时间：2023-01-02 05:28:31
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇vr技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】视频；音频；知识服务；直播在线；学术研讨会
学术期刊作为记录和传播科研成果的重要载体，长期以来承担着极大的社会责任，对推动国家科技发展以及创新交流都起着重要作用。然而，由于学术期刊的受众面窄，优秀学术成果的大众普及度不高，有需求的读者较难找到学术研究成果的整体脉络，学术期刊的知识服务功能受到一定制约。近年来，知识服务得到了快速的发展，期刊行业也试图在知识服务领域有所作为，然而，大部分学术期刊的知识服务产品形态、盈利模式单一。随着媒体融合发展的不断推进，尤其是5G技术的商业化应用，人工智能、虚拟现实、大数据等新一代技术高速发展并不断融入出版领域当中，这给学术期刊的知识服务创新发展带来了新的机遇。
一、我国学术期刊知识服务的现状
1．知识服务产品形态单一从学术期刊产品的形态来看，即便经历了媒体融合阶段，大部分期刊仍旧以纸质期刊为主要传播载体，虽然它们将数字化内容收录到知网、龙源期刊、万方数据库等期刊平台，在一定程度上扩大了学术成果的传播范围，但出版的载体仍是纸质期刊。不可否认的是，经过媒体融合发展阶段，有部分学术期刊社走在前列，实现了线上的数字期刊出版。然而无论是纸质期刊，还是数字期刊，当前我国学术期刊出版的形态仍旧以文字、图片、数据的平面展示为主，这是产品形态单一的表现。随着5G商用的推进，智能终端的广泛普及，人工智能、大数据等新一代信息技术的高速发展，人们获取信息、学习知识的途径与方式发生了快速的变化，学术成果纸质化或仅以“文字+图片+数据”展示的数字版已难以适应当前环境下用户的需求。
2．知识服务模式单一从服务模式来看，当前学术期刊的服务模式也极为有限，这主要是受限于产品形态单一。从服务对象来看，学术期刊服务的对象以作者为主，服务模式主要是“采—编—发”，作者将稿件投递到期刊社后，要等待较长的审稿期，最关键的是纸质期刊版面有限、刊发周期长，难以满足作者快速发表成果的需求。服务内容也仅限于版面提供，以及针对论文修改的沟通、建议等传统服务，服务模式单一。事实上，除了需要发表学术成果的作者，还有大量需要寻找学术研究成果的专家、学者用户，甚至是广大的普通用户。读者对学术成果的需求，就是快速获取相关研究成果、数据，甚至预测研究方向。受限于单一的产品形态以及服务模式，学术期刊对专业读者群体的服务是缺失的，更不用说为广大普通读者提供知识服务。而5G时代的到来，知识服务行业快速发展，用户对学术成果的知识服务需求也将会有较大的改变，这将倒逼学术期刊创新知识服务模式，扩大服务对象，满足更多用户展示、获取学术成果的需求。
二、新技术创新知识服务产品形态
专业、严谨、精深是学术期刊的主要特点，也是学术期刊生存的首要法则。然而，利用单一平面化的图文、数据形式来展示专业的学术成果，无论是对专家学者来说，还是对广大普通读者来说，都是相对枯燥的形式，不仅不便于读者理解获取，还不利于传播。在5G时代，学术期刊知识服务首要思考的是结合新技术来创新产品形态，改变以往学术出版枯燥、刻板的形式，如将产品音频化、视频化、3D化，甚至结合vr/AR技术等，将学术内容进行多形态、立体的全方位展示，使学术成果更为直观。
1．多媒体产品形态，直观展示学术成果与图文相比，音频、视频可以给用户带来更为丰富的信息量和更具体的展示，具有更高效的传播效率。对用户来说，阅读科技期刊论文需要拥有较多的知识储备，需要大量的时间和精力，如果学术成果通过音频或者视频的形式展示，用户可快速理解核心内容。音频/视频的讲解可以是论文的作者，也可以是行业内知名学者，讲解内容可以是经典文献，也可以是前沿学术成果。音频/视频讲解的模式成本低、制作期短，期刊社可以多元化开发期刊资源以满足用户需求。如医学顶级期刊NEJM和Lancet就相当注重视频和音频的产品形态，在官方网站上专门设立了Audio＆Video栏目，专门作者的音频及视频，帮助读者理解论文的核心内容。Nature每周都会免费的音频向读者概述当期文章的核心内容，这其中还包括世界各地记者以及著名科学家对论文的评论和分析。我国也有值得借鉴学习的做法，中国医学会杂志社在视频应用方面有深度的应用。2015年8月，该社获准在线出版《中华心血管病杂志》（网络版），经过两年多的探索后，中国医学会杂志社进一步深度融合新技术，在2018年12月将《中华心血管病杂志》（网络版）更名为《中华心脏病学视频杂志》，致力于以视频和音频的展现方式报道专业领域的研究成果。《中华心脏病学视频杂志》不仅以传统的文本形式展示学术成果，还以音频及视频出版方式传递知识，使得实验研究等更为直观、生动、可视化。除了可听可见，《中华心脏病学视频杂志》还可以“见人”，即见作者本人——每篇文章的作者都出镜介绍自己研究的思路、成果，与读者进行更为直接的交流。近年来，VR/AR技术在出版领域、教育领域都有较为广泛的应用。VR/AR可以利用计算机制作一个逼真的虚拟环境，再通过相关的传感设备让用户沉浸在虚拟场景中，通过听觉、视觉、触觉等与场景交互。相较视频和音频，“VR/AR+期刊”的产品形态无疑更具有互动性，也更便于读者理解学术成果。尤其是随着5G技术的商业化应用，AR阅读眩晕感将得到极大降低，AR内容因数据传输造成的卡顿也将减少，同时5G的应用也将带来AR传感设备的技术变革，降低设备的开发、维护成本，这就降低了出版机构引入VR/AR技术的成本。因此，学术期刊在结合VR/AR技术领域有较大的探索空间，应当牢牢把握5G时代的VR/AR技术优势，创新知识服务产品形态。
2．直播和举行在线学术研讨会，创新学术交流服务发表、展示、传播学术成果是作者的需求，寻找、获取学术成果是读者的需求，高效的学术交流亦是作者、读者不可忽略但又长期没有得到很好满足的需求。学术交流有利于扩大科学研究的视野，快速检验研究成果，是科研中必不可少的环节。我国学术期刊在建立学术交流平台、促进学术交流的发展中仍存在较大不足，主要原因是学术交流的形式多以线下会议为主，不仅需要耗费大量的人力、物力、财力，而且要同时协调多方面专家学者的时间，成本高、频次低，难以满足学术交流高时效的需求。在互联网时代，专家学者直播和举行在线学术研讨会成为一种新的学术交流形式，既可以充分发挥线下研讨会在交互性、专业性方面的优势，又能很好地解决线下会议需要召集人员和解决时间、场地等方面的问题，最为关键的是时效性强、传播范围广、覆盖面广，用户的参与成本更低。尤其是随着5G技术的商业化应用，高速率、低时延的技术特点将会促进直播、在线实时培训交流等形式的常态化发展。通过学术成果的直播，以及召开在线学术研讨会，专家学者可以第一时间与其他学者分享交流，及时更新研究动态，避免研究成果出现滞后、重复等问题。如《沉积学报》在2016年就开始尝试利用QQ群召开在线学术会议，每期有特定的主题，并邀请特定主讲人（一般以有一定成果和影响力的科研人员为主）主持，至今已召开数十场在线学术会议。通过线上学术会议，《沉积学报》不仅提升了期刊的学术水平，增强了作者和读者黏性，提高了约稿质量，还培养了一大批优秀的青年学者，在广大学者当中建立起良好的期刊品牌形象。未来，《沉积学报》将在线学术研讨会当作新型知识服务产品，考虑在线课堂、在线付费会议等形式。无论是专家学者的直播，还是在线研讨会的实时交流，都是力求通过新技术来创新、提升知识服务的能力，建立知识服务的桥梁。
三、专业类应用及工具助力知识服务发展
伴随着人工智能、大数据、物联网技术的快速发展，专业类应用及工具作为知识服务的一大门类，围绕学术期刊的科研、写作等不同环节，可为科研工作者提供相关的工具、应用服务，将会有更多的创新发展。
1．科研工作辅助工具在信息匮乏的时代，人们的主要需求是能够获取更多信息；在信息爆炸的时代，如何对科研信息进行筛选、分类、管理、分析、探究，则变得尤为关键。如在科研的选题方向上，科研人员需要客观地评估各项指标，保证科研的创新性、高起点，如果没有专业工具辅助，科研人员将会受到个人经验的干扰。人大数媒科技（北京）有限公司开发的移动学术科研服务平台壹学者，就提供“课题立项助手”服务。这一服务主要基于大数据分析、关联挖掘和推荐、聚类算法三大技术开发，帮助科研人员快速了解相关学科的研究趋势及热点，并且根据研究方向推荐同学科以及跨学科的合作学者。在选题预判环节，用户可通过输入关键词，获取近年来在不同学科领域的文章数量，了解该选题的研究热度，随后可以分析文章的收录系数，了解当前研究文章的质量，还可以分析关键词的研究热点、研究空白点等。
西格啦芙就是SIGGRAPH呀！那么，SIGGRAPH又是什么东东？其实，SIGGRAPH可以拆成两部分SIG+GRAPH。这个SIG呢，就是ACM Special Interest Group中后三个单词第一个字母的缩写。噢，不就是专属兴趣组吗，有什么了不起，你可能会说我还当过班里的小组长呢。你可不能小瞧这个小组，它不是你想象的那个样子，它可是ACM的分组。
那么，这个ACM是什么意思呢？没错，是个缩写，全称是Association for Computing Machinery，意思是计算机学会。这个学会可是世界上最大的计算机科学与教育的学术组织，聚集了全球一大批杰出的计算机专家学者和工程技术人员。按照他们官方的说法，该组织鼓励对话，共享资源，征服挑战，依靠凝聚杰出的计算机领军力量，不断提升行业标准，表彰优秀技术先锋，为全体会员提供终身学习、职业进修和专业交流的各种机会和保障。
我们自然会想到，计算机应用范围如此广泛深入，渗透在我们的学习、工作、生活的各个方面，一个专业的学会交叉覆盖的领域是如此之广泛，以至于会员都有数十万，开一次年会不得聚集上百万人啊？因此，为了有效地开展学术交流，ACM不得不按计算机学科分支举办年会。会员可以根据自己的专业方向和研究兴趣，加入不同的兴趣小组。每个兴趣组都有个英文缩写，前缀都是SIG，后面的字母缩写就是专业名称。例如SIGGRAPH中的GRAPH就代表图形图像分支，会员涵盖了来自全球各国计算机图形图像和交互技术领域数以万计的顶级专家学者和业界专业领军人物。别看它号称是兴趣组，可是每年召开一次的年会总会吸引几万名专业人士出席，参会人数最高纪录达到过5万之多。
其实人家很文艺
西格啦芙既然是计算机的分支学会，你可能会觉得它是一群玩程序的理工男的世界，错！其实他们很文艺！不可否认，参加西格啦芙年会的许多大咖在计算机领域都是顶尖的先锋人物，是图形图像技术领域真正的权威，许多参会者带来的成果展示的确要亮瞎你的眼。
如果你喜欢看电影，甚至是动画电影，那我就不用多说了，随便挑几部很火的动画片或科幻电影，例如《疯狂动物城》《星球大战》《海底总动员》，等等，他们的导演和视效总监，甚至整个主创团队，都会齐刷刷地来参会，来解密那些精彩的电影都是怎样拍出来的。迪士尼、梦工厂、皮克斯、工业光魔、数字王国等的导演、制片明星见面会，让人们眼花缭乱，马不停蹄地奔波于不同的场次。大多数画面内容都是首次披露，使用的技术是最新最顶尖的，甚至是别的地方、别的时间再也无缘一见的！
今年的西格啦芙――显现可能
西格啦芙的年会主要包括5种不同形式的展示交流：学术论坛、艺术画廊、动画节、高新技术展、明星见面会。另外，还有掀起会议的大会主题演讲和颁奖仪式。今年的西格啦芙于7月24～28日在美国加州阿纳海姆举办，大会主题是“显现可能”。
美国航空航天局火星探索女科学家、宇宙飞船操控总工程师娜金・柯格斯做了主题演讲。她的演讲使近万名与会者群情激奋，让人们重新思考自己在宇宙的地位，人类探索宇宙的可能性，以及人工智能机器人能达到的极限。她向来自全世界74个国家和地区的聆听者放言：“世上无难事，只要有大胆的正确创意。”
西格啦芙万人瞩目的电脑动画节，给人们不断地带来新的惊喜，最佳动画片《借时间》（Borrowed Time）由美国团队完成，创意奇特，故事生动，风格h异，制作精良。要知道，西格啦芙的最佳动画片是可以自动入围奥斯卡最佳动画短片奖的噢！西格啦芙的动画片基本代表了动画技术的最高水平。
评委会奖获得者是新西兰的作品《宇宙洗衣房》（Cosmos Laundromat），这是一部潜在的开放源商业动画电影。另外，西格啦芙现场创作竞赛胜出的是一部由四家3D和游戏公司组成的团队合作的结晶，作品展现了高超的实时动作捕捉技术。最重要的工程技术奖，脱颖而出的是一项实时面部捕捉视频图像山寨技术。
西格啦芙最新技术成果展呈现了20件互动产品，特别强调科学探索、高清晰度、数字影院技术、以及科学艺术融合的互动叙事手法。最为醒目的是一架5米高的巨型机器人Mk.1，体验者可以登上机器人，通过双足移动来操纵机器人的运动，该机器人就像是一副巨大的高脚蹬。
