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人工智能技術概要范文1
摘要：“智能超媒體網絡教學系統”是使用快速自然語言處理系統、概念提取和排序、個性化信息歸檔、管理和標簽管理等新一代網絡和人工智能技術的教學系統。本文主要討論在向大學本科學生提供緊跟國際前沿技術發展的“智能超媒體網絡教學系統”(工程實訓和畢業設計平臺)的基礎上，創造一種全新的課程教學模式。該項目研究為西安交通大學城市學院第一輪科學研究課題，已取得階段性研究成果并開始實際應用。
關鍵詞：數字媒體；超媒體；網絡；教學系統
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
1項目目標
按照高等院校的學生實際學習狀況以及日益嚴酷的就業市場前景，試圖以計算機網絡課程教學中已初步進行的一些課程教學模式的改革為基礎，提出設立“智能超媒體網絡教學系統”，加強學生實踐能力和創新培養，以進行本科院校課程教學模式的改革和探索。
主要目標是在向學生提供緊跟國際前沿技術發展的“智能超媒體網絡教學系統”的基礎上，創造一種全新的課程教學模式。
為解決日益嚴重的信息超載問題，使用全新的 “Web-based教學”在線教學模式和高級人工智能軟件，向學生介紹和組織互聯網上感興趣的資料，讓學生更快地找到想要的信息，并且從大量的數據中，發現對個人來說重要的信息。
項目以培養大學生創新能力和實踐能力為重點，通過使用網絡教學和輔助教學系統，增強自主學習的興趣，學會工程化的設計方法。在實際工程設計練習的同時，也可使學生應聘時展現本人技術實力和工作經驗，為就業創造良好的機會。
課程改革增加專門的工程設計的實訓課程，將學生置入與實際工作環境類似的工程設計團隊，以模擬招投標項目環境為背景，自主選擇課題，進行職務角色分工，在教師指導下，參考預置的類約1000M實際項目資料以及人工智能設計工具和個性化智能數據庫查詢系統隨時收集的最新資料，按標準化，規范化的實際工作流程，進行項目調研，用戶系統分析，技術方案設計，最后形成可實際用于工程實施的完整技術解決方案，設備與工程預算，招投標文件，項目實施演示PPT文檔等。
2解決的主要問題
需要解決的主要是大學生創新能力、實踐能力和可持續發展能力的培養。
(1) 構造一種智能化、全球化的網絡教學平臺――“智能超媒體網絡教學系統”。
(2) 使用上述系統，學生可以在學院內完成高水平的項目實訓和畢業設計。
(3) 學生可了解和親手實踐了解國際最新的超媒體技術和產品知識。
(4) 學生可在建成的輔助教學系統平臺上完成全部系統設計，為考取國際認可的工程師認證打下堅實基礎，促進學生就業。
(5) 學生可完成完整的技術解決方案，招投標文件，在學生應聘時展現本人技術實力和工作經驗，為學生就業創造良好的機會。
3項目研究在國內外同一領域的現狀與趨勢分析
3.1現狀
在知識經濟的新形勢下，一種全新的教學模式“Web-based教學”已經在逐漸開始興起并不斷的發展壯大，然而目前國內的網絡教學和輔助教學系統只是使用了Web-based教學的形式，仍然算不上真正意義上的網絡教學，不能脫離傳統的教學模式自建一個完善的教學系統，只能算是傳統教育模式的一種補充。
基于這種情況，本課題組開始進行“超媒體網絡教學”課程教學模式的改革探索。通過近一學期的前期實驗，已經取得相應預期教學效果。
已參加實訓的三個班級200多名同學共組成28個團隊小組，分別模擬了28個公司，以西安交通大學城市學院北郊新校區為工程設計環境，參與了學院校園網，校園無線局域網，學院數據網絡中心，校園網通信平臺，行政樓網絡集成，辦公自動化系統，數字化圖書館管理系統，數字校園智能監控網絡，內網安全解決方案，大學視訊系統等項目的計算機網絡工程設計。
所有團隊均按預定教學計劃在規定時間內完成了項目立項報告、全套招標文件、全套投標文件(包括概要設計，草圖，設備清單，信息點統計表，技術方案詳細設計與技術方案圖紙，設備報價清單，投標技術方案，投標評審會演示PPT等文檔)，并最后參加模擬投標會議和方案優選匯報會。
3.2趨勢
目前，國內外教育界已開始研究真正意義上的網絡教學和輔助教學系統。主要趨向是向智能化、全球化的網絡教學方向發展。
國外較早就有人研究具有智能性的計算機輔助教學系統。近年來，有人提出了智能超媒體教學系統的要領，就是將人工智能技術與超媒體的信息組織、管理方式結合在一起而形成的智能型信息處理技術。
在智能超媒體教學系統中，可以利用超媒體提供的友好界面來激發學生的學習興趣和學習動機，同時還可以利用超媒體向學生提供圖文聲像并茂的解釋信息；而超媒體模塊則可利用知識推理技術實現教學內容和教學策略的適應性控制，對學生進行有針對性的指導。當前，智能超媒體教學系統的研制和開發已成為網絡教學應用領域中的一個重要的前沿課題。
4項目研究的重點
4.1課程教學模式的創新和發展
對在實訓中將學生作為模擬企業的員工，嚴格按企業化模式進行管理，通過課程實訓，完成貼近實際應用的工程化網絡系統設計，以取得實踐經驗的教學模式進行重點研究，并盡可能開發出更新的課程教學模式。
4.2智能超媒體教學系統核心技術的理論研究
進行核心專利技術研究；算法研究及技術框架設計；軟件總體規劃及詳細設計。
4.3智能超媒體教學系統軟件開發和應用研究
進行驗證及軟件程序編碼；進一步進行超媒體課程應用研究；同時考慮研究將系統平臺應用于其它學科的教學模式改革。
5項目研究的創新點
(1) 在課程教學過程中結合實訓和畢業設計，使用模擬公司工作崗位和招投標場景對學生進行工程化訓練。
(2) 教學系統核心使用“主題聚類發現引擎”技術。按用戶提出的個性化需求進行主題發掘，人工智能知識排序，重要信息推薦并提供分析圖形顯示的主題內容發現與聚合的優化搜索引擎。
(3) 在系統內部數據庫提供1000M實際項目資料(包括招投標文件范本，工程實例，技術方案范本，設備產品，工程預算范本，PPT演示文檔范本，日報-周報范本等分類數據庫)以及相關人工智能設計工具和個性化智能數據庫查詢系統。網上搜索和用戶PC機上的信息搜索集成一體。
(4) 向全球化的網絡教學方向發展，使用語意分析，自主學習，及WEB 2.0環境中的信息挖掘和超前數據庫處理技術，將最適合每個用戶的需求的相關信息情報資料進行人工智能處理后即時推送給用戶，主要解決了用戶在網絡時代被超量信息所淹沒，無法在最短的時間內檢索查詢到自己所關心的相關信息的問題。
6項目研究的方案設計
6.1研究思路和技術方法
在項目研究上采取的研究思路和技術方法是：
(1) 使用WEB數據庫、中間件和網站設計工具等構造三層架構的網絡應用系統。
(2) 使用先進的搜索引擎和信息獲取技術取得大量實訓和畢業設計所需要的基礎資料。
(3) 使用人工智能海量信息分析及提取技術進行個性化搜索及計算機輔助設計。
(4) 在網絡化的基礎上提供人工智能實訓和畢業設計工具和個性化智能數據庫查詢。
6.2研究階段
第1階段：智能超媒體教學系統核心技術的理論研究；
第2階段：軟件總體規劃及詳細設計；程序編碼；
第3階段：課程教學模式的創新研究；教學系統驗證試驗；
第4階段：智能超媒體教學系統應用研究。
6.3技術方法和路線
(1) 技術目標
研究開發個性化RSS主題聚類發現搜索引擎產品，進而形成一種按用戶提出的個性化需求進行主題發掘，人工智能知識排序，重要信息推薦并提供分析圖形顯示的主題內容發現與聚合的優化搜索引擎產品。
(2) 技術內容
主題聚類發現引擎是一種按用戶提出的個性化需求進行主題發掘，人工智能知識排序，重要信息推薦并提供分析圖形顯示的主題內容發現與聚合的優化搜索引擎。
主要解決了用戶在網絡時代被超量信息所淹沒，無法在最短的時間內檢索查詢到自己所關心的相關信息的問題。大約可增加搜索查詢速度幾十到一百倍，并引導用戶找到最適合自己的信息。
主題聚類發現引擎的技術核心可以按不同技術層面裝入網站服務器，企業服務器，個人計算機形成以下不同用途的產品：
(1) 學校大型Web2.0環境網站RSS主題聚類發現搜索引擎
(2) 院系專用數據處理及信息挖掘優化搜索引擎
(3) 學生個人用戶個性化專用信息挖掘優化搜索引擎。
(4) 設備價格比價搜索網絡門戶(可應用于計算機，電信，電子等不同領域)
6.4技術方法和路線
使用語意分析，自主學習，及WEB 2.0環境中的信息挖掘和超前數據庫處理技術，將最適合每個用戶的需求的相關信息情報資料進行人工智能處理后即時推送給用戶。
部分技術方法摘要描述圖示如下：
圖1顯示了本項目高級檢索程序的實現。
圖2顯示文件組織系統的實現。
圖3顯示智能助理個體的實現和用知識庫來發現和確認聯想的例子。
智能檢索挖掘系統運行于最終用戶PC機上，包括Web server部分。系統采用類似B/S架構。利用IE插件開發技術，截取用戶發送的Web請求信息，并由插件發送到Web server，由Web server實現相應的功能，最后通過分析提取處理相關信息，返回IE插件進行顯示。Web server采用 + Apace進行開發。
7理論及實踐意義
本項目的實施主要是為了進行“計算機網絡”課程學科教育的教學改革研究與實踐；其目的是全面推進素質教育，重點培養大學生創新能力、實踐能力、創業能力、就業能力和可持續發展能力。
其主要意義是：
(1) 計算機網絡課程是計算機專業，信息管理專業，電信專業的骨干專業課程，建設實訓和畢業設計的智能超媒體輔助教學系統對促進教學和學科建設有重要意義。
(2) 實訓和畢業設計輔助教學系統可在學生進行課程實訓和畢業設計時提供人工智能設計工具和個性化智能數據庫查詢，以便學生完成高質量的畢業設計，同時通過課程實訓完成貼近實際應用的工程化網絡系統設計，取得實踐經驗，為就業作好充分準備。
(3) 技術先進的實訓和畢業設計智能超媒體輔助教學系統可提供學習現代計算機網絡技術的良好平臺，增進教師學識水平，同時促進了教學水平的提高。
8推廣價值
(1) 項目中涉及的學科教學模式改革研究成果可在有相似應用需求的本科院校，高職高專推廣應用。
