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計算機理論基于虛擬現實技術的多維信息空間探析
虛擬現實技術綜合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種科學技術,它在多維信息空間上創建一個虛擬信息環境,能使用戶具有身臨其境的沉浸感,具有與環境完善的交互作用能力。并有助于啟發構思。為了建立起和諧的人機環境,需要采用以人為本的理念,來構造虛擬環境的多維信息空間,確立在此空間中處理問題和提高認識的信息處理原則,人的感知系統、認知系統、人類以往的經驗與知識以及虛擬現實系統就成為VE多維信息空間的主要組成部分。
1 多維信息空間
人類是依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識,在多維化的信息空間中認識問題。而通常在計算機中信息的處理只是在數字化的單維信息空間中處理問題,這就造成了人類認識問題的認識空間與所用的處理問題的方法空間不一致的矛盾,產生了人們難以理解計算機的處理結果。更難以把已有的感知經驗或認知經驗與處理結果發生直接聯系。因此。需要突破計算機處理單維信息的限制,而把它擴展成具有處理多維信息的能力。
2 基本構成
近年來,人們由于使用了計算機,大大加速了認識世界和改造世界的進程。但同時也開始對現有的、用計算機來表示和模擬物理世界的方法表示疑義。例如:當需要對一個較復雜的物理情景進行實時的模擬,并且還希望得到大量直觀的模擬結果時,我們立即發現其計算量將大增,即使使用最先進的超級計算機,也只能縮小被模擬的物理情景的規?；驕p低對直觀性的要求?？陀^的需求迫使我們思考一些問題:“是否應當改變我們表示和模擬物理世界的方法?”“這種一切依靠單維的數字化的信息處理方法是合理的嗎?”“怎樣在人對物理世界已有的感知和認知的體驗和經驗上進行信息處理和加深認識?”事實上,由于人類是依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識的,是在多維化的信息空間中認識問題的,而現行的信息處理工具(尤其是數字計算機)只具有在數字化的單維信息空間中處理問題的能力,這就產生了人類認識問題的認識空間與所用工具的處理問題的方法空間不一致的矛盾,也就產生了人類較難直接理解信息處理工具的處理結果,更難以把自己已有的感知體驗或認知經驗與處理工具的處理結果發生直接聯系。因此,人們迫切地希望突破現有數字計算機只能處理單維的、數字化信息的限制,而把它擴展成具有處理多維信息的能力。換言之,在未來的信息社會中,人類希望自己在一個適人化的多維信息空間中去處理問題和提高認識。我們把能在這種多維信息空間中進行信息處理的工具或環境稱為vr系統。人的感知系統、認知系統、人類以往的經驗與知識以及靈境系統都是構成多維信息空間的組成部分,
為了說明多維信息空間的構成,不妨把它與傳統的單維信息空間作一比較。在數字化的單維信息空間內,信息處理工具(或環境)是計算機,人與計算機是通過鍵盤、二維鼠標和顯示屏幕等發生聯系的,人類以往的經驗是以數字化形式存儲在數據庫內的。在適人化的多維信息空間內,信息處理工具(或環境)是VR系統,人與VR系統是通過各種先進的傳感器和人機接口系統發生聯系的,人類以往的經驗與體驗(全部的感性知識和理性知識)都是理解問題、尋求解答和提出新概念的基礎。
人是通過傳感器把自己的經驗和體驗傳送給以計算機為核心的VR系統的,而VR系統通過作用器把處理結果輸出給人:人基于過去已有的對該物理情景的經驗、人在該物理環境中的現時體驗以及VR系統的現時輸出,在VR系統的幫助下,經過綜合集成獲得了對該客觀世界的認識和提高,VR系統對處理這類問題的能力也得到同步的增長。
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計算機理論通信網絡結構在煤炭企業信息化建設中的應用
1 概述
3 發展前景
客觀而論,目前VR技術所取得的成就,絕大部分還僅僅限于擴展了計算機的接口能力,僅僅是剛剛開始涉及到人的感知系統和肌內系統與計算機的交互作用問題,還根本未涉及人在實踐中得到的感覺信息是怎樣在人的大腦中存儲和加工處理成為人對客觀世界的“認識”的過程。只有當真正開始涉及并開始找到對這些問題的技術實現途徑時,人和信息處理系統間的隔閡才有可能被徹底地克服了。只有到那時,信息處理系統就再也不只是一個只能處理數字化的計算裝置或信息處理裝置了。它將是一種具有對多維信息處理功能的機器,將是人進行思維和創造的助手,它將是人對他們已有的概念進行深化和獲取新概念的有力工具。要特別強調的是:即使到那時,人仍將是這個適人化的多維信息空間的主體。