VR技术亮点纷呈
今年的西格啦芙还有一个亮点，就是VR村。虚拟现实的确是个热门话题，人机互动本来就是西格啦芙的强项，图形图像可视化又是西格啦芙科研的基础，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）自然是西格啦芙得天独厚的领域。今年征集的西格啦芙优秀论文里，有5%的VR专题；而在应用展示项目成果中，大会近1/4的项目都与沉浸式的虚拟现实有关，VR深入到每一个项目当中，VR和AR市场越来越大。VR演讲者的话题从艺术的VR技术（Artistic VR Techniques）到游戏《邦德》（Bound）创作的解析，带给人们身临其境的体验。
在Artistic VR Techniques中，Oculus公司展示艺术家如何利用Quill工具在VR中完成三维插图创作。
游戏Bound：Plastic Studio为PS4创作的VR游戏场景演示。
VR电影《入侵！》（Invasion！）中的情节和沉浸式故事讲述中的人机交互。
Google Tango项目把现实世界转换为立体像素。
由索尼公司、东京大学和山口艺术中心完成的平行眼（Parallel eyes）的项目，通过眼部跟踪，利用第一人称视角来探索人类的能力和行为。每个用户都可以实时看到其他用户第一人称视角的景象，同一时间最多4人。这个全新的技术装置把VR带入了有形的物理空间，建立了一个巨大的不受限制的VR环境。
日本动画《攻壳机动队： VR剧场版》（GHOST IN THE SHELL： THE MOVIE Virtual Reality Diver）投入VR技术，实现360度立体影像，将观赏时的空间呈现感带来前所未有的突破。
眼部追踪在头戴式可视设备（HMD）中越来越常见了，也有少数人将脑电波传感器加入到HMD设备中。在AR和VR领域，眼部追踪已经是一件很简单的事情，但是脑电波数据有时会受到干扰，在实时分析脑电波原始数据方面还需要做很多工作。VR环境可以根据用户的压力层级、注意力来作出反馈，或者帮助我们提升记忆力和学习能力。目前，神经反馈还是一项全新的技术，在VR领域存在着巨大的潜能。
迪士尼带来一个以叫“IRIDiuM”（Interactive Rendered Immersive Deep Media，交互渲染沉浸式深层媒体）的项目，根据追踪用户的头部姿势，配置高精细的沉浸实时内容。在第二阶段，来自惯性测量单元（Interial Measurement Unit）的数据可以被用来追踪头部和上半身，肌电图传感器也可侦测到手部活动和抓取动作。它们的实时解算器（real-time solver）会根据传感器的数据来预估出用户姿态，从而带来更深度的媒体体验。
关键词：虚拟教学；VR系统；生物教学；信息化
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）24-0042-03
VR系统概述
VR（Virtual Reality，简称VR），就是虚拟现实。它是指综合利用计算机图形系统、各种现实及控制等接口设备，在计算机生成的可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。虚拟技术可以帮助完成对现实世界的抽象、模拟和仿真。也就是说，我们通过VR系统看到的、感受到的，或者与之互动交互的物体和场景都是虚拟的，不存在的。
VR系统有一套专业的外部设备，如3D眼镜、电子笔等，还有一种新型的3D显示器――zspace（所有利用VR技术研发出的产品都需要在zspace设备前才能使用和操作。zspace不仅是显示屏，还是追踪器，可以跟踪3D眼镜和电子笔两个装备，并在人体携带这些装备后通过跟踪人体头部和身体的动作调整人们看到的3D虚拟图像）。除了基本的硬件构成，VR系统还包括其他的虚拟现实设备，如头盔式眼镜、数据手套、力反馈装置等。这些VR设备都是浸入式的，它们能为用户创造一个近乎真实的、身临其境的体验，包括视觉、听觉、力觉、触觉、运动等多方面的感知，让用户觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界中的一部分，用户由观察者变成参与者，沉浸其中并能通过肢体的运动参与虚拟世界的活动。但鉴于目前技术的局限性，在现有的VR系统与应用中，较为成熟的主要是视觉沉浸，还有听觉和触觉沉浸技术。
VR系统除了能提供沉浸感外，其最大优势是强大的交互体验。操作者通过与虚拟时空中的画面进行实时交互，如同在真实世界中一样。有业内人士指出：在不远的将来，我们只需在家里安装虚拟现实设备，便可以足不出户地穿梭于各个虚拟场景，如时而在商店的衣帽间里试穿新衣，时而在足球场上观看比赛，时而化身为新闻事件的“现场目击者”等，这种通过三维建模技术模拟出的场景的交互，以其强大的真实性和表现力，拓展了用户的生产、生活，甚至是情感思维等范畴。
VR系统在生物教学领域的融合点分析
作为一种高新的虚拟现实技术，VR系统进入到教育教学领域能在哪些方面发挥作用呢？相对于常规的教学方式，它有哪些优势和劣势？首先，我们来看看在常规的生物教学中存在哪些困难，这些困难能不能通过VR技术来解决。
1.传统生物教学存在的困难点分析
生物学科主要研究生物的结构、生理行为、遗传发育等内容，其中涉及很多微观、抽象的模型结构，这些模型大多数距离学生的生活实际较远，学生对其缺少感性的认识。在常规课堂中，教师一般都是通过口头讲述或者借助图片、动画和模型教具来进行讲解，但常常会出现观察角度和结构叠加导致学生看不到或看不清的问题，即便是在普通的3D模型中通过设置透明、半透明或者高光、哑光等方式将内外不同的结构进行差异化显示，也仅仅是可以观察到大概而已，不能实现近距离的解剖式观察，学生对物体还是停留在观摩层面，缺乏实时的交互体验操作。
除了模型结构类知识外，学生对生物学科中微观世界的探索也常常望而生畏，繁杂又难以与实际生活相联系，抽象又没有直接经验来支撑，只能在脑海中通过想象尽可能去还原不可见的微观现象，甚至有些内容都没有统一的标准，所以学生难以对微观内容有一个正确且清晰的认识，是一个急需解决的学习困难点。
当然，在生物教学中，很重要的一部分也是常规教学中一个很大的障碍是实验教学。生物实验中有很多内容在常规条件下，由于受到实验条件没有严格规范、实验过程不可控、实验操作比较危险等因素影响而不易在常规教学中呈现，而且有些研究对象还是一些生物微观层面的结构或过程，常规实验显示不出来。对于这些难以开展的实验，传统教学往往以书本阅读或者教师讲解的方式代替真实的实验操作。有一些已经构建多媒体教学环境的学校为了能突破这一教学难点，也会利用一些简单的软件对实验进行模拟，通过直观形象的原理演示和现象模拟辅助教学，但利用虚拟实验软件进行模拟或演示对很多概念或者原理的认识并不一定能收到理想的效果，学生缺乏实际的实验操作和真实的感知体验，无法深入地理解和把握知识点。
2.VR系统辅助生物教学的优势
（1）立体层次感强，有很好的出镜效果，拓宽了学习的空间感
常规的结构模型仅能够实现简单的观摩，而VR技术不仅能将立体的结构模型按照教学的需要一层层地剥离开，单独进行细微观察，而且还可以拖出屏幕，零距离、全方位、不受空间限制地进行自由体验。
例如，在学习《植物细胞》一课时，学生可以借助VR技术构建的植物细胞模型从最外层的细胞膜进入到细胞质，在近乎真实的胶质状的细胞质中，与其间的各种细胞器近距离接触，每一种细胞器从外观到内部发生的分子水平的生理反应都可以尽收眼底，再从细胞核到细胞核里面的核膜、核仁、核质和染色体，一切都真实可触，那感觉就像拿着一个真实的细胞在进行观察，细胞的结构和功能清晰可见，甚至对于染色体这样在空间上有复杂联结的物质，其组成也不再是抽象、静态的概念上的认知，学生可以从更微小的基因片段和一个个蛋白质拆解来进行俯瞰，以便更直观地进行沉浸式的体验和感知。
（2）逼真的画面效果，身临其境的感官体验，让学习更高效且安全
针对在生物学科中一些微观不可见的原理演示，或者因实验条件比较苛刻、实验操作比较危险而不易实现的内容，VR技术能对画面进行模拟仿真宏观再现，其高度的逼真性和现实体验感让效果更为真实。相较于一般的动画演示，VR技术以其高精度的虚拟仿真性和超强的感官体验彻底改变了在实际教学中只能凭记忆、想象、简单的模拟等教学方式去掌握这些观察困难且不易理解的内容的状况，增强了教学效果。
例如，在《探究蚂蚁的通讯》实验中，由于蚂蚁是活体，不好饲养，而且如果脱离了蚂蚁的自然生存环境，在室内模拟蚂蚁是如何通讯并不是很容易的事情，很难反映蚂蚁的真实行为过程；而在室外实验，蚂蚁的行动方向不易受到控制，效果也不明显，它们到底是通过气味信息素传递的信息还是通过侦查蚁的行进路径传递的信息？在这个探究活动中，利用VR技术的虚拟仿真性不仅能够营造出蚂蚁通讯的自然环境，而且能将肉眼看不见的蚂蚁的通讯方式真实地再现，学生在创设的近乎真实的情境中体验、感知、发现和探究，在头脑中形成形象化的概念，从而实现对该部分内容的高效学习。
（3）丰富的交互方式，激发学生的学习兴趣
除了知识上的直观感知和模拟可能发生的真实情境外，VR系统还能设置一些和学生互动的交互功能，通过一些外置或者内嵌的虚拟工具或者设备让学生进行操控。好玩的、有趣的功能，或者是在现实生活中实现不了的操作或者功能，这些都可以通过VR技术的虚拟交互性来实现，让学习过程游戏化、情境化，最大程度地激发学生的学习兴趣。
例如，在《蜂鸟的外部形态》一课的教学中，我们可以借助VR技术让学生进入一个虚拟的丛林中，边观察鸟的外部形态，边用画笔勾勒出鸟的流线型轮廓，还可以让学生摘掉鸟身体上不同部位的羽毛，观察丢掉正羽或绒羽后对飞行产生的影响等，这些让学生亲自体验的有趣环节，在某种程度上真正做到了寓教于乐，使学生能主动学习，乐于学习。
3.VR系统在生物教学中的局限性
VR技术在生物教学中有着不可替代的优势，但它的劣势也是不容忽视的。其主要体现在操作上有局限性。有过操作体验的人会有这样的感觉：电子笔必须对准你要拖拽的物体才能实现移动或者其他操作。VR系统不同于单机版的3D模型，它是三维空间，有横向和纵向空间的延伸，所以电子笔需要反复去校准那个定位点，使用起来没有鼠标灵活。而且人长时间佩戴3D眼镜会有眩晕感，容易疲劳。
那么，如何在生物教学中发挥VR系统的独特优势，规避其劣势呢？我们在利用VR技术支撑生物信息化教学时，如何选择和设计理想的VR工具和软件，从而实现教学效果的最优化呢？
开发与应用VR技术的可行性思路
1.注重素材的筛选
从优势上来说，由于VR技术的亲视感和空间层次感，一些立体效果比较明显的三维结构用VR技术观察，效果就会比较好，尤其是一些较复杂的、需要从宏观到微观进行层层剥离的结构，也包括宏观上不可见的，如地理上不同天体的运动。再如，一些要表现场景效果或操作现象类的知识都可以借助zspace的逼真效果呈现。
2.开发思路精简化
（1）内容和功能设置上要精而简，勿大而全
对于一些内容较复杂、功能较繁琐的内容，不建议使用VR程序。原因有两个：一是时间的成本较大。从程序设计上来说，在VR系统中一个简单的模型的大小调整也会涉及较大的程序运算量。二是从使用者的体验感来说，不宜长时间学习使用。而且就目前VR系统的普及度来讲，不太可能实现教室内人手一台zspace机器。一般来讲，一个头盔式显示器加主机的成本要上万元，这在一些专业领域，如军事、航空、航天等尚可承受，但对于普通消费市场来说，还是让人望而却步。所以在较长时间内，zspace只可能作为课外学习的一种辅助工具应用于教学，所以内容和功能精简化是需要考虑的因素，哪怕一个程序就讲一个知识要点，这样容易让学生在短时间内理解，也便于应用。
（2）操作上尽可能避免对空间有精确要求
近乎真实情境的立体空间是VR系统的优势，但也不可避免地成为其操作环节上的限制因素。尤其是对空间定位有较大要求的操作，校准的时间往往会让学生没有耐心进行下去，即便它的画面效果和功能设置非常精致和齐全。
关键词:虚拟现实;技能培训;虚拟培训;模式
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-
Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology
GAO Ben-cai, LIU Guang-ran
(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)
Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.
Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic
在当今中国,技工教育受到全社会的高度重视,知识、技能和创造得到了充分的尊重和发挥,一个有利于技工教育发展的良好氛围正在形成。
随着经济全球化进程的加快,21世纪的中国已经成为全世界的制造中心,我国要想扮演好这个世界制造中心的角色,一大批高素质技术工人必不可少。现代产品的更新换代的周期已经完全的颠覆了一些人所能够承受时间概念高科技产品更是源源不断的推陈出新。传统的技工培训模式已经不能挑起这么艰巨的任务,亟待开发新的培训模式。
诸多难题阻碍着现代技工教育的发展,至今技工学校还没有走出一条适合中国国情的发展道路。我想基于虚拟现实技术的虚拟培训或许可以解决难题实现破冰,推动技工教育的良好的发展。
1 虚拟现实概念及特征
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是1989年美国的J.Lanier(后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长)提出的,国内也有人译为“灵境”,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。
虚拟现实有三个突出的特征:沉浸性、交互性、构想性。
2 桌面虚拟现实与虚拟培训
桌面虚拟现实(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在个人计算机和低级别的工作站上进行环境仿真,依靠计算机的屏幕提供给用户一个虚拟的平台,运用虚拟现实的输入设备实现与虚拟世界场景之间的交互。
虚拟现实技术是利用计算机生成极为逼真的环境,通过生动的视觉、听觉、触觉等效果以及随参与者的动作而变化的场景使人获得身临其境的感觉。现阶段由于完全的虚拟现实系统价格昂贵目前只用于科学研究,其中基于虚拟现实技术的培训(简称虚拟培训)采用增强现实的虚拟现实系统(也称桌面虚拟现实)改变了原有的培训方式,为用户提供一个直观、友好的图形化培训环境,适应社会需求。使得用户在计算机提供的逼真的三维虚拟环境中熟练掌握某一装置或某一系统的操作使用方法。大大减少了技工培训中的各种资源的消耗提高了培训质量和培训效率,有助于实现对于危险作业或不具备试验条件的高级培训。
3 职业技能培训
职业技能培训是现代经济增长的不竭动力。著名经济学家舒尔茨在考察经济增长的主要原因时指出:对人力资本的投资是最重要的生产性投资,也是经济增长不竭的动力。根据人力资本理论,人力资本比物质、货币等资本要素具有更大的增值空间,因为作为“活资本”的人力资本,具有创新性、创造性,具有有效配置资源、调整企业发展战略等市场应变能力。因此,职业技能培训是人力资本投资的一个组成部分,而且职业技能培训是实现终身教育,建设学习型组织的主要教育形式,其良性发展能满足社会经济发展对高素质、技能型人才的需要,必然对GDP增长带来更高的贡献率。
4 虚拟培训系统的开发过程模式探究与设计实例
虚拟培训系统是利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现,也可以是虚拟构想的世界。受训人员通过与虚拟环境进行交互获得经验达到学习和培训的目的。
4.1 虚拟培训系统的开发模式
在中国知网上以虚拟培训系统开发模式为检索词分别以题名和全文项进行精确查找,查找结果都是没有相关的文献资料,通过阅读虚拟培训系统的相关论文资料后也没有发现关于虚拟培训系统开发模式的有关论述。通过阅读虚拟培训系统的相关文献,比较各种虚拟培训系统的开发过程,结合本人实际的设计经验总结归纳出虚拟培训系统开发模式。如图1所示。
虚拟培训系统的开发过程大致分为四个阶段:首先,对将要开发的课程进行系统分析,其中包括对学习内容的分析判断虚拟培训系统是不是内容表现的最佳选择。如果可行就要继续将学习内容进行必要的分解分成若干的模块和单元,这样有利于将复杂的任务简单化使整个任务比较容易的得以实现;另外要对学习任务进行分析即通过培训要求学习者掌握的知识经验的总和并为接下来的教学策略的选择提供支持,在这项工作中还需要明确学习者要掌握预期的知识经验需要学习的各种理论知识、动作要领、技能流程以及必须完成的操作练习。其次,同时进行3D图像建模与交互的设计与实现两个阶段的工作。这两个阶段也是系统开发的两条主线,在3D图像建模阶段依据前期的素材的准备运用3D建模工具开发虚拟学习环境。这个阶段是整个开发过程中工作量最繁重的一个阶段,需要开发人员熟练掌握3D建模工具,通过反复细致的设计修改才能开发出逼真的虚拟环境。要根据学习者的特征(不同群体适应不同的交互方式)依据相关的交互理论运用恰当的交互工具科学合理的进行设计与实现。交互的设计与实现阶段要特别的引起重视,因为大部分学习任务的完成都有赖于系统的交互功能,交互设计的好坏与最终的学习效果有着直接的联系。最后,是系统的合成与调试,这一阶段能够保证系统顺利的得以实现并应用在教学中。在该阶段中包括了将必要的教学策略、理论知识以及一些必要的文字说明嵌入到系统中使它真正成为一个用于教学的工具。在调试是比较繁杂的工作,需要我们有足够的耐心和精益求精的精神通过不断的发现问题解决问题使系统不断的得到完善保证系统发挥最大的作用。
4.2 虚拟现实系统的设计实例
4.2.1 案例简介
数控机床是技工培训中的重要课程,由于数控技术较为复杂所以学习难度比较大,学员往往要用很长的时间来了解数控机床的工作原理之后才能够进入现场实际操练或是根本找不到相应的设备操练。我们设想开发这样一个虚拟训练系统使学员能够利用电脑实现理论与实践相结合,通过使用这么一个系统学员能够掌握数控技术的基本理论知识、数控机床的组成及工作原理、基本的操作练习。让学员在进入实训现场之前形成必要的知识经验的准备,增强训练的针对性提高培训效率。
4.2.2 设计构想
该虚拟训练系统首先呈现出的是数控技术的基础知识和数控机床的工作原理,此处用带有碰撞的行走动画来表现。围绕数控机床的工作程序来设计活动和交互,在给出零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后学员被要求编制出零件加工的数控程序单。对于形状复杂的零件,学员可以在计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计;编好的数控程序学员会被要求输入到数控装置的一种存储载体上,用动画形式抽象表现数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理,输出各种控制信息和指令给驱动装置,经功率放大后按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件;再用动画显示位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动;学员在呈现的辅助控制操纵界面中按下按钮后随之会发生相应的变化比如刀具的转换、指令交换工件和机床部件的松开、夹紧等动作。在以上几个步骤中适时现实必要的文字补充材料以便于学员理解。
4.2.3 技术实现
本系统的开发工作主要集中在虚拟场景建模、虚拟动画的制作以及交互的设计与实现三个环节。
在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常强大的完全能够满足桌面虚拟现实系统的建模需求。在虚拟动画的制作方面,可以用普通的动画制作软件如flash等。但是这样就存在一个不同格式文件相融合的问题,如果直接用3DSMAX制作的话相对来说会比较容易。在交互方面,较为简单的交互可以将MAX格式转换成VRML格式通过VRML内部的交互传感器来实现。在一些较为复杂的交互实现上编程语言更具优势,但是难度也是很大的。有很多交互我们根据学习任务要进行设计的但是实现起来难度很大,我们就要灵活掌握通过对能够实现的交互功能进行有限的组合达到预期的效果。在交互的设计实现过程中还要重点关注的一个问题就是有效的教学设计的使用。
5 结束语
全文主要探讨了虚拟现实技术应用于技工技能培训的新模式,介绍了虚拟培训系统的开发过程,至于具体的应用于技工教育的虚拟培训系统(软件)的设计和开发我们正在进行进一步的研究。
参考文献:
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论文关键词 ：虚拟现实 动态网站 B／S模式 网络系统结构
论文摘要 ：针对虚拟现实技 术的发展和 当前微机组装的实习现状 ，提出“动 态网站+数据库 +虚拟现实”的技 术万棠．设计基于 B／S模 式的网络 系统结构模型，该系统更新 、维护方便 ，有良好的通用性和可扩展 性．
虚拟现实 (Virtual Reality简称 VR)技术是近几年迅速发展起来的一种新 的人机接口技术，是一项以计算机技术为核心，综合视、听、触觉为一体，模仿现实三维空间的再现技术，利用虚拟现实技术，在计算机上可以逼真地模拟自然真实环境．随着计算机网络技术和计算机图形学 的不断发展，结合 VR技术，打破了传统的基于 Web的二维平 面交互模式，实现了基 于 Web3D三维空间交互模式 的第二代 Web技术(多媒体 +虚拟现实+Internet)．虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、建筑设计、军事训练、体育训练、娱乐游戏等诸多领域．目前，虚拟现实技术已应用于课堂教学，作为教学媒体对远程教学已产生深远的影响．
微机组装是高校计算机专业的一门应用及实用性较强的专业课程，学生在掌握微机原理和了解当前计算机硬件发展最新技术的情况下，自己动手组装计算机．高校大都开设这门课程，而大多数都是使用已经淘汰的计算机，远远落后于实际计算机硬件的发展．由于硬件条件的限制，使得理论与实际相脱节．而且，认识计算机结构，频繁地拆装计算机，硬件的损坏程度很大，实验代价太高。针对以上问题，本研究尝试将动态网站数据库技术和虚拟现实技术应用于虚拟微机组装系统的开发中，提出了一种基于 Web数据库技术，结合网络技术和虚拟现实技术口 的网络虚拟微机组装系统的结构模型，综合发挥各种开发工具的优势，设计研究基于虚拟现实技术的网络装机系统 ，为广大高校学生、电脑爱好者 、电脑经营者提供了一个很好的学习业务推广平台，也是今后远程教育的发展和趋势．
1 系统结构
本系统是一个基于网络的共享虚拟微机组装系统 ．使用者可以通过人机界面对虚拟环境中的硬件设备进行组装．系统展示的主要功能：计算机硬件设备展示 、安装过程演示、组装实验，并可 以实现多个实验者协同工作，共同完成实验．
如图 1所示 ，该系统的流程分为 3层，自下而上分别为数据库管理层、应用层和交互层．其中，交互层为使用者浏览界面，有关数据计算和数据处理在应用层，Web服务器负责接收远程或本地的 HTTP请求，根据请求从数据服务器获取相关资源 ，然后将结果转换成 HTMI 语言形式 ，生成 Web页面送到浏览器端．
数据库管理层：负责底层数据库的 日常管理，包括资源的入库、修改、删除、属性设置等相关管理功能． 应用层 ：是整个系统的后台管理层．包括文件查询模块、在线管理模块和用户管理模块等．根据使用者的实际需要进行相应的操作．
交互层：是系统各功能模块的可视化显示 ，使用者通过浏览器与服务器相连，完成各种操作．本系统采用 3层完全独立的结构模型，防止了对数据库的非法操作 ，系统安全性高．任何数据资源的更新或程序的升级都是由服务器端完成的，不影响客户端操作， 系统维护和升级 十分方便．对于客户端只需安装浏览器即可使用．
2 系统开发及运行环境
系统在 Windows2000环 境下开发完成，采用SQL Sever数据库 、Apache服务器和 PHP等作为网络开发工具 ，利用CAXA实体设计和 MuhiGenCreator 建模工具 、VRMI 技术及相关图像处理软件．客户端需安装 IE 5．0以上版本浏览器 ，还需安装 相 应 的 VRML 浏 览 器 插 件 (如：BS—ContactVRML，C0SMO一2．1．1-eng，CORTVRML等)．
2．1 虚拟现实技术
虚拟现实技术具有沉浸感、交互性以及多感知性等三大特点，虚拟现实技术是本系统实现的关键．Vega是 目前流行的一个虚拟现实应用程序开发环境，随 Vega发行的还有一个 Lynx图形用户界面程序．硬件模型使用与 Vega相关的三维建模工具 Creator实现．使用 Vega开发虚拟现实应用程序的主要流程如图 2所示．
主要过程如下 ：
1)建模．建模是建立虚拟场景中的地形及各种物体的三维数字模型，这些模型使Creator建模工具，建立虚拟场景中物体的三维数字模型，经过渲染后在计算机屏幕上可以形成逼真的地形和物体．建模任务由Creator软件实现，能够满足虚拟现实应用程序的实时性要求．
2)用 Lynx建立应用程序定义文件。建模形成三维数字模型后，使用 Lynx实用程序定义文件(ADF)．ADF文件描述了用于虚拟现实应用程序中的模型文件、运动模型及其路径、特殊效果、环境效果等，使用Lynx程序可大大节省编程人员的工作量．
3)编程．在 C、C++或 VC++语言平台上，利用 Vega的 API和软件库，调入已建立的 ADF文件及三维数字模型，对程序进行初始化，编程响应用户输入并动态地改变程序的运行，最终完成虚拟现实应用程序的编制．
4)编译运行．应用程序编译成功后，调试运行该应用程序，最后系统集成．
2．2 动态网站数据库技术
整个系统的开发采用 目前公认的开发动态网站最佳组合，即 PHP+Apache+MySQL组合技 术，该技术具有较高的性价比．
