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航空航天工程專業(yè)論文范文第1篇

 

1.國內(nèi)飛行器制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

 

隨著我國飛機(jī)保有量和需求量快速增長(zhǎng)，以及為實(shí)現(xiàn)從“航空航天大國”向“航空航天強(qiáng)國”發(fā)展、提升航空航天工業(yè)水平而實(shí)施的“大飛機(jī)”等項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)政策的推進(jìn)，我國對(duì)飛行器制造方面的專業(yè)人才需求不斷加大。近些年，各類高校依托教學(xué)科研優(yōu)勢(shì)，不斷加強(qiáng)或開設(shè)了飛行器制造方面的專業(yè)，提高了行業(yè)參與度。

 

至今，辦此本科專業(yè)的有西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南昌航空大學(xué)等十多所高校。各高校依托自身的優(yōu)勢(shì)，積極開展專業(yè)特色化建設(shè)，培育自身的專業(yè)特長(zhǎng)。如西北工業(yè)大學(xué)偏向于CAD/CAM集成的數(shù)字化制造技術(shù)、北京航空航天大學(xué)突出于板料成型技術(shù)專業(yè)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、中北大學(xué)以飛行器特種制造為特色等，形成了面向飛機(jī)制造、適應(yīng)航空航天發(fā)展要求的課程培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出一批具有飛行器制造工藝技術(shù)的航空航天類人才。

 

從2002年開始，我國高校開始重視本科專業(yè)教育教學(xué)實(shí)習(xí)基地的建設(shè)，并以此為依托加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)的交流與合作，如帶領(lǐng)學(xué)生深入企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、企業(yè)人員為學(xué)生講課(講座)、征求企業(yè)意見制訂專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃、訂單培養(yǎng)等。我校飛行器制造工程專業(yè)主要面向航天航空飛行器產(chǎn)品制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)鈑金、鉚接、裝配技術(shù)類高素質(zhì)應(yīng)用型本科人才。由于本專業(yè)開辦時(shí)間短，目前我校在飛行器制造工程人才培養(yǎng)方面仍處在探索階段。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)已成為飛行器制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的必然選擇，而其中最有效的途徑是校企合作。

 

2.校企“3+1”合作辦學(xué)的優(yōu)勢(shì)

 

3+1校企合作辦學(xué)指前三學(xué)年的培養(yǎng)在校內(nèi)進(jìn)行，第四學(xué)年除部分課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校完成之外，其他現(xiàn)場(chǎng)課教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)均在企業(yè)內(nèi)實(shí)施，以強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐、動(dòng)手能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，簡(jiǎn)稱“3+1”合作辦學(xué)模式。校企合作辦學(xué)“3+1”模式，這種合作教育能夠?qū)崿F(xiàn)工學(xué)結(jié)合，為學(xué)生提供在真實(shí)工作環(huán)境下學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的有效途徑，也是與就業(yè)聯(lián)系最密切的一種教育模式。

 

由于有很多限制條件，學(xué)校無法投入過多資金購置像企業(yè)的一些精密加工設(shè)備作為教學(xué)儀器設(shè)備，所以學(xué)生在校內(nèi)學(xué)習(xí)期間只能在理論上了解基本成形原理和方法，根本看不到實(shí)際的設(shè)備及生產(chǎn)工藝過程，也就無法掌握一些知識(shí)。而合作教育提供的教學(xué)手段和設(shè)備資源，彌補(bǔ)了學(xué)校的教學(xué)條件的不足，解決了教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)甚至落后于生產(chǎn)現(xiàn)狀的嚴(yán)重問題，實(shí)現(xiàn)了校企教育資源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

 

學(xué)生在航空航天企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中會(huì)認(rèn)識(shí)到，一個(gè)不受社會(huì)和企業(yè)歡迎的人是無法發(fā)揮才干的。到企業(yè)后，學(xué)生清楚地了解了用人單位人才需求目標(biāo)，了解了作為飛行器制造專業(yè)的工程技術(shù)人員必須重點(diǎn)掌握的知識(shí)，明確了學(xué)習(xí)目的和方向，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在專業(yè)知識(shí)對(duì)生產(chǎn)過程發(fā)生作用的親身體驗(yàn)中找到了成就感和危機(jī)感，提高了學(xué)習(xí)興趣，明確了專業(yè)思想，樹立了學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際的觀念，使就業(yè)觀念和定位更符合社會(huì)與航空航天企業(yè)的需求，且學(xué)生就業(yè)之后，表現(xiàn)出的工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和適應(yīng)工作崗位的能力都明顯增強(qiáng)。