VR技術所涉及的領域十分廣泛,它包括信息技術、生理學、心理學和哲學等多種學科。目前宣傳媒介對這一領域大肆渲染,把它的功能描繪得天花亂墜,甚至到了不可思議的程度。我們必須清醒地認識到,雖然這個領域的技術潛力是很大的、應用前景也是很廣闊的,但目前尚處在它的嬰兒時代,還存在著很多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術障礙。
參考文獻
[2]郭四穩多維信息空間的動畫設計與實現[J]計算機工程與設計,2007,(09)
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關鍵詞：VR；電影藝術；沉浸式；觀影
虛擬現實技術（VR）是一種以計算機技術為核心，借助傳感頭盔、數據手套等設備，讓用戶在虛擬生成的三維動態環境中發生實體行為的仿真性技術。這種技術的誕生突破了原來以視覺、聽覺為主的感知系統，用戶可以產生觸覺、味覺等感覺通道。它所涉及的核心技術，主要包括人工智能、計算機傳感技術、人機接口技術、計算機圖形學、實時計算機模擬技術等。自20世紀90年代此項技術成型以來，已廣泛的應用于醫學、考古、工業、軍事、建筑、教育、農業等方面，是各國家高新技術研究水平的體現。
21世紀以來，隨著影視藝術不斷在制作技術層面的提升，虛擬現實技術在電影產業的應用日益寬泛。就目前影業的發展趨勢來看，西方電影的發展已至瓶頸，模式的成型與好劇本的稀缺導致了好萊塢等電影集團難以找到出口。20世紀80年代佳片涌出的時代已經久遠，因此虛擬技術的應用被認為是西方電影產業又一個時期轉變核心因素。很多人也認為，虛擬現實技術的應用給電影帶來了新的觀影體驗，新的電影時代即將到來。
1 虛擬現實技術在電影藝術中的應用
虛擬現實技術在電影藝術中的技術應用方式是利用多臺攝影機，包括虛擬攝影機在擁有360°全景畫面和漫游不同場景的新媒介下來講述故事。近年，隨著VR技術的成熟與影視人的呼吁，多部VR短片成功制作，如《Henry》《Lost》《二重奏》等。《Lost》短片擁有很強烈的游戲感，通過一些明顯的視覺元素將觀眾指引到故事的動作中心，而且觀影的方式也十分新奇，不僅可以站著看，還可以坐著、趴著看，當你固定了你的視角以后，隨著你凝視的視角，影片動作的進行仿佛真的迷失了一般?！抖刈唷肥怯傻纤鼓嵬瞥龅囊徊繕藴实?60°全景電影，影片講述的是一對青梅竹馬的伙伴一起成長、經歷、陪伴的故事，影片中有一只小狗，而小狗是兩人交匯在一起的關鍵元素。觀眾可以在觀影過程中選擇男孩、女孩不同的成長視角，最后通過小狗的牽引完成故事的結局。而故事的導演格蘭?基恩說：“通過擁抱新的技術，我發現自己又重新燃起了對動畫的熱愛”。確實，虛擬現實技術在電影短片的制作應用已經成型。
在電影長片中，虛擬現實技術也作為影片的重要元素出現在多部影片當中，如《黑客帝國》《阿凡達》《鋼鐵俠》《夏日大作戰》等?！栋⒎策_》中很多場景突出了“連接”技術，而這項技術就是虛擬現實技術。而在最新的《鋼鐵俠3》中，制作方花費大量資金對虛擬現實技術進行應用，影片有一個橋段是托尼和佩珀在托尼的實驗室觀看能量云，觀眾在影院觀影時可以通過佩戴專業設備跟隨主角視角進入到能量云里，欣賞這新世界的美妙。由此看來，虛擬現實技術在長片電影中的應用可以是其他游樂項目及主客觀視角的展現，帶來獨特的交互式觀影效果。
2 虛擬現實技術在電影藝術中的缺陷
虛擬現實的出現也帶來了新的問題，你要怎樣來觀看故事？導演需要怎樣來講故事？那又要如何將表達的故事展現出來？這是VR技術必須要解決的核心難題。雖然很多公司都渴望利用VR新技術，但很多公司從捕捉素材開始，要如何在現有的三維的顯示世界里表現360°的世界就是一個致命的難點，更何況要讓此項技術來講述一個精彩的故事，并把人們的情感聯系帶入其中，更是難上加難。
想要制作一部精良的VR電影不僅僅需要藝術才華，首先需要解決的是技術問題。雖然這種全新故事帶來了前所未有的沉浸式觀影體驗，但是長時間的觀影容易讓觀眾感到惡心反胃。有觀者經過體驗VR電影后表示：“剛開始確實對這種新的電影技術帶來的全新視覺歡心不已，但隨著故事的進行，全景的視角讓人感到暈眩，開闊的視角容易導致對劇情的忽視”。VR影片的觀影研究也表明20分鐘左右的VR電影是極限，而必須借助裝備與數字化環境中的對象也是導致VR電影難以普及的重要原因，除去極度熱衷新興技術的人群愿意購買、攜帶傳感設備外，甚少有人愿意購買這樣技術產品。而影院也表示，單場或少量影場可以專門配置VR設備，但是由于添置設備帶來的資金投入務必會導致票價的提升。根據國內現在的電影環境普及與配置VR裝備還需要時間，除非傳感頭盔能普及如同人類愿意便攜的日常用品一般，那么VR電影將故步自封。并且創造VR內容是一個耗時、復雜又昂貴的過程，不管是拍攝現實世界還是創建虛擬世界，都需要嚴格的掃描和編輯能力，而且專業的設備的耗材也帶來了極大的資金增項。