1)建立数据库．利用 MySQI 建立数据库，对数据库的操作，可以使用 php My Admin管理器，该管理器具有与标准的 Windows资源管理器相似的界面与操作方式，可以方便地进行数据库的创建与管理．
2)完成数据库间的交互．数据库与 Web相连，转换成 Web页．PHP4支持 MySQL数据库，不需要外部支持库就可以实现对 MySQL的全部操作，利用 PHP4调用相关的数据库管理函数，从而实现web与 MySQL数据库之间的交互．
3)数据库的管理与维护．利用 Dream weaver制作数据库管理页面，并且提供远程维护功能，用户可以通过浏览器登陆数据库管理页面，对数据库进行管理和维护，提高了系统维护的灵活性，为本系统的随时更新提供方便．
3 应用测试实例
学生以学号登陆后，即进入实验系统．首先 ，从元件模型库中选择相应的硬件，如主板、内存、硬盘、鼠标、键盘等．然后 ，进行硬件的插接．将内存条插入主板，插接时若报警 ，则内存条选取有误；若发现所选内存条为 DDR 内存条 ，而 主板插槽 口需 要SDR内存条与之匹配那么，重新选取内存条后继续上一步操作；系统仍报警，是内存条方向不匹配则旋转内存条至适当方向后 ，再插入主板内存插槽中．图 3显示已将 内存条摆放到正确位置，即将插入主板时的状态．
硬盘数据线与电源线的插接，将数据线和电源线的方向调整正确后 ，硬盘即插接成功，如 图 4所示．主机箱内还有光驱网卡、显卡等硬件的插接，这里不再一一赘述．至于外设，现在大部分是 USB接口的外部设备．同样可能遇到方 向需要调整的情况 ，将插 口调整好后 ，连接主机箱相应 的插槽即可．这样 ，将所有硬件连接好 ，一台计算机组装成功．
基于 VR技术的虚拟微机组装 系统，在高校实验教学中得到良好的应用效果．为学生提供了一个自由实验的平台，增强了学生做实验的自主性 ，不再受实验室忙、设备少的约束 ，进一步提高了学生的学习积极性、主动性和创造性．对于高校实验室管理来说，也节省了实验准备时间，降低了实验成本，使实验室管理和开放更加现代化、人性化．在设备不断更新的基础上，使得实验紧跟时代的发展，有助于学生了解最新的硬件发展情况．此系统也可以应用于计算机销售市场，具有很好的应用前景．
4 结语
本研究给出了基于 VR技术的虚拟微机组装系统的设计结构模型以及应用测试实例，据此亦可以设计出其他学科的网络虚拟实验系统．相信不久的将来，随着 VR技术的发展，结合人工智能、神经网络等学科，VR技术将应用于更广的范围，交互式的、人性化的网络虚拟平台，将成为实验教学与应用性学习的主流。
参考文献
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1新技术驱动下科技期刊封面设计存在问题
封面是科技期刊最重要的形象展示区，期刊的核心信息与品牌展示要素都集中于封面。国内科技期刊封面设计主要存在如下问题。
1．1封面设计水平有待提高
科技期刊封面设计要素主要包括期刊标志、插图、刊期、导读、版权信息、期刊荣誉等，据研究显示，在影响期刊销售的因素中，期刊内容占10%，期刊名称和口碑占15%，而期刊的封面设计占75%，可见封面设计对期刊的重要性。以中国科学引文数据库(CSCD)核心科技期刊的封面设计为例，很多科技期刊对封面设计重视不足，封面内容多年不变，封面设计过于严肃、呆板，色彩搭配过于单调，封面设计不重视插图的作用。国家图书馆馆藏的2191种科技期刊中，采用科学可视化封面设计的科技期刊仅占31．72%，部分封面设计与期刊特色、当期内容与主题风格并不统一。例如，《建筑结构学报》《建筑材料学报》《建筑科学与工程学报》封面科学可视化设计较为保守，新技术应用较少。
1．2封面设计新技术运用不足
在智能终端和移动互联网技术普及的背景下，越来越多的图像识别技术被广泛应用，科技期刊也关注并且尝试利用新技术。科技期刊的新技术应用主要集中于封面设计，通过新技术设计封面，实现移动互联网、移动支付、社群传播等功能和跨平台媒体融合发展。目前，二维码是科技期刊封面功能的核心技术，基于二维码可以实现信息获取、网站跳转、广告推送、手机电商经营、防伪溯源、优惠促销、作者管理、手机支付等功能，通过分析83种建筑类科技期刊二维码使用情况，发现建筑类科技期刊封面和封底的二维码使用率均为21．69%，且大多停留在关注微信公众号层面，新技术应用明显滞后于其他行业。由此可见，建筑类科技期刊运用新技术设计封面的意识仍需要增强。
1．3封面功能开发不足
封面设计水平直接影响科技期刊的视觉形象，科技期刊的形象由学术水平、行业地位、视觉形象、公众评价等构成，其中视觉形象是目标受众最直接感知的要素。科技期刊封面设计所传递的信息，不仅限于期刊名称的基本识别功能，在新技术支持下还可以实现更多新的功能，应该重新定位科技期刊封面，发挥科技期刊封面设计的作用。利用新技术，科技期刊封面可以实现杂志新媒体运营管理职能，也可以成为广告经营平台，同样科技期刊封面还承担着科学传播的职能。由此可见，科技期刊封面设计大多以基本的期刊识别功能为主，同时承担广告功能，均未涉及移动采编、读者需求细分、社群传播等诸多领域，新功能开发不足。因此，科技期刊需进一步提升视觉形象设计和新技术应用能力。
2科技期刊封面设计新技术运用趋势
新技术不断推动传统媒体发展，不仅改变了传播形态，也影响了科技期刊的经营理念，科技期刊的封面不再是单纯的期刊识别与展示功能，新技术可以让科技期刊封面实现更多的功能。
2．1封面设计与社交媒体融合
科技期刊目标受众大多是具有高学历、高职称的专业技术人员，他们目前使用最多的是微信、微博等社交媒体，科技期刊与社交媒体的融合发展已经成为重要的发展方向，科技期刊也在探索利用社交媒体提升期刊的运营效果。科技期刊最重要的版面是封面，目前在封面的设计中，除了期刊标志、刊期、文章导读、插图、办刊单位、期刊荣誉等设计要素以外，二维码也成为科技期刊新增的设计元素之一。封面设计中的二维码主要作为微信公众号和官方微博入口，利用二维码识别技术，打通了科技期刊与移动社交媒体接口，在广告经营、期刊采编、沟通服务、信息等方面赋予了科技期刊封面新的功能。因此，科技期刊封面设计在与社交媒体融合中将发挥越来越重要的作用。以建筑类科技期刊为例，分析国内83种建筑类科技期刊封面设计发现，微信、微博二维码已经成为建筑类科技期刊重要的封面设计元素。建筑类期刊中封面和封底各有18种期刊加入了二维码，其中3种建筑类杂志封面和封底同时加入二维码，实际应用二维码的建筑类杂志达到33种，占统计总数的39．76%，这些二维码基本上都是微信公众号或者微博二维码。
2．2封面融合设计
国内增强现实(AR)技术和虚拟现实(VR)技术发展迅速，随着智能移动终端的普及和移动网络技术的支撑，越来越多的传统媒体开始与AR、VR等新技术融合，颠覆了传统的封面设计方式。增强现实技术利用智能移动终端APP扫描封面图片，通过网络调取后台存储影像数据，从而在移动端呈现虚拟的影像，AR技术可以在科技期刊广告经营和科学传播中发挥重要作用。期刊经营者认为AR杂志将成为纸媒转型的新形式，AR技术将静态转变为动态，将有限的纸质版面延伸到更为广阔的数字空间，这种阅读方式是媒体形态的再造和媒体传播空间的延伸，更是优化用户体验感的创新。科技期刊可以利用新技术强化学科优势，提升封面设计视觉效果，增加广告经营收益。AR与VR技术适合建筑类、医学类、机械类、生物类等科技期刊封面，利用新技术能够设计新颖、生动的封面广告，提升广告宣传展示效果;AR和VR技术在封面可视化设计中，还可以作为科技期刊的科学传播载体，让目标受众更直观、形象地获得科学知识，提升封面科学传播效果。目前国内科技期刊封面VR/AR设计还在理论探索阶段，但是其他类型期刊已经运用AR技术。例如《今日重庆》杂志应用AR技术设计封面，通过移动终端扫描后，封面上的人物从静态的杂志封面里“走”了出来，两侧同步弹出相应背景视频，图中原型人物用重庆话绘声绘色地讲解杂志封面的内容。也有研究者开始探讨科技期刊嵌入VR/AR技术的必要性和可行性，推动科技期刊出版与VR/AR技术融合，提升读者体验，实现科技信息传播效果的最大化。
关键词：VRGIS 虚拟现实 GIS 三维地质建模 向家坝水电站
1.前言
当今社会已步入信息化时代，计算机信息管理的水平，已成为衡量大型工程现代化施工管理水平的重要标志之一。在大型工程的建设过程中，勘测资料、设计资料、施工资料、验收资料等数据量浩如烟海，这就给收集、汇总、查找工作带来了极大不便，而且，资料的管理不善还会延误工期，造成不必要的国民经济损失，这是业主和施工管理者面临的一大难题。因此，对重大工程来说，建立一个适合自身需要的信息管理系统势在必行[1，2]。
向家坝水电站位于金沙江下游，是金沙江流域水电开发中的重要控制性工程。其设计正常蓄水位380.00m，最大坝高161m，总装机容量6000MW。该工程地质构造复杂，勘测数据庞大，地质工作者很难对其在工程岩土体中的分布规律有一个整体和直观的把握，为了适应这一当代巨型水电工程建设的需要，提高地质工作者的工作效率，促进可变更设计与信息化施工等新技术的推广和应用，利用三维建模技术[3，4]与虚拟现实技术，建立一个VRGIS系统是极为必要的。
领域
用途
科学视觉化
数学、物理、化学、生物、考古、地质演化、灾害模拟、行星表面重建，虚拟风洞试验，分子结构分析
医学
外科手术，远程遥控手术，身体复建，虚拟超音波影像，药物合成
教育
虚拟天文馆，远程教学，虚拟实习
艺术
虚拟博物馆，音乐
商业
电传会议，电话网路管理，空中交通管制
景观模拟
建筑设计，室内设计，工业设计，地形地图
军事
飞行模拟，军事演习，武器操控
太空
太空训练，太空载具驾驶模拟
机械人
机械人辅助设计，机械人操作模拟，远程操控
工业
电脑辅助设计
娱乐
电脑游戏
2. VR与VRGIS
2.1 VR技术
虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是一种在计算机图形学、计算机仿真、传感技术、显示技术等多种学科交叉融合的基础上发展起来的计算机技术，最早可以追溯到美国学者Ivan Sutherland于1965年所发表的论文“终极显示”（Ultimate Display）[5]。经历了20余年的发展，该技术已经广泛地应用于许多行业中，如表1所示。它具有以下三个基本特征：
（1）沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，达到身临其境的感觉。
（2）交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
（3）多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
2.2 VRGIS
VRGIS(Virtual Reality Geography Information System) [6]是地理信息系统与虚拟现实技术相结合的产物，是目前地理信息系统和虚拟现实技术研究的热点和前沿方向之一。尽管GIS和VR技术的发展可追溯到20世纪60—70年代，但是，第一个较为成功的VRGIS却出现在90年代初期，是美国侨治亚州教育学院的校园环境信息系统。从那以后，出现了大量的关于VR和GIS相结合的应用和理论研究，VRGIS日益引人注目。
简单地说，VRGIS可看作一个特殊的“传统型”GIS，它具有传统GIS系统所具有的空间数据的存储、处理、查询和分析等功能，只是将VR技术作为主要的用户界面和交互方法。根据Faust在1993年提出的VRGIS概念，一个理想的VRGIS应具有以下几个方面的特征：（1）空间数据的真实表现；（2）用户可从任意角度进行观察、浸入、实时交互，可在所选择的地理范围内外自由移动；（3）具有基于三维空间数据库的基本GIS功能；（4）可视化部分作为用户接口是一个自然而完整的部分。
4.VRGIS在向家坝水电站工程应用
4.1系统功能需求
向家坝水电站地处松潘甘孜褶皱与扬子地台的交接部位，地质历史时期经历了复杂的构造演化过程，地层出露齐全、地质造构复杂。大量工程实践证明，重大工程的前期工程地质勘测起着举足轻重的作用，地质构造不查清，重要不良地质现象被忽视，往往是工程事故的隐患。对于工程设计与勘测部门来说，不仅要搞清工程区的地层分布情况、岩土物理力学参数，更要清楚工程区的岩体结构与不良地质情况对工程设施的影响，并据此提出相应的工程处理措施。
为了满足向家坝水电站可行性研究阶段勘测设计的需要，作者利用虚拟现实技术（VR）与三维建模技术，建立了向家坝VII坝址虚拟漫游信息系统（VRGIS），这对辅助工程决策、坝址地质分析和预测，有着十分积极的意义。
4.2系统开发步骤简介
首先，作者对已有的钻孔数据进行整理，建立一个庞大的钻孔数据库。接下来，定义属性模板，从而在三维空间中定义钻孔位置属性。与此同时，针对一些平面图、剖面图数据，在AutoCAD环境下进行预处理及配准工作，从而在三维空间中定义地层、断层位置属性。
然后，是系统开发的关键步骤，建立坝址区的地址模型。通过选取合适的数据，建立各个地层面和断层面、风化面、水位面、基岩与覆盖层分界面，进而通过地层面建立各个地层的实体模型，用地形表面和覆盖层裁剪模型，得到向家坝VII坝址的三维地质模型[4]，如图2所示。
最后，也是本系统开发最核心步骤，采用三维虚拟现实系统（VRMap）建立三维虚拟场景。VRMap是一种功能较强的由北京灵图公司开发的桌面虚拟现实系统，它的主要功能是提供三维场景虚拟与三维物体管理与查询的功能，并且提供二次开发类型库，使用户能方便灵活地建立满足特定要求的三维管理信息系统。采用该系统导入地址模型后，定义场景中的物体（地层、断层）信息属性，建立相关的属性数据库，最终实现信息查询、图层管理、虚拟现实操作、场景操作等功能。
