrml語言的能力大大增強(qiáng)。

第五章主要講了在系統(tǒng)的設(shè)計過程中遇到的問題及相應(yīng)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(gòu)來建立3d實境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以sci開發(fā)的open inventer 3d工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點以及嵌套結(jié)構(gòu)。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(gòu)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(dāng)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(shè)計師paul strauss開始作一個vrml公共域的詞解程序，當(dāng)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(chǔ)上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎(chǔ)制定的，于1997年4月提交國際標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上成立了web3d聯(lián)盟，致力于vrml ng標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于制定x3d網(wǎng)絡(luò)三維標(biāo)準(zhǔn)。在x3d的旗幟下，vrml將結(jié)合java3d和xml等技術(shù)，成為internet上三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2  vrml與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的英文名稱為virtual reality，簡稱vr，即利用計算機(jī)的高科技手段構(gòu)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(dāng)今國際上倍受矚目的課題。

當(dāng)計算機(jī)技術(shù)尚未出現(xiàn)的時期，仿真只能在實物上進(jìn)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(jìn)行，因而實時性強(qiáng)且精度較高，但是實施的難度和費(fèi)用都較大。在計算機(jī)技術(shù)問世且被引入仿真領(lǐng)域的初期，仿真技術(shù)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(jī)代替，另一部分則由實物充當(dāng)，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(jī)已成為一種重要的仿真工具。計算機(jī)仿真是一門利用計算機(jī)模擬真實系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)實驗的技術(shù)。

由于從強(qiáng)調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)與圖形技術(shù)和對象技術(shù)結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強(qiáng)。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)特性及加工、裝配過程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、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(jī)仿真已經(jīng)進(jìn)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(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實是采用計算機(jī)仿真技術(shù)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(shè)備與這一虛構(gòu)的現(xiàn)實進(jìn)行相互作用，達(dá)到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術(shù)、可視化技術(shù)、分布處理技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得建立人機(jī)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(yīng)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(qiáng)。                                       

基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder

    構(gòu)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(gòu)造任意復(fù)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(shè)置。造型編組可以用來描述裝配關(guān)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(guān)節(jié)點的渲染，可以很精細(xì)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(shè)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(jìn)行像素點的設(shè)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(biāo)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(yù)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(guān)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(guān)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(guān)鍵值插值，這些插值就是關(guān)鍵震動畫時控制實置、狀態(tài)所需要的中間過渡值。

(5)細(xì)節(jié)等級管理及碰撞檢測：lod、collision

細(xì)節(jié)等級管理是對復(fù)雜實體的細(xì)節(jié)顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠(yuǎn)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(bǔ)器節(jié)點產(chǎn)生關(guān)鍵值插值，也可以傳遞script節(jié)點進(jìn)行運(yùn)算處理產(chǎn)生關(guān)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(yīng)，它應(yīng)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(dāng)然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復(fù)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(yùn)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(fù)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(qiáng)大且簡單好用vrml開發(fā)設(shè)計專業(yè)軟件，其完全vrml97標(biāo)準(zhǔn)。vrmlpad可以對vrml文件進(jìn)行瀏覽編輯，對資源文件進(jìn)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(shè)計

3.1  虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1.1  概況

隨著全球知識經(jīng)濟(jì)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(shù)的創(chuàng)新研究和長遠(yuǎn)發(fā)展，并已經(jīng)或準(zhǔn)備給予大量的投入。而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動力的“虛擬現(xiàn)實”技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點之一。

由于城市規(guī)劃的關(guān)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(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)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(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計者、城市建設(shè)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(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運(yùn)用vr技術(shù)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(shè)計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機(jī)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(dá)到的[9]。

3.1.2  虛擬城市的有機(jī)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(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項目進(jìn)行真實的“再現(xiàn)”。但是vr技術(shù)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(yán)格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)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(yán)格意義上來說屬于一種演示作品。

多方式、運(yùn)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(shù)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(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場景；而vr技術(shù)可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機(jī)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(shè)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(yùn)用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)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(jìn)行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計意圖通過vr技術(shù)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(shè)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)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(qiáng)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(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)、報批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實現(xiàn)三維空間的遠(yuǎn)程操作。

公眾參與與方案展示

對于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項目，在項目方案設(shè)計過程中，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)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(dāng)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(jìn)一步提高項目的宣傳展示效果。

3.1.3  虛擬現(xiàn)實技術(shù)對城市規(guī)劃的影響

1．城市規(guī)劃管理

信息技術(shù)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(shè)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(jī)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(shè)計更緊密的結(jié)合，實現(xiàn)管理與設(shè)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(shè)計部門，而設(shè)計部門可盡快地將設(shè)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(jìn)行規(guī)劃評審，各地的專家可以在家里對規(guī)劃成果進(jìn)行評審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(luò)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(shè)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(shè)計

