三維數字化論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇三維數字化論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2基于MBD的三維數字化裝配工藝的設計過程

基于MBD的三維數字化裝配工藝設計不僅僅是指編制三維裝配指令，而是貫穿飛機設計的整個過程，在整個過程中不同階段有不同的側重點。這個過程主要包含以下三個階段：第一階段：工藝系統接收產品初步設計數據，分析產品結構特點，與設計人員協商初步確定工藝分離面并制定初步的裝配方案，然后在三維仿真軟件內進行裝配方案可行性的初步分析，制定總體裝配方案，分析可能的裝配難點和重點。第二階段：工藝系統接收產品較高成熟度的MBD設計數據，在三維仿真軟件內對重點部位（必要時對全部）結構件、管路、自動化裝配設備等進行裝配過程和人機功效的詳細仿真分析，發現并解決產品、工裝以及工藝方面的問題并給出解決方案，如圖1～圖3所示；這個階段的工藝工作主要包括：裝配順序的創建和優化；裝配路徑設計和優化；裝配工藝過程仿真模擬、人機功效模擬、自動化定位及制孔設備等的工作仿真。利用三維數字化仿真軟件對產品的組件或部件進行裝配過程規劃，確定組件或部件內零組件的裝配順序；按照工廠現有裝配條件和裝配單元工作內容，進行裝配路徑的仿真和優化；最后在數字化裝配仿真系統中進行零組件或自動化設備的裝配過程及人機功效的仿真模擬，分析裝配工藝過程的可操作性和合理性，發現并解決數字化產品模型裝配過程中所遇到的產品、工裝以及工藝設計中的各類問題，同時也可以進行工具等的選型工作[2]。第三階段：接收設計部門的最終三維MBD設計數據，創建頂層MBOM以及PBOM等工藝數據，在數字化工藝設計系統中進行裝配工藝的詳細規劃和細節設計以及資源庫的創建，在三維可視化的環境下進行零組件以及標準件的劃分，在全三維的環境下對裝配指令進行工步級的細節編輯，最終生成現場使用的三維可視化工藝指令。

3三維數字化裝配工藝設計系統的架構和工作模式

3.1三維數字化裝配工藝設計系統的架構

本文所述的裝配工藝設計系統是基于達索公司的DELMIA軟件平臺進行開發的三維數字化裝配工藝設計系統，DELMIA軟件平臺分DPE和DPM兩個工作環境，DPE側重數據管理和工藝規劃，DPM則提供一個三維可視化的環境便于產品數據的劃分和裝配仿真等工作。由于DELMIA只是提供了一個平臺且目前MBD設計標準不統一，故需要在原有基礎上進行客戶化定制和開發，本系開發了多種輔助工藝設計工具以便工藝設計人員只需極少的文字輸入即可完成工藝設計，所有關鍵數據均直接繼承自產品MBD數模，保證了工藝信息的完整和準確；此系統中最為復雜難度最大是MBD數模中標準件的處理和劃分，由于大型飛機標準件數量都在數十萬甚至上百萬件以上，采用實體建模將會產生天量的數據，因此目前飛機標準件設計大都采用點線等元素進行簡化表達，無法使用DELMIA中標準功能進行標準件的工藝規劃，因此系統開發了一套專門處理標準件模型的工具，本系統也是國內目前唯一實現了對以點線表達的標準件識別和劃分的系統，如圖9所示。本系統依托VPM協同設計平臺提供MBD產品數據，在DELMIA中完成PBOM的創建、頂層MBOM的劃分、三維裝配指令的設計并向協同平臺提供底層MBOM以及三維裝配指令等數據，由系統平臺進行管理和發放。三維數字化裝配工藝設計系統的流程及架構如圖4所示，整個三維數字化裝配工藝設計系統始終保持設計數據的一致性，保證數據的準確性及完整性，同時本系統可給生產管控系統（MES）以及ERP系統設置數據接口[3]。

3.2三維數字化裝配工藝設計系統的工作流程

三維數字化裝配工藝設計系統主要由需要工藝管理部門和各車間工藝設計部門使用和管理，工藝管理部門和各車間工藝設計部門必須緊密協同才能順利開展三維數字化裝配工藝設計，同時工藝管理部門需要給予車間一級足夠的權限，畢竟車間一級工藝人員對產品設計特點有更深入的了解。工藝管理部門主要負責三維裝配設計系統數據的頂層設計，其利用DELMIA中的DPE環境下的數據接口進行EBOM導入，通過對EBOM的重組增加工藝組件和路線定義等形成PBOM；在PBOM的基礎上構建頂層MBOM；根據各廠際分工要求進行大部件級的頂層工藝組件的劃分，如圖5所示。各車間工藝技術主管接收工藝管理部門下發的數據，進行各車間內部工藝面的進一步劃分并將之分派給具體每個工藝員；工藝員接收工藝主管分發的具體某個裝配單元的數據，進行本裝配單元裝配工藝的層次劃分以及具體工步的分解，在DPM三維可視化的環境中中進行零組件及標準件的劃分，然后在DPE環境下進一步進行裝配可視化修飾等細節編輯，但對于裝配工藝所需飛機裝配技術條件、材料、工藝規范文件等全部采用專門開發的工藝設計工具進行創建以保證編制數據的準確和完整。最后直接在DPE中輸出結構化和標準化的三維裝配指令并提交審批，經過審批的裝配指令發送到協同平臺進行統一進行發放及管理，以上過程見下圖6～圖14所示。三維裝配指令審批發送到系統平臺后由工藝管理部門統一管理，不屬于裝配工藝設計的范疇，本文不再贅述。

4基于MBD的三維數字化裝配工藝設計的優勢及要求

4.1基于MBD的三維數字化裝配工藝設計的優勢

1）采用基于MBD的三維數字化裝配工藝設計，徹底解決了制約裝配工藝設計過程中涉及的數據準確性、完整性的問題，整個裝配工藝的設計完全基于設計的MBD數模，保證了與設計數據的一致性；2）工藝人員在三維可視化的環境下進行裝配工藝的規劃、仿真和設計，使得裝配工藝設計更加直觀更有操作性，通過裝配路徑仿真、人機功效仿真以及自動化設備工作仿真等可提前發現存在的設計、工裝及工藝規劃包含的問題并提前予以解決，大幅減少現場實際生產時的各類問題，提高生產效率并大幅降低生產成本；三維可視化裝配指令設計系統使工藝人員完全從枯燥的文字編輯以及事后數據校對中解放出來，工藝人員只需關注裝配工藝的可行性和合理性，無需花大量精力進行數據準確性和完整性的檢查；3）在三維數字化裝配工藝設計系統中輸出的三維裝配指令徹底顛覆了傳統文字化的裝配指令，工人只需在系統輸出的三維可視化裝配指令中進行簡單操作即可，無需查找大量的圖紙、設計技術文件以及其他工藝性文件，做到了可見即所得、所得即所需的效果，同時工人還可在裝配指令的三維視圖中對輕量化的設計數模進行各類尺寸的直觀測量，便于工人現場操作的進一步了解；4）三維數字化裝配工藝設計系統可輸出裝配部門準確完整的底層MBOM，有利于ERP以及MES系統的實施和管理；5）三維數字化裝配工藝設計系統可以與裝配知識庫系統緊密集成，使得公司積累的知識在裝配工藝設計時順利地的共享和調用；6）工藝管理部門可利用DELMIA軟件平臺中DPE模塊對整個裝配數據進行有效的管理，保證下游數據的完整性和準確性，利于工藝設計部門編制完整準確的裝配指令。