4.3虚拟漫游信息系统（VRGIS）主要功能
虚拟漫游信息系统是一个集虚拟现实和信息管理为一体的软件平台。它能为工程信息管理提供具有三维真实感的实时浏览和查询环境，使工程与工程地质信息管理的水平跃上一个新台阶。并且可以根据用户需要比较容易地装载不同的工程场景和工程地质模型，开发满足不同专业需求的信息系统。
本信息系统可以与数据库连接，实现信息查询和信息管理，使用户在浏览过程中可以随时查询各个实体的信息，如地层信息、断层信息等。本信息系统还具有完善的图层管理功能，用于复杂工程与地质结构的观察、分析和信息分类管理。本信息系统操作简便，可以利用键盘，完全由用户手动控制在三维场景中的飞行浏览路线。也可以采用自动控制功能，自定义浏览路线并在需要的时候自动回放。
4.3.1虚拟漫游
虚拟漫游有两种方式，一种是手动方式，用户可以使用键盘上的四个方向键控制漫游的前进、后退、左转和右转，使用Home、End、Page Up和Page Down键控制漫游视点的升高、降低、俯视和仰视；另一种是自动方式，即用户可以预先定义一条漫游路径，在需要漫游时直接播放即可。
4.3.2信息查询功能
本系统可以与Access等数据库连接，在给虚拟场景中的物体（地层、断层）定义信息属性后，在浏览的各个阶段都可以随时查询各个物体（地层、断层）的相关信息。
4.3.3图层管理功能
虚拟场景中的各个物体都可以根据其性质分别放置在不同的层中，在漫游时可以根据需要打开或关闭某个或多个图层，是用户对信息的把握更加集中。
4.3.4虚拟操作功能
场景中的各个物体的位置、方向和比例都可以随时根据需要进行调整，对于场景较大范围的调整也可以采用工具条上的缩放、旋转、平移等工具进行更加快捷的调整。
转贴于 5. VRGIS功能应用
具有以上功能的VRGIS已在向家坝水水电站的设计单位中南勘测设计研究院内使用，受到好评。其主要成功应用表现为如下几个方面：
5.1提供了更先进、直观、易用的勘探资料管理环境，提高勘探研究成果的技术含量；
5.2可直观地重新评价原始勘探资料解译的合理性与正确性，提高勘探成果的水平；
5.3 对已有勘探成果进行很好的展示，为各种汇报提供高度浓缩和有影响力的素材；
5.4 有利于领导、经营、设计、地质与科研人员进行充分交流与共同合理决策；
5.5 有助于确定更合理、更经济的地质工作补充与加深的勘探方案；
5.6 更利于进行合理的地质分析、推测与预测；
5.7 为工程地质分析评价、岩体稳定分析、设计与施工等工作提供很好的基础。
6. 结语
虚拟现实与信息系统有机结合的VRGIS，是解决大型工程资料管理的一种有效途径，它可以在工程规划阶段，满足动态规划和布局的需要，能充分利用工程前期勘探资料，并为合理布置正式勘探工作，节约工程勘探投资和设计施工成本提供帮助。另外该系统可以根据需要灵活装载其它地质模型，其应用前景十分广阔，并且已在机场建设，公路设计及其它水电工程中获得了成功应用。
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关键词：矿山，现状，发展，评估
0引言
自2 l世纪以来，以信息技术为代表的技术革命迅速发展，而数字化更是成为信息的表现形式，1999年召开的首届“国际数字地球”大会上又提出了“数字矿山”(Digital Mine，DM)的概念后，“数字矿山”在矿业中发挥出越来越大的作用，是矿业发展的目标和方向。而构建数字矿山，以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改造与发展，开创安全、高效、绿色可持续的矿业发展新模式，是我国矿业生存与发展的必由之路。
1数字矿山的概念
1.1 数字矿山的概念
数字矿山就是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构建成一个矿山信息模型，描述矿山中每一点的全部信息。按三维坐标组织、存储起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。
2、数字矿山的研究现状
2.2 国内数字矿山的研究现状
美国、加拿大、澳大利亚等矿业发达国家在数字矿山方面的研究起步较早。2001年，中国矿业联合会组织召开了首届国际矿业博览会，其中包括一个以“数字矿山”为主题的分组会。2002年，以“数字矿山战略及未来发展”为主题的中国科协第86次青年科学家论坛召开，2006年，煤炭工业技术委员会和煤矿信息与自动化专业委员会在新疆乌鲁木齐召开了“数字化矿山技术研讨会”。20世纪末以来，国家主要科研资助机构和相关行业部门相继立项支持了一批数字矿山课题。包括2000年开始的一项国家自然基金课题、2006年开始的一项863课题和一项“十一五”支撑课题等。2000年以来，国内多所高校、科研院所、企事业单位相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室，主要有：2000年设立于中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院的“3S与沉陷工程研究所”、2005年设立于中南大学资源与安全工程学院的“数字矿山实验室”、2007年设立于东北大学资源与土木工程学院的“3S与数字矿山研究所”和2007年设立于中国矿业大学(徐州)计算机科学与技术学院的“矿山数字化教育部工程研究中心”等。山东新汶矿业集团泰山能源股份有限公司翟镇煤矿是我国第一座数字矿山，与北京大学遥感与地理信息系统研究所合作，在国内首开数字化矿井技术应用之先河。此外，中国矿业大学等单位相继开展了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维地学模拟、矿山虚拟现实、矿山定位等方面的技术开发与应用。
3.数字矿山的技术分析
3.1“3S”技术
GPS主要用于实时、快速提供目标、各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置；RS用于实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面的各种变化，及时地对GIS的空间数据进行更新；GIS则是对多种来源的时空数据综合处理、动态存贮、集成管理、分析加工，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。以GIS为核心的“3S”集成是当前空间技术发展的重要方向，这主要是在空间数据处理中的GIS、RS、GPS既各有特色，有存在着密切的联系。在解决实际问题中常常要3个系统联合使用，用RS技术来获取信息，再由GPS进行定位及导航GIS负责最后的处理，并提供各种图形，提出决策实施方案。免费论文。所以3S集成系统的研究已越来越被人们所关注。免费论文。
3.2可视化技术
3.2.1可视化建立的必要性
可视化模型是数字矿山建设的基础，只有完全掌握了矿床及井下开采环境情况，才能够为数字矿山的建设提供基础平台，数字矿山建设后续的通讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统、生产过程虚拟现实系统都需要以此为基础平台进行设计开发和系统运行。
3.2.2可视化的建立方法
可视化建模采用TIN(不规则三角网)技术产生数字地形表面模型和地质体(包括床体、岩层及断层)实体线框模型，同时采用变块技术建立矿床资源评价块段模型。最终采用地质统计学方法对块段模型进行估值，得出既有结构性又具有随机性的复杂地质体的空间分布及品位和开采环境综合评价技术成果，并在此基础上进行开采方案优化与设计。
3.3虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术
3.3.1虚拟现实技术的概念
指利用人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等高新技术，模拟人在特定环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。免费论文。VR 在许多工程领域和基础研究方面已经得到较为广泛的应用，在国外矿业领域的研究起步比较早，出现了一些2.5维的虚拟矿山系统。通过对虚拟矿山实体进行操纵，可以构造出逼真的三维、动态、可交互的虚拟生产环境，用以模拟完成在真实矿井中进行的工作。
3.3.2虚拟技术条件下矿山模拟开采技术研究
以地质及矿床模型为基础，结合其它关键信息构造虚拟矿山，进行数字模拟开采，完成矿山长、中、短期开采计划编制、地下矿巷道标准断面设计、峒室设计、开拓设计、采矿方法设计、穿爆设计、通风设计、灾变应变预案等工作。
4、数字矿山的发展趋势
(1)实现生产过程管理和控制一体化。矿山生产过程管控一体化是指应用可视化技术，实现生产过程、工艺、设备、仪器的自动监测与控制。
(2)开发各种功能的矿山应用软件。必须针对不同的应用和矿山工程需求，研究开发适合不同用户、具有不同功能的矿山应用软件，如采矿CAD、虚拟矿山、采矿仿真、人工智能和科学可视化等软件工具。
(3)朝着构建生态矿业工程方向发展。生态矿业工程就是当人类开发矿产资源引起自然生态平衡破坏时，建立人为的生态平衡，构建生态矿业工程对实现可持续发展具有非常重要的现实意义。
(4)人工智能技术研究。自20世纪80年代中后期以来，人们已开始应用人工智能理论与技术来解决采矿工业中的各种实际问题，并逐步显示出无法取代的优越性。运用数据挖掘与知识发现、专家系统等人工智能技术实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能，实现矿山的智能化。
5、结论
我国既是采矿大国，又是资源消费大国。随着经济的高速发展和工业化进程的快速推进，中国对矿产资源的消费将持续呈现快速增长态势，将长期保持旺盛的需求。但是，中国矿产资源所面临的资源短缺，供应乏力的严峻形势，目前已经成为发展工业的瓶颈，如果这种势头继续发展下去，势必对国民经济的可持续发展产生深刻影响。因此，客观的实事求是的评价资源现状，充分合理的利用和保护资源，以建设数字矿山来改变和确保矿产资源长期稳定供给是中国矿业走可持续发展一条正确之路。
参考文献:
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[3]刘光.地理信息系统[M].北京：中国电力出版社, 2003
[4]陈述彭.区域地理信息分析方法及应用[M] .北京：科学出版社,1999
[5]吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山特征、框架与关键技术[J]-煤炭学报 2003,28(01):1-6
【关键词】虚拟现实技术 3D建模 虚拟环境 房地产展示
1 虚拟现实技术概述
虚拟现实技术（virtual reality，简称vr）是一门以计算机技术为核心，结合了图形学、人机交互、实时分布系统、控制学、多媒体技术和电子学等多个领域的学科。它在一定的范围内生成与真实环境高度相似的数字化环境，用户借助相关设备，通过视觉、听觉、触觉等方面与数字环境中的对象，进行交流，实现交互作用，从而得到等同身受的真实感受和体验。
2 房地产建模的实施过程
3D Studio Max，简称为3ds Max， 是一款由AUTODESK 公司开发的三维动画渲染和制作软件。它在建模、动画和图形制作方面功能强大，性价比高，易上手操作，极大的推进了建筑设计、动画制作等领域的发展。我们在该房地产展示系统中就使用该软件进行建筑模型的制作。
房地产展示系统建模的实施过程分为数据采集、三维实体建模两个步骤进行。
2.1 数据采集
数据采集的过程中，根据实际情况，选择适用分辨率以及精确度比较高的图片。包括 ：实体电子照片采集；向项目的施工和设计部门收集原始资料，例如地形图、平面图、建筑单体施工图以及大比例尺效果图等。获得这些资料后，使用 Auto Cad 进行相关校正，从而得到区域平面图。按照相关比例将获取的图片，制作成为模型贴图。贴图包括透明纹理以及不透明纹理，需要采用图形处理软件进行处理，形成.rgb格式文件，建立模型纹理库。特别要注意的是贴图的长度和宽度必须是 2 的幂次整数，否则不能够获得真实显示。
2.2 三维实体建模
2.2.1 Polygon 建模法
Polygon 建模法既多边形建模方法。房地产建筑物模型外观往往都是比较规则的，因此很适合使用Polygon 建模法。3DS Max软件本身带有几十种基本几何体和扩展几何体，用于建模时实际模型的外形制作。先使用基本的几何体确定模型大概的轮廓和长宽高比例，再依照模型的具体细节来使用扩展几何体进一步划分并刻画出模型形状。
2.2.2 NURBS建模法
NURBS建模法既曲面建模方法。对于一些不是很规则的模型，我们先用曲线把物体的某个剖面、切面或者是其他能体现出物体外部特征的地方画出来，再用修改器对曲线进行修改，最终形成物体模型，可是这样生成的物体没有厚度，所以叫做曲面模型，主要适用于棱角不是很分明和很规则的物体建模。
我们在3DS Max环境下，使用贴纹理命令在相应的建筑模型上贴上纹理，完成后经过烘培处理，三维建筑模型建立完成。在三维建模中应遵循的三个原则 ：在保证建模的真实性以及可靠性的前提下，减少模型所含的面数，尽量使用简模；尽量使用贴图技术；最大限度压缩纹理。只要坚持这三个原则，就能够生成最小的数据文件，达到模型逼真效果。例如：电话亭、路灯以及树木这些物体建模，重复性较高，因此在建模中，我们最大限度的减少面的使用，而采用贴图技术来代替细节模型，模型属性设置成实点旋转，就可以达到形象逼真的效果。