(2) 智能超媒體教學系統軟件可以在相似的計算機專業，電信，信息管理，電力，能源，機械制造以及各類工科專業推廣應用。
(3) 教學系統核心使用的“主題聚類發現引擎”技術可以按不同技術層面裝入網絡服務器或個人計算機形成以下不同產品，如企業專用數據處理及信息挖掘優化系統，個人用戶個性化專用信息挖掘優化軟件。
參考文獻：
人工智能技術概要范文2
機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。
關鍵詞
機電一體化技術現狀產品制造技術發展趨勢
0．緒論
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
1．機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2．機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀70~80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；②機電一體化技術和產品得到了極大發展；③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。
20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3．機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：
3.1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
3.2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規?；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。
3.3網絡化
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computerintegratedappliancesystem,CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。
3.4微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3.6系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
4．結語
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。
5．參考文獻
1.李建勇．機電一體化技術．北京：科學出版社，2004．
2.李運華．機電控制．北京：北京航空航天大學出版社，2003．
3.高鐘毓．機電控制工程．北京：清華大學出版社，2002．
人工智能技術概要范文3
關鍵詞：先進制造技術 RPM技術 現代設計技術
中圖分類號：TU741 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0105-02
機械系統設計及制造技術是把機器看作具有特定功能的、相互間存在有機聯系的統一體。機械系統設計從系統的觀點來進行機器的設計，并從使用效果為終結點來制造，將會有利于機器設計及制造的創新性、多樣化和綜合最優化。
先進制造技術，簡稱AMT，即Advanced Manufacturing Technology，是美國于80年代提出。當時，各國制造業面臨復雜多變的外部環境，傳統的制造技術變得越來越不適應快速變化的環境，先進的制造技術，尤其是計算機技術和信息技術在制造業中廣泛應用，美國根據本國制造業的挑戰與機遇，為了加強其制造業的競爭能力和促進國民經濟增長提出先進制造技術這一專有名詞，一經提出，立即獲得歐洲各國、日本及亞洲新興工業化國家的響應。
先進制造技術是制造業不斷吸收機械、電子、信息（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、能源及現代化系統管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。
對先進制造技術的研究可分為四大領域，分別是：現代設計技術，先進制造工藝，自動化技術，系統管理技術。
現代設計技術是根據產品功能要求和市場競爭（時間、質量、價格等）的需要，應用現代技術科學知識，經過設計人員創造性思維、規劃和決策，制定可以用于制造的方案，并使方案付諸實施的技術?，F代設計技術使產品設計建立在科學工作者的基礎上。隨著科學工作者技術落后的不斷發展，其設計范疇也不斷地擴大，從單純的產品設計擴展到全壽命周期設計，包括考慮環境因素的綠色設計；在設計的組織方式上，從傳統的順序設計方式過渡到并行設計方式；在設計手段上，從傳統的手工設計向現代化計算機輔助設計過渡。
先進制造工藝技術是先進制造技術的核心和基礎。它是機械制造工藝不斷變化和發展后所形成的制造工藝技術，包括了常規工藝經優化后的工藝，以及不斷出現和發展的新型加工方法。其主要技術體系由先進成形加工技術、表面工程技術等技術構成及先進制造加工技術。在此重點提一下快速原型制造技術。快速原型/零件制造（Rapid Prototype/Part Manufacturing，簡稱RPM）技術是20世紀后期起源于美國，并很快發展起來的一種先進制造技術，RPM技術是近20年來制造技術領域的一次重大突破。RPM技術是綜合利用CAD技術、數控技術、材料科學、機械工程、電子技術及激光技術的技術集成以實現從零件設計到三維實體原型制造一體化的系統技術。RPM技術采用（軟件）離散/（材料）堆積的原理而制造零件通過離散獲得堆積的順序、路徑、限制和方式，通過堆積材料“疊加”起來形成三維實體。離散/堆積的工作過程由CAD模型開始，先將CAD模型離散化，沿某一方向（常取Z向）切成許多層面，即分層（屬信息處理過程），然后在分層信息控制下順序加工各片層并層層結合，堆積出三維零件，該零件作為CAD模型的物理體現與之對應，此為物理過程。RPM技術中，物理堆積過程具體是通過采用粘結、熔結、聚合作用或化學反應等手段，逐層可選擇地固化樹脂、切割薄片、燒結粉末、材料熔覆或材料噴灑等方式來實現的，從而快速堆積制作出所要求形狀的零件（或模型）。各種RPM技術的過程流都包括CAD模型建立、前處理（如生成STL文件格式，將模型分層切片）、快速原型過程（原型制作）和后處理（如去除支架、清理表面、固化處理）等四個步驟?？焖俪尚卧砣纾▓D1）示所示。
RPM技術的內涵即其成形機理和工藝控制與傳統成形方式有很大差別，主要表現在：RPM不是使用一般意義上的模具或刀具，而是利用光、熱、電等物理手段（其中激光是經常應用的）實現材料的轉移與堆積；原型是通過堆積不斷增大，其力學性能不但取決于成形材料本身，而且與成形中所施加的能量大小及施加方式有密切關系；在成形工藝控制方面，需要對多個坐標進行精確的動態控制。能量在成形物理過程中是一個極為關鍵因素，在以往的去除成形（切削磨削加工）和受迫成形（鑄造鍛壓）中，能量是被動地供給的，一般無須對加工能量進行精確的預測與控制，而在離散/堆積類型的RPM中，單元體（分層體）制造中能量是主動地供給的，需要準確地預測與控制，對成形中的能量形式、強度、分布、供給方式以及變化等進行有效的控制，從而經由單元體的制造而完成成形。
目前，國外有幾種典型和較成熟的商品化RPM技術，如光固化立體成形，疊層實體制造，選擇性激光燒結，熔融沉積成形，三維印刷工藝等。
快速成型技術即可用于產品的概念設計、功能測試等方面，又可直接用于工件設計、模具設計和制造等領域，RPM技術在汽車、電子、家電、醫療、航空航天、工藝品制作以及玩具等行業有著廣泛的應用?？焖俪尚图夹g應用于產品加工時不用刀具，不需要前期投入專門安裝，在逆向工程（Reverse Engineering）中有著廣泛的應用?？焖俪尚椭圃旒夹g可實現低成本、高生產率和短周期的生產特點。從設計和工藝的角度出發可以設計形狀復雜的零件，無需受時間、成本、可制造性方面的限制。
RPM技術系統的設計過程是一個創造性過程，同時也是一個不斷完善的反復過程。進行系統設計時必須遵循兩個基本原則。
（1）目標集中原則：在一個時間階段內思考和解決的問題不能太多，否則會干擾主要問題的解決。
（2）滿足目標原則：要求所設計出的新系統能滿足系統的目標要求，使所設計的系統達到預期的目的。
（圖2）為系統設計步驟的框圖，表示了系統設計的概要內容。
在系統設計完成之后，對于結構和內容比較復雜的系統，為了進一步確定它的可信程度，往往采用系統仿真技術，對系統的各組成結構的性質及其相互關系建立具有一定邏輯關系和數學性質的仿真模型，根據仿真模型對系統進行定量分析，以獲得鑒定所需的信息。
制造自動化技術是先進制造技術的重要組成部分，主要是指制造系統開放式智能體系結構優化與調度理論、生產過程和設備自動化技術以及產品研究與開發過程自動化技術等。它包括數控技術、工業機器人、柔性制造系統、計算機集成制造系統、傳感技術、自動檢測及信號識別技術、過程設備工況監測與控制等。系統管理技術包括先進制造生產模式、集成管理技術、生產組織方法等。
隨著機械制造技術的不斷深入發展，將會越來越多的融入更高的人工智能技術，這需要我們機械制造從業者和研究者投入更多的心血和精力。
結語
先進制造技術對于機械制造來說是一種革命，這種變革所帶來的效果是非常巨大的，比如，應用了先進制造技術可以使普通機床成為數控機床乃至加工中心；但先進制造技術還需充分利用計算機技術、傳感技術和可控驅動元件特性，以實現機械系統的現代化、智能化和自動化。
參考文獻
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[2] 王先逵.機械制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，2011.