4.2基于MBD的三維數字化裝配工藝設計的要求

1）基于MBD的三維數字化裝配工藝設計要求有準確、完整及規范的且嚴格執行的MBD數模，產品設計數據是所有下游數據的源頭，設計數據是否準確、完整及規范是決定三維裝配工藝設計系統是否順暢和準確最關鍵的要素。因此產品設計部門必須要有科學合理的與制造部門協商過的MBD設計標準和規范且必須嚴格執行，否則必定會導致整個下游其他系統的數據的混亂和實施困難[4]。2）工程制造部門也須有嚴格的與設計部門MBD設計標準和規范相協調的各類工藝規范且必須嚴格執行，用以支撐三維數字化裝配工藝設計。本文所述的裝配工藝設計系統在開發過程中發現產品設計標準很大程度上體現的是傳統二維設計模式的思想，不能很好的適應當前基于MBD的三維數字化設計要求，而且設計人員沒有嚴格執行現有標準化要求，特別是以點線表達的標準件模型存在大量的格式錯誤等不規范設計，導致系統開發比較緩慢，僅為了解決標準件數模處理和劃分就占了近三分之一的時間。因此產品設計應開發專用的標準化設計工具和數據庫用以支撐基于MBD的產品設計，同時需要借助專業化的軟件工具對MBD產品數據進行標準化等項目的批量檢查，最大限度地減少因人為因素導致的產品數據錯誤。3）工藝設計人員必須具備相當的工程經驗，熟練理解并掌握三維數字化裝配工藝設計系統所涉及的理念和軟件使用要求，三維數字化裝配工藝設計系統對工程技術人員來說只是工具，它本身無法識別工藝設計和規劃的合理性和可行性，這些都必須由工藝設計人員依靠經驗和知識確定。

篇（2）

您的研究方向：管理

是否有數據處理要求：否

您的國家：北京

您的學校背景：北京理工大學

要求字數：6000 (開題報告)

論文用途：碩士畢業論文

是否需要盲審(博士或碩士生有這個需要)：否

補充要求和說明：先要一個開題報告! 正式畢業論文的要求 學校還沒通知 開題報告要求 見 附件 題目方向是 三維制造工藝 對機加企業(車間) 的影響 或 數字化制造 對機加企業(車間)的影響 (最好是針對航天制造企業)

北京理工大學研究生院工程碩士學位論文開題報告：基于三維模型的工藝對技術對航天制造企業生產效率的影響

一、學位論文選題的目的和意義

1.1 選題背景

進入21世紀,數字化設計制造技術在國際航空制造業新產品研制中發展迅猛,傳統的以模擬量傳遞為基礎的設計制造手段，已經逐漸被以數字量傳遞為基礎的數字化手段所代替,通過全面采用數字化產品定義、數字化預裝配、產品數據管理、并行工程和虛擬制造技術,極大縮短了機型研制周期、提高了產品質量。

二、本選題研究領域歷史、現狀、發展趨勢分析

三、研究方案

四、研究計劃進度表

五、經費預算

六、參考文獻

[1] masuzwa t, fujino m, kobaryashik. wire elctro-discharge grinding for micro-machining [j]. annals of the cirp, 1985, 34(1): 431-434.

[2] yan b h., chung tsai h, yuan huang f. the effect in edm of a dielectric of a urea solution in water on modifying the surface of titanium [j]. international journal of machine tools and manufacture, XX, 45(2): 194-200.

[3] assarzadeh s, ghoreishi m. neural-network-based modeling and optimization of the electro-discharge machining process[j]. XX, 39(5): 488-500.

[4] soni j s. micro-analysis of debris formed during rotary edm of titanium alloy(ti 6a1 4v) and die steel(t 215 cr12)[j]. wear, 1994, 177(1): 71-79.

[5] murti v s r, philip p k. an analysis of the debris in ultrasonic-assisted electrical discharge machining[j]. wear, 1987, 117(2): 241-250.

[6] 馮新明,張固.數字化技術在新支線項目研制中的應用[j].航空制造技術,XX(10):56-59

[7] 中航商用飛機有限公司.arj21數字化樣機實施規定[g].新型渦扇支線飛機項目,XX

[8] 楊璽.基于單一產品數據源的飛機制造信息管理研究[d].北京航空航天大學博士學位論文,XX.

[9] 盧鵲.大型飛機的并行數字化定義技術研究[d].北京:北京航空航天大學,XX.

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中圖分類號：TP311.1文獻標識碼：A 文章編號：

the Application and Research ofWorkflow Model in the Construction of Digital Estate Management

System

SUN De-chao, SHEN Xu-dong

(Ningbo real estate property section, Ningbo315100, China)

Abstract: This article takes the paper file digitization as a starting point, through the establishment based on digital image's three dimensional file virtual system model, utilizes the technology of imagery processing, WEB application and virtual reality and so on, realizes the function of the digital image gathering input, processing, the memory and the three dimensional virtual call, and this function supports the B/S pattern .

Key Words: Virtual reality; Data acquisition; File digitization

1 引言

信息技術的快速發展與廣泛應用給檔案工作帶來新的契機和新的研究課題。檔案作為一種原生的信息資源，其重要性正日益凸顯出來，采用先進的信息技術對檔案進行管理，開展檔案數字化系統建設勢在必行。目前國外的檔案數字化建設在檔案管理信息系統的建設方面比較成熟，關于網絡環境下的數據庫、搜索引擎、檢索服務、信息資源共享、三維虛擬等方面技術在檔案管理中的應用研究比較活躍，已經達到新的。相比較，國內的檔案數字化建設相對滯后，在檔案管理信息系統的建設方面尚處在起步的階段， WEB技術與虛擬現實技術方面在檔案管理中的應用非常局限，雖有虛擬檔案館一詞，但僅僅停留在展示方面，還未真正達到有效虛擬管理作用的目的，有關檔案管理的三維虛擬現實方面的課題研究剛處在起步階段。因此，建立檔案管理的三維虛擬現實系統有重要的現實應用，將對檔案管理模式產生深遠的影響與變革。

目前中國許多檔案部門著手進行擋案的數字化工作，檔案整理工作量龐大，設計一套有效的檔案數字化模型是非常必要及時的，對檔案數字化工程的推進有著非常重要的意義，通過數字圖象三維虛擬系統模型的建立，可保護實物檔案形成電子檔案，有助于電子查閱和網上瀏覽，降低辦公成本，提高檔案管理效率，而且使用直觀方便，接近現實世界。

2 系統實現

2.1 主要內容介紹

系統深入研究檔案數字化進程中的檔案三維虛擬現實管理問題，包括紙質檔案的拍攝或掃描采集錄入系統與檔案電子庫房的三維虛擬管理如虛擬檔案袋與檔案架的創建、上架下架位置排列與虛擬檔案袋的調閱等問題，充分利用理論、硬件、軟件與技術應用相結合，對檔案的三維虛擬現實管理方面進行獨特而全面的研究。

系統主要運用Visual Studio 2005和.Net框架建立一套基于B/S模式的數字圖象三維虛擬現實系統模型，主要分成兩大塊：電子檔案數字圖象的采集錄入系統與三維檔案虛擬現實系統。系統實現工作流程如圖1所示。

圖1 系統工作流程

電子檔案數字圖象的采集錄入系統主要是通過錄入系統程序客戶端運用USB接口控制技術控制數碼相機或高速掃描儀進行檔案紙質材料的拍攝或掃描錄入，以TIFF/JPEG等主要圖象格式進行數字圖象的分布式存儲并上傳到文件目錄服務器與數據庫服務器，為三維虛擬現實管理系統提供數據來源；三維虛擬現實系統主要建立三維虛擬檔案袋與虛擬檔案庫，根據檔案的空間位置信息與上架信息，通過虛擬檔案袋載入數字圖象信息，自動形成三維圖形展示的檔案庫房密集架直觀圖，通過該圖可以直接定位檔案的具置，可以直接對該卷電子檔案進行操作，如調閱、遷出、銷毀、借閱登記等，實現三維電子檔案的模擬實物查詢與操作，以簡化檔案管理的業務工作環節。

2.2 關鍵技術

(1)USB接口控制數碼相機技術：支持JPEG、GIF、PDF、BMP、DWG、DXF、TIFF等多種圖象格式，支持黑白二值、灰度和彩色拍攝或掃描錄入，支持多種數碼相機或高速掃描儀的錄入接口，支持遠程服務應用，能進行拍攝或掃描模板及參數的設置。