3 房地产展示系统中的虚拟场景及互动设计
随着虚拟现实技术的发展，其开发引擎也是层出不穷，从最开始的VRML虚拟现实建模语言到现在的CONVERSE3D、VR-Platform等平台软件，功能逐渐强大，具有更强的可操作性。我们在该房地产展示系统中采用了VR-Platform这款软件，它是由北京中世典数字科技公司独立开发的三维虚拟现实软件。该软件适用性强、操作简单、功能强大，广泛地应用于装饰设计、工业仿真、城市规划等各个行业。
三维模型建立完成之后，便将其导入虚拟现实开发软件中进行虚拟场景设置和交互设置。我们使用VRP与3Ds max之间的架构，可以方便的将3ds max中的模型，导入到VRP中，并进行以下操作：
3.1.1 打开碰撞检测
为使虚拟场景符合物理客观定律，必须将部分模型的碰撞检测开启，这样才不会出现人物视角飞天入地或者穿墙而过的不正常现象出现。另外应该对场景边界进行透明阻挡，避免用户进入死角或者是走出虚拟场景之外；
3.1.2 添加相机
虚拟现实的场景漫游是通过相机移动实现的。VRP拥有飞行相机、行走相机和动画相机，来满足漫游的不同需要。虚拟漫游中，可以通过切换多个相机来快速变换漫游的地点；
3.1.3 设置“bill-board”物体
将3D max中用平面做成的树木、楼房、山石等物体可以设置为“bill-board”类型，这样物体将始终面对着用户，减少3d建模工作量；
3.1.4 设置动画贴面
喷泉、水体、移动车辆等物体需要在材质上加设“ATX动画贴图编辑器”生成的ATX动画贴图，来模拟出动画效果；
3.1.5 处理天空、背景
在vrp中使用天空盒的设置为虚拟场景添加背景；为了增强场景的感染力，设置雾和太阳光晕两种实时的特效方式；
3.1.6 操控界面的设置
VRP 提供了灵活的操控界面编辑模式，用于创建包括导航图、按钮等在内的虚拟漫游系统的操控界面；
3.2 虚拟现实系统的互动设计
【关键词】智慧工地系统；工程管理；建筑工程
1引言
建筑行业属于劳动密集型产业，传统的管理模式使得工程建设过程中劳动力、材料存在严重浪费，在劳务、安全、绿色、质量等方面也存在诸多问题。通过将各种高科技管理手段进行整合应用到工程建设中，形成智慧工地系统，从而达到加强劳务管理、减少劳务纠纷、加强施工安全管理、遏制事故发生、实现绿色施工、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高工程质量的目的。
2工程概况及管理的重难点
富士康科技小镇项目位于广州市增城区，建筑面积约1.78×105m2，由1栋综合楼和9栋高层住宅楼及相连的2层地下车库组成。该工程属于群体建筑，项目工期紧，各栋主体同时施工，交叉作业多，施工难度大，质量要求高。现场施工班组队伍分工复杂，施工工人较多，高峰期施工工人超过700人。施工工人主要为农民工，安全意识较为薄弱，且流动性大，安全生产若不能全面把控，将存在很大的安全隐患。
3智慧工地系统的组成和实施
该项目建立智慧工地管理平台，主要由劳务管理、安全管理、绿色施工、BIM建造及远程监控5大主要系统组成。
3.1劳务管理系统
项目部严格推行劳务实名制管理，首先为新进班组各劳务人员建立个人信息档案，个人档案信息与当地派出所实现互联互通，防止不法分子混入工地，给工地现场和工地周边治安造成不良影响。采用员工实名制通道、闸机、人脸识别等硬件与管理软件相结合的技术，实时、准确地收集进出工地现场和职工生活区人员信息，进行劳务实名制管理。该系统可以通过手机APP、PC端、场区大屏幕实时反映工地当前用工状态，按照各劳务队伍和不同工种的实际用工数据统计，为项目部提供劳动力生产要素用工分析。另外，还能对项目所有作业人员信息进行统计分析，自项目开工至今，项目总进出场人数、各专业部位用工数量、地域分布和少数民族情况等，为项目管理层提供劳动力数据参考。项目部落实现场安保制度，实现现场全封闭管理，工人通过人脸识别进出施工现场。人事部对三级教育合格班组人员扫描身份证，录入人脸数据，对退场班组、人员在系统办理退场手续。在工人信息登记时，对特殊工种进行附件挂接、信息维护[1]。
3.2安全管理系统
施工现场建有VR安全教育体验馆，虚拟现实技术（VirtualReality）提供一个沉浸式的仿真环境。通过BIM+VR的结合，实现施工现场的仿真模拟，工人通过沉浸在虚拟环境中，对高空坠落、坍塌、物体打击、机械伤害、触电等安全事故进行模拟。基于VR的安全教育具有场景多元化、真实感强烈，它能够很好地解决传统安全教育的不足。该项目共安装有6台（QTZ80）塔吊，通过在塔吊上安装吊重传感器、回转传感器、幅度传感器、高度传感器、倾角监测器、多塔防撞监测器等，获取塔吊的作业全过程数据，并将塔吊作业数据传输至系统平台上。管理人员通过点击塔吊模型，就能看到该塔吊的实时数据，也能查询历史数据。根据不同塔吊进行参数设置，形成预警机制，塔吊运行时数据超标将触发报警。该项目共安装有9台（SC200/200G）人货梯，通过在人货梯操作台旁安装人脸识别装置，提前录入合格操作人员信息，验证通过后便可操作人货梯，有效避免了操作人员非持证上岗及其他人员违规操作等问题。通过安装各种检测模块，如超载检测、上下限位检测、防坠检测、防冲顶检测等装置，同时结合无线通信模块，便可实现将人货梯运行全过程数据传输并保留至系统平台。通过在楼层内侧安装无线楼层呼叫器，有效解决楼上人员呼梯不应的问题。
3.3绿色施工
项目部根据施工平面图建立全封闭装配式冲孔围挡，高2.5m，围挡上面安装喷淋系统，每隔1.5m安装一个雾化喷头，塔吊上也安装喷淋系统。工地4个面各装有一台雾炮机。在现场特定位置放置扬尘和噪声在线监测系统，系统在运行的过程中对施工现场的环境进行24h不间断监测，并且把监测到的数据传输到系统平台，平台对数据进行分析，针对超标的项目采取有效措施进行处理，当现场的扬尘数据超标时会通过电磁阀自动触发喷淋、雾炮设备进行喷淋、喷雾降尘。待扬尘监测数据降低至预设范围后，系统会通过电磁阀自动关停相应降尘设备。
3.4BIM建造管理系统BIM建造管理平台是通过BIM技术，将项目在整个施工周期内不同阶段的工程信息、过程管控和资源统筹集成，通过三维展示，为工程施工提供可视化、协调性、优化性等信息模型，使该建筑信息模型设计、施工一体化和各专业相互协同施工，从而达到工序衔接合理、节约施工成本的目的。此外，BIM建造平台可实现在线预览，联合生产、技术、质量、安全等关键数据，通过BIM展示进度、工艺、工法，将BIM技术应用的关键成果集中呈现，为工程施工奠定良好基础。本项目采用SSGF工法，主体采用铝合金模板施工。在设计图纸下发后，根据设计图纸对铝合金模板进行施工优化，包括门垛、门窗企口、飘窗、下挂梁板、构造柱、滴水槽、水电压槽等一次成型。对该工程建筑物各专业分别进行建模，把预留孔洞在三维模型中显示，直观地显示出各个位置的预留孔洞口，防止遗漏，建造时及时提醒现场人员做好洞口防护，消除安全隐患。在结构、建筑、水电、设备模型都创建完成后进行合模，分析出各碰撞点，与设计单位进行沟通，对设计图纸优化修改，经设计单位确认后，按优化后的图纸进行现场作业施工。有效解决了管线碰撞问题，减少因图纸问题造成返工，确保项目施工顺利进行，节约工程工期[2]。
3.5远程监控系统
为加强该项目日常施工管理，项目部建立了建筑工地远程监控系统，安装视频远程监控高清摄像头，管理人员通过手机APP和PC端实时监管，知道每一个工作面有多少个工人，是否满足施工需求；知道工人到底在干什么，是否违规操作和违反工艺流程。实时了解施工现场的进展情况，做到透明施工。对突况及时上报、应对、沟通、协调、解决，既减少事故的发生，又加强了建设项目在公司及项目内部调控监管力度，有效地提高了工作效率。
4结语
关键词 高校图书馆 数字图书馆 数字阅读
技术是驱动信息服务发展的主要因素之一。世界知名咨询公司埃森哲的《2016技术趋势与展望》报告提出，数字化渗透到了万事万物中，也带来了无处不在的、前所未有的改变：新的技术、新的解决方案、前所未有的数据量、传统与新系统交织……新的一切。在数字信息技术的推进下，经过10多年的发展，我国高校图书馆已经基本建成了数字图书馆服务系统。2016年是“十三五”规划的开局年，国家“十三五”规划明确提出加快公共数字文化建设，各大高校图书馆也都纷纷提出加快发展数字图书馆。未来5年，高校图书馆的数字图书馆平台与资源建设、数字阅读服务与推广等将会面临一系列新的问题与挑战，需要学界与业界对高校数字图书馆的发展进行跟踪研究，感知变化，洞察趋势，为改进高校图书馆数字阅读服务出谋划策。
1数字阅读趋势与高校图书馆的角色
2016年4月在杭州举办的“中国数字阅读大会”上，中国音像与数字出版协会了《2015年度数字阅读白皮书》，数据显示目前中国数字阅读用户规模已近3亿。2016年4月中国新闻出版研究院的第十三次全国国民阅读调查数据显示，2015年我国成年国民数字化阅读方式（网络在线阅读、手机阅读、电子阅读器阅读、光盘阅读、平板电脑阅读等）的接触率为64%，较2014年的58.1%上升了5.9个百分点，国民数字化阅读方式接触率迅猛增长；其中，2015年有51.3%的国民进行过网络在线阅读，60%的国民进行过手机阅读，8.8%的国民在电子阅读器上阅读，11.3%的国民使用Pad进行数字化阅读，2.1%的国民用光盘阅读；对电子书报刊的阅读情况考察发现，2015年我国成年国民电子书阅读率为26.8%，人均电子书阅读量为3.26本，电子报的阅读率为12%，电子期刊的阅读率为9.4%；2015年我国成年国民每天接触新兴媒介的时长整体上均有不同程度的提升，手机阅读接触时长增长显著，人均每天手机阅读时长为62.21分钟，人均每天互联网接触时长为54.84分钟，人均每天微信阅读时长为22.63分钟，人均每天电子阅读器阅读时长为6.82分钟，人均每天接触平板电脑的时长为12.71分钟。可见，数字阅读已是大势所趋。尤其是对年轻人，生于网络时代的他们从小便习惯在计算机和智能手机、平板电脑等多屏设备间切换，对跨屏使用的需求尤为强烈，未来必将成为影响互联网发展的重要力量。
在数字阅读迅速普及的同时，数字阅读内容的质量却参差不齐。在2016年4月19日举办的全国新闻出版单位数字出版工作交流会上，中国新闻出版研究院院长魏玉山作了题为《数字化阅读新趋势》的主题演讲，他指出，从数字化阅读的发展趋势来看，数字化阅读方式接触率尤其是手机阅读接触率连续保持高速增长，以手机阅读为代表的数字化阅读方式的阅读时长超过了多数传统媒介的阅读时长，但从数字化阅读内容来看，与传统的纸质阅读相比，其数字阅读的内容质量需要提升。在推进数字阅读走向深刻的进程中，数字图书馆可以发挥独特的作用。2007年国际图联（IFLA）的《国际图联数字图书馆宣言》明确定义数字图书馆为数字对象的高质量在线馆藏。由此可见，高校数字图书馆服务在推进深度数字阅读服务上扮演了不可或缺的重要角色。根据前述两个调查报告的数据，目前我国有数字化阅读行为的国民年龄主要在18-29周岁、30-39周岁之间，与高校大学生、年轻教职员工的重合度较高，随着越来越多的年轻学生与学者通过互联网获取学习与学术研究信息，λ们而言，高校数字图书馆已成为至关重要的专业数字阅读资源与服务平台。
2高校图书馆数字阅读服务现状
2.1数字图书馆系统与平台建设
经过多年的发展，目前世界范围内的数字图书馆建设进入了一个相对稳定和成熟的发展阶段。我国高等院校图书馆也已基本建成数字图书馆系统。2000年以来，随着移动互联网的发展，移动数字图书馆也逐渐普及。同时，各高校的数字图书馆系统还陆续嵌入各类公共互联网平台与社区，如即时通信、BBS、博客、微信、微博、豆瓣等。总体看来，我国高校图书馆已经初步形成了数字阅读服务矩阵，包括网络数字图书馆、移动数字图书馆、图书馆虚拟社区等服务平台。在移动图书馆服务方面，从2003年北京理工大学率先开通移动信息服务到2015年底，高校移动数字图书馆发展迅速。根据笔者的在线调查统计，目前已有超过93%（约108所）的“211工程”院校建成移动数字图书馆。在图书馆虚拟社区方面，国内很多高校图书馆已经在探索把Web 2.0技术应用到图书馆虚拟社区服务当中，例如上海大学图书馆的图书馆社区、重庆大学图书馆的民主湖论坛等，将图书馆虚拟社区建成了有特色的个性化服务平台。武汉大学数字图书馆积极借助第三方平台，包括新浪微博社区、博客、豆瓣等社会性网络服务（Social Networking Services，SNS）空间以及Wiki、RSS等社会化网络服务应用等，搭建知识社区并开展服务。笔者通过在线调查发现，我国“211工程”高校图书馆中有83所图书馆（约占71%）开通了微博。2012年以来，随着微信公众平台的崛起，越来越多的高校图书馆开始关注微信平台，尝试利用微信平台开展推送消息、读者互动、在线服务等，根据笔者的在线调查统计，目前我国“21l工程”高校中有103所图书馆（约占89%）开通了微信公众服务号。
当然，我国高等院校图书馆在初步建成数字阅读服务平台的同时，也存在一些问题，比如，移动数字图书馆系统和图书馆社区的普及程度有待提升，服务功能有待改进，对大数据、云计算等新兴信息技术的应用需要加强等。
2.2数字资源建设
根据美国伊萨卡战略与研究部对2013年大学图书馆进行的调查发现，大学图书馆正在从重视纸质藏书向重视数字资源转变，研究层次越高的大学对数字资源的依赖度也越高。近年来，在数字出版高速发展的同时，高校图书馆积累的数字信息资源也越来越丰富，这些数字资源涵盖电子图书、电子期刊、数据库、网络资源等类型。目前我国高校图书馆数字资源的总体情况是数量迅速上升，品类渐全，比重逐渐超过纸质资源。