人工智能技術概要范文4
1.1虛擬現實技術定義
虛擬現實可以被劃分為綜合性的集成技術,它包含有計算機的圖形技術,顯示技術,人與機器交互的技術,傳感技術還有人工智能技術,它的覆蓋面非常廣泛,以網絡技術為基礎,可以將它看成為一種技術性較高模擬的系統[1]。我們從狹義角度審視,虛擬現實技術的定義是:結合網絡技術給人一種仿佛身臨其境的感覺,讓使用者通過特殊渠道對這種虛擬設計進行體驗,并且在這個視聽過程當中可以隨心暢享、自由進行交流互動。打個比方,使用者在移動過程中,網絡連接輔助設備能夠對使用者的位移進行感應,通過一系列運算,用3D影像傳輸到使用者所用設備上面,從而達到讓使用者真實對設計環境有所感受的目的。我們再來從廣義角度看,虛擬現實技術的定義是:世上有關聯的環境或者事物,通過物理意義亦或是功能意義方式存在,用實際操作能夠實現亦或是沒有辦法實現,比如像賽伯空間[2]。
1.2虛擬現實技術構成與分類
一般科技技術都有軟件與硬件兩個部分,在這當中的硬件技術包含有計算機或其他一些基礎的設備。對于現如今計算機輸入與輸出設備當中,視覺與聽覺設備發展的相對比較成熟,但是有關于嗅覺與味覺硬件設備還需要進一步進行完善。我們結合虛擬現實技術運用特點,把虛擬現實技術劃分成二維模型的虛擬方式還有全景圖式的虛擬方式。再由交互程度與浸入方式可以把虛擬現實技術劃分成分布式VR系統,疊加式VR系統,沉浸式VR系統還有桌面式VR系統。這些虛擬系統當中,因為桌面式的虛擬系統用不到依靠大規模服務器與處理器,所以制作的成本相對低廉,只需要通過個人網絡便能夠做到二維虛擬的空間場景設計。
2淺析虛擬現實技術在建筑景觀設計中的應用
2.1結合虛擬現實技術為建筑景觀設計工作流程做鋪墊
建筑景觀設計過程當中,虛擬現實技術我們可以把它大致劃分為三個流程。首先對建筑景觀平面圖的繪制,結合CAD這些軟件技術對建筑景觀平面布局的繪制與處理進行構思。其次用已完成平面圖作為前提,對相關數據進行收集與調查,再把構思好場景模型放到平面圖上面,這其中的場景模型我們把它分成水位模型,建筑模型,綠化模型,道路模型等等。在做模型構建的時候,要收集大量圖片,并結合紋理填圖方式,進一步對虛擬場景真實效果進行增強[3]。因為虛擬場景構建過程當中要通過渲染達到增加它真實度的效果,所以對虛擬的建筑景觀進行構建的同一時間也應當對模型的數據量做某種程度的控制,假使較額定數據有所超出再做一下優化處理。再次將平臺視為前提做景觀建筑合成工作。最近幾年時間網絡技術飛速發展的大前提下,虛擬現實技術在實現方法上面也進行了升遷,比如像VRMI、JAVA3D、VRMAP、CUTF3D、VRP等,每種方法具備自身獨特優勢,在這當中VRP與VRMAP是現今比較流行虛擬現實技術軟件,被用在石油化工,遙感測繪,數字城市,地質監測等各行各業。
2.2結合虛擬現實技術為建筑景觀設計主義事項做鋪墊
一個基本VR模型要包含模型歸類,尺寸,命名,紋理格式,紋理尺寸,場景單位,節點編輯,紋理等這些內容也應當一一遵循虛擬現實技術制作規范。虛擬現實技術構建過程當中,模型文件的制作規范、面數精簡與歸類清晰是提升程序控制在管理效率方面關鍵性因素。虛擬現實技術在建模過程當中應當著重注意下面幾個方面:首先,尺寸及比例。對模型進行構建之前需要對模型尺寸及比例進行確定,使用單位一般是mm。場景內的單體制作要依照CAD圖做CAD建模處理,沒有CAD圖做參照的時候,可以將符合常理照片、有關聯的物體尺寸或是一些視頻作為參照,進一步對模型進行構建。其次,貼圖及材質。建模依照材質標準我們將其劃分成兩類:一類為標準材質,另一類是多維材質。前期準備要把max進行合理設置,為了避免map當中Glossiness與SpecularLeve屬性調節時遇到麻煩。把Diffuse與Ambient默認成灰色,當中SelfIllumination設置成二十到三百子材質,并且子材料ID應全部成可連續的狀態。
3結語
人工智能技術概要范文5
論文摘要:介紹一種新型的教育模式:移動教育，分析了移動教育的實現模式及發展現狀，并對移動教育的特點及其存在的一些問題進行了探討。
1移動教育概述
所謂移動教育(M obile Education)是指以國際互聯網和教學服務器為主要載體，以移動臺和移動教育網為連接用戶和互連網的主要媒介，運用目前比較成熟的通信技術、網絡技術以及多媒體技術，通過目前使用較為普遍的無線設備(如手機、PDA、筆記本電腦等)，為各類用戶提供靈活方便的交互式教學和學習支持服務。與傳統教育相比較，它最大的優勢是能夠突破時間、空間和地域的限制。
移動教育系統主要由4個部分組成:國際互聯網、移動教育網、移動臺和教學服務器。其網絡結構如圖1所示。
(1)移動教育網。該網絡是整個移動網絡的一部分，由多個基站組成，用來發射或接收來自移動臺以及互聯網的信息，并通過空中接口將移動臺與互聯網實現無縫連接。
(2)移動臺。移動臺指移動設備，現階段主要指第三代移動設備，如第3代手機等。第3代手機是國際電信聯盟(ITU)對符合“IM T-2000”標準的數字手機的總稱，其通信硬件完成信號的接收以及協議識別，SIM卡是保存用戶的標志。與第2代手機相比，它的內置操作系統更具有開放性，并在一定程度上可以擴充軟件。目前，日本研發的第三代手機不僅可以收發短信、電子郵件、拍照并將照片傳送到世界各地，還可以上網查閱資料、欣賞電視節目、看體育比賽實況或觀賞電影等，基本具備了個人電腦的所有功能。
(3)W ap網關。它是一個位于互聯網和移動網絡的中間件。當我們向互聯網發出一個請求時，它把我們的“W ap”請求轉化為“W eb”請求。相應地，當收到互聯網的回應時，W ap網關也把從互聯網上傳來的“W eb”請求轉換為“W ap”請求。當今的網頁大都是用H tm l寫的，但對移動電話而言就顯得太復雜了，而且速度較慢。移動電話能訪問的網頁都是用W M L(W ireless M arkup Language)寫的。W ap網關能將H TM L語言轉化為手機能識別的W M L語言。
總之，一個移動教育系統，不僅能提供移動互聯網、移動資源庫，還能在學校的教育平臺上組織數據資源，建立各種數據庫，也能提供移動的討論區和BBS等多種服務，能在不受時空、地域限制的情況下，最大限度地使學生獲取有效而豐富的資源。
2移動教育的實現模式
2.1基于短消息的移動教育
第二代移動通信網GSM、GPRS除了提供語音服務外，還能提供面向字符的短消息服務(ShortM essageService)。SM S占用通道的時間短、費用小，可使得兩個移動用戶方便地進行點對點通信。由于互聯網具有豐富的資源，目前眾多的短消息服務廠商幾乎都與國際互聯網相結合，并形成統一的短消息服務網絡。通過短消息既可以在用戶間實現有限字符的通信，也可以實現用戶與互聯網服務器之間的有限字符傳送。利用這一特點可實現用戶通過無線移動網絡與互聯網之間的通信，進而實現對移動服務器的訪問，通過這種方式可以實現一定的教育功能，見圖2。以教育服務器為例，其短消息服務可以實現如下功能:
(1)學校的教務管理和處理功能。如學校對教師的教學活動通知;教師對學生的教學活動通知;學生對考試分數的查詢;學生選課信息的發送和提交。同時共享諸如網址、學術報告的概要和邀請函等。
(2)學生對教師進行提問功能。在達到一定問題量后，系統通知教師對學生的問題進行瀏覽以及答疑;學生也在數據庫資源中瀏覽各類信息和知識。
(3)在面向學生的學習特征和學習風格的調查后，由學生個人在某些學習支持服務機構定制學習策略服務。
(4)學校對學生的指導和評價服務。
2.2基于連接的移動教育
一般來說，SM S服務提供面向字符的傳輸，其數據的通信是間斷的、非實時連接的，因而這種通信方式并不能實現對網站的瀏覽，也不能實現多媒體資源的傳輸和顯示(像視頻，音頻)。但隨著以W CDM A、CDM A2000和TD-SCDM A 3種主流3G技術的推出，以及通信芯片和DSP(DigitalSig-nalProcessor)性能的提高，面向瀏覽器的移動設備將會很快得到推廣。目前很多手機廠商正在或已經開發能支持瀏覽器的高檔手機，如W AP手機、Im ode手機、GPRS手機等都將支持瀏覽器。以第三代移動設備(手機、PDA、手提電腦等)為主的移動教育在方便性以及服務質量上都將會發生空前變化。但是，教育平臺從微機到手機的轉變也會帶來一系列的問題:如微機軟件是基于微機屏幕的，因而在移植到手機上時，都要對于顯示程序進行適當的修改等等。