 

3.飛行器制造工程專業(yè)校企“3+1”合作辦學(xué)模式探析

 

我校長(zhǎng)期以來，一直與一些航天企業(yè)有著較好的合作關(guān)系，并與其建立了校外實(shí)習(xí)基地，如中國航天科工集團(tuán)柳州長(zhǎng)虹機(jī)器制造公司、桂林航天電子有限公司等。這些公司每年都會(huì)吸收一批本科畢業(yè)生，以補(bǔ)充和優(yōu)化專業(yè)技術(shù)人員結(jié)構(gòu)。

 

本科生在外語、計(jì)算機(jī)及基礎(chǔ)知識(shí)等方面表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，但普遍存在本科生專業(yè)知識(shí)與航空航天生產(chǎn)過程的需求脫節(jié)比較嚴(yán)重、獨(dú)立解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的能力非常薄弱，同時(shí)表現(xiàn)出對(duì)社會(huì)及企業(yè)的了解甚少，融入工作環(huán)境的協(xié)作精神比較欠缺等問題。這正是畢業(yè)生和企業(yè)共同擔(dān)心的問題。這些公司在航天專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域與我校飛行器制造工程專業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生過程中需要的全部專業(yè)知識(shí)具有良好的適應(yīng)性?？梢娦Ｆ蠹皩W(xué)生三方都有合作辦學(xué)需求的基礎(chǔ)。

 

3.1合作辦學(xué)模式的定位

 

飛行器制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)采取校內(nèi)培養(yǎng)和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)的方式，即學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)分為校內(nèi)學(xué)習(xí)和企業(yè)學(xué)習(xí)兩部分。學(xué)制4年采用“3+1”模式，即3年校內(nèi)通識(shí)類課程、大類學(xué)科基礎(chǔ)課程、核類專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著重加強(qiáng)學(xué)生基本知識(shí)、基本理論和基本技能的學(xué)習(xí)、鍛煉和培養(yǎng);累計(jì)1年(主要集中在第四年)校外企業(yè)核類部分理論課程和實(shí)踐教學(xué)。

 

重點(diǎn)是最后一個(gè)“1”的環(huán)節(jié)，具體而言在這一年的校外企業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)行“部分專業(yè)課+課程設(shè)計(jì)+生產(chǎn)實(shí)習(xí)+畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))”的集成化教學(xué)方式，著重培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新能力。

 

3.2“3+1”校企合作辦學(xué)的主要特征

 

3.2.1規(guī)范選拔機(jī)制，組建一支優(yōu)秀學(xué)生隊(duì)伍。第四學(xué)年初，學(xué)校需要在飛行器制造工程專業(yè)組建實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行統(tǒng)一編班授課。學(xué)生自愿報(bào)名的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生前三年在校成績(jī)及獲獎(jiǎng)等綜合素質(zhì)表現(xiàn)，擇優(yōu)選拔出一定數(shù)量的學(xué)生，成立“飛行器制造工程專業(yè)‘3+1’校企合作試驗(yàn)班”。規(guī)范的選拔機(jī)制應(yīng)公平公正，公開透明，也是對(duì)低年級(jí)學(xué)生的一種激勵(lì)。再則，一支高素質(zhì)學(xué)生隊(duì)伍是校企合作有效辦學(xué)的重要保障。

 

3.2.2校企雙方共同制訂和實(shí)施培養(yǎng)計(jì)劃。試驗(yàn)班的培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)大綱應(yīng)由我校機(jī)械工程學(xué)院牽頭，與企業(yè)共同協(xié)商制訂，將學(xué)校教學(xué)過程和企業(yè)生產(chǎn)過程緊密結(jié)合，校企共同完成教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生在掌握一定飛行器構(gòu)造、飛行器制造工藝與工藝裝備的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上，具有鈑金、鉚接和裝配等基本操作技能，能夠從事飛行器產(chǎn)品零件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及裝配、工廠生產(chǎn)管理和服務(wù)于第一線的工作的能力。實(shí)驗(yàn)班往往會(huì)加入部分企業(yè)需要的專業(yè)課程，學(xué)校無法完成的可由在企業(yè)中聘請(qǐng)的兼職教師到學(xué)校講授。部分實(shí)踐教學(xué)依據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件和企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)調(diào)安排。