从购置经费看，根据教育部高等学校图书情报工作指导委员会（以下简称“图工委”）的《高等院校图书馆文献资源发展状况报告（2005-2013）》，全国“211工程”院校图书馆的电子资源购置经费自2013年开始超过纸本资源。图工委的《2014年高校图书馆发展概况》显示，2014年高校图书馆的电子资源购置费继续大幅攀升，549所填报数据的高校图书馆电子资源的总采购经费平均值约占馆均文献资源购置费的49.7%。在2015年北京图书订货会的全国图书馆出版社高层论坛上，清华大学图书馆公布的文献采购经费中，电子资源占到了65%，其中20%用于购买国内的产品，80%用于购买国外数据库。《北京大学图书馆2018行动计划》也提出逐步调整数字资源和纸质资源的经费结构比例，力争在5年中由目前的4：6调整到5：5。
在馆藏数量及比例方面，一些高校图书馆的数字资源比例迅速提高。从2012年起，武汉大学图书馆的数字化文献资源的馆藏量开始超过印刷型文献资源馆藏量，2015年该馆共收藏纸质图书593万册、纸质期刊96万册、非书资料22万册，收藏电子图书794万册、电子期刊146万册、数据库474个；根据复旦大学图书馆馆藏统计，2015年该馆共有纸本文献总量达500余万册，纸质期刊6124种，电子图书233.93万种，电子期刊6.52万种，中外文数据库271个。据有关调查统计，“985工程”高校图书馆中90%以上单位拥有100个以上的数据库，20%以上拥有200个以上的数据库；中文数字资源几乎囊括了国内各大中文数据库，主要集中在中国知网、万方数据资源系统、维普知识资源系统、人大复印报刊资料、超星数字图书馆等；外文数据库也是极其丰富，涵盖了期刊论文、电子图书、视频多媒体、图像资料、网络资源等，几乎涉及了所有的学科领域；这些中外数据库中，电子期刊的数量远大于电子图书；此外，一些高校图书馆自建特色数据库，包括教学参考书系统、本校毕业生学位论文数据库、本校专家学者学术库、学科导航库等。
总的看来，我国高校图书馆的数字资源类型中，电子图书与电子期刊、数据库数量相对丰富，而对公共网络信息资源的开发相对较少。数字资源以文本资源为主，多媒体资源相对不足。适合移动终端的数字阅读资源不足。缺乏对数字资源的进一步组织与挖掘、聚合。馆际数字资源的共建共享也比较薄弱。
2.3数字阅读服务
数字资源建设的根本目的是为了服务用户，近年来我国高校数字图书馆的建设也逐渐从注重系统建设、数字化资源建设转移到数字阅读服务领域，以用户为中心，利用前沿数字技术，拓展多元服务形式，包括数字资源整合与导航、移动服务、数字阅读推广、数字阅读社区等，不断提高用户的满意度。目前，绝大部分“985工程”高校图书馆的电子资源门户已经实现了OPAC和资源导航整合，建立了面向用户提供跨平台、跨数据库、跨内容的新型检索平台。目前我国高校移动数字图书馆的普及率不断攀升，服务方式主要有APP应用软件、WAP浏览器和短信息，根据笔者对“211工程”院校图书馆的在线调查统计，几乎所有“211工程”高校图书馆都开通了APP应用软件服务，其中86所（约占74%）开通了WAP浏览器服务，19所开通了短信息服务。在开展数字阅读推广方面，笔者通过在线调查发现，绝大多数“211工程”高校图书馆均通过各种方式进行数字阅读的推广，推广方式主要有数字资源宣传推广、好书推荐、微信推送文章、书评、影评、掌上阅读达人评选、创办主题论坛、馆办电子期刊等。在数字图书馆社区实践发展方面，目前国内大多数高校图书馆都在尝试提供社区，但总体上仍处于探索阶段。
根据一些高校图书馆2015年的年终阅读服务数据统计报告，我国高校图书馆开展数字阅读服务的成绩比较显著。从图书馆网站主页访问统计数据看，2015年，复旦大学图书馆主页访问量达407万次，中国人民大学图书馆主页总访问量计505万次，武汉大学图书馆网站主页访问量为771万次。从图书馆的电子资源利用统计数据看，2011-2015年北京大学图书馆电子资源的检索和下载量逐年攀升，2015年全年电子资源检索量达1.8亿次，电子资源下载量达2773万次；2015年上海交通大学图书馆电子期刊全文下载量达1700万篇，电子图书下载量313万册；2015年南京大学图书馆数据库总访问量超过2000万次；2015年武汉大学图书馆电子资源访问总量为409万次，其中中文数据库访问量292万次，外文数据库访问量116万次，不同类型数字资源的访问量占比分别是中文学位论文54%，中文全文电子图书13%，中文电子刊6%，外文学位论文11%，外文全文电子书6%，外文电子刊10%；2015年中国人民大学图书馆最受欢迎的中文数据库包括中国期刊全文数据库（中国知网）、国家标准全文数据库（中国知网）、读秀知识库、中国人民大学学位论文库、中国博士学位论文数据库（中国知网）、国泰安经济金融研究数据库、超星电子图书、万方数据资源系统一数字化期刊全文库、中经网统计数据库、中国优秀硕士学位论文数据库（中国知网），最受欢迎的外文数据库有JSTOR、Web of Science-SCI、Web of Science-SSCI、Elsevier ScienceDirect、EBSCO-Academic Search Premier；2015年上海交通大W图书馆全文下载量排名前100名的外文电子图书中，Springer出版社和约翰・本杰明出版社（John Benjamins Publishing Company）的电子图书所占比例最多，分别为24%和20%；从学科分布来看，人文、艺术类的电子图书占40%，工业技术类占27%，生命科学、医药类占21%，社会科学类占7%，自然科学类占3%，经济、管理类占2%；2015年武汉大学图书馆最受欢迎中文数据库（排名前5位）是中国知网、万方数据知识服务平台、读秀中文学术搜索、维普资讯、中文社会科学引文索引，最受欢迎外文数据库（排名前5位）是Web of Science、ElsevierScienceDirect、EI Engineering Village、Wiley Onlinelibrary、Springer Link。据微博与微信用户统计数据，2015年北京大学图书馆的微博关注人数达2.7万人，微信关注人数达2.3万人；复旦大学图书馆官方微博关注人数新增2031个，总数达2万个；微信关注人数新增9043人，阅读数58万次，转发3.8万次；南京大学图书馆微博关注人数约1.4万人，微信关注人数总数已达2.3万人。
由此可见，目前我国高校图书馆用户已经基本形成通过互联网阅读电子图书与电子期刊、查询数据库的习惯，尤其是电子期刊和数据库，不少用户已经产生依赖。不过，现有的高校图书馆数字阅读服务方式还比较简单，移动服务和社会化服务水平急需提升，数字图书馆社区服务以图书馆资讯为主，数字阅读服务的比例并不高；被动服务居多，主动服务较少，对用户数字阅读需求与行为的研究不够，对数字阅读推广的重视程度相对不足，各高校图书馆之间鲜有协同服务创新举措。
3高校图书馆数字阅读服务展望
尽管我国高校数字图书馆的建设与服务已经取得了一定的成绩，但在技术、内容、用户等因素的协同驱动下，未来高校图书馆的数字阅读服务将会发生更多的变化。2014年美国佛罗里达理工学院开启了一项新的改革，用电子书代替了纸质书，开设了一个全电子图书馆。未来，数字阅读服务在高校图书馆阅读服务中将发挥越来越大的作用。
3.1数字阅读比重继续加大，阅读行为逐渐泛化
在“互联网+”时代，网络向社会的各个角落渗透，以无比强大的力量冲击、改变、吞噬着大众身边的一切，正逐步成为无时不在、无处不在的泛在网络，人与“人”、人与“信息”、人与“服务”等各种关系也将加速重构。“互联网+阅读”将进一步促进数字阅读的发展，在数量上，近年来国内外一系列关于数字阅读的调查报告均显示出数字阅读的快速扩展，未来数字阅读的比例将会进一步提升；在内涵上，越来越多元化的数字内容生产与出版传播技术不断催生立体、融合性的流媒体内容，数字阅读行为会逐渐与视听、体验等融合，成为立体阅读、多维阅读，阅读行为的内涵越来越宽泛。
3.2以年轻用户为重点，兼顾其他用户群
在服务对象上，高校图书馆将以用户迅速增长的数字阅读需求为依据，以年轻的大学生、教职员工用户群体为重点，兼顾校内其他用户群和校外社会用户，开展数字阅读服务。
根据中国互联网络信息中心2016年8月的《中国互联网络发展状况统计报告》，目前我国网民年龄结构以10-39岁为主，占整体的74.7%。根据中国新闻出版研究院的第十三次国民阅读调查数据，我国成年数字化阅读方式接触者中，18～29周岁人群占到38.6%，30～39周岁人群占28.1%，40～49周岁人群占21.1%，50～59周岁人群占9.1%。高校图书馆应重点面向年轻用户群体开展数字阅读服务，同时充分利用数字图书馆平台的便利性，面向有阅读需求却因时间、交通等压力无法到馆的校外用户延伸服务，既扩大了用户群，提高了影响力，也能有效避免高校图书馆面向社会化服务带来的空间不足和用户管理上的难题。
3.3数字阅读服务技术与时俱进
在服务技术手段上，高校图书馆将与时俱进，及时利用新技术，不断改进数字图书馆系统与平台，形成功能更强大的服务矩阵。以互联网和移动互联网为支撑，充分利用云计算技术和多元智能终端，依托大数据、语义挖掘等信息技术等开拓智能化的数字阅读服务。
（1）大力发展、普及移动数字图书馆系统。互联网正在加速向移动互联网迁移，当前我国的移动通信正在普及4G，并逐步向5G迈进；移动互联网用户数迅速增长，根据中国互联网络信息中心（CNNIC）2016年8月的《中国互联网络发展状况统计报告》，截至2016年6月，中国网民规模达7.1亿，互联网普及率为51.7%；手机网民规模达6.56亿，网民中使用手机上网人群占比提升至92.5%。未来的互联网将进一步移动化，直至实现全面的移动互联。在移动互联网的支撑下，高校数字图书馆系统可以实现情境感知的嵌入式服务，面向用户在不同情境下的阅读需求，基于越来越多元的智能移动终端（如智能家居、智能汽车、智能手表、智能眼镜等），实现即时精准的个性化数字阅读服务。
（2）在不断普及数字阅读的同时，高校数字图书馆还将不断提高数字阅读服务的智能化水平。应用数字资源发现与整合技术，将各种分散、异构的数字资源集成到一起，建立数字资源统一检索平台，通过简单易行的操作界面对外，使用户能更便捷地获取各种数字化信息。运用语义信息等技术对数字内容进行智能组织与挖掘，基于大数据、云计算等技术开发数字阅读推荐系统，实现面向用户的精准、个性化的数字阅读推荐服务。
（3）及时应用新兴信息技术，利用3D全息投影、虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Aug-mented Reality，AR）、混合现实（Mix Reality，MR）等现实呈现技术为用户提供各类新型立体阅读服务，利用电子墨水技术、新型屏幕制造技术等模拟并超越纸质阅读，改进用户的数字阅读体验。
3.4数字阅读服务内容逐渐深化和立体
在服务内容上，高校图书馆将在稳定发展纸质文献的基础上，重点发展数字信息资源，既包括传统文献资源的数字化，也包括各种新型数字资源。在内涵上，加强对数字信息资源的组织与挖掘，满足用户深度阅读需求；在形式上，拓展多媒体信息资源，满足用户立体阅读的需求。
（1）数字阅读正在逐步走向深度阅读，高校图书馆可以发挥自身优势，不断推进深度数字阅读服务。艾瑞咨询的《2015中国手机网民微信自媒体阅读情况调研》表明，学习知识、获取资讯、休闲娱乐是微信公众号用户的三个最主要的用途，占比分别为63.1%、53.6%、50.0%。百度与教育部教育管理信息中心l布的《2015中国互联网学习白皮书》显示，2015年有近七成网民使用互联网进行学习。可见，深度数字阅读服务将逐渐成为主流。高校图书馆应顺应潮流，加强数字资源（包括传统文献资源的数字化和各种新型数字信息资源）的建设工作，将购买的商业数据库和自建数据库有机结合起来，加强机构知识库、原生数字资源、开放获取资源的建设，建立特色数据库。中国互联网络信息中心（CNNIC）的报告显示，青少年网民分享意愿、评论意愿、网络依赖程度和对互联网的信任程度均高于总体水平，信任互联网信息的比例达60.1%。高校图书馆可充分利用公共网络信息资源，加强网络信息资源的整合与开发，将其与馆藏数字资源相融合，统一为用户提供数字阅读服务。2015年7月联合国召开了互联网大会，目标是“建设可持续发展的知识社会”，联合国报告指出，世界的大方向要往包容性、可持续的知识社会去发展。《国际图联战略规划（2016-2021）草案》提出，从信息和知识提供、文化遗产传承、自身能力构建等方面着力，加强图书馆在社会中作为信息中心、教育中心、研究中心和文化中心的作用。高校图书馆应加强知识管理，对馆藏数字资源进行深度加工、聚合，满足用户深层次阅读需求。
（2）拓展立体阅读服务。网络环境下，不断创新的数字信息技术突破了技术对内容呈现的阻碍，从文本到图文、音视频等多媒体，甚至3D、VR、AR等，内容表现力越来越强。而媒介的融合发展使数字信息资源逐渐呈现出多媒介（文本、图片、语音、电影、电视、动漫、AR、VR等）、多形态（数据、资料、知识、情报等）信息融合的趋势。高校图书馆应顺应多媒介信息融合的趋势，扩展数字多媒体信息资源，包括有声数字资源、视频数字资源、多维呈现的数字资源等，拓展立体阅读服务。目前视频媒介发展迅速，视频读物的规模越来越大。随着近年来虚拟现实技术的突破，VR读物逐渐崭露头角，将成为图书馆新的采购对象。有声图书自20世纪60年代在美国兴起，80年代以后在美国图书市场逐渐普及，目前在美国、英国、德国等发达国家发展态势较为强劲。进入数字时代，各种屏幕信息让人应接不暇，人们的眼睛不堪重负，需要开发耳朵的“阅读”功能，高校图书馆可以扩展（采购或制作）有声数字资源，发展听读服务，既能解放人的眼睛，又能满足用户在各种运动休闲时间的信息利用需求，延伸高校图书馆的阅读服务。