3移動教育的發展趨勢和研究現狀
美國加州大學伯克利分校(Berkley)于2000年針對一些中學生做了使用手機的教育實驗，討論了在虛擬大學中的移動應用。實驗結果表明，移動教育對于培養學生的創新思維有很大的幫助。
英國Ultrallab實驗室于2001年開始進行M-Learning項目。該項目主要是為了解決3個存在于歐洲的年輕人的社會和教育問題:文盲問題、缺少繼續教育問題以及由于缺少信息技術而導致的不公平問題。
M-Learning項目起始于2002年7月1日，已經于2004年12月31日結項。目的是探究如何利用先進的移動技術開展基于問題的非正式學習和工作中學習的方法。2001年12月，我國教育部就移動教育開始正式的立項研究。2002年6月，北京大學建成國內首個校園無線局域網。2003年，國內新浪、網易、搜狐等知名網站開始向移動用戶提供手機短信息或W AP方式的外語學習收費輔導服務。
4移動教育的特點及其存在的問題
4.1移動教育的特點
(1)學習的移動性。從某方面來說，移動教育可以讓學習者自由地選擇學習地點和學習時間，它突破了傳統教育在空間和時間上的局限性，使學生學習的機會大大提高，而且變得更便捷，與此同時，教育的成本被降低，老師的工作重心開始由講授者轉移為引導者。
(2)學習的自主化。移動教育可以很好地構建基于問題的學習環境。傳統教育強調教師的支持作用，但它的一個重要缺陷是其教學效果很大程度上依賴教師個人的素質和能動性。而移動教育以學生為核心，讓學生從實際需要出發，自己基于問題主動去掌握，從而能極大地激發學生的興趣和好奇心?；趩栴}的學習，即通過一系列實際問題來應用知識和技能，從而達到建構經驗的目的。一般來說，基于問題的學習環境能增強學生的學習動機，開發學生批判性思維技能并能加深學生對重大問題的理解。
(3)學習的個性化。移動教育的部分功能就是利用人工智能技術構建的智能導師系統，根據學生的不同個性特點和需求通過移動資源庫、移動討論區和BBS進行教學和提供幫助。學生不再是被動地接受信息，而是采用新穎熟練的數字化加工方法，進行知識的整合、再創造并作為學習者的學習成果。對相同的學科主題內容，教師和學生可以根據自己的需要、能力和興趣選擇不同的難度水平進行探索。
(4)資源共享化和資源的實效性。Internet是一個豐富的信息海洋，在全球范圍內各種最新的知識和信息都能通過網絡得到有效的傳播。這些知識和信息不僅能被共享，而且成為教學資源融入課程之中，讓學習者進行討論和利用。這種以現實為基礎的信息利用，將有助于學生發現知識并加深對現實世界的理解。
(5)移動教育功能的擴展性?，F在以手機為主要移動終端的移動學習，在技術的支撐下，功能日益強大。如現階段流行的在GPRS上連線的W AP在線游戲和W AP博客，它們都具有數據高速傳輸，永遠在線和僅按流量計費的優勢。
4.2移動教育發展過程中存在的問題
從宏觀上講，我國的教育事業和工業化處于發展階段，教育與通信相接軌，但教育卻還沒有被完全被納入市場運作環境中。專門的移動教育設備制造商、移動教育接入服務商、移動教育網絡運營商和教學資源提供商等，都還沒形成完整的整合體系和鏈接結構，運作環境尚不成熟，從而無法構造一個完整開放的移動教育系統。就教學資源提供商而言，目前在我國已形成規模并進入商業化運作的教育網站大致只有兩類，一類是提供在線遠程教育，即所謂的“網?！?，一類是提供教考資源。
從微觀上講，技術是移動教育的一部分。技術的發展可以極大地促進移動教育并解決其中的一些問題。但目前，有些技術還無法為參與移動學習的學生提供良好的虛擬學習情境和人性化的交互方式。如手機屏幕的顯示方式有待于屏幕技術的改進，也有待于適合移動學習的學習網站的建立，而基于手機的教育操作系統目前開發出來的少之又少，并且已有的軟件缺乏擴展性。還有諸如互聯網技術、移動通信技術、嵌入式平臺軟件、藍牙技術、語音輸入技術、手寫輸入技術、屏幕擴大技術等等都在改進之中。
另外，移動教育的優勢之一是能讓學生自主、便捷地就有關項目進行高效的、自由的學習，但從教與學的交互與反饋來看，移動學習對學生的學習行為缺乏監控和調整策略。傳統教育中人性化的交互方面與移動教育相比，無疑更占優勢。這是移動教育迫切需要改進的地方。
綜上所述，隨著移動計算技術、移動互聯網、分布式計算、藍牙技術、W AP技術的迅速發展，我們有理由期待一種嶄新的教育形式——移動教育將為我國的教育事業帶來更多的發展契機。
參考文獻
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人工智能技術概要范文6
論文摘要：隨著虛擬現實技術的出現，城市規劃建設發生了革命性的變化。而虛擬現實建模語言VRML正是相應其產生的，人們可以根據自己的豐富的想象力模擬構造出任意模型，從而實現城市規劃的預見。當然，也可以從模型中發現缺點和不足，從而做進一步的改進和完善。本文正是基于這種技術和VRML開發工具實現了城市的仿真，能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可以從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，公眾的參與也能真正得以實現。
本文研究的主要是虛擬現實技術在城市規劃領域中的應用。意義在于針對現代城市建設的盛行，利用環境學、工程學、規劃設計等的綜合，將虛擬現實技術運用其中，實現對城市的仿真，更真實、鮮明、生動地展現城市面貌，便于對城市規劃的可行性研究，有利于城市的規劃，建設和完善。
Abstract ：The city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. And Virtual Reality Modeling Language happens to come into being going with it. People could construct any model according to his imagination， consequently the expectation of the city planning can be achieved. Certainly we could find out the error and insufficiency， so that we could modify and improve it. The article bases on this technology and VRML exploitation tool to implement city emulation. It can make government layout department， project developer， engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying VR technology， and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer， and the participation of the public could come true.
This paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. The significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics， engineering， layout and VR technology. Consequently we can show the more real， brilliance， dramatic city’s visage， so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning， city’s construct and city’ perfect.