VR電影的產生是一種全新的影視藝術形式，它是電影與游戲的混合體，并且影片的生產制作從場景、拍攝開始，到演員的表演和剪輯方式都需要重新設計。VR科技公司盡最大的努力吸引電影制作者進入到VR電影的開發中來，而現實是由于現有的虛擬現實技術硬件的短板。就現有的影片反饋來看，視覺效果的提升舉步維艱，多數影片利用的是配合視覺特效工具與CG技術來達到VR的程度，很多電影制作專業人士則期待VR技術進步以后再投入到新電影產業當中。
3 對于虛擬現實技術的發展與展望
就現有的VR技術手段，在長片電影中的應用還只局限于某個情景或元素的展現，完整的VR長片的制作并不現實。電影屬于創作藝術，觀者完整的觀影需要有節奏、劇情與未知的結局，這都需要創作者主觀的牽引，如果影片完全由觀眾自主掌控，各種新的問題將隨之而來。
電影藝術的發展歷程是二維影像――三維立體――四維立體――全景沉浸式觀影。全景沉浸式的觀影方式必然如同任何科學技術的發展規律一樣，由于自身的短板缺陷，注定其只是一個過渡性模式。2015年，美國的Magic Leap公司表示“直接利用Magic Leap技術”實現拜托虛擬現實，必須借助設備而達到增強現實的功能，并且不使用任何的合成技術。這種技術是利用特殊的透鏡――光子廣場芯片，把數字內容投射在觀者的透鏡上，徹底解決傳感設備帶來的有限視角與延時問題，如果研發成功，將如同人平時佩戴的眼鏡一般輕便。筆者認為，這項技術將是VR技術的出口，而這項技術的突破也將改變全景沉浸式觀影的方式。
電影對VR技術的應用確能抓住觀影者的眼球，因為熱點能帶動關注。目前就VR技術在游戲產業的應用來看，游戲迷們對于此項技術對游戲帶來的新玩法表現出了十分的熱誠，同時也帶來了價值數十億美元的經濟效應。由此看來，每一個喜歡觀影的人都是潛在的受眾群體，如果VR在電影產業取得成功，將帶來極大的經濟效應。
參考文獻：
[1] 趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學，2008（08）.
[2] 陳浩磊.虛擬現實技術的最新發展與展望[J].中國科技論文在線，2011（01）.
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論文摘要:本文從虛擬現實技術幫助學生獲取緘默知識、改變學生的學習手段與學生創新思維的培養三個方面，探討虛擬現實技術（VR）對學生學習的影響。
一、 虛擬現實幫助學生獲取緘默知識
(一)緘默知識
緘默知識是英國學者波蘭尼于 1958年首次提出的一個新概念。他指出：“人類有兩種知識，通常所說 的知識是用書面文字或地圖、數學公式來表述的，這只是知識的一種形式，還有一種知識是不能系統表述的，如我們有關于自己行為的某種知識。如果我們將前一種知識稱為顯性知識的話，那么我們就可以將后一種知識稱為緘默知識?！本}默知識往往不容易被人們所注意，但并不能說明緘默知識在人類實踐活動沒有價值或微不足道。恰恰相反，緘默知識是非常重要的一種知識類型，事實上它們在支配著人的認識活動的整個過程，是人們獲得顯性知識的“向導”。首先，只有通過緘默知識或緘默認識到途徑，人們才能發現一個有新意的真正的科學問題，因為這些科學問題還是問題，還不明了，處于隱蔽模糊的狀態，當然不可能有明確的邏輯證明，只能依靠經驗直覺(其中包含緘默知識)而達到；其次，科學家要做出科學的發現，就必須將那些一般意義上的科學技巧如觀察、記錄、描述、資料分 析等個性化 、實踐化，轉變 為他自己獨特的知識，這個個性化、實踐化的過程實 際上是把一般意義的科學技巧(顯性知識)與個人的緘默知識相結合的過程；再次，在任何科學理論的論證過程中，在各個階段都會有意想不到的情形發生，這是繼續進行研究還是終止，在很大程度上也是一個不能加以清晰表達的建模過程；最后，一個可與陳述是否被人們接受，也依靠人們的緘默知識來幫助，人們在心目中都有一套說不清道不明的認同這種說法拒絕另一種說法的標準，這些標準是緘默知識的一部分。由此可以看出，緘默知識在人的認識活動中是至關重要的。
(二)虛擬現實技術幫助學生獲取緘默知識
虛擬現實技術所具有的沉浸性和交互性使得學習活動具有實踐的性質，虛擬實踐以信息的符號化轉換為物質載體，這就擺脫了原始狀態下虛擬思維的對象的虛無與神秘，同時也解決了原型條件實踐下對象創設的諸多局限于無奈。在虛擬現實的環境下，學習者可以通過對大陸現實素材進行可控的疊加、分解、重組、試探和驗證，來尋找和發現事物各種新的可能性，并展示其接近現實的真實圖景。遨游于虛擬世界中，學習者學習到的知識將是帶有情境性的包含緘默知識在內的完整、豐滿的知識，而不只是抽去汁肉的骨架式的顯性知識。