3.5数字阅读服务策略越来越多元和有效
在服务策略上，高校图书馆将以用户为中心，依托各种数字服务平台和主流服务方式，大力开展融和移动阅读服务、社会化阅读服务、微阅读服务、智能（个性化、精准化）阅读服务、融合服务（多屏融合、新旧媒介融合、虚拟与现实融合）、阅读推广服务等于一体的数字阅读服务，提高高校图书馆数字阅读服务的效果和用户的满意度。
（1）建立以用户为中心的数字阅读服务机制。数字时代，用户获取内容的渠道越来越多元化，面对竞争，高校图书馆将不断强化用户驱动的服务机制，基于数字服务平台，运用数据挖掘等手段，即时跟踪、分析用户的数字阅读需求与行为特征，开展用户自助、个性化、智能化等阅读服务。
（2）移动优先，不断拓展移动阅读服务。随着越来越多的用户从互联网向移动互联网迁移，高校图书馆将逐渐普及移动数字图书馆的建设与服务，利用智能手机、平板电脑、电子阅读器等移动终端为用户提供随时随地的阅读服务。
（3）不断普及社会化阅读服务。2016年4月中国互联网信息中心（CNNIC）的《2015年中国社交应用用户行为研究报告》提出，社交应用成为网民生活中不可缺少的一部分，沟通交流、关注新闻热点及感兴趣内容、获取及分享知识是人们使用社交应用的主要目的。高校图书馆将会充分利用微博、微信、SNS等各种公共的社会化服务平台或自建的用户互动平台，设立图书馆用户服务社区，即时与用户互动，既可为用户提供交流阅读心得、反映阅读需求的平台，又可从中了解用户的阅读动机、读兴趣，有针对性地进行阅读指导，宣传推广、交流分享各种数字阅读精品。
（4）利用微信息服务平台开展微阅读服务。随着微博、微信、微视频等微信息服务平台的崛起，越来越多的知识以碎片形式散布于微信息环境之中，用户直接参与碎片知识的生产与传播，在知识需求、获取、利用及交流等行为方面都发生了深刻的变化，催生和促进了微知识服务的发展。微知识服务具有内容简约、传播直接、用户易于接受等优点，高校图书馆应充分利用各类微信息平台开展微阅读服务，基于用户的需求，推荐优秀电子图书与期刊论文摘要、深度网文等内容。
（5）不断提高数字图书馆的智能化服务水平。随着移动互联网、物联网、大数据、知识组织与挖掘等信息技术的发展，情境感知服务、个性化服务、精准服务等智能化服务不断出现。高校图书馆可以利用移动互联网、物联网等技术开拓馆内外智能感知式阅读服务，提供基于用户所处实时情境的知识服务；可以利用大数据技术对高校图书馆用户需求与行为特征进行挖掘，利用语义网等知识组织技术对数字资源进行重组、聚合，针对不同的用户群开展智能推荐、个性化阅读服务，提高高校数字图书馆服务的精准度和用户的满意度。
（6）不断提高数字阅读一体化服务的水平。集成各种技术支撑的服务方式，积极开展多屏融合服务、新旧媒介融合服务、虚拟与现实融合服务，实现数字阅读一体化服务，优化用户的阅读体验。发挥云计算、云存储和跨屏云服务的优势，在云中集中组织、分发阅读内容，并统一管理用户阅读数据，满足用户在多元终端上不断切换、连续阅读的需求。协同安排线上与线下服务，对数字阅读服务与传统纸质阅读服务进行统筹安排，打通传统阅读用户群和数字阅读用户群，满足用户在线上线下关联阅读的需求。
（7）加强数字阅读推广，从被动服务逐渐转向主动服务。以熟悉数字阅读的年轻馆员和推广经验丰富的骨干馆员为核心，建立专业的数字阅读服务宣传推广队伍。通过搜索引擎优化等技术，引导用户使用高校图书馆数字资源。对馆藏数字资源与互联网上的知识资源进行收集、加工整理、聚合，通过网络推荐书目、网络文摘、网络书评、专题或热点知识推荐和链接等为用户提供知识推荐与导读。利用个性化推送技术，捕捉用户的兴趣爱好，即时将可能引起用户兴趣的内容推送给用户。围绕社会热点需求、主流用户的核心需求，主动开展专题阅读服务，通过送上门等多种手段吸引用户。通过社会化平台与用户互动，举办各种数字阅读推广活动，更好地满足广大用户对数字阅读的需求。发挥高校图书馆的学术资源优势，努力拓展深度数字阅读服务，进行优秀数字读物的导读、解读，引领越来越多的用户养成深度数字阅读的习惯，提高其数字阅读素养。
Abstract： This paper introduced the independent testing application of coronal mass ejections. The coronal mass ejections image data is from LASCO（Large Angle Spectrometric Coronagraph）. The key of this program is to transform Cme into bright ridges by Hough in the （time，height）diagram. Secondly， to mark different Cmes with morphology. This program's output event list similar to the traditional manual directory. It also contains the start time， main angle， angular breadth and speed. Compared with manual operation， the automatic monitoring method can detect the Cmes 24h a day without manual intervention. So this detection method is not only rapid but also objective.
关键词：日冕物质抛射；Hough变换；自动检测
Key words： coronal mass ejections；Hough transform；automatic detection
中图分类号：P182.6+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0207-02
0 引言
早期，对于日冕抛射物质的检测，主要是有经验的科技工作者通过检查连续的日冕观测图像判别是否有Cmes产生，这种方法很准确但是效率很低，而工作量巨大。因此，我们开发了一种软件CACTus（“Computer Aided CME Tracking”）用于检测日冕图像的日冕物质抛射。Berghmans et al. （2002a，b）[1]介绍了早期的CACTus软件包。本论文主要介绍对CACTus的改进机制。这个方法包含了两个步骤①图像处理，②特征提取。第二部分主要介绍的是图像预处理模块，该模块融合了c2和c3图像，提高了Cme（coronal mass ejections）之间的对比度。将c2与c3图像进行合并并经证明较之早期版本是比较优良的改进操作，在此操作中应注意不同的时空分辨率。第三部分是主要介绍图像识别模块。由于靠近c3日冕最边缘的信噪比变得很低，所以此部分最难的部分是Cme运动提取。因此，Cme信号提取后，该模块使用聚类和形态学闭运算将这些日冕物质区分开来。第四部分主要是人工检测Cmes方法和自动检测Cmes方法对比分析。
1 图像处理模块
初始的Lasco图像（在http：//sohonascom.nasa.gov可以看近期图像）包括准静态k冕流结构和一些缓慢移动的恒星，行星和彗星，F冕，还有一些仪器发散的杂光，因此不适合日冕物质抛射的检测。此外，由于Cme间的对比度降低，视场边缘处噪声急剧增加，Cme很难被检测出。日冕图像有很高的空间分辨率，远远超出了我们检测日冕物质对图像的需要。一个典型的日冕在亮度上有很微弱的变化，只能从某些时刻图像中看到。基于这些原因，我们需要识别出在大量数据中呈现出亮度变化的微弱的信号。如果对1024*1024的图像直接使用图像识别模块会导致非常大的计算工作。为了避免以上情况，使用图像处理模块重新格式化初始图像：
①读入从LASCO C2和C3得到的LEVEL 0.5图像，使用曝光时光标准化并且移除明亮的点状源（行星或恒星，宇宙射线撞击产生的）。
②将图像从直角坐标（x，y）转换到极坐标 （θ， r）。将（x，y）下的1024*1024图像转换为182*34的c2（θ， r） FOV和180*197的c3（θ，r）FOV。2003年的研究表明这种低分辨率图像适合CACTus区分Cme的种类，并且增加了信噪比，显著加速了程序运行效率。
③对于Cme通道中的每一个极坐标[θ， r]下的像素值都有一个正的偏差值。Cme的对比通常是用ΔB/Bbg。ΔB是指日冕中亮度差的最大值，Bbg指的是背景亮度。Sime和Hundhausen （1987）[2]指出ΔB/Bbg变化范围为百分之几。跟以往不同的是，改进程序不再使用一张背景图片，这里使用差分图像并且逐像素的将差分图像的尺寸扩大到原始图片的大小。最终求得某个像素强度Bt的值是：
事实上ΔB是δB/δt（因为图像没必要要求等时间间隔）我们不使用背景图片，而使用差分图像，这个过程输出的是[θ，r，t]，这个结果比之前输入的要小很多。并且其中很多非Cme信号被去除或强烈地衰减。
2 图像识别模块
为了应用特征识别技术检测日冕物质抛射，我们需要清楚地了解Cme的定义。Hundhausen et al.[3，4] （1984； Munro et al. 1979）给出了Cme的定义，指出日冕结构在几分钟或者几小时的明显变化，在日冕仪图像中呈现的一种新的，离散的，明亮的白光。现在我们稍微改一下这个定义，日冕是指是一种日冕仪器拍摄的新产生的，离散的，明亮的有着径向向外速度（Schwenn 1995）[5]的白光。
实验证明图像分割技术不能用在自动检测每个日冕图像的日冕的位置和范围方面。Cme表面上的多变性使得不容易识别出它们的范围，特别是它们的尾部边缘，而且很容易和其他的日冕抛射融合在一起。因此，我们不在极坐标图像检测Cme，而是着眼于[θ，r，t] 数据立方体中θ对应的[t，r]切片。如果角度为θ的[t，r]切片穿过Cme，则会在t，r]切片中看到明亮的脊线。1999年sheeley et al首次在[t，r]切片中检测Cmes。 [t，r]切片和Cmes脊线都在预处理模块处理的图像中，这样的话图像就有了更好的对比度并且包含了低噪声。
使用[t，r]切片的好处在于所有的Cmes看起来是一样的，甚至亮度较弱的Cme也能清晰显示出来，而且斜脊线的检测自然满足上述指定径向向外移动特性的必要条件，最令人兴奋的是，Cme的运动速度可以从Cme的倾角中得到。
Hough变换在1997年被用于在噪声中检测出直线，在1999年被用于LASCO/c2图像中检测极羽。每条在[t，r]霍夫空间的直线可以通过两个变量t0和Δt参数化表示。RMIN和RMAX对应的边缘视场在径向方向。Δt为CME花费在视场中的时间。描述这条直线的方程：
修正的霍夫变换线性拟合是在[t0，Δt]平面（所谓的累加器空间）的一个点与该强度的沿着相应的积分线中的原始图像。然后（t0，Δt）空间局部最大值在原始的的图像中呈现出不同的直线。这里使用修正的霍夫变换拟合（t，r）切片。在这一步骤中，把时间间距不等的图片也考虑进去，如果图像的时间间距是相等的，脊线就看起来像一条直线。在变换空间中，使用信号滤波器，选出一些重要的信号。（t，r）切片中每一个角度为θR的脊R可以用起始时间 tR，速度vR（～Δ1t）和亮度IR来表示。我们可以通过让每一个脊线[vR，θR，tR]=IR，建立一个数据立方体[VR，θR，TR]=IR。
由于Cme是个大尺度的结构，每个角度对应的起始时间和速度只是很小的变化。这就意味着[θ，r，t]数据立方体中的Cme可以用数据点的密集群表示。检测Cmes的问题就转化为在3维散布图中识别集群。我们仅仅沿着速度方向集成[v，θ，t]立方体，并且将[θ，t]Cme概观图中集群的位置确定为Cme发生的时间和跨越角度。在论文的算法中我使用一些阈值来限制假的Cme的数量。
3 对比分析
实验表明，根据日冕图像序列自动监测Cmes是可行的，主要是估计日冕抛射物质的起始时间、主角、角的宽度、速度并且像人工监测日冕物质抛射一样得到一个日冕目录。当前版本的程序在实时且几乎相同的起始时间和主要角的基础上，几乎恢复目录中的所有的Cmes。CACTus发现了的Cmes的个数将近是人工检测目录中Cmes个数的3倍。CACTus目录中包含了一些变化比较弱的Cmes，而这些在人工检测中被当作“gusty outflow”而检测不到。虽然如此，人工检测的Cmes也符合第三部分给出的Cme的定义。在某些情况下，CACTus去除了目录中一些不重要的Cme，只留下了一些重要的Cme。当分析大量的Cme数据时，前面的有关于Cme的统计可以起着重要的参考作用。人工目录也不是100%正确，因为CACTus确实发现了一些目录中没有的确定的Cmes。
4 结论
较之前的人工检测方法，CACTus有许多优势。但CACTus并不是完美无缺的，一些改进工作也正在进行，例如：Cme加速度的确定等。该程序应用于空间天气预测方面，不仅Cme的速度而且它的强度和质量都是一些重要参数。CACTus软件的输出结果可以被当作一些自动实时程序的输入数据，而用于每天的天气预报。
参考文献：
[1]Berghmans， D. 2002b， ESA SP-506， 85.
[2]Sime， D. G.， & Hundhausen， A. J. 1987， JGR， 92， 1049.
[3]Hundhausen， A. J. 1993， JGR， 98， 177.