Keywords ：Virtual Reality；City planning；Modeling；Emulation
第一章 緒 論
1.1 什么是虛擬現實技術
虛擬現實是計算機模擬的三維環境，是一種可以創建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統。虛擬環境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術、傳感與測量、仿真、微電子等技術的綜合集成技術。用戶可以通過計算機進入這個環境并能操縱系統中的對象并與之交互。
虛擬現實不是真的，也不是現實，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。就像窗口系統及鼠標驅動用戶界面一樣，虛擬現實可使計算機的運用更加有效、透明。根據設計者的構想，用戶可以沉浸到數據空間中，將用戶在一定時間內與現實環境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環境中，并且駕馭其中的數據，使人有一種身臨其境的感覺。
虛擬現實是一門綜合技術，它以計算機技術為主，綜合利用計算機三維圖形技術、模擬技術、傳感技術、人機界面技術、顯示技術、伺服技術等，來生成一個逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自身的功能和一些設備，對所產生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察[1]。
虛擬現實有三大特點：浸沉感、交互性和構想性。
浸沉感指的是人浸沉在虛擬環境中，具有和在真實環境中一樣的感覺；
交互性指在虛擬環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容；
構想性指虛擬的環境是人構想出來的，因而可以用以實現一定目標的用途。
1.2 虛擬現實技術的發展前景
虛擬現實（Virtual Reality，VR）是近來計算機網絡世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發展前景，更是數字地球概念提出的依據和基礎技術。
虛擬現實的應用領域十分廣泛，主要在工程設計、計算機輔助設計（CAD）、數據可視化、飛行模擬、多媒體遠程教育、遠程醫療、藝術創作、游戲、娛樂等方面。 Web的出現更使虛擬現實技術引起人們普遍的關注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術使世界各地的人，可以在三維環境下交流。多個用戶可以進行基于文本的或是聲音技術的閑談，在網上建立一個真正的三維社區已不再只是夢想中的事[2]。
虛擬現實發展前景十分誘人，而與網絡通信特性的結合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現實生活中一樣。使用網絡計算機及其相關的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!
我們相信社會的發展和技術的創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 國內外虛擬現實技術的研究概況
美國是VR技術的發源地。美國VR研究技術的水平基本上就代表國際VR發展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。
在當前實用虛擬現實技術的研究與開發中日本是居于領先位置的國家之一，主要致力于建立大規模VR知識庫的研究。另外在虛擬現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實硬件是從美國進口的。
在VR開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備（包括觸覺反饋）設計和應用研究方面，在歐洲英國是領先的。到1991年底，英國已有從事VR的六個主要中心，它們是WIndustries（工業集團公司），British Aerospace（英國航空公司），Dimension International，Division Ltd，Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd（主要從事VR職產品銷售）[3]。
和一些發達國家相比，我國VR技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據我國的國情，制定了開展VR技術的研究，例如，九五規劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發展計劃等都把VR列入了研究項目。 在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。
北京航空航天大學計算機系是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出了部分硬件，并提出了有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環境網絡設計，建立了網上虛擬現實研究論壇，可以提供實時三維動態數據庫，提供虛擬現實演示環境，提供用行員訓練的虛擬現實系統，提供開發虛擬現實應用系統的開發平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接[3]。
浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，另外，他們還研制出了在虛擬環境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。
哈爾濱工業大學計算機系已輕成功地虛擬出了人的高級行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調的向步等。
還有其他一些大學在虛擬現實發面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了。總之，雖然我們和其他一些發達國家相比還存在差距，但我國的發展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。
1.4 本文研究的主要內容
本文主要是介紹了虛擬現實技術極其應用，及其相應的實現工具VRML語言。通過對城市的模擬設計，更深入的了解虛擬現實技術及掌握VRML語言的使用。
第一章主要講了虛擬現實技術的基礎知識、發展前景以及現今國內外的發展狀況。以便讓讀者對虛擬現實技術有一定的了解。
第二章主要講了虛擬現實技術的實現工具VRML語言的發展歷史，虛擬現實與VRML的聯系以及VRML的創作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握VRML。
第三章是系統的概要設計，主要講了虛擬現實技術的應用和VRML的使用。通過介紹虛擬現實技術在城市規劃領域的應用，物理建模技術以及城市模型的概要設計，使得讀者對虛擬現實技術的了解更加深入和透徹。
第四章主要講了系統的詳細設計，主要是告訴讀者怎樣利用VRML語言實現模型的虛擬實現。通過本章的學習可以使讀者的運用VRML語言的能力大大增強。
第五章主要講了在系統的設計過程中遇到的問題及相應的解決方法。
第二章 VRML簡介
2.1 VRML的發展歷史
VRML使用場景圖數據結構來建立3D實境，這種數據結構是以SCI開發的Open Inventer 3D工具包為基礎的一種數據結構。VRML的場景圖是一種代表所有3D世界靜態特征的節點等級：幾何關系、材質、紋理、幾何轉換、光線、視點以及嵌套結構。幾乎所有的生產三維產品的廠商，無論是CAD、建模、動畫、虛擬現實，還是VRML，它們的結構核心都是場景圖。
1993年9月，Tong Parisi和Mark Pesce開發了第一個VRML瀏覽器，稱為Labyrinth，它是WWW上三維瀏覽器的原形。
1994年春，在日內瓦第一屆WWW大會上，由Tim Berners-Lee和Dave Raggett所組織的一個名為Bird_of_Feather (BOF)的小組提出了VRML這個名字，當時所代表的含義是Virtual Reality Makeup Language，但是后來為了反映三維世界的建立而改成了Virtual Reality Modeling Language，縮寫為VRML。在這次大會以后，一個www-vrml mail list的組織成立了，Silicon Graphics，Inc(SGI)的Gavin Ball通過選擇Open Inventor文件格式中的基本元素，增加必要的WWW特征，制定的方案經修訂，在1994年第二次WWW大會上公布為VRML1.0的初稿。
另一位SGI的原Open Inventor設計師Paul Strauss開始作一個VRML公共域的詞解程序，當時流行于業界的名字叫QvLib。這個程序的作用是把VRML的可讀文件格式轉換成瀏覽器可理解的格式。這個詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。
1996年8月在SGI的 Moving Worlds提案基礎上形成VRML2.0。VRML2.0在VRML1.0的基礎上進行了很大的補充和完善。
VRML2.0的DIS就是以VRML2.0為基礎制定的，于1997年4月提交國際標準化組織ISO JYCI/SC24委員會審議，依照慣例命名為VRML97。
1998年12月在原VRML組織的基礎上成立了Web3D聯盟，致力于VRML NG標準的制定，并致力于制定X3D網絡三維標準。在X3D的旗幟下，VRML將結合Java3D和XML等技術，成為Internet上三維虛擬世界的主要標準。
2.2 VRML與虛擬現實技術
虛擬現實的英文名稱為Virtual Reality，簡稱VR，即利用計算機的高科技手段構造出一個虛擬的世界，使參與者獲得與現實一樣的感覺。虛擬現實是一個在當今國際上倍受矚目的課題。
當計算機技術尚未出現的時期，仿真只能在實物上進行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點是：由于仿真是在實物上進行，因而實時性強且精度較高，但是實施的難度和費用都較大。在計算機技術問世且被引入仿真領域的初期，仿真技術步入了半模擬半數字的階段。這時系統中的一些部分由計算機代替，另一部分則由實物充當，所以，在一定程度上仍然保留著實時性仿真的特點[5]。
80年代后期，仿真在諸多方面都發生了重大的轉變，仿真研究的對象已由連續轉向離散事件系統。仿真已由重視實驗轉向重視建模與結果分析。計算機已成為一種重要的仿真工具。計算機仿真是一門利用計算機模擬真實系統進行科學實驗的技術。
由于從強調并重視與人工智能結合轉向強調與圖形技術和對象技術結合，仿真系統的交互性大大加強。就應用領域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學、運動學特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統的設計和運行，并進一步擴大到后勤供應、庫存管理、產品開發過程的組織、產品測試等，涉及到企業制造活動的各個方面。這些轉變明顯地說明，計算機仿真已經進入了一個嶄新的發展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現實促進了仿真技術的發展。虛擬現實是采用計算機仿真技術生成的一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環境，置身于該環境中的人們可以通過各種傳感交互設備與這一虛構的現實進行相互作用，達到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術的發展，特別是高性能海量并行處理技術、可視化技術、分布處理技術、多媒體技術和虛擬現實技術的發展，使得建立人機一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，仿真因此形成一些新的發展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現實仿真等[5]。
2.3 VRML原理
1.VRML對三維虛擬世界的描述
VRML規定了3D應用中大多數常見的功能。
(1)建模能力，VRML定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節點，建模能力較強。
基本幾何形體：Box、Sphere、Cone、Cylinder
構造幾何形體：IndexLineSet、IndexFaceSet、Extrusion、PiontSet、ElevationGrid
造型編組、造型定位、旋轉及縮放：Group、Transform
特殊造型：Billbord、Backgroud、Text
基本幾何形體節點只能作十分有限的幾種造型，用點、線、面索引節點及拉伸節點就可以構造任意復雜的實體形狀。特殊造型節點可用于場景中的文字、背景顏色等設置。造型編組可以用來描述裝配關系，其中Transform節點可以確定裝配位置、方向。
(2)真實感及渲染能力，通過提供豐富的相關節點的渲染，可以很精細地實現光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。
光照：HeadLight、SpotLight、PointLight、DirectionLight
材質著色：Material、Appearance、Color、ColorInterpolator
紋理：ImageTexture、MoviceTexture、PixelTexture、TextureTransform
霧：Fog
明暗控制說明：Normal、NormalInterpolator