二 “右腦革命”——虛擬現實技術改變學生的學習手段
布萊克斯利在 1980年出版的((右腦與創造》中寫道：“計算機革命，從根本上說，它乃是左腦革命的延伸。計算機實際上是擴展了我們 進行抽象邏 輯思維的能力。而對于右腦所進行 的那種類型的思維，不能對計算機抱有不恰當的奢望?！边@段話 明確表明計算機技術只是能擴展我們進行抽象邏輯 思維的能力，而對于我們的形象思維的能力卻是無能為力。
在虛擬世界里，人們不僅僅可以通過邏輯的方式進行學習，更主要是通過形象化的方式進行學習。虛擬技術被稱為第一個推動人們身體活動獲取知識的智能技術。虛擬技術提供的學習和認識方式，不僅僅是邏輯和形象的結合，還特別有認知能力和感知能力的結合。
三、學生創新思維的培養
(一)培養學生的發散思維
虛擬現實技術打破了傳統的意向傳授知識的教學模式，學生可以最大限度地發揮主動性和積極性，夠開導學生思維的流暢性、變通性和精細性，為培養學生的發散思維提供了豐富的資 源和便利的空間，將學生的學習、練習及自我測驗結合起來，形成一種生動、活潑、積極的教學方式 ，這是任何傳統的教學方式、方法所達不到的，具有不可替代的功能和作用。
(二)培養學生的形象思維
形象思維的基礎是觀察能力、聯想能力和想象能力 (包括再 造想象和創造想象)。虛擬現實技術能夠構造出最佳的課堂教學環境，能夠提供和展示各種現實的學習情境，誘導學生即席思考，激發學生的聯想。例如利用計算機模擬物理中的電子云圖。核外電子運動的規律與普通物體的運動規律不同，用眼睛看不見，用儀器觀察不到、測量不出來，而且核外電子的運動也沒有確定的軌道，運算速度極快，既看不到、又不能測定算出它在某一時刻所在的位置，只能用統計的方法描述它。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統便于工作可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。
參考文獻
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論文摘要:本文分析了虛擬現實技術在建筑領域中的應用．井對相關問題進行了研究，最大限度地實現對建筑設計、施工、裝修等的現實可行性與指導性。
“虛擬現實”(簡稱VR)，是一項綜合性計算機圖形交互技術，它利用計算機生成一種模擬的實物與環境，通過多種傳感器設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境的直接交互。目前，VR技術已經在各個領域被廣泛應用，如在建筑設計領域、城市建設領域等等。
一、計算機技術的引入
計算機技術用于建筑設計領域已有多年，但最早的建筑設計領域是先模仿傳統工具的使用方式，表現為簡單地模仿傳統的圖紙、圖板、針管筆等的使用方法。例如計算機輔助設計(CAD)主要是幫助設計者把設計、計算、畫圖、數據存儲和處理等繁重工作交給計算機完成，而設計者把主要精力用于創造性構思。計算機可通過圖形設備向設計者展示設計結果。之后發展起來的虛擬現實技術(簡稱VR)能創造身臨其境的感覺，虛擬現實技術是迅速發展的一項綜合性計算機圖形交互技術。它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡并行處理，利用計算機生成的三維空間圖像實現的目標合成技術，通過視、聽、觸覺，以圖表及動畫方式呈現，改變了傳統的計算機輔助設計被動靜態的信息傳遞方式。目前，虛擬現實技術已經在各個領域被廣泛應用，如在建筑設計領域、建筑施工領域、建筑裝修領域等等。
二虛擬現實技術在建筑領域的應用
1．建筑設計領域
在建筑設計中既要進行空間形象思維，又要考慮到以用戶的感受，是一系列的創新過程，包括規劃、設計等。建筑物的實際效果受設計者的藝術素養、生活閱歷、知識水平、設計水平、設計經驗等主觀因素的影響和限制，不同的設計者對于同樣功能要求的建筑所設計的作品在外觀上、環境的協調上可能截然不同。然而，如果應用基于真實感三維圖形的虛擬現實技術則可以將設計者心目中的建筑方案以可視、可觸、可聽的方式展現給專家、用戶，使他們能“身臨其境”，提出自己寶貴的意見，達到優化設計的目的。同時還能大大減輕設計人員的勞動強度，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。
2．建筑施工領域