 

課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)盡量來源于企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際。3.2.3建立校企雙向管理制度。學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)期間，不僅要保障學(xué)生安全和日常教學(xué)活動(dòng)，還不能影響企業(yè)正常生產(chǎn)，因此，應(yīng)嚴(yán)格實(shí)行校企雙向管理制度。學(xué)生的勞動(dòng)紀(jì)律考核應(yīng)由企業(yè)負(fù)責(zé)，盡量與員工保持同步。校企雙方應(yīng)各派一名專職輔導(dǎo)員，有利于學(xué)生日常行為和具體事務(wù)協(xié)調(diào)與管理。由于航天企業(yè)有其特殊性，教學(xué)管理程序要適應(yīng)航天企業(yè)產(chǎn)品研制與生產(chǎn)中的相關(guān)保密規(guī)定。

 

3.3“3+1”校企合作辦學(xué)實(shí)施的保障措施

 

許多學(xué)校在開展校企合作辦學(xué)的過程中，企業(yè)合作積極性不高，教學(xué)主體在實(shí)施過程中缺乏企業(yè)的實(shí)際參與和互動(dòng)等問題。為了實(shí)現(xiàn)校企雙贏的合作關(guān)系，保障校企關(guān)系持久穩(wěn)定，要在以下兩方面下工夫。

 

3.3.1尋求學(xué)校、學(xué)生與企業(yè)三方協(xié)調(diào)。學(xué)校有教學(xué)任務(wù)，學(xué)生有就業(yè)任務(wù)，而企業(yè)有其生產(chǎn)任務(wù)，校企合作教育應(yīng)該在學(xué)校、學(xué)生與企業(yè)三者間尋求協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，在學(xué)校教學(xué)管理部門、二級(jí)學(xué)院和專業(yè)教師的精心組織與周密安排下，加強(qiáng)與企業(yè)的溝通和聯(lián)系，加強(qiáng)與企業(yè)兼職教師之間的合作與協(xié)調(diào)。校企之間要協(xié)同制定相應(yīng)制度，明確各自在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中的職責(zé)，成立專門部門，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)校企合作各項(xiàng)事宜，真正做到有政策制度的保障。特別要健全學(xué)生在企業(yè)實(shí)踐學(xué)習(xí)階段的教學(xué)質(zhì)量考核與評(píng)價(jià)體系，優(yōu)化企業(yè)對(duì)試驗(yàn)班畢業(yè)生的擇優(yōu)錄用機(jī)制。

 

3.3.2培養(yǎng)高質(zhì)量“雙師型”教師隊(duì)伍。近年來，為了加強(qiáng)師資力量，學(xué)校引進(jìn)不少擁有博士學(xué)位的畢業(yè)生補(bǔ)充到我校飛行器工程專業(yè)教師隊(duì)伍中，他們雖然有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論，但工程實(shí)踐背景比較薄弱。因此，師資隊(duì)伍建設(shè)中，除注重學(xué)歷、年齡和職稱結(jié)構(gòu)外，還特別強(qiáng)調(diào)教師的航空航天企事業(yè)單位工作經(jīng)歷和工程實(shí)踐背景。為了加強(qiáng)專業(yè)課教師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，學(xué)校要鼓勵(lì)或創(chuàng)造條件讓來自高?；驔]有一線工作經(jīng)歷的教師到相關(guān)企事業(yè)單位掛職，增強(qiáng)實(shí)踐能力，以促進(jìn)校企合作教育的開展。

 

4.結(jié)語

 

合作辦學(xué)是以學(xué)生為中心的，在合作教育所有效益中，適合人才市場(chǎng)需求，提高學(xué)生的就業(yè)能力是利益的核心。校企合作辦學(xué)讓高校走向企業(yè)，也讓企業(yè)走進(jìn)高校，將高校的理論教學(xué)與企業(yè)實(shí)踐有機(jī)融為一體。這種辦學(xué)模式對(duì)促進(jìn)飛行器制造工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、拓寬人才培養(yǎng)思路非常有利。