（2）數字圖象處理、圖象存儲安全與圖象壓縮技術：能對圖象進行縮小放大、去噪去污等處理，以保證圖象質量；鑒于檔案種類繁多，數據量龐大，考慮到虛擬現實管理的實時性與快速性，本系統具有高效圖象處理的功能，并采用LZW無損壓縮算法對彩色數字圖象進行高比例無損壓縮存儲，以滿足數字圖象訪問速度的需要，具有良好的實時性、擴展性和伸縮性。

（3）虛擬電子檔案袋建立技術：將文本數據與圖象數據關聯，存取在虛擬電子檔案袋中，形成完整的電子檔案；

（4）三維虛擬現實技術：能形象逼真地模擬檔案的查詢與調閱；三維虛擬現實提供電子庫房虛擬管理和虛擬檔案的調檔查閱，具有生動逼真和模擬實物檔案管理的效果。同時，具有虛擬檔案位置信息大變動調整速度比實物檔案位置信息大變動快的得多。。

（5）數據庫存取與數字多媒體技術：能實現圖象文件的分布式存儲 ，能快速讀取圖象數據；支持聲音，實現多媒體漫游；

3 結論

該系統針對數字化檔案工程，提出了用三維虛擬現實技術、USB接口技術、圖象處理技術和WEB技術相結合來解決電子檔案數字圖象采集、存儲、三維虛擬調閱等問題的方案，給檔案數字化管理提供了有力的應用工具，有利于信息共享，大大提高了數字化效率,圖2為系統在寧波數字化檔案管理使用過程中虛擬現實的圖片。該作品具有較好的前瞻性和實用性，不僅局限于檔案領域，可以擴展到多種行業多種領域，具有很好的使用價值、社會效益和市場前景。

圖2 虛擬現實系統

參考文獻

[1] 胡西偉.基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究[D].武漢大學碩士論文,2005,4.

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1、論文研究背景及意義

近多年來，由于計算機及網絡相關技術的迅猛發展，世界經濟發展的必然趨勢就是數字化，數字城市也逐漸引起了人們的注意。那么怎樣應用計算機技術來構建數字城市，近而實現城市的數字化已經引起城市規劃及管理人員和城市居民的共同關注。城市仿真技術在構造數字城市過程中發揮著非常重要的作用，因此成為當前一個新的研究熱點。仿真(Simulation)技術是利用計算機軟件模擬實際環境進行科學實驗的技術，以模擬的方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真體驗中獲得直接參與和探索仿真技術對象在所處環境中的作用和變化。城市仿真(Urban Simulation)技術就是仿真技術在城市規劃、建筑設計等領域中的應用，表現為人機交互、真實建筑空間感與大面積三維地形仿真，即交互式實時三維(Interactive Realtime 3D)。采用虛擬現實技術構造出來的城市視景仿真系統是數字地球的重要組成部分和支撐手段，已經被廣泛應用在城市的規劃、建設以及管理當中，對于城市發展規劃的各個方面都具有相當重要的意義。

2、國內、外的視景仿真工具

MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三維建模軟件是世界上流行的實時三維數據庫生成系統的軟件環境，在仿真系統中得到廣泛的應用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司應用于實時視景仿真、聲音仿真和虛擬現實等領域的世界領先的軟件環境。Urbansim是基于城市交通需求模擬分析和城市土地綜合分析的新型城市發展仿真軟件。MagicCity屬于WinTel架構基礎上的虛擬現實和視景仿真系統。我國在視景仿真系統開發的同時，也在進行仿真系統軟件平臺的開發。TrueSim v2.0 三維實時仿真軟件平臺是深圳市創想科技發展有限公司在綜合了國內外多項最新三維仿真技術的研究成果以及多年來從事三維仿真研究所積累的多種經驗的基礎之上推出的具有自主知識產權的仿真平臺。神州視景信息技術有限公司自主研發了“基于普通PC和Internet的大規模場景實時漫游引擎系統――SCVR”。 Virtools是一個實時三維虛擬現實編輯軟件，可將多種常用文件格式（三維模型、二維圖表、聲音等）整合到一起，并具備交互功能，能夠開發出電腦游戲、建筑仿真、交互娛樂等多種3D產品。

3、本文的研究目的及重要內容

本文通過研究虛擬現實視景仿真技術的相關知識，實現以我們學院校園為虛擬環境的視景漫游系統。通過對虛擬場景的構建，能夠實現視景漫游中的自動漫游和交互漫游等效果。本系統應用建筑草圖大師Sketchup和MultiGen Creator軟件工具來構建虛擬場景中地形及建筑物的三維模型，并建立道路、樹木、路燈等虛擬景物，借助Vega Prime軟件平臺和工具集對校園虛擬場景進行仿真，在VC++開發平臺下實現三維景觀及模型的交互式（以鼠標、鍵盤等交互方式）控制，實現了虛擬校園景觀的視景仿真漫游系統。

本文主要研究內容和所做工作總結如下：

(1)了解視景漫游技術以及虛擬現實的發展，對國內外虛擬現實技術應用現狀進行調研。

(2)對黑龍江農墾科技職業學院的視景環境數據進行搜集和整理，包括地形數據的獲取、建筑物數據的獲取、紋理數據的獲取等等。

(3)研究用虛擬現實建模軟件Sketchup、Creator以及三維建模技術、模型真實感技術以及模型優化技術等對地形、道路、教學樓和圖書館等建筑以及校園之中的花草樹木等進行建模，構建出虛擬場景模型庫，然后用視景漫游軟件Vega Prime和VC++對虛擬場景進行漫游和交互控制。

(4)研究模型數據庫建模和優化技術問題，模型數據庫的建構、調整和優化對提高實時仿真系統中運行的速度和流暢性起著至關重要的作用，成為目前重要的研究課題。

(5)碰撞檢測技術。開發虛擬現實仿真系統有一個主要目標就是能夠讓用戶以盡可能接近自然的方式與構建的虛擬場景中的物體直接進行交互。要實現自然的、精確的人機交互功能首先要解決的是碰撞檢測的問題。碰撞檢測是虛擬場景中動態物體與靜態物體之間或動態物體與動態物體之間進行交互的基礎。在碰撞檢測中有兩個問題需要解決，一是檢測到碰撞的發生和碰撞的位置，二是計算碰撞后的反應。而碰撞檢測是計算碰撞反應的先決條件，因此，碰撞檢測是虛擬環境中一個必不可少的部分。

(6)為保證虛擬場景的真實性、生動性及其對用戶的感染力，對基于粒子系統的虛擬場景環境特效技術進行研究。

校園視景仿真就是在計算機環境中對真實校園的景觀進行虛擬再現，采用虛擬現實相關技術，生成一個實時的、能給用戶各種真實感受的三維虛擬環境。利用計算機軟硬件及其相關輸入輸出設備，使用戶可以在虛擬的校園場景中進行瀏覽和交互漫游，感受校園中的風景。利用這種方法可以讓更多的人來了解我們的學校，對本校園的環境及交通現狀等方面有更深刻的認識。

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1數字化教學課程體系

傳統的數字化技術教學全國大多數院校基本上是計算機輔助繪圖軟件的教學,而且教學內容也局限于繪圖命令的教學,因而計算機輔助設計往往被認為僅僅計算機輔助繪圖,只是一種可以提高工作效率的繪圖工具,也就是人們通常所說的“手的延長”。在教學改革上,我們的目標是利用計算機的優勢幫助設計者提高設計的創造性,真正地實現計算機輔助設計(ComputerAided Design, CAD),也就是所說的“腦的延長”。

根據全國高校建筑學學科專業指導委員會的《促進建筑數字技術教學發展綱要》,建筑數字技術課程改革的思路從三個方面考慮:改革教學重點,以講授設計構思方面的軟件為主;增加教學內容,加強建筑數字技術發展概貌的介紹;改革教學方式,逐步將建筑數字技術課程與建筑設計教學結合起來[3]。結合專指委的精神和學院的教學改革情況,結合建筑設計的教學過程,以達到“腦的延長”作為教學改革目標,制定出如下數字化課程體系。