三維聲音：Sound
場景光照的設置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節點可以提供各種虛擬場景的光源。不同材質的物體色彩及反光效果不同，VRML的材質及著色節點的使用可以仿造如同真實物體給出的視覺效果。文理節點可以對實體表面粘貼圖片或進行像素點的設置以使實體具有同實物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對場景的光線反射有影響。聲音節點可以在場景中模擬出實際空間可能產生的各種聲響，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
各種傳感器節點可以感知用戶鼠標的指針，TouchSensor節點在數控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點控制可以預先提供給用戶一些更好的觀察角度。
(4)動畫，VRML提供了方便的動畫控制方式。
關鍵幀時間傳感器：TimeSensor
線性插值器及姿態調整：CoordinateInterpolator、OrientationInterpolator、ScalarInterpolator
這兩組節點的配合使用可以產生場景中的動畫效果，關鍵幀時間傳感器節點驅動線性插值器節點按時間順序給出關鍵值插值，這些插值就是關鍵震動畫時控制實置、狀態所需要的中間過渡值。
(5)細節等級管理及碰撞檢測：LOD、Collision
細節等級管理是對復雜實體的細節顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠離視點時不顯示或粗略顯示。VRML自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場景中的替身與實體的碰撞。
(6)超鏈接及嵌入：Anchor、Inline
這兩個節點使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的執行模式
通過使用VRML的Script節點編程、與Java間事件訪問和建立場景圖內部消息通道能夠很方便的實現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，也就是從一個節點的出事件域傳出的事件傳遞到一個節點的入事件域。場景中傳感器節點通常定義了觸發事件，它通過路由發送到場景圖的其他節點的入事件域。如傳感器節點的觸發事件直接傳遞到插補器節點產生關鍵值插值，也可以傳遞Script節點進行運算處理產生關鍵值插值。Script節點的處理過程就是JavaScript語法編寫腳本程序。Script節點還可以通過URL域引入Java程序到其他需要的節點，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，但其他執行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應，它應該能夠有讀取節點出事件域數據的接口[7]。
2.4 VRML的創作工具
創作VRML可以用你喜歡的文本編輯器，如Windows95下的NotePad，DOS下Edit等。當然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復雜的三維造型，如果VRML語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時也是無法完成的，幸運的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發了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建一個三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對于復雜的三維造型VRML環境中顯示就不成問題了。
推薦讀者使用的VRML創作工具是VrmlPad，它是一種功能強大且簡單好用VRML開發設計專業軟件，其完全VRML97標準。VrmlPad可以對VRML文件進行瀏覽編輯，對資源文件進行有效的管理，并且提供了VRML文件的向導，可以幫助開發人員編寫和開發自己的VRML虛擬現實作品[8]。
第三章 系統的設計
3.1 虛擬現實技術在城市規劃領域的應用
3.1.1 概況
隨著全球知識經濟的興起，信息產業正以前所未有的速度蓬勃發展，上至政府、軍隊，下到各企事業單位都開始重視信息技術的創新研究和長遠發展，并已經或準備給予大量的投入。而作為信息技術發展重要驅動力的“虛擬現實”技術，也隨之成為人們關注的熱點之一。
由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪（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），為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規劃決策者、規劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。VR技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用VR技術能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的[9]。
3.1.2 虛擬城市的有機組成
仿真的虛擬環境
類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是VR技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統；而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。
多方式、運動中感受城市空間
在虛擬現實系統中，可以全方位，多種樣式（步行、驅車、飛行、UFO等），完全由用戶自由控制在場景中漫游。VR技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而VR技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規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量。
實時多方案比較
運用虛擬現實系統，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過VR技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現實系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。
三維空間信息交流
虛擬現實系統的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口與GIS信息相結合，即所謂的VR-GIS，從而可以在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，虛擬現實系統還可以與網絡信息相結合，實現三維空間的遠程操作。
公眾參與與方案展示
對于公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，虛擬現實系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。
3.1.3 虛擬現實技術對城市規劃的影響
1．城市規劃管理
信息技術對城市規劃管理的影響主要表現在辦公自動化方面，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劃管理部門內部的管理水平、質量和效率。隨著社會的信息化，通過因特網可以建立城市規劃管理部門與城市建設者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網實現網上報建，報建單位只要在本單位與因特網相連的計算機就可完成報建過程和提供所需的材料，規劃審批可以在因特網上完成。
規劃管理與規劃設計更緊密的結合，實現管理與設計的一體化，審批的結果可以電子數據的形式迅速的反饋給設計部門，而設計部門可盡快地將設計結果以電子數據的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網來完成。
通過因特網可以進行規劃評審，各地的專家可以在家里對規劃成果進行評審，規劃成果將利用虛擬現實技術展現專家所需的各種信息（如建筑物三維動態模型），通過網絡會議交流意見，專家甚至可以實時與規劃師交流，提出自己意見和設想，并可以較快地通過建立數字模型加以證實[10]。
2．城市規劃設計
城市規劃設計將更廣泛應用CAD和GIS技術，而計算機圖形輸入技術的改進和智能化，五筆輸入技術，使規劃設計師進行設計更為方便，而不影響靈感產生。
設計過程中所需的數據將數字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進行設計，而各種地下管線的資料由于數據庫的建立而更加方便的獲得?，F在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應信息系統建立而能很方便地獲得。
虛擬現實技術的發展與應用，使規劃設計成果的三維動態建模更加方便，設計成果更加形象和直觀。
在規劃設計和規劃審批中由于規劃成果的數字化，使得對各種規劃成果和方案的定量分析、模擬和預測成為可能，經濟可行性分析也更為方便，促進規劃決策的科學化。
通過因特網由分布在全球各地的規劃設計專家共同合作完成設計也將成為可能，這樣可以構建了一個不受規劃師的空間分布制約的虛擬設計事務所。
3．公眾參與
公眾可以通過因特網動態了解規劃設計方案和參與規劃審批，而且規劃方案與成果的表現形式由于采用虛擬現實技術和多媒體技術更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規劃師的意圖，公眾通過因特網發表個人的意見，與規劃師、管理人員和其它有關人員進行直接對話，使公眾參與更加有效，促進決策過程的民主化。
4．城市規劃研究與教育
因特網構成了一個巨大的電子圖書館，各種城市規劃研究成果將以電子出版物的形式出現，城市規劃研究者將通過因特網查到各種城市規劃資料，并可通過電子郵件、BBS（電子公告欄）及其它一些網絡通信方式進行交流。
因特網同時也將成為一個龐大的遠程教育網，城市規劃專業的學生可以通過因特網利用多媒體技術學習城市規劃的理論與知識。
在信息時代，電子游戲也將成為一個很好的教育手段，城市規劃方面的游戲軟件將出現，可以對規劃設計與審批及城市建設過程進行模擬，使城市規劃學習及城市規劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。
總之，信息時代的到來，使人類構造了一個與現實世界相對應的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現實空間和由比特（BIT）構成的信息空間(CyberSpace)中，現實空間與信息空間的物理界面（Interface）是由計算機及網絡和數據庫構成的信息基礎設施，人們通過這一界面可跨越現實空間與一些時間的限制，了解現實世界的過去和現在，預測未來，進行思想交流。城市規劃將在信息空間中構造城市發展的藍圖，并通過建設者在現實世界中實現。
3.2 物理建模技術
3.2.1 人工的幾何建模方法
由構造VR的觀點看，幾何建模是構造VR的致命技術，它的限制可能妨礙VR的進展。VR研究將受益于共享的開放的建模環境，包括物理建模環境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個VR工作所報告的模型獲取過程。VR的幾何建模一般通過基于PC或基于工作站的CAD工具獲取。在北卡大學漫游建筑的項目中，AutoCAD用于產生構成一座教堂幾何模型的12000個多邊形。討論的一個問題是"由為其它目的寫的CAD程序中取出要求的數據"。由AutoCAD產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據都以VR要求的形式提供。特別是沒有提供有關建筑物實際物理的數據，用于實時漫游算法的劃分信息，以后由手工或專用程序加入。
VPL Reality Built for Two (RB2) 系統使用Macintosh Ⅱ，作為固體建模的設計站，用IRIS工作站作為繪制/顯示站。RB2是用于設計和實現實時VR的軟件開發平臺。在RB2下開發是快速的交互的，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和數據流/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自己的VR。RB2是交鑰匙系統，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數據庫得到。這些模型知道的武器系統的三維外表比SIMNET少得多。結果，研究者開發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，包含了面向對象的動畫能力。例如，NPSNET研究組正在利用MultiGen CAD工具開發無物理的模型，這用于SGI基于Performer的NPSNET-4系統。有物理的CAD系統已開始開發，但還很貴，只是專用的。許多VE應用要復制真實世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動獲取模型。自動獲取復雜環境模型(如工廠環境)當前還不現實，但這是合適的課題。同時，自動或接近自動獲取幾何模型，現在在某些情況是現實的。部分自動的交互式獲取在不久將是可行的。現在已有利用激光掃描建立實際物體三維外形的設備出售。