航空航天工程專業(yè)論文范文第2篇

關(guān)鍵詞：飛行試驗(yàn)；檔案管理；技術(shù)文件分發(fā)；型號(hào)技術(shù)資料控制；項(xiàng)目管理

1 概述

飛行試驗(yàn)是在實(shí)際飛行條件下進(jìn)行的各種試驗(yàn)以及以飛行器為試驗(yàn)平臺(tái)所實(shí)施的航空航天和其他領(lǐng)域的新概念、新理論和新技術(shù)的探索、研究和演示驗(yàn)證[1]。它是航空航天科技發(fā)展的重要途徑，是航空航天領(lǐng)域各個(gè)學(xué)科研究和產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證的重要手段，也是航空航天產(chǎn)品研制必需的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)還是為用戶摸索和積累飛行使用經(jīng)驗(yàn)的有效途徑。飛行試驗(yàn)分為包括理論探索和新技術(shù)驗(yàn)證的研究性飛行試驗(yàn)和包括型號(hào)研制、定型/鑒定和使用的型號(hào)飛行試驗(yàn)。飛行試驗(yàn)是一項(xiàng)科學(xué)性和實(shí)踐性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性極大、投資巨大的系統(tǒng)工程[2]。飛行試驗(yàn)研究是航空科學(xué)技術(shù)的重要支柱。

中國飛行試驗(yàn)研究院（試飛院）是我國唯一經(jīng)國家授權(quán)的軍/民用飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載設(shè)備等航空產(chǎn)品國家級(jí)鑒定試飛機(jī)構(gòu)和國家進(jìn)出口產(chǎn)品商檢局授權(quán)的飛機(jī)適航認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，是我國綜合性航空產(chǎn)品鑒定/定型與飛行試驗(yàn)技術(shù)研究基地[3]。五十多年來試飛院共獲省部級(jí)以上科技成果獎(jiǎng)460多項(xiàng)，國家級(jí)科技成果獎(jiǎng)60多項(xiàng)?！笆晃濉逼陂g，試飛院累計(jì)承擔(dān)了約60個(gè)型號(hào)的科研試飛任務(wù)，先后完成20多個(gè)型號(hào)的設(shè)計(jì)定型或鑒定試飛任務(wù)，獲省部級(jí)以上科技成果獎(jiǎng)50多項(xiàng)。

隨著新型軍、民用型號(hào)產(chǎn)品研制試飛的批量開展，技術(shù)文件分發(fā)控制、型號(hào)技術(shù)資料發(fā)放控制、項(xiàng)目總結(jié)歸檔等任務(wù)越來越重，新的任務(wù)態(tài)勢(shì)對(duì)檔案管理，特別是重大項(xiàng)目檔案管理提出新的要求，提升重大項(xiàng)目檔案管理水平已成為試飛院檔案部門管理工作的重中之重。

2 飛行試驗(yàn)的特點(diǎn)

飛行試驗(yàn)的顯著特點(diǎn)是高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高成本[2]。

2.1 高風(fēng)險(xiǎn)。高風(fēng)險(xiǎn)是指飛行試驗(yàn)過程中必然存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與工程組織實(shí)施復(fù)雜性。飛行試驗(yàn)的技術(shù)探索性決定了它的風(fēng)險(xiǎn)性，在國內(nèi)外試飛史上，造成機(jī)毀或（和）人亡的事故屢見不鮮。無論是新機(jī)的定型試飛還是鑒定試飛，都要進(jìn)行各種飛行邊界的考核，如：大迎角、高過載、結(jié)冰、發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)、高原等，還有各種故障模態(tài)考核試飛，如：失速、尾旋、顫振、發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車等。