2數字化課程教學大綱與內容

傳統的數字教學主要是以講授命令為主,現在的教學主要是以講授建筑設計構思為主,基于此我們對各門課程的教學大綱與教學內容的制定進行了改革和調整。考慮在總學時總學分不變的前提下,如何盡可能詳盡地講授各個數字化軟件在建筑設計中的應用也是一個難點,為此我們主要集中講授每個軟件的基礎知識、建筑學專業需要用到的常用命令及它們的綜合應用。

（1）數字化建筑設計概論

學時/學分: 16學時(1學分)

教學大綱:建筑學及相關專業學生的入門性指導課程;深入淺出地介紹建筑數字化設計的有關概念和相關知識、相關軟件、相關技術和相關方法;

教學內容:數字化建筑設計基礎;數字化建筑設計軟件;建筑性能分析;虛擬現實技術在建筑設計中的應用;建筑設計信息集成;協同設計;數字化建筑設計智能化;建筑形式的數字化生成;計算機輔助建筑設計軟件開發技術簡介;

教學方法:以實例(動畫、圖像、視頻等)的方式來講解數字化建筑設計的方方面面,并以專題的方式進行討論,引導學生深入了解數字化設計技術在建筑設計中的應用。

考核方法:期中作業論文+期末筆試。

表1數字化課程體系課程一覽表

注:某大學執行三學期制(兩長一短),第三學期為短學期,共5周。

（2）計算機輔助設計

學時/學分: 28學時(2學分)

教學大綱:介紹AutoCAD繪圖軟件,掌握基本的繪圖命令,能綜合使用各種命令,完成建筑設計的平面、立面、剖面圖的繪制及建筑的三維建模。

教學內容與教學方法:結合建筑設計的專業要求,把整個教學過程分為四個階段:計算機輔助繪圖基本命令、建筑平面的繪制、建筑立面的繪制、建筑三維模型的繪制;同時在教學過程中把必須掌握的命令在教學過程中分步介紹,具體如下:

表2計算機輔助設計教學安排

考核方法:在規定的時間(2小時)內完成一份平面圖的制作;

（3）建筑數字化表現

學時/學分: 16學時(1學分)

教學大綱:介紹3Dmax/Photoshop兩款軟件在建筑設計表現方面的基本應用:三維建模、三維渲染及效果圖后期處理。

教學內容與教學方法:根據建筑設計的效果圖表現要求,結合AutoCAD的三維建模,教學內容局限于建筑表現所需的命令與方法,具體內容安排如下:

表3建筑數字化表現教學安排

考核方法:獨立完成兩份作業:平面彩圖制作、建筑效果圖制作。

（4）草圖大師

學時/學分:隨設計課教學

教學大綱:了解SketchUp軟件的基本使用,能獨立地使用它完成建筑設計的方案構思,并生成相應的效果圖和漫游動畫。

教學方法:學生自學,老師提供各種學習資料和相關的案例,并結合建筑設計課進行輔導

（5）建筑信息模型

學時/學分: 32學時(2學分)

教學大綱:詳細介紹Revit的發展、特點、功能與使用,包括建筑設計信息技術發展概述、建筑信息模型與Revit概述、基于構件的建筑設計、自定義簇類型、視圖與渲染、明細表等應用;基于BIM的建筑節能分析(IES);

教學內容:結合當前的建筑設計競賽或建筑設計作業,講授Revit軟件的使用,讓學生直接使用軟件來完成競賽或作業,同時介紹Revit信息模型在建筑性能分析軟件( IES/Ecotect)的應用。分六部分來講述:基礎知識;基于建筑構件的各種建模命令的使用和技巧;基于視圖處理的各類平、立、剖、三維、詳圖等應用;基于建筑表現的的燈光、渲染、漫游等應用;基于體量、組、局部設計、多方案探討、工程階段、大項目協同設計等高級應用;建筑信息模型的性能分析。

教學方法:以實例來教學;

考核方法:獨立完成建筑設計作業或建筑設計競賽的作業。

（6）建筑技術分析

學時/學分: 16學時(1學分)

教學大綱:以Ecotect或IES軟件為軟件平臺,介紹計算機輔助工程CAE技術在建筑性能分析中的應用,主要包括建筑聲環境分析、建筑光環境分析、建筑熱環境與能耗分析、建筑日照分析、建筑風環境分析等。

教學方法:以實例(建筑學設計作業)為例進行教學;

考核方法:能獨立完成一幢公建的各項建筑性能分析,并以此依據改進建筑設計方案。

（7）虛擬建筑

學時/學分: 16學時(1學分)

教學大綱:介紹虛擬現實技術的基本原理與應用;以Quest3D軟件為平臺,介紹虛擬現實技術在建筑設計中的應用;

教學內容與教學方法:介紹Quest3D軟件的基礎知識和基本命令;結合建筑設計方案,建立三維模型,通過烘焙導入Quest3D;通過通道組為虛擬現實場景編輯環境、導游線路、菜單制作等,最后完成虛擬展示系統的。

考核方法:獨立完成一份虛擬現實展示系統的制作。

（8）多媒體制作

學時/學分:隨設計課教學

教學大綱:講授常用的多媒體制作軟件,如Flash、Authorware、Dreamweaver等設計軟件,對學生設計的作品進行多媒體展示,圖、文、聲并茂,完美地表達建筑設計思想和建筑設計作品。

教學方法:選修全校公共課程;舉行專題講座,以實例介紹軟件的使用。

3數字化課程教學方法探討

數字化教學課程體系的建設目的明確,一方面是以建筑設計教學為主線,另一方面是以實現“腦的延長”為目標,因而在整個教學過程中要始終圍繞這兩個方面展開,教學過程中采用“四結合”:命令講解與實例演示相結合、課堂作業與設計作業相結合、數字化課堂與專業課堂相結合、課堂教學與網絡教學相結合,通過實踐和總結,有如下的教學指導思想。

（1）理論與實踐相結合

建筑設計是一門實踐性很強的學科,建筑數字化技術課程也是一門實踐性非常強的課程,對數字化技術軟件的掌握程度關鍵看實踐,即在設計課中應用數字化技術的實踐。建筑數字化技術課程的教學效果最終通過學生在建筑設計課中體現出來,否則,也就失去本課程存在的意義,其中最主要的實踐就是學生對建筑方案的構思如何通過數字技術進行表現,并通過計算機對方案進行推敲、評價,實現真正意義上的計算機輔助設計,即“腦的延長”。

（2）走近設計

在教學過程中“走近設計”,結合建筑學課程的教學實例及不同風格、不同特點的建筑設計方案來講解軟件的具體綜合應用。在CAD軟件教學時,我們的教學實例盡可能就來自于學生學習或設計中的的建筑平面、立面、剖面,并結合學生手工繪制建筑平面的過程來講授相關的CAD命令,這樣學生能快速地掌握計算機輔助繪圖。在教學SketchUp時,直接讓學生對他們在建筑課程作業的建筑設計草圖進行繪制學習,同時把最后的成果在建筑數字化表現課程中作為案例來練習,也可以作為建筑設計的課程作業來上交,達到雙贏的效果。

（3）課程之間即交叉又延續

我們的改革是基于建筑學專業的教學過程來展開的,因此在教學上可以通過把某個建筑設計實踐的不同發展階段作為主線,把所有的課程教學形成一個體系,課程之間既有交叉又有延續。建筑方案草圖階段通過SketchUp來繪制,成果可以在3Dmax中渲染使用,同時3Dmax成品既可以由PS加工成建筑效果圖,又可以導出為VRML文件作為虛擬現實的實例。建筑方案構思完后,根據草圖模型通過CAD軟件來繪制平立剖等圖形,并作為輔助線導入RevitBuilding信息模型軟件中建成BIM模型,最后可以通過BIM模型生成各類施工圖,并進行各種建筑性能分析。

4總結

建筑設計是一門富有藝術創造性的綜合性應用學科,建筑設計的作品豐富多彩,從而決定了建筑數字化技術教學也必須是靈活多變的.當然目前的課程體系還有許多不足之處,如在建筑技術性能軟件方面,涉及不多,除目前軟件的選擇不多外,作為數字化設計教學的專業老師,在建筑技術方面的知識掌握也有一定的欠缺,有待提高。本文通過結合學院的教學條件、師資情況,我們提出的數字化技術教學課程體系只是一個嘗試,希望在未來實踐中不斷地完善和提高。