3.2.2 自動的幾何建模方法
三維掃描儀（3 Dimensional Scanner）又稱為三維數字化儀（3 Dimensional Digitizer）。它是當前使用的對實際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實世界的立體彩色信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了有效的手段。它與傳統的平面掃描儀、攝像機、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對象不是平面圖案，而是立體的實物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個采樣點的三維空間坐標，彩色掃描還可以獲得每個采樣點的色彩。某些掃描設備甚至可以獲得物體內部的結構數據。而攝像機只能拍攝物體的某一個側面，且會丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個采樣點的三維空間坐標和色彩的數字模型文件。這可以直接用于CAD或三維動畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。
1．三維信息獲取技術
早期用于三維測量的是坐標測量機（CMM）。目前，CMM仍是工廠的標準立體測量裝備。它將一個探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅動探針沿三個方向移動。當探針接觸物體表面時，測量其在三個方向的移動，就可知道物體表面這一點的三維坐標。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。其優點是測量精度高。其缺點是價格昂貴，物體形狀復雜時的控制復雜，速度慢，無色彩信息。
機械測量臂借用了坐標測量機的接觸探針原理，把驅動伺服機構改為可精確定位的多關節隨動式機械臂，由人牽引裝有探針的機械臂在物體表面滑動掃描。利用機械臂關節上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標。因為人的牽引使其速度比坐標測量機快，而且結構簡單，成本低，靈活性好。但不如光學掃描儀快。也沒有彩色信息。FARO和Immersion公司提供這類產品。
借助雷達原理，發展了用激光或超聲波等媒介代替探針進行深度測量。這是激光或超聲波測距器。測距器向被測物體表面發出信號，依據信號的反射時間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點法"或"圖像雷達"。不少公司開發了用于大尺度測距的產品（如用于戰場和工地）。小尺度測距的困難在于信號和時間的精確測量。Leica和Acuity推出了采用激光或紅外線的測距器。Senix公司推出了超聲波測距器。它受遮擋的影響較小。但要求測量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反射特性的影響。
基于計算機視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復形狀法，從運動恢復形狀法，結構光法，編碼光法等。其中的結構光法，編碼光法成為目前多數三維掃描設備的基礎。這些方法可以分為被動式和主動式兩大類。被動式法的代表是立體視覺法。主動式法的代表是結構光法，編碼光法。光學掃描的裝置比較復雜，價格偏高，存在不可視區，也受到物體表面反射特性的影響[11]。
用于獲得物體內腔尺寸的方法之一是工業CT。它以高能X射線對零件內部進行分層掃描。它的缺點是精度不高，價格昂貴，且存在放射性危害。
美國CGI公司生產的自動斷層掃描儀（Automatic Cross Section Scanner， ACSS）可以克服這些缺點。但要求對被測物體進行破壞。
2．三維掃描系統的關鍵技術
在硬件和控制技術方面，掃描運動的伺服裝置要求精度高，運行平穩，可定位性好。用電子掃描代替機械掃描是當前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。
三維信息獲取技術方面，三維信息獲取的原理應綜合考慮精度，速度，易實現性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實施方案，采用巧妙的技術策略，提升產品的性能。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。往往還要包括數據的預處理和后處理技術。
色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質和對入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現的色彩。
三維構型，顯示及修改技術方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點的坐標和色彩。這些采樣點的集合稱為"點云"（Point Cloud）。必須用點，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點云"構成"形"。同樣的點集進行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復雜表面的散亂點的構形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對缺陷進行人工修改。還必須支持多種數據格式，將結果按指定的格式輸出[12]。
定標技術方面，確定有關的裝置參數就是定標。它與計算模型和誤差模型有關。定標精度和可靠程度直接影響測量精度。定標還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標問題。
3.3 城市建模
本設計采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。
3.3.1 總體建模
總體建模初步構造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎之上對局部布景的詳細設計，是個逐步細化的過程。
整體建模如下：用Background設置天空和地面的色彩。Background節點用于生成VRML的背景空間，背景采用了立方體空間的表現形式，在其外放置了一個地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著VRML世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠不能接近它們。用Viewpoint節點定義了瀏覽者在虛擬環境中的游行方式。Viewpoint視點節點定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。在每一個新的觀察點，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動，就使得取景器不斷的調整起位置和朝向。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實世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現在我們面前的將是一個個黑漆漆的模型。同時用WorldInfo定義了境界信息，在運行界面的標題欄可以看見該設計的名稱，作者等等。WorldInfo節點用來聲明一個空間的標題以及想提供的其他注解，它對VRML場景的創建并不產生影響。
運行效果如圖3-1。
圖3-1 背景圖
上圖只是一個非常非常粗略的框架，在此之上，用Transform節點創建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。Transform節點是一個組節點。Transform節點包含一個子節點列表，這些子節點可以是Shape節點、Group節點或Transform節點。在Transform節點中的所有子節點將在Transform節點的坐標系原點處建立。該節點包括位置的確定、造型節點的旋轉軸和方向、造型節點大小的縮放比例及縮放旋轉軸，以及形體造型的構造等，它的功能比較強大，使用相對簡單。Transform節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節點也是一個形成VRML場景層次結構的基礎節點。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節點Box構成的，只是在大小，位置，方向上做了相應的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。
城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪，為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。這里也采用了城市規劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當。
圖3-2是設置后的運行效果。
圖3-2 簡單的樓房
很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹，那是反映一個稱呼司綠化程度和建設特色的標志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構造的簡便，本人用圓柱體和球體來構造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構造。
在這里所用到的立方體Box、球體Sphere、圓柱體Cylinder都是簡單形體造型節點，但是運用它們可以構造更復雜的對象，需要初學者靈活的掌握和運用它們。除了上面提到的簡單造型節點之外還有圓錐體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，象征著人類對環境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。
圖3-3 樹
圖3-4 綠化的城市
圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構造。雖然有點空曠，但是，地廣人稀正是我們人類所向往的?，F在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個建設者的最終目的和任務。而且我們也應該珍惜每一片土地。
3.3.2 局部建模
局部建模也稱為細致建模，具體步驟如下。
一個城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對粗略的城市進行細化。首先，先建立一個花壇，花壇也是有簡單的造型構成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成?；▔念伾O置為淺綠色，錯落有致。有樹有花壇，當然也得有草了，所以，還要做一個草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設置為深綠色，是一個大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復雜的，但是什么復雜的東西都可以簡單化，本人用兩個球體和兩個圓柱體做成了一個小汽車。兩個球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。
圖3-5 小車
草坪建好了，也要為其進行裝飾，因此在上面放了凳子和一個供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個球體，并在草坪的四角各放了一個半球。為了體現國民的保護環境意識，在草坪的邊上有放置了一個圓柱形的垃圾箱。在此基礎之上，為了體現虛擬現實世界的動感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補器CorlorInterpolator和時間傳感器TimeSensor來實現的。CorlorInterpolator節點是VRML提供的附加的插補器節點，利用它可以構造色彩的變化效果。CorlorInterpolator節點在它的key和keyValue域中使用一系列關鍵時刻值和色彩值。CorlorInterpolator節點通過在兩個色彩值中內插，來計算一個中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。TimeSensor節點可以像時鐘一樣標記時間的流逝，還附加有定時發送相關時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關，開始及結束一些過程。通常與插補器、傳感器聯合使用。TimeSensor節點能夠作為任何組的子節點。
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