城市規(guī)劃設(shè)計將更廣泛應(yīng)用cad和gis技術(shù)，而計算機(jī)圖形輸入技術(shù)的改進(jìn)和智能化，五筆輸入技術(shù)，使規(guī)劃設(shè)計師進(jìn)行設(shè)計更為方便，而不影響靈感產(chǎn)生。

設(shè)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(jìn)行設(shè)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?，F(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(yīng)信息系統(tǒng)建立而能很方便地獲得。

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

在規(guī)劃設(shè)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(yù)測成為可能，經(jīng)濟(jì)可行性分析也更為方便，促進(jìn)規(guī)劃決策的科學(xué)化。

通過因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設(shè)計專家共同合作完成設(shè)計也將成為可能，這樣可以構(gòu)建了一個不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設(shè)計事務(wù)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(shè)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(shù)和多媒體技術(shù)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(guān)人員進(jìn)行直接對話，使公眾參與更加有效，促進(jìn)決策過程的民主化。

4．城市規(guī)劃研究與教育

因特網(wǎng)構(gòu)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(luò)通信方式進(jìn)行交流。

因特網(wǎng)同時也將成為一個龐大的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生可以通過因特網(wǎng)利用多媒體技術(shù)學(xué)習(xí)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(shè)計與審批及城市建設(shè)過程進(jìn)行模擬，使城市規(guī)劃學(xué)習(xí)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(gòu)造了一個與現(xiàn)實世界相對應(yīng)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(gòu)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(jī)及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的信息基礎(chǔ)設(shè)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(yù)測未來，進(jìn)行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構(gòu)造城市發(fā)展的藍(lán)圖，并通過建設(shè)者在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)。

3.2  物理建模技術(shù)

3.2.1  人工的幾何建模方法

由構(gòu)造vr的觀點看，幾何建模是構(gòu)造vr的致命技術(shù)，它的限制可能妨礙vr的進(jìn)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(xué)漫游建筑的項目中，autocad用于產(chǎn)生構(gòu)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(guān)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(shè)計站，用iris工作站作為繪制/顯示站。rb2是用于設(shè)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Α＠?，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(yīng)用要復(fù)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(fù)雜環(huán)境模型(如工廠環(huán)境)當(dāng)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?，F(xiàn)在已有利用激光掃描建立實際物體三維外形的設(shè)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(dāng)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(jī)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(jī)、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(biāo)，彩色掃描還可以獲得每個采樣點的色彩。某些掃描設(shè)備甚至可以獲得物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而攝像機(jī)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(biāo)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(shù)

早期用于三維測量的是坐標(biāo)測量機(jī)（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)。控制探針在物體表面移動和觸碰，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(fù)雜時的控制復(fù)雜，速度慢，無色彩信息。

機(jī)械測量臂借用了坐標(biāo)測量機(jī)的接觸探針原理，把驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)改為可精確定位的多關(guān)節(jié)隨動式機(jī)械臂，由人牽引裝有探針的機(jī)械臂在物體表面滑動掃描。利用機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標(biāo)。因為人的牽引使其速度比坐標(biāo)測量機(jī)快，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，靈活性好。但不如光學(xué)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(dá)原理，發(fā)展了用激光或超聲波等媒介代替探針進(jìn)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(dá)"。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(jī)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(fù)形狀法，從運(yùn)動恢復(fù)形狀法，結(jié)構(gòu)光法，編碼光法等。其中的結(jié)構(gòu)光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設(shè)備的基礎(chǔ)。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(gòu)光法，編碼光法。光學(xué)掃描的裝置比較復(fù)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(jìn)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(jìn)行破壞。

2．三維掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在硬件和控制技術(shù)方面，掃描運(yùn)動的伺服裝置要求精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機(jī)械掃描是當(dāng)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(shù)方面，三維信息獲取的原理應(yīng)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(shù)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(yù)處理和后處理技術(shù)。

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(guān)。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(gòu)型，顯示及修改技術(shù)方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點的坐標(biāo)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(gòu)成"形"。同樣的點集進(jìn)行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復(fù)雜表面的散亂點的構(gòu)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(jìn)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(biāo)技術(shù)方面，確定有關(guān)的裝置參數(shù)就是定標(biāo)。它與計算模型和誤差模型有關(guān)。定標(biāo)精度和可靠程度直接影響測量精度。定標(biāo)還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標(biāo)問題。

3.3  城市建模

本設(shè)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(gòu)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(chǔ)之上對局部布景的詳細(xì)設(shè)計,是個逐步細(xì)化的過程。

整體建模如下：用background設(shè)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(yuǎn)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(biāo)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(yùn)行界面的標(biāo)題欄可以看見該設(shè)計的名稱，作者等等。worldinfo節(jié)點用來聲明一個空間的標(biāo)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(yùn)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(biāo)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(gòu)造等，它的功能比較強(qiáng)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(gòu)的基礎(chǔ)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(gòu)成的，只是在大小，位置，方向上做了相應(yīng)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(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)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(fēng)格提供了強(qiáng)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(dāng)。