2.2 高投入。高投入是指飛行試驗(yàn)基礎(chǔ)條件體系建設(shè)投入高。飛行試驗(yàn)離不開機(jī)場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)保障設(shè)施，離不開試驗(yàn)機(jī)，離不開試飛員。機(jī)場(chǎng)本身建設(shè)、起飛/降落指揮引導(dǎo)系統(tǒng)、飛行導(dǎo)航系統(tǒng)、遙測(cè)/遙控/中繼測(cè)控系統(tǒng)以及綜合/專用試驗(yàn)機(jī)等都需要投入巨資。試飛員培訓(xùn)需要專用培訓(xùn)機(jī)型，并必須達(dá)到規(guī)定的飛行小時(shí)數(shù)，有些特殊的飛行駕駛技術(shù)還需要去國外進(jìn)行培訓(xùn)或者請(qǐng)外國專家進(jìn)行培訓(xùn)與代飛，而試飛員的成熟工作年限僅十幾年時(shí)間，這也是目前試飛員短缺的原因。

2.3 高成本。高成本是指飛行試驗(yàn)中各種直接物資消耗高。飛行試驗(yàn)中的直接消耗包括試驗(yàn)機(jī)本身壽命消耗；飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)必需的備件、易損件；航空燃料消耗；飛機(jī)和機(jī)載測(cè)試與數(shù)據(jù)處理設(shè)備的意外損失；保障人員成本等。飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的備件、易損件均為單件產(chǎn)品。極少達(dá)到小批量產(chǎn)品，且同系列各型飛機(jī)往往不通用，導(dǎo)致成本增加。目前，飛行試驗(yàn)中所用的機(jī)載測(cè)試傳感器、采集器與數(shù)據(jù)記錄設(shè)備系統(tǒng)幾乎全為國外進(jìn)口，成本巨大。有的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)只能用于特定型號(hào)或項(xiàng)目，其他型號(hào)或項(xiàng)目無法使用，且運(yùn)行維護(hù)成本昂貴。飛行保障規(guī)模龐大，哪怕只有一架飛機(jī)飛行，至少必須有機(jī)務(wù)維護(hù)、加油/充電/充氧等保障；機(jī)場(chǎng)場(chǎng)務(wù)；導(dǎo)航、通訊與指揮引導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行；飛行指揮與組織管理；后勤保障，等等，一個(gè)典型的飛行場(chǎng)次直接參與進(jìn)場(chǎng)人員達(dá)700～800人。

目前，型號(hào)科研試飛除上述特點(diǎn)外，還突出表現(xiàn)為急、難、險(xiǎn)、重、散等典型特征。

急：國防建設(shè)急需、部隊(duì)等待裝備。型號(hào)工程往往設(shè)置有后限，試飛周期的長(zhǎng)短有時(shí)決定著它的命運(yùn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前民用飛機(jī)試飛周期約占整個(gè)研制周期的一半；而軍用飛機(jī)約占55%[1]。試飛周期長(zhǎng)，意味著新機(jī)不能及時(shí)投產(chǎn)和服役，對(duì)于民機(jī)就會(huì)失去競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)，失去市場(chǎng)；對(duì)于軍機(jī)就會(huì)失去先進(jìn)性，喪失戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略上的價(jià)值。而設(shè)計(jì)、試制周期由于技術(shù)、工藝等原因常常會(huì)延長(zhǎng)，造成試飛周期比計(jì)劃縮短；民機(jī)市場(chǎng)占領(lǐng)急需，生產(chǎn)廠家亟待出廠。

難：主要指技術(shù)復(fù)雜，組織復(fù)雜，資源組織協(xié)調(diào)復(fù)雜。重大項(xiàng)目多為跨代機(jī)型，試飛準(zhǔn)備、試飛實(shí)施相對(duì)二代機(jī)型復(fù)雜得多，課題項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)難度大、測(cè)試技術(shù)難度大，駕駛技術(shù)要求高、飛行保障復(fù)雜。

險(xiǎn)：試飛風(fēng)險(xiǎn)高，重大型號(hào)項(xiàng)目試飛不像二代機(jī)以前那樣，風(fēng)險(xiǎn)科目可以遺留，有許多的風(fēng)險(xiǎn)科目必須完成，否則不能定型或通過型號(hào)審定。

重：型號(hào)任務(wù)十分繁重，在所承擔(dān)的幾十個(gè)在飛型號(hào)中，85%以上為重大項(xiàng)目，有若干項(xiàng)目是所謂的“通天工程”，責(zé)任重大。

散：型號(hào)試飛地點(diǎn)分散，近幾年型號(hào)試飛分布在全國東北、華北、西北、中南、西南、華南等十多個(gè)地方，不僅造成各種資源的分散，而且對(duì)試飛技術(shù)文件的分發(fā)控制提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 檔案/文件管理的特點(diǎn)