虛擬現實，也就是模擬現實，使得呈現的景象和現實世界的一樣逼真。在這了，本人將要設計的城市的四個游樂場所中的一個做了一點變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當替身與游樂場的距離在一定范圍內時，中間的立方體會自動的旋轉一定的角度。這種變化是如何實現的呢？其實很簡單，這里使用了臨近傳感器ProximitySensor。臨近傳感器感知觀察者進入并在一個空間的長方體區域中移動的時間。當觀察者接近區域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當觀察者離開時停止這個動畫。ProximitySensor節點能夠作為任何組的子節點。并且它可以感知觀察者何時進入、退出和移動魚當前坐標系內一個長方體區域。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。每個平房也是由簡單的幾何造型節點Box構成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標拉動一個角度的。房門轉動是通過圓柱傳感器CylinderSensor的實現的。CylinderSensor節點可以感知一個觀察者的拖動動作，并且計算旋轉軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標的動作轉換成適于操作造型的輸出。CylinderSensor節點可以是任何組節點的子節點，它可以感知觀察者在組及子節點的任何造型上的動作。通過將傳感器節點的輸出路由到Transform節點來引起造型物體的旋轉。平房區建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個圓錐體組成的，只是遠近和大小不同，顏色也做了調整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結果如圖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，身體已經脖子是幾個立方體，頭部是一個球體，效果如圖3-9。
圖3-9 人
除了以上的各個造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設計更加完美。
設計的最終結果如圖3-10。
圖3-10 美麗的城市
以上就是虛擬現實技術的應用，是基于VRML技術的，在整個設計和建模過程中，要求設計者有很好的邏輯構想思維方式，時刻以城市規劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現實技術和VRML技術，理解城市規劃的要領，能夠靈活的運用VRML語言，達到舉一反三的程度。
四章 系統的編碼實現
本設計是以虛擬現實技術為基礎，應用VRML語言實現的城市環境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個城市模擬視圖圖4-1。
圖4-1 城市運行圖
在這里的核心技術是VRML語言。在第二章已經對VRML語言做了簡要的介紹，這里就不再贅述。
編碼實現的過程實際上是如何應用VRML語言的建模過程，編碼設計的核心也是VRML語言。在這里，對編碼的實現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點構造的，用到的簡單造型節點有立方體Box，圓錐體Cone，球體Sphere和圓柱體Cylinder，盡管它們比較簡單，但是它們是基礎造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個編碼實現過程。
Background節點是用來設置天空和地面的色彩的，skyColor中包含一系列三元顏色值，用來設置變化的顏色。skyAngle中包含一系列角度值，用來設置顏色變化的角度。GroundColor和groundAngle的功能和作用同skyGround和skyAngle大同小異。如：
Background{
skyColor [0.0 0.2 0.7，0.0 0.5 1.0，1.0 1.0 1.0]
skyAngle [1.309，1.571]
groundColor [0.1 0.0 0.0，0.4 0.25 0.2，0.6 0.6 0.6]
groundAngle [1.309，1.571]
}
DirectionalLight節點是用來設置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設置方向，下面的例子中所設定的方向為光線沿著Y軸負方向照射。相當于光線是從頂部照射下來的。
DirectionalLight {
direction 0 -1 0
}
NavigationInfo節點是用來定義導航信息的，type域可以定義為飛行FLY，行走WALK等方式，speed域設置觀察著在場景中暢游的速度，單位為米每秒。Headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。AvatarSize域指定一些距離參數，這些參數決定了在考慮碰撞檢測和視點隨地形起伏的用戶可移動范圍。該域的第一個只是碰撞被探測出以前用戶的位置與一個碰撞幾何體間允許的距離；第二個只是視點與地面間應保持的高度；第三個只是視點可以跨過得最高障礙物的高度。公共域avatarSize值描述了觀察者替身的大小特性。如：
NavigationInfo{
type "FLY"
speed 1.0
headlight FALSE
avatarSize [0.25，3.2，3.0]
}
Transform節點是一個組節點，該節點包括一個子節點的列表。這些子節點可以是Shape節點、其他Group節點或Transform節點。Translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節點的變換影響的子節點。這個節點是整個程序設計中的基礎節點，幾乎每一個模型的建立都用到了Transform，因此，對Transform的靈活運用尤為重要。下面的例子使用Transform節點設置地面。
Transform {
translation 0 -24 0
children[
Shape{
appearance Appearance{
material Material {diffuseColor 0.4 0.25 0.2，}
}
geometry Box {size 400 48 400} } ] }
Viewpoint節點是視點定義節點，定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。Position用來設置視點的位置，它是一個三元值，jump域決定了視點的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。Orientation域是一個四元值，前三個值指定了視點的旋轉軸，第四個值說明了旋轉角度的正負。Description域的值指定了一個用于描述視點的文本串。下面是一個關于視點aa的例子。
DEF aa Viewpoint {
position
25 5 70
jump FALSE
orientation 0 1 0 0.4
description "aa"
}
在VRML編程中，Group節點也是一個很重要的節點。Group節點提供了最簡單的節點編組，可以包含任意數目的子節點，與一個沒有轉換域的Transform節點相當。該節點與Transform節點一樣，也有一個children域。它用來收集節點和創建不需要實施變幻的層次結構。似乎有了Transform節點，Group節點并沒有什么用處。但有時在對一個整體進行操作時，以Transform節點組織的整體相比Group節點組織的整體并不能顯示出優勢。如果在使用傳感器或插補器節點時，祖作為一個整體，可以使用DEF來給它定義一個名稱，并且在VRML文件中使用USE重復的引用。
一個組可以具有任意數目的成員，成為子節點。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節點的組節點被稱為父節點。因為組節點可以其他的組，一個組的父節點可能是一個更高一級組的子節點。高級組的父節點可以是一個更高級組的子節點。從此上溯直到最高級父節點，稱為根節點。造型可以組織在一起來創建更大、更復雜的造型。由于Group節點和Transform節點很相似，在這里就不再舉例子了。
以上介紹的幾個節點是VRML語言的核心節點，整個程序的設計都是通過這些節點的不同設置和組合來實現的。除此之外，還有兩個重要的工具，這就是節點名定義DEF及引用USE，這是VRML世界提供給我們的兩個避免重復勞動的工具，節點命名是以關鍵字DEF加上所命名名稱在一起，置于節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點的地方。USE語句并不是復制該節點，而是把該節點再次插入它所在的場景圖。節點名只在本文范圍內有效。
總之，系統的編碼實現就是利用VRML中的基本造型節點對已經涉及好的模型進行的模擬實現過程。在這個過程中，需要設計者能夠熟練的掌握和運用VRML語言，懂得融會變通，才能使預想創建的模型得以實現。
當然，VRML中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續學習和探索，筆者在這里就不再過多描述了。
第五章 系統的測試與分析
5.1 系統的測試
隨著程序的逐步完成，系統的測試也開始了。系統的測試采用的單元測試法，即逐步測試的過程。將程序分成若干個程序模塊，單獨進行測試，觀察結果，與預期結果進行對比。當發現問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進式的整合成幾個較大的模塊，重復上面的工作，最終形成整體的模塊，構成城市的整體建模。
5.2 測試中遇到的問題
在測試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。
問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。
問題二：在程序的編碼過程中，當對一個簡單的形體造型節點進行紋理貼圖時，運行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。
問題三：在運行界面的標題欄添加境界信息時，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。
問題四：程序中的許多節點的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進行正確的定位，本人總是在這個方面大費周章。希望可以找到一個好的方法來解決這個問題。
問題五：程序中的許多ROUTE與語句的使用總是和預想的存在差距。
當然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進行深入的探究，希望有興趣的人繼續努力。
5.3 問題的解決方法
對于第一個問題，通過察看資料以及對其他程序的研究，本人認為，應該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應該就行了，經驗證結論成立。
對于第二個問題，本人經過細心研究，反復實驗，終于找到了答案。由于不同的VRML瀏覽器對圖片的識別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應的圖片格式，就可以實現貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發現了這些。
對于第三個問題，經過本人的細心研究發現，有些VRML瀏覽器提供特殊菜單選項來顯示虛擬空間的標題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標題定位于瀏覽器窗口的標題欄。可以在空間使用任意多的WorldInfo節點。但只有第一個WorldInfo會被瀏覽器顯示。因此，在使用WorldInfo節點時只要針對不同的瀏覽器采用相應的準則就不會出錯或不合心意了。
對于第四個問題，在VRML世界中，內層節點的定位可以說是獨立于外層節點的。一旦外層節點定義好了，就可以只考慮內層節點了。當然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構想，也許需要多多練習，熟能生巧。
對于第五個問題，ROUTE的使用是一門技術，需要初學者多看一些相關的書籍和例子，掌握其中的要領和規律，還要多多練習。俗話說的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習。
以上這些只是筆者個人的一點見解，由于知識有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。
結論
“虛擬現實技術的應用---基于VRML技術的城市之旅”的設計與實現，充分體現了虛擬現實技術在城市規劃建設中的作用，它能夠減輕設計人員勞動強度，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。而VRML在實現城市規劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實現任意模型的虛擬，虛擬現實技術的優勢也才得以實現，使得城市的設計布局合理、美觀，支出價有所值。
在該設計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運用VRML和虛擬現實技術，就必需扎實的學習VRML語言和虛擬現實技術的基礎知識。隨著科學技術的飛速發展，虛擬現實技術在各個領域都顯示了其特殊的作用。時代的發展也使得我們掌握虛擬現實技術成為一種時尚的潮流。
設計的過程就是一個發現問題---解決問題---發現問題---解決問題的循環反復過程，但是它讓學習的人逐步進步，就好像滾雪球一樣，一點一點，越滾越大。通過“虛擬現實技術的應用-----基于VRML技術的城市之旅”的設計與實現，本人在VRML語言的運用以及對虛擬現實技術的發展方面有了很深的了解，受益匪淺。當然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續研究。
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