參考文獻

[1]項秉仁.面對數字化時代的建筑學思考,新建筑, 2001年第6期

篇（6）

論文摘要:文章根據工作中的一些實踐,簡要介紹了數字化技術在原圖處理和攝影測量中的應用特點和一些要注意的方面,希望能給同行們作一些經驗參考。

傳統工程測量技術的服務領域主要包括水利、交通、建筑等行業,隨著計算機、網絡技術的發展、測量儀器的智能化,數字化測繪技術得到了廣泛的應用,而全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數字化測繪和地面測量先進技術的發展,測量數據采集和處理的逐漸自動化、實時化和數字化,工程測量的服務領域也應進一步延伸,以滿足不斷提高的社會需要。

一、數字化技術在原圖處理中的應用

(一)原圖數字化處理

在建立各種GIS系統時,需要對原有地圖進行數字化處理,對于原始地圖,若其現勢性、精度和比例尺能滿足要求,就可以利用數字化儀對其進行數字化處理工作。當前主要有手扶跟蹤數字化和掃描矢量化、GPS數據輸入三種方法,手扶跟蹤數字化需要的儀器為計算機,數字化儀及相關軟件,是較早的一種數字化輸入方法,輸入速度較慢,勞動強度也較大。掃描矢量化是通過掃描儀輸入掃描圖像,然后通過矢量跟蹤,確定實體的空間位置。隨著掃描儀的普及和矢量化軟件的不斷升級,其作業方法越來越趨于自動化,它是一種省時,高效的數據輸入方法。GPS輸入是依據GPS工具能確定地球表面圖形精確位置,由于它測定的是三維空間位置的數字,因此不需作任何轉換,可直接輸入數據庫,目前主要是應用RTK(RealTimeKinematics-實時動態)技術,它是在GPS基礎上發展起來的、能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果,并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式,通過將1臺GPS接收機安裝在已知點上對GPS衛星進行觀測,將采集的載波相位觀測量調制到基準站電臺的載波上,再通過基準站電臺發射出去;流動站在對GPS衛星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時,也接收由基準站電臺發射的信號,經解調得到基準站的載波相位觀測量,流動站的GPS接收機再利用0TF(運動中求解整周模糊度)技術由基準站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度,最后求出厘米級精度流動站的位置。應用這種測量方法測量可以不布設各級控制點,僅依據一定數量的基準控制點,便可以高精度快速地測定圖根控制點、界址點、地形點、地物點的坐標,利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時,也可以根據已有的數據成果快速地進行施工放樣。而實際應用得較多的主要是數字掃描矢量化軟件,針對大比例尺地形圖,大多數掃描矢量化軟件能自動提取多邊形信息,高效、便捷、保真的對地圖進行數字化處理。下面簡單介紹MAPCAD軟件的原圖數字化處理作業流程。

(二)數字化原圖作業流程

由于MAPCAD軟件掃描矢量化輸入方法具有圖像清晰、編輯方便、易于轉換等特點一般外設精度都能滿足,所以地形圖的精度主要取決于人工跟蹤精度和輸出設備精度,而人工跟蹤精度主要取決于作業人員的技能掌握熟練程度和工作態度,所以必須在加強作業人員基本技能培訓上下工夫,要求工作人員嚴格按矢量化方案作業,確保圖件的精度和質量高于國家現行數字化測圖規范所規定的數字化精度和質量。在工程測量實踐中,要做好地形圖外業測點與數字化圖縮放相結合、符號圖層的劃分子圖、線型符號庫的設計等工作保證滿足工程進度的同時又節約項目經費,設計出的數字地圖簡單易用、美觀整潔、易于使用地形圖的工作人員判讀。

二、數字化繪圖

(一)數字化繪圖的特點

大比例尺地形圖和工程圖的測繪是傳統工程測量的重要內容,數字化繪圖克服了手工繪圖存在的許多弊端,如工作量大,作業艱苦,作業程序復雜,煩瑣的內業數據處理和繪圖工作,成圖周期長,產品單一等缺點,符合現代飛速發展的工程需要。目前,數字化成圖技術主要有內外業一體化和電子平板兩種模式。內外業一體化是一種外業數據采集方法,主要設備是全站儀、電子手簿等,其特點是精度高、內外業分工明確、便于人員分配,從而具有較高的成圖效率。具有以下的特點:

1.一測多用:如在一些綜合性較強的工程中需要對同一地形圖繪制不同比例尺的地形圖,過去的平板測圖方法則需要重復工作,而數字化測圖則可以同時根據完成的地形圖繪制不同比例尺的多個地形圖,因為往往小比例尺包含了大比例尺地形圖測圖范圍。僅需先測大比例尺圖范圍,再補充小比例尺測圖范圍即可滿足各不同專業人員對不同比例尺的地形圖的需要。

2.精度高:數字化成圖系統在外業采集數據時,利用全站儀現場自動采集地形地物點的三維坐標,并自動存儲,在內業數據處理時,完全保持了外業測量的精度,消除了人為的錯誤及誤差來源,而且外業工作省略了讀數、計算、展點繪圖等外業工序,減少了作業人員,外業工效大大提高,時間縮短,直接生產成本大幅度下降。

3.勞動強度:小數字化成圖的過程,減輕了作業人員的勞動強度,使生產周期大大縮短,能及時滿足用戶的要求。

4.便于保存管理及更新方便:數字化產品既可以存儲在軟盤上,也可以通過繪圖儀繪在所需的圖紙上,線條、線劃粗細均勻,注記、字體工整,圖面整齊、美觀。且便于修改,能更好地保證圖形的現勢性和不變形性,避免重復測繪造成的浪費,增加地形圖的實用性和用戶的廣泛性。

(二)外業數據的采集

在采集數據時,數據采集人員要準確應用地物代碼,以免在內業成圖時出現錯誤;在觀測開始時,相關工作人員需嚴格按照要求應對測站點進行檢查,跑尺人員應嚴格按照自動成圖的要求作業,確保能完整地描述地形地貌的特征點,必須通過繪制草圖來表明各個地物碎部點的屬性及相互關系,測量坎子時,要量取坎子比高,坎下也要進行地形點采集。當一個測區完成后,如果有必要可把數據備份。

(三)繪制內業數據處理

無論是工程進程各階段的測量工作,還是不同工程的測量工作,都需要根據誤差分析和測量平差理論選擇適當的測量手段,并對測量成果進行處理和分析。

三、工程測量中的數字攝影測量技術

數字攝影測量是基于數字影像與攝影測量的基本原理,應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法。就攝影測量本身而言,從測繪的角度上來看數字攝影測量還是利用影像來進行測繪的科學與技術;而從信息科學和計算機視覺科學的角度來看,它是利用影像來重建三維表面模型的科學與技術,也就是在“室內”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進行測繪,從本質上來說,它與原來的攝影測量沒有區別。因而,在數字攝影測量系統中,整個的生產流程與作業方式,和傳統的攝影測量差別似乎不大,但是它給傳統的攝影測量帶來了重大的變革。

篇（7）

中圖分類號：TP302. 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0112-02

1 引言

隨著非物質文化遺產（簡稱非遺）數字化研究不斷創新和應用，不僅改變了非遺的存在形式，而且使人們對非遺有了更深入、更廣泛的認識。龍泉青瓷歷史悠久，其燒制工藝始于三國兩晉，并于2009年入選了聯合國教科文組織《人類非物質文化遺產代表作》名錄，在世界享有很高的知名度。隨著寬帶移動通訊技術的不斷發展和智能手機的廣泛應用，移動增強現實技術的出現，將虛擬的增強現實信息應用到真實世界，結合移動智能手機輕小、可攜帶方便等特點，不僅改變了人們觀察世界的方式，而且其交互功能給人們帶來了身臨其境的體驗，方便了龍泉青瓷的數字化保護和傳播。