圖3-2是設(shè)置后的運(yùn)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(shè)特色的標(biāo)志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構(gòu)造的簡便，本人用圓柱體和球體來構(gòu)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(dāng)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(gòu)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(yùn)用它們可以構(gòu)造更復(fù)雜的對象，需要初學(xué)者靈活的掌握和運(yùn)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(gòu)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(shè)者的最終目的和任務(wù)。而且我們也應(yīng)該珍惜每一片土地。

3.3.2  局部建模

局部建模也稱為細(xì)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(jìn)行細(xì)化。首先，先建立一個花壇，花壇也是有簡單的造型構(gòu)成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成?；▔念伾O(shè)置為淺綠色，錯落有致。有樹有花壇，當(dāng)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(shè)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(fù)雜的，但是什么復(fù)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(jìn)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(hù)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(chǔ)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(bǔ)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(bǔ)器節(jié)點，利用它可以構(gòu)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(guān)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(biāo)記時間的流逝，還附加有定時發(fā)送相關(guān)時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關(guān)，開始及結(jié)束一些過程。通常與插補(bǔ)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(shè)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(dāng)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(jìn)入并在一個空間的長方體區(qū)域中移動的時間。當(dāng)觀察者接近區(qū)域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當(dāng)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(jìn)入、退出和移動魚當(dāng)前坐標(biāo)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(gòu)成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標(biāo)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(biāo)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(yuǎn)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(shè)計更加完美。

設(shè)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(shù)的應(yīng)用，是基于vrml技術(shù)的，在整個設(shè)計和建模過程中，要求設(shè)計者有很好的邏輯構(gòu)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(xì)化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)和vrml技術(shù)，理解城市規(guī)劃的要領(lǐng)，能夠靈活的運(yùn)用vrml語言，達(dá)到舉一反三的程度。

四章  系統(tǒng)的編碼實現(xiàn)

本設(shè)計是以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)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(yùn)行圖

在這里的核心技術(shù)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(yīng)用vrml語言的建模過程，編碼設(shè)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(gòu)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(chǔ)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(shè)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(shè)置變化的顏色。skyangle中包含一系列角度值，用來設(shè)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(shè)置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設(shè)置方向，下面的例子中所設(shè)定的方向為光線沿著y軸負(fù)方向照射。相當(dāng)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(dǎo)航信息的，type域可以定義為飛行fly，行走walk等方式，speed域設(shè)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(yīng)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(shè)計中的基礎(chǔ)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(yùn)用尤為重要。下面的例子使用transform節(jié)點設(shè)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(biāo)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(shè)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(fù)。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(guān)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(dāng)。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(gòu)。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(jìn)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(bǔ)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(fù)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(fù)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(shè)計都是通過這些節(jié)點的不同設(shè)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(fù)勞動的工具，節(jié)點命名是以關(guān)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(fù)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(jìn)行的模擬實現(xiàn)過程。在這個過程中，需要設(shè)計者能夠熟練的掌握和運(yùn)用vrml語言，懂得融會變通，才能使預(yù)想創(chuàng)建的模型得以實現(xiàn)。

當(dāng)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(xué)習(xí)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(dú)進(jìn)行測試，觀察結(jié)果，與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進(jìn)式的整合成幾個較大的模塊，重復(fù)上面的工作，最終形成整體的模塊，構(gòu)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(dāng)對一個簡單的形體造型節(jié)點進(jìn)行紋理貼圖時，運(yùn)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(yùn)行界面的標(biāo)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(jìn)行正確的定位，本人總是在這個方面大費(fèi)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(yù)想的存在差距。

當(dāng)然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進(jìn)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(rèn)為，應(yīng)該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應(yīng)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(xì)心研究，反復(fù)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(yīng)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(xì)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(biāo)題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標(biāo)題定位于瀏覽器窗口的標(biāo)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(yīng)的準(zhǔn)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(dú)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(dāng)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(gòu)想，也許需要多多練習(xí)，熟能生巧。

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

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(shù)的應(yīng)用---基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計與實現(xiàn)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的作用，它能夠減輕設(shè)計人員勞動強(qiáng)度，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)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(shù)的優(yōu)勢也才得以實現(xiàn)，使得城市的設(shè)計布局合理、美觀，支出價有所值。

在該設(shè)計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運(yùn)用vrml和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，就必需扎實的學(xué)習(xí)vrml語言和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)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(shù)成為一種時尚的潮流。

設(shè)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(fù)過程，但是它讓學(xué)習(xí)的人逐步進(jìn)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(shù)的應(yīng)用-----基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計與實現(xiàn)，本人在vrml語言的運(yùn)用以及對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展方面有了很深的了解，受益匪淺。當(dāng)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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