虛擬現實技術在建筑施工方面，也大有用武之地，可以進行大量方案的比較和優選。例如進行大型土方工程挖運系統的設計，最優設計是在日挖土量一定的情況下，如何確定挖土機與運土載重汽車的最優匹配，使挖運系統取得最好的整體效益。大型土方工程挖運系統的挖土機與載重汽車的匹配有很多方案，若要把全部方案的效益都計算出來進行比較，幾乎是不可能的。對這一類問題采用虛擬現實技術來比較、優選，則很容易實現。再如對于有風險的大型工程項目，投資一旦失敗，將會遭到巨大的經濟損失。對這一類問題，可以利用虛擬現實仿真技術，進行仿真試驗和評估，然后做出決策。同時還可以對不確定因素進行預先模擬。
3．建筑裝修領
建筑裝修設計是一個復雜的綜合過程。在傳統的設計過程中，裝修設計師根據建筑圖紙構造出虛擬的室內模型，并將其設計理念應用于室內模型，最后以多面視圖、效果圖、家具圖、大樣圖和結構圖等手段表達設計效果。然而，這種離散的平面表現模式使得客戶和施工方難以全面地了解裝修效果。另外，繁瑣的工程量和造價估算過程也使得客戶難以準確快速地對裝修方案進行評估平選。如果在計算機中輸入實際房間的模型，設計者身處所需裝飾的房間，按照自己的構思去裝飾、修改，并且可以變換自己在房間中的位置，去觀察裝飾的效果，直到滿意為止，一切就將變得簡單輕松。可以設想，在未來的裝飾工程中虛擬現實技術將會代替現有的實際模型而顯示出其強大的生命力。利用虛擬現實技術有效地提高了裝修設計的效率，并且能夠增強設計師和客戶之間的溝通，增加客戶對設計方案的滿意程度。超級秘書網
三、虛擬現實的動態漫游技術
利用VR技術在空間數據庫的支持下可以構造三維虛擬環境，人在進入這一環境后可以和計算機實現以視覺為主體的全方位的動態交互。一個建筑模型進行可視化具有多角度觀察、放大、漫游、旋轉、任意選定路線的飛行或點面結合行駛效果的動態顯示及可視點的判別等功能。虛擬現實建筑設計還可以讓人在虛擬的建筑環境甚至城市空間里，以不同的角度去窺視或欣賞其外部空間和內部空間的動感形象和平面布局特點。它所產生的融合性，要比模型或效果圖更形象、完整和生動。
視景仿真和動態漫游技術，同時也是進行方案審察和評估的重要手段。利用VR技術在設計工程中可實時動態展示設計方案，可實時審視檢查規劃設計方案，及時發現問題，及時修改方案和細節。
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1基于BIM技術的畢業設計課題方向
目前與BIM技術相關的畢業設計聚焦于基礎應用、技術融合和軟件研發等三個主要方向，如圖1所示。1.1BIM基礎應用方向。BIM基礎應用多數是基于BIM軟件開展相關應用研究，是目前畢業設計的主流課題方向。如采用Revit軟件建立三維信息模型，在此基礎上進行施工圖深化、碰撞監測、進度模擬、工程量統計、造價分析和三維動畫展示等工作。早期的研究對象以房屋建筑為主，目前已拓展至橋梁、隧道、地鐵等公共基礎設施。在BIM應用軟件方面，建模軟件以Revit最為常用，碰撞檢查和動畫模擬多數采用Revisworks軟件，工程算量和造價分析則常采用廣聯達和魯班等國內軟件。總體來看，該方向的畢業設計課題以應用為主，課題的完成情況與研究對象的復雜性、研究內容的豐富性、研究成果的實用性密切相關。隨著信息技術的快速發展，當代大學生的計算機應用能力、新知識接受能力和創新能力也在不斷提高，早期以多高層房屋為對象的“建模+動畫+算量”的畢業設計課題已難以滿足培養目標的要求。因此，該類課題的研究對象正逐步拓展至超高層建筑、大跨空間建筑、鋼木結構建筑、地鐵隧道等公共基礎設施和市政工程項目；研究內容也延伸至進度控制、成本管理乃至運營維護等多個方面；同時，研究課題也越來越多地來源于實際工程，研究成果的實用性已成為畢業設計成績評定的重要依據之一。1.2BIM與前沿技術融合方向。隨著BIM技術的逐步普及，其應用和研究正在從傳統的輔助設計施工向多技術融合的方向發展。如BIM與RFID（RadioFrequencyIdentification，無線射頻識別）、BIM與GIS（GeographicInformationSystem，地理信息系統）、BIM與VR（VirtualReality，虛擬現實）、BIM與AR（AugmentedReality，增強現實）、BIM與三維激光掃描、BIM與結構健康監測等前沿技術融合方向。以BIM與RFID技術融合為例，在傳統的施工現場，大批量地進行構件驗收、安裝時，主要通過人工方式填寫報告、錄入數據，信息延誤的現象時有發生，工作人員常常無法判斷構件的真實狀況，很容易發生錯誤，導致各類問題頻發。利用RFID技術可以實時追蹤、監控構件的生產、運輸、安裝和運維狀態，并以無線網絡即時傳遞信息到BIM數據處理平臺，可以實現對構件的實時追蹤，解決信息錯誤和丟失等問題，能有效地提高工程項目的管理效率和經濟效益。該類畢業設計課題通常要求指導教師有一定的前期研究基礎，有時采用校企聯合指導方式，由企業導師制定課題的研究內容，畢業設計開展過程中由校內和校外導師共同指導。