2 移動增強現實技術

增強現實技術（簡稱AR 技術），也有人稱為混合現實，基于虛擬現實發展的新技術。通過計算機系統提供的信息將虛擬的信息應用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實鼉爸校從而實現對現實的增強。增強現實技術應具有三個具體特征：三維注冊、虛實融合以及實時交互。

移動增強技術就是將應用轉移到移動計算設備上，從而擴展傳統PC機上增強現實技術的應用范圍。隨著Android、ios等智能終端及寬帶移動通信技術的成熟和商用，強現實技術開始走進人們的生活之中，以移動定位與狀態感知、多媒體技術、3D渲染為基礎的強現實應用開始出現。

3 三維注冊

為實現虛擬模型跟真實環境的完美融合，需要實時跟蹤攝像機與真實環境的位置信息，進而通過動態三維顯示技術將虛擬模型疊加到真實場景中，實現三維注冊。本文主要通過基于識別圖的三維注冊，也就是預先在真實場景中放置識別圖，系統通過邊緣檢測算法、閾值分割等技術檢測識別圖的位置信息，最終在真實環境中疊加虛擬模型。

在選取識別圖的時候要注意以下幾點：

（1）識別圖盡可能有菱角，且越多越好；

（2）識別圖盡可能清晰；

（3）識別圖盡量避免很有規則的圖形圖案；

（4）識別圖盡量避免分布不均勻；

（5）識別圖盡量去掉背景色。

圖1中，識別圖菱角不多，圖片比較單一，特征點少，識別效果較差。圖2中，識別圖菱角很多，分布均勻，特征點較多，識別效果較好。

4 虛實融合

4.1 模型獲取

本文以龍泉青瓷為例，根據青瓷實物，利用三維建模軟件3dmax建立青瓷的三維模型，如圖3所示，最后導出模型的FBX文件和紋理圖。

4.2 虛實融合

本文基于unity3d游戲引擎開發平臺和高通增強現實開發平臺，打包移動應用APP，實現青瓷三維模型和真實場景的疊加。

4.2.1 開發環境搭建

在PC機上安裝unity5.0以上版本，同時下載支持Unity的Vuforia SDK，配置Unity Android SDK。打開Unity軟件，選擇Assets-Import Package-Custom Package，導入.unitypackage插件。選擇Edit-Preferences-External Tools配置Android SDK和JDK。

4.2.2 虛實疊加

在Unity Project視圖下選擇Vuforia-Prefabs文件夾，并將ARcamera和ImageTarget兩個預制件拖入頂層視圖Hierarchy中，同時將場景自帶的Main Camera刪除。

選擇一張棱角分明、分布均勻的識別圖導入Vuforia官網，查看其識別的特征點數量，本文選擇一張二維碼作為識別圖，最后生成unity的插件包。

導入識別圖插件包，導入青瓷三維模型和紋理圖，在材質球中添加紋理圖，在Scene中調整青瓷三維模型和識別圖的位置關系使其處于合適位置，最后點擊運行測試效果。如圖4所示。

4.2.3 實時交互

在真實環境中與虛擬對象交互是整個增強現實內容的核心功能。通過指尖定位算法，精確檢測出指尖的位置，得到指尖與虛擬對象的交互有效區域，通過判定是單點觸摸還是多點觸摸，然后做出相應的反饋。算法的實現過程如圖5所示，實現的效果圖如圖6所示。

5 結語

移動增強現實技術的發展，不僅為非物質文化遺產數字化保護和研究提供了新思路，而且有利于非物質文化遺產的傳播。隨著移動終端的發展，拓寬了移動增強現實技術應用領域，包括教育行業、游戲行業、醫療行業、商業領域和軍事領域等，不僅給人們帶來視覺上帶來沖擊，同時改變了人們的生活方式。

篇（8）

正文

一、數字化測量方法分類

數字化測量方法主要有接觸式和非接觸式兩大類。

1、接觸式測量方法

接觸式數據采集方法是通過機械探頭接觸被測表面，由機械臂關節處的傳感器確定相對坐標位置。該方法穩定，即偽劣點少、精度高、重復精度高，缺點是測量速度慢。接觸式數據采集方法包括基于力觸發原理的觸發式采集和連續掃描數據采集。

（1）觸發式數據測量

觸發式數據測量原理為采樣測頭的探針剛接觸到樣件表面時，探針尖端因受力而產生微小變形，觸發采樣開關，使得數據采集系統記下探針尖的坐標值，逐點移動到所需測量的點，便可以采集到樣件表面輪廓的坐標數據。在采集過程中，由于探針需要偏移某個固定數值才會觸發開關，而且一旦接觸到樣件表面后，探針需要法向退出以免過量而折斷，因此數據采集速度較低。

（2）連續式數據測量方法

連續式數據測量采用模擬量開關采樣頭。原理是利用懸掛在三維彈簧系統中的探針的位置偏移所產生的電感或者電容的變化，進行機-電模擬量轉換。當采樣頭的探針沿著樣件表面以某一切向速度移動時，就發出對應各坐標位置偏移量的電流或電壓信號。最常見的接觸式數據采集方法是三坐標測量機。

2、非接觸式測量方法

依據光學原理發展起來的非接觸式數據采集方法主要有激光三角測量法、光干涉法、結構光學法、超聲波、圖像分析法以及工業計算機斷層掃描成像法等。

（1）超聲波法

超聲波法原理是當超聲波脈沖到達被測物體時，在被測物體的兩種介質邊界表面會發生回波反射，通過測量回波與零點脈沖的時間間隔計算出各面到零點的距離。這種方法結構簡單，但測速較慢，測量精度不穩定，目前主要用于物體的無損檢測和壁厚測量。

（2）全息干涉法

利用光的相干性原理，測量分辨率可達光波長的幾百分之一。但需要干涉性好的激光光源和精確的干涉光路，測量范圍較小，在以內。

（3）立體視覺法

是一種仿效人眼觀察物體的方法。通常情況下，測量精度不高，分辨率在毫米數量級。優點是能快速獲取被測物信息，并可實現動態測量。主要應用于地形地貌測量、機器人視覺、物體特征識別以及三維物象分析等場合。

（4）工業層析法

最早應用于醫學領域，目前工業領域已可對工件內部形狀、結構、壁厚等進行測量，是目前極具發展前景的一種非接觸式斷層測量方法，可用于工業產品的無損檢測和探傷。缺點是空間分辨率較低、獲得數據需要較長的積分時間、重建圖像計算量大、造價高，只能獲得一定厚度截面的平均輪廓。

（5）核磁共振圖像法

核磁共振斷層成像法是世紀年代末發展起來的一種新式醫療診斷影像技術。具有深入物體內部且不破壞被測物的優點，對生物體無損害，在醫學領域具有廣泛的前景。不足之處是不適用非生物材料的工業產品，空間分辨率不及層析法，且測量時間長，設備昂貴。

（6）結構光法

結構光法是基于三角測量原理的非接觸三維物體測量方法，又稱為投影光柵法，是將具有一定模式的光源，如柵狀光條投射到被測樣件表面，用兩個鏡頭從不同角度獲取表面反射的圖像，通過圖像處理的方法得到整幅圖像上像素的三維坐標，即對圖像進行分析以確定表面上數據點的坐標。這種方法具有非接觸、測量速度快、精度高、算法相對簡單、系統實現方便、造價相對較低等優點，己成為逆向工程三維數字化領域的最重要的三維形貌測量手段。

（7）激光三角法

激光三角法的原理是采用激光作為光源，照射到被測物體上，利用CCD（ChargeCoup1edDevice）接受漫射光成像點，根據光源物體表面反射點、成像點之間的三角關系計算出表面反射點的三維坐標。這種方法已經相當成熟，并已廣泛使用。

表1接觸式與非接觸式測量系統比較

優點

缺點

接觸式測量系統

1、 因為機電技術的成熟，有較高的準確性和可靠性

2、 與工件表面反射特性無關，與顏色曲率關系不大

3、 適合基本幾何形狀的測量

1、 有時需要特殊夾具，使測量成本增加

2、 需要經常校正探頭直徑

3、 操作不當容易損傷表面精度和探頭

4、 逐點進出方式測量，速度較慢

5、 需要對探頭進行半徑補償，會導致修正誤差的問題

非接觸式測量系統

1、 不必作探頭半徑補償

2、 測量速度快

3、 軟、薄、不可接觸的工件可以直接測量

篇（9）

 