1.3BIM軟件研發方向。BIM的核心思想是信息的集成、交互與共享，模型是載體，軟件是工具。在BIM軟件平臺研發方面，國內外各大軟件開發商已經開發了各類適用于建筑不同階段、提供不同功能的商業BIM軟件。如，美國Autodesk公司推出的Revit、Navisworks、Civil3D等BIM軟件；美國Bentley公司推出的ABD（AECOsimBuildingDesigner）軟件；此外還有Tekla公司開發的專用于鋼結構設計的Xsteel軟件，Graphisoft公司的ArchiCAD軟件等。國內也有廣聯達、魯班、PKPM、3D3S等公司開發的相關BIM軟件。雖然商用BIM軟件已較為成熟，但針對不同對象、不同功能、不同企業均存在一定的局限性，尚需定制研發。相比于BIM應用方向，軟件研發類課題一方面要求指導教師有前期研究基礎，另一方面要求學生有一定的編程基礎，更重要的是對軟件編程有興趣。此外，也有部分研發類課題不需要編寫代碼，只需要設計軟件功能和操作界面等，具體編程工作由他人或企業來完成。
2基于BIM技術的畢業設計案例
2.1BIM基礎應用方向畢業設計案例。以同濟大學本科畢業論文“超高層建筑模架裝備模塊化仿真設計與建造技術研究”為案例。該論文以上海市真如城市副中心A5地塊項目1號辦公樓為實際工程背景，借助BIM工具對鋼柱筒架交替支撐式整體鋼平臺模架裝備開展研究，完成的主要工作包括：（1）對鋼柱筒架交替支撐式整體鋼平臺模架裝備系統組成和工藝原理進行歸納總結，對超高層結構核心筒使用鋼平臺模架裝備關鍵技術進行分析，包括模架的現場安裝、標準層施工、桁架層施工和墻體收分層施工等技術；（2）分析鋼柱筒架交替支撐式整體鋼平臺模架裝備的模塊化設計方法，初步確定模架標準構件庫，根據模架裝備標準構件創建Revit參數化族庫，對標準構件和非標準構件進行組合，并進行整體鋼平臺模架裝備的虛擬預拼裝；（3）根據二維設計圖紙建立該超高層建筑的核心筒模型，采用Navisworks進行整體鋼平臺模架模型和核心筒模型的合模，對鋼平臺模架施工關鍵技術進行可視化施工模擬。畢業設計成果提出了一種鋼柱筒架交替支撐式整體鋼平臺模架裝備的模塊化方案，借助BIM軟件建立了模架標準模塊構件族以及核心筒模型，完成了模架模塊的組合與拼裝，實現了模架裝備和核心筒的合模，并對鋼平臺安裝、標準層施工、收分層施工等進行了三維可視化分析。該畢業設計的研究成果已應用于實際工程項目中，對模架裝備的模塊化和BIM技術的推廣具有積極作用。2.2BIM與前沿技術融合方向畢業設計案例。目前，BIM與GIS、VR、RFID、三維激光掃描等技術的融合交叉應用已成為工程界和學術界的研究熱點。以三維激光掃描為例，該技術是測繪領域繼GPS之后的又一次技術革命，通過高速激光掃描測量方法，大面積、高分辨率地快速獲取物體表面各點的坐標、反射率、顏色等信息，基于這些大量、密集的點信息可快速復建出真彩色三維點云模型，為后續的數據分析等工作提供準確依據。該技術具有快速性、非接觸性、穿透性、高密度、高精度、實時性強等特點，很好地解決了目前空間信息技術發展實時性與準確性的頸瓶。以同濟大學本科畢業論文“基于BIM技術對既有建筑快速建模方法的研究”為案例，該論文針對目前既有建筑建模時面臨的竣工圖紙無跡可尋、空間幾何信息難以采集、建筑物細部特征難以捕捉、測量所需時間及金錢成本過高等問題，采用三維激光掃描技術對上海某演藝場所進行掃描，利用JRC3DReconstruction軟件對點云數據進行降噪與配準，再采用ICP算法進行平滑操作，最后對該建筑進行整體建模，生成的三維模型見圖3所示。該模型已用于其改造工程的后期設計與研究工作中。2.3BIM軟件研發方向畢業設計案例。以同濟大學本科畢業論文“基于二維碼的鋼結構構件追蹤管理軟件研發”為案例，該論文從研究國內外鋼結構BIM建造管理平臺入手，分析了構件信息追蹤管理平臺的研發和應用現狀，將BIM技術與二維碼技術相結合，設計了基于二維碼的鋼結構構件追蹤管理軟件主要功能和界面，基于B/S架構，采用Html、JavaScript和Neo4j等語言初步實現了構件追蹤和進度管理等基本功能。構件追蹤界面見圖4所示，軟件對每一根構件生成唯一的二維碼，支持單獨或批量下載功能。二維碼存儲構件的編號、安裝位置、尺寸、長度和質量等基礎信息。用手機掃描二維碼即可查看構件的報驗和質量檢驗等詳細信息。通過二維碼功能，可追蹤構件的生產、制作、運輸和安裝等全過程信息，實現對構件加工和安裝中的質量監控信息以及構件安裝進度信息的實時掌控，而這些信息直接反映到構件的位置管理、質量管理和安裝進度管理中，為這些管理活動的進行提供了幫助和支持，追溯到最上層則實現了加工制作計劃的實時調整，而加工制作的調整又決定了現場施工情況。此外，通過二維碼信息能夠直觀快速地發現現場質量問題，解決現場管理人員攜帶圖紙及查詢資料不方便等問題，提高了現場工作效率。本軟件的開發涉及BIM模型的解析、上傳和顯示等功能，這些功能的實現需要大量的編程工作，很難由一位本科生在畢業論文周期內完成所有工作，因此，軟件的前期開發工作已由指導教師團隊完成，本論文主要是實現了基于二維碼的鋼結構構件追蹤管理功能模塊的設計和研發工作。
3提升基于BIM技術的畢業設計效果建議
3.1增加前沿課題數量。目前，BIM方向的畢業設計仍然以“建模+動畫+算量”的軟件應用型課題為主導，雖然該類課題的實用性強，但往往工作量大而難度不大，特別是對一些研究型高校的學生，該類課題的畢業設計主要是提高了學生的BIM軟件使用能力，對學生的創新性培養不足。隨著信息技術的快速發展，建議增加BIM與物聯網、大數據、VR、AR等新型技術相結合的畢業設計課題，提高學生的實踐能力和創新能力。此外，現有的主流BIM平臺均被國外壟斷，亟須發現和培養一批專注于軟件研發的學科交叉類學生，可以通過增加平臺研發類課題，鍛煉學生的研發能力，為其將來的工作和繼續深造打下基礎。3.2加強校企合作。BIM技術無論是軟件使用、平臺研發，還是與新技術的創新應用，均具有很強的實踐性。目前，很多土木建筑類大型企業均配備了BIM技術中心，具有較強的BIM應用、產品和新技術研發能力，而在國內高校中專職從事BIM教學和科研的教師非常欠缺。通過校企合作，可以彌補校內指導教師BIM實踐能力的不足，促進產、學、研全面合作，充分發揮學校與企業在BIM人才培養過程中的職能作用，實現優勢互補、資源共享，強化實踐育人環節，對于提高人才培養質量具有積極的意義[6]。針對于此，同濟大學與上海建工、華東建筑設計院等單位已建立了長期的校企合作關系，與BIM技術有關的畢業設計課題多數來自于企業，部分畢業設計成果已直接應用于實際工程，取得了較好的教學效果。3.3重構現有課程體系。近十年來，雖然BIM技術和軟件已有長足的進步，正向設計已開始應用，但逆向建模仍是主流，在畢業設計中也最為常見，即學生根據二維CAD圖紙創建其建筑、結構及機電等三維BIM模型。從已有的畢業設計效果看，存在兩方面的問題，一是許多學生的識圖能力較弱，特別是機電圖紙的識圖能力非常欠缺，需占用大量的畢業設計時間來提高識圖能力；二是學生的BIM軟件操作能力不足，很多時間被用于軟件學習中，實際的畢業設計工作時間被大量擠占。目前，很多高校沒有單獨設置BIM課程，或者雖然單獨設置但將其作為選修課，普及面不廣，這就需要我們對現有的課程設置體系進行完善和重構?？紤]到BIM技術的應用領域非常廣泛，筆者建議將BIM技術的教學融入專業培養體系中，如：將BIM技術引入工程制圖、房屋建筑學、鋼結構和混凝土結構設計、土木工程施工、工程項目管理等多門課程中，特別在課程設計中，將其作為一項必修內容。通過BIM技術的三維可視化、虛擬仿真、信息共享等功能實現課程體系的有機整合。
BIM技術已被廣泛視為改造建筑業這一傳統產業的戰略手段，正在導致建筑業進行一次史無前例的徹底變革。從高校的實踐課程教學來看，BIM技術相關課題已成為建筑學、土木工程、工程管理等專業畢業設計的一個重要方向。本文歸納總結了與BIM技術相關的三大畢業設計課題方向：基礎應用、前沿技術融合和軟件研發，以同濟大學為例展示了各方向的畢業設計案例，最后提出了增加前沿課題數量、加強校企合作、重構現有課程體系等用于提升畢業設計效果的建議，可以為BIM相關專業的畢業設計提供借鑒和參考。
參考文獻：
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vr技術論文范文6
關鍵詞：pspice仿真 ERT信號處理電路 參數優化
電阻抗層析成像(Electrical Impedance Tomography，EIT)技術是目前過程檢測儀表領域中的新技術。該技術基于電學敏感原理，采用位于邊界處的電極陣列對被檢測物場的電阻抗分布信息進行檢測，適用于液-氣混合或液-固混合場的二維/三維截面信息測量，具有信息量大、非侵入性、成本低、安全性好等特點，可以實現對被測物場分布的在線可視化測量與監控，在生產過程和環境監測等諸多領域存在廣泛應用前景，是目前關注和研究的熱點。
在EIT系統中，由于電阻抗測量問題是影響電阻抗層析成像系統測量精度和重建圖像質量的關鍵和難點之一，所以對微小電阻抗測量電路的研究是極為重要的。并且電阻抗層析成像系統要求實時處理數據，對數據處理的速度也有較高的要求。因此，本文針對EIT系統中電阻抗測量電路及其測量數據處理模塊進行研究。利用Pspice仿真軟件輸出的直觀數據，設計出合理的信號測量電路，并在此基礎上進行參數優化，歸納得到EIT系統測量電路參數優化的一般準則，以滿足成像系統在不同應用領域的同一要求，實現更靈活的、有效的工業過程自動化監控功能。