1.引言“數字校園”是繼“數字地球”、“數字城市”后提出的概念，它是一種集數字化、信息化、可視化等多種技術為一體的計算機管理應用系統，而數字虛擬校園是其中最重要的部分。

數字虛擬校園系統不僅能將空間信息和非空間信息集成在統一的信息平臺上進行管理和分析，而且，以地理空間數據為基礎，以地理信息系統中的空間分析方法為手段，還可以開發各種應用模塊，為學校的發展規劃、資源優化配置、突發事件的處理等提供決策分析方面的支持。因此，建立一個完整的、系統的校園地理信息系統平臺就更加重要了。論文參考。

校園地理信息系統的建立，提高了數字校園的集成度，用戶不但可以隨時獲得所需的信息（其中包括基礎設施建設信息和應用系統信息等），而且有效地提高了高校的管理水平，這是手工分散管理所無法比擬的。我們正是充分利用GIS這一科學的工具來實現對高校的科學的、動態的管理規劃工作，使用虛擬校園系統管理后，將會方便、快捷的實現對校園的管理。利用WebGIS技術將校園信息到網上，方便了同學、老師及其校外人士對校園信息的查詢。

2.虛擬現實技術地理信息系統（GIS）是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達的地理空間數據的計算機信息系統。隨著信息技術的發展和人們對GIS需求的不斷增加，基于Internet技術的GIS—WebGIS應用而生。WebGIS實際上是在Web上實現GIS的功能，也就是將GIS綜合進Web以進行信息。論文參考。從互聯網絡的任意一個用戶上使用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站上的空間數據、制作專題地圖，進行地理信息的空間分析和空間查詢，從而給Web的信息加上了GIS這一直觀工具，使人們通過Web瀏覽查詢信息更方便，也使GIS通過Web得到了普及。

GIS技術同虛擬現實技術和科學計算可視化的結合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內涵，提供了全新的空間數據分析模式和新的GIS應用模式。當前國際上把這種結合虛擬現實技術和科學計算可視化而設計的多維GIS稱為虛擬GIS（VirtualGIS，簡稱VGIS）。人們可以充分利用虛擬GIS提供的“逼真”圖形顯示和高級的交互分析手段，充分發揮人在圖形空間思維能力上的優勢，探索數據分析，解決地學問題。同時，虛擬GIS拓展了在時間維上的表達能力，結合地學分析模型，虛擬GIS為過去和未來的某一地理場景提供了更為便利的手段，從而為發展高級的空間決策支持環境提供了可能。

與網絡相結合是當前虛擬GIS發展的方向。目前網絡虛擬GIS主要采用兩種架構方式：一種是以網絡GIS為基礎，將虛擬現實系統同GIS的Client端連接起來，在虛擬現實系統中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結果轉化為虛擬現實系統支持的數據格式，供虛擬現實系統觀察；另一種是基于分布式虛擬現實系統，在虛擬現實系統中擴展空間數據類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。

3網絡虛擬校園GIS的系統設計網絡虛擬校園GIS的構建涉及用戶、應用程序和數據三個方面。根據上述三者之間的相互關系，可設計系統結構；考慮用戶需求，在客戶端，可設計用戶界面和系統功能；根據系統功能和特征，在服務器端，可設計數據庫服務器和應用程序服務器；根據許昌學院網絡虛擬校園GIS的數據維數、類型、大小和特點，可設計基于VRML的三維地理對象模型和數據流，同時還應考慮到系統的維護和網絡的安全性問題。

3.1 系統結構網絡虛擬校園GIS應采用Client/Server結構。在服務器端，包括數據庫服務器和應用程序服務器；在客戶端，包括HTML瀏覽器、VRML瀏覽器和應用程序，其中應用程序包括用戶對話交流管理模塊、數據量測模塊、二維圖形顯示管理模塊等。

用戶的任務處理，有的在服務器端執行，有的在客戶機端執行。如果在服務器端，服務器接受請求后，運行服務器端應用程序，待處理完成后，就把結果傳回到客戶端。在客戶機端由應用程序執行。用戶對話交流管理模塊用于管理用戶的對話輸入、談話對象實時選擇、三維化身表情動作選擇等。客戶端的HTML瀏覽器，可以采用InternetExplorer；VRML瀏覽器可以采用Cosmo Player。它們均可從因特網上免費下載，從而可以把工作重點放在負責地學數據的準備、建模，以及數據查詢、分析的應用程序設計上。論文參考。客戶端的VRML瀏覽器與客戶端的應用程序的相互通信與交互，可采用VRML　EAI(ExternalAuthoring Interface) 方式實現。

3.2 數據庫服務器和應用程序服務器網絡虛擬校園GIS的服務器端包括數據庫服務器和應用程序服務器。而應用程序服務器是網絡虛擬校園GIS的核心部分，包括VRML世界生成服務器、數據處理和分析服務器與多用戶管理服務器等。

網絡虛擬校園服務器在接到用戶的請求后，根據顯示范圍大小，要求的空間分辨率、屬性分辨率，顯示范圍內地理目標的選擇等參數，動態地與數據庫服務器連接，把相應的地理對象數據取出并轉換成VRML世界模型，供用戶瀏覽與交互。數據處理和分析服務器是執行地理對象的查詢、增加/刪除/編輯后的地理對象管理和地理空間計算與分析（如最佳路徑分析）等。

3.3 數據流網絡虛擬校園GIS的建立，從數據流角度，包括三維源數據、三維地理對象和VRML世界三個方面。三維地理數據的采集，可以通過野外測量、地形圖數字化和數字攝影測量等方法獲取。一般應用CAD和GIS等技術獲取，但用這些系統表達三維源數據時，由于主要考慮表達地理景觀的完備性，而對數據三維顯示與處理的效果與效率考慮較少，所以較難通過直接轉換應用于VRML世界的構建。對于三維地理對象，我們應用面向對象模型的方法，根據三維源數據，建立三維地理對象模型。三維地理對象的建立，必須考慮VRML世界的實時可視與分析，即需考慮觀察者的存在與實時感覺，一般要應用多層次法表達。

3.4系統維護和安全性問題網絡虛擬校園GIS運行在Internet-Web上，可能會出現安全問題，所以必須采取一定的安全措施。防火墻作為對系統的訪問的控制是十分重要的有效方法，訪問控制是由許昌學院網絡虛擬校園GIS系統管理中心統一嚴格管理，屬強制性控制。同時可以建立服務器端的用戶日志記錄，跟蹤用戶對系統的訪問情況；還可以運用信息加密/解密、身份驗證等現代密碼技術，來保障網絡和系統的安全。

4總結與展望

虛擬GIS是在傳統多維GIS系統基礎上發展起來的新型的GIS系統，虛擬GIS在擴展GIS應用領域的同時，也給GIS設計帶來了新的問題，特別是網絡虛擬校園GIS的設計更需要研究。本文旨在建立一個網絡虛擬校園GIS的設計方案，所做的工作還是比較初步的，還有許多尚待解決的問題。

參考文獻

[1]承繼成等.數字地球導論[M].北京:科學出版社;2000,224-229.

[2]劉勇奎等.虛擬現實技術和科學計算可視化[J].中國圖像圖形學報,2000,5(9):794-798.

篇（10）

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2015）05-

The Innovation on Digital Teaching Method of Anatomy

HU Hengwu LI Songtao

（School of Information Engineering， Guangdong Medical college ， Dongguan Guangdong 523808 ， China）

Abstract： Anatomy is a compulsory course for medical students. According to the analysis of the existing problems in traditional teaching and the shortage of experimental teaching equipment， the paper establishes an digital teaching environment of anatomy by computer technology， which could provide for students the experiments real-timely， multi-dimensionally and interactively through the combination of digital teaching and traditional teaching method. The given fruits could easily train the skills.