一、基于pspice的電阻抗層析成像測量電路優化仿真
EIT系統由四個功能模塊組成，分別是信號發生模塊、電極選通模塊、信號測量模塊以及數據采集與通信模塊。其中，數據測量模塊由前置差分放大、帶通濾波器、相敏解調、低通濾波器四個子模塊組成。
1.可控增益差分放大
接收電極上測得的信號很小，需要進行適當的放大，同時濾除信號中的噪聲，以使后面的測量能得到較好的效果，本文選用芯片AD624完成這一功能，其pspice仿真電路及參數設置如圖1所示。
圖1 ERT仿真電路
2.帶通濾波
前置放大電路由于芯片內部本身電阻不匹配的問題，會導致共模抑制較理想情況有很大下降，這樣會使部分共模信號耦合到輸出端，經放大之后疊加在解調電路輸出，影響系統精度。所以在信號解調之前，用窄帶帶通濾波器濾除噪聲。本文采用集成運放及電容、電阻構成的二階帶通濾波器，其pspice仿真電路及參數設置如圖2所示。等效品質因數Q值是帶通濾波的一個重要指標，Q值越高，濾波器的陡峭系數越高，濾波性能越好，通過仿真發現電容C2與C3是影響濾波效果的關鍵參數。
3.相敏解調
前置差分放大電路輸出的信號依然是交流信號，無法作為成像數據，因此必須經過相敏解調電路將其轉化為直流信號，并經過低通濾波器濾除噪聲干擾信號，得到的直流電壓信號就可以作為成像數據了。
相敏解調方法可以分為開關解調、乘法解調以及數字解調。開關解調會產生較大的噪聲，且激勵源的頻率相對較低，應用較少；數字解調電路設計復雜，對A/D轉換和CPU的要求很高。因此，本文選用乘法解調的方式來解決
問題。
設輸入信號Vin與參考信號Vr是頻率相同，但相位不同的信號：
Vin=Asin（ωt+φ），Vr=sin（ωt+θ）,乘法器輸出電壓為Vd=Asin（ωt+φ）sin（ωt+θ）=A[cos（φ-θ）-cos（2ωt+φ-θ）]/2。經低通濾波器濾掉高頻成分后信號變為：VdLFP=Acos（φ-θ）/2。
由上式可知，輸入信號與參考信號間的相位差決定了輸出電壓值的大小，相位差越小，則輸出越接近理論值。因此可以通過采用相位補償電路來盡可能減小輸入端的相位偏差，優化解調輸出。
電路中的乘法器選用AD734。AD734為四象限乘法器，全功率帶寬為10MHz，靜態精度為0.15%，該芯片無需復雜的參數調節電路，控制靈活。
4. 低通濾波
由于傳感器電極的模擬開關在切換的過程中會引入高頻的開關噪聲，對有用信號造成干擾，影響電路正常工作，因此乘法解調的結果需要送到低通濾波環節，給直流電路濾除干擾，以供A/D采樣轉換。低通濾波所用時間占整個數據處理環節的大部分，因此，縮短低通濾波器的穩定時間可以提高整個信號處理模塊的實時性。就濾波效果而言，當然是階數越高效果越好，但使用更多的儲能元件，會增加濾波器穩定的延遲時間。因此，在力求不影響系統精度的前提下，改善濾波環節的實時性，所以本文選用二階巴特沃思濾波器。
二、仿真實驗及結果
1.差分放大仿真與結果
共模抑制比是差分放大電路的關鍵指標，在仿真中，差模增益設置為200，將AD624的差模輸入端進行短接后，在輸入端送入峰值為1V到10V不等的頻率為50kHz的信號，測出輸出端的電壓，根據公式計算發現，隨輸入共模信號的增加，共模抑制比呈上升趨勢，滿足電路中要求的60dB到80dB范圍的要求。
2.帶通濾波仿真與結果
在不斷改變電容C2與C3的條件下，研究它們對帶通濾波器幅頻特性的影響，通過實驗發現，當C2取值470pF附近時，波形最尖銳，Q值高，通帶范圍是35kHz～66kHz，滿足系統要求。當C3取值10pF附近時，該窄帶帶通濾波器的濾波效果最好。
3.相敏解調的仿真結果
實驗發現，輸入信號與輸出信號之間滿足二倍頻的關系，且輸出包含直流成分，證明了該乘法器電路正確可行。如果輸入信號與參考信號之間有相位差，假設偏差π/2，此時包含有效信息的直流分量被衰減為零。
前文已經提出，可以通過相位補償的方法，改善解調輸出，下面給出一個可行的方案。圖3為相位補償電路仿
真圖。
通過調節電容C1的取值，對于同一輸入信號，輸出信號的相位及幅值有所改變。
4. 低通濾波的仿真結果
實驗表明打破低通濾波器輸入端電阻的平衡，可以提高輸入電阻，減小輸出電阻，縮短濾波器的穩定時間，但需要以增益的減小為犧牲。實驗結果詳見表1。表1中電阻單位是Ω，時間單位是μs。
本文利用pspice軟件優化仿真EIT系統數據測量模塊中的核心電路，通過優化仿真參數，分析仿真結果，歸納出了此類電路的參數選定一般建議。
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