Keywords：Anatomy ； Digitalization ； Teaching System ； Teaching Method

0 引言

隨著計算機技術的廣泛應用，以計算機技術為支撐的數字智能控制已經滲透到現代醫療的各個領域，發展成為新的數字醫療，促使醫療技術向專業化、精準化、微創化和遠程化方面快速發展[1-2]，導致傳統教學模式與數字醫療現實脫節，在校醫學生與當前應用實際脫軌。基于此，如何在實物標本不足[3]的情況下，通過探索其他途徑和方法來改善傳統教學模式，滿足醫學院校培養醫學生的相應需求，即已成為時下的焦點研究課題。為此，采用數字化技術對解剖學的傳統教學方式進行改革，也就是通過數字化教學為學生提供實時、交互、多維的解剖學學習環境，醫學生不再受任何時間、地點所限地開展學習和實踐訓練，這就勢將使得解剖學傳統教學模式中的問題現狀獲得圓滿解決，同時強勢促進理想教學目標的全面達成。下面即對這一研究實現展開全面論述。

1 解剖學傳統教學模式存在的問題

一直以來解剖學都是采用傳統的教學方法，教學方法停留在“看”與“摸”的層面上。醫學生往往是被動地接受專業老師的“填注式”[4]教學方式教授，即通過教師講授和“看”教學模具的方式學習知識。由于教學進度安排所致，每個章節要指定學時來完成講授，在這個過程中，講課形式單一、學生參與度低，都是老師用教學模具實施講解，學生只能努力“看”和“聽”而未能將實踐操作與理論密切聯系，致使所講內容對學生來說是抽象、晦澀又枯燥的文字堆疊。而在實踐操作時卻又由于理論講授時有些內容本來疏于理解，或因即時記憶而涉及遺忘，因此就很難使“看”、“聽”的與“摸”實物標本建立生動、統一聯系，從而在一定程度上影響了教學實踐效果。

隨著多媒體技術在教學中的應用，解剖學也概莫能外，既可將多媒體技術用于理論教學，也可以用于實踐操作教學。在整個教學周期中都可以進行多媒體標本示教，利用二維的畫面直觀展示出組織器官解剖結構，同時附以傳統的講解。這一聯合模式實現了優勢互補，取長補短，從而提升了教與學的活躍性。但是，仍需看到，通過多媒體可將標本的組織器官結構真實、清晰地顯示出來，教師再利用標本講解，卻只是豐富了“看”的內容，學生依然無法在講解的同時進行實踐操作，實現無縫連接，強化學生所學。另外一點則是采用實物標本進行實踐教學，現階段實物標本卻仍處于緊缺狀態，難以滿足醫學生的實踐教學需求。

2 數字化實驗室建設

針對解剖學傳統教學中的如上情境問題，研究分析可知，即需利用數字化技術改進教學方法，建立一個解剖學的數字化教學環境。這樣的一個數字化教學環境主要依托數字化實驗室的出現和形成。數字化實驗室創建包括用于理論教學的講授環境、實踐操作的訓練環境及輔助管理環境，需要將已有的解剖實驗室和計算機實驗室改造成數字化綜合實驗室。通過購買大數據、高負載服務器處置學生計算機端發送的請求，并升級學生計算機，使其具有高性能運行速度、數據處理能力和專業級圖形圖像處理顯卡等，由服務器和計算機構成離散的圖形圖像數據處理場地，為數字化教學提供硬件環境；數字人體[5]和仿真手術刀[6]已有高校和公司構建完成，在其基礎上進一步開發有數字化教學系統軟件，為數字化教學提供基礎環境，同時更要在系統中設計教學管理工具對醫學生操作訓練進行管理，保證教學的效果；建立虛擬標本考核模塊，依據教學進度安排虛擬標本考試，及時考察學生所學內容。

數字化教學系統如圖1所示，包括數字人體、虛擬手術刀、三維重建系統、虛擬標本考核系統、教學管理工具五大部分和擴展功能。其中，數字人體包含了人體所有的組織器官結構，醫學生可以全面地了解人體結構，在其上模擬人體生命循環，而且這一部分也是數字化教學系統的核心部件；虛擬手術刀由帶力反饋裝置的仿真手術刀和數字化的手術刀組成，用仿真手術刀控制數字手術刀進行組織器官解剖，產生碰撞、變形等數據信息，其后將由三維重建系統進行重建、并獲得解剖結果；三維重建系統主要采用繪制算法對虛擬手術刀產生的碰撞、變形等數據信息進行三維重建，也可以對醫療設備產生的圖形圖像數據進行立體重建，旨在實現多維度、多層次觀察；虛擬標本考核系統主要通過三維重建系統生成虛擬標本，用虛擬手術刀進行實踐操作，為醫學生提供訓練和考核所用；教學管理工具主要是對教學進度、解剖訓練、階段考核、教學資源、數字化實驗室開放情況等執行和實施管理。綜上所述，整個系統的核心是數字人體、虛擬手術刀和三維重建，可為醫學生構建了數字化、可視化的解剖標本，而醫學生則可以充分利用系統達到學習解剖課程和鍛煉技能的目的。

系統軟件在Windows操作環境下采用C#、OpenGL、 VTK和Openhaptic開發實現，并為使用者設計了B/S模式的用戶界面，使其與日常用計算機習慣相一致。該系統軟件界面是標準式的菜單操作選項，一般包括“文件”、“數字人體”、“虛擬手術刀”、“三維重建”、“教學管理工具”、“擴展”和“幫助”等。

3 數字化教學模式

在此基礎上，首先可以通過數字化教學環境改善傳統教學模式。傳統教學一般包括教學用具、多媒體、實物標本等，用“看”、“聽”和“摸”的手段教授解剖學知識。但教學用具、實物標本和多媒體展現的都是單獨、分立的，不能揭示人體的多維層次結構，另外也沒有充分的實物標本來保障實踐操作訓練，理論指導對技能訓練仍未臻至一體或滿意。數字化教學系統可以建立實時、交互、多維的數字人或虛擬標本，醫學生可以反復觀察人體結構及其解剖關系，并通過仿真手術刀對感興趣的組織器官進行解剖。這就突破了傳統教學條件的限制，完成了理論知識與實踐操作的實時連接，強化了知識理解程度，使難學、難懂的科目也充滿了系列美圖，充分調動了學生的學習樂趣。

其次，將數字化實驗室和數字化教學系統開放。醫學生可以自由選擇時間到數字化實驗室，又或者通過個人計算機登錄WEB進入數字化教學系統進行自主學習，醫學生還可通過管理工具中的微信、QQ語音、留言、電子郵件等多種方式給老師發送信息，老師通過教師端回復問題，方便了學生與老師溝通。用上述方式達到了以學生為中心的教學目標，學生成了教學的核心，所有教學資源都是學生以其學習目的為軸心發生的特征選擇性配置，這樣就為學生提供一個廣闊、自主的學習空間。

最后，依據教學進度通過虛擬標本考核系統安排標本考試。標本考試是檢驗學生學習成效的主要手段。由于實物標本的緊缺，縮減標本考核內容，嚴重阻礙了教學的推進。在數字化教學系統中，醫學生可以反復使用數字人體或三維重建的組織器官，也可以反復使用虛擬手術刀解剖，進而依據需求安排虛擬標本考核，及時考核學生所學知識，使學生的學習更加有目的性和針對性。

4 結束語

數字化教學改善了傳統解剖教學，緊跟當前醫療節奏，緩解實驗教學用具的緊缺，用多樣的數字化的教學方法拉近與解剖學的距離，促進教學手段的改革，提高醫學院校的教學質量、教學效果，尤其是對提高醫學生的實踐操作能力具有深遠意義。

參考文獻

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[2] 黎健偉. 數字化組織瓣的虛擬解剖學測量及其臨床初步應用[D].廣州：南方醫科大學，2009.

[3] 司道文，張廷才，張宇新，人體解剖學實驗教學模式改革的探索與實踐[J]. 中國現代醫學雜志，2009，9（19）：1426-1427.