試飛技術(shù)文件包括型號(hào)試飛的工程設(shè)計(jì)文件、型號(hào)課題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文件以及項(xiàng)目實(shí)施中的過程技術(shù)文件，是開展型號(hào)工程項(xiàng)目和型號(hào)課題的基礎(chǔ)性文件。型號(hào)試飛的工程設(shè)計(jì)文件主要包括：試飛總方案、試飛大綱、測(cè)試任務(wù)書等；型號(hào)課題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文件主要包括：課題試飛方案、測(cè)試方案、改裝設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)處理任務(wù)書等；型號(hào)項(xiàng)目/課題實(shí)施中的過程文件主要包括：型號(hào)項(xiàng)目試飛控制網(wǎng)絡(luò)圖、實(shí)施計(jì)劃、試飛任務(wù)單等?？傆?jì)達(dá)40多類。按照科研試飛質(zhì)量目標(biāo)分解要求，試飛技術(shù)文件分發(fā)必須及時(shí)、到位，綜合準(zhǔn)確率（及時(shí)、合格、到位）達(dá)到100%。

“十一五”期間我院異常繁重的科研試飛任務(wù)反映在試飛技術(shù)文件/檔案管理中，主要體現(xiàn)為文件分發(fā)涉及面廣、時(shí)間緊、任務(wù)重與型號(hào)技術(shù)資料保障難度大、歸檔工作困難重重，體現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

3.1 型號(hào)項(xiàng)目數(shù)量多、分發(fā)受控文件量巨大?！笆晃濉逼陂g，我院承擔(dān)的型號(hào)試飛項(xiàng)目涉及××大系列××個(gè)型號(hào)，試飛技術(shù)文件的分發(fā)種類多、數(shù)量大、范圍廣。分發(fā)文件種類主要有課題試飛方案、測(cè)試方案、改裝方案、數(shù)據(jù)處理任務(wù)書、試飛任務(wù)單等40余種。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，從2006年以來，檔案部門接收重大型號(hào)項(xiàng)目試飛技術(shù)文件2萬多份，分發(fā)超過17萬份，復(fù)制200多萬A4。文件分發(fā)范圍幾乎涉及全院各個(gè)基層單位、各職能管理部門，涉及兄弟跟飛保障單位，總共達(dá)30多個(gè)分發(fā)點(diǎn)，還有十多個(gè)外場(chǎng)試飛點(diǎn)的技術(shù)文件分發(fā)管理，技術(shù)文件的分發(fā)控制非常繁瑣。

型號(hào)項(xiàng)目任務(wù)艱巨還體現(xiàn)在科研項(xiàng)目歸檔上，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年至2011年，型號(hào)項(xiàng)目歸檔課題/項(xiàng)目達(dá)3000多項(xiàng)，歸檔課題數(shù)量、涉及型號(hào)類別之多是前所未有的。

3.2 技術(shù)文件更改多。試飛技術(shù)文件（試飛任務(wù)單）在分發(fā)后準(zhǔn)備執(zhí)行中，經(jīng)常遇到需要更改、作廢的情況，更改或作廢不是由于文件本身有錯(cuò)誤，而是由于試飛員個(gè)人狀況、氣象條件、試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)與故障或者測(cè)試系統(tǒng)故障等多種原因，造成試飛技術(shù)文件無法執(zhí)行必須更改或作廢。有時(shí)，為了適應(yīng)趕進(jìn)度、搶天氣，在條件并不完全具備，但能夠滿足必要的安全要求的情況下，而更改技術(shù)文件進(jìn)行試飛。

試飛員是執(zhí)行飛行試驗(yàn)的主體，試飛員個(gè)人狀態(tài)良好與否，是能否執(zhí)行飛行任務(wù)的首要條件，即使其他一切條件準(zhǔn)備就緒，飛行員身體稍有不適，也不能飛行，有時(shí)也因飛行員個(gè)人狀態(tài)不佳而更換或取消飛行任務(wù)。

氣象條件是實(shí)施飛行試驗(yàn)的基本條件，雨雪天氣、大風(fēng)、大霧、能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、云高、結(jié)冰氣象以及跑道是否積水、濕滑、結(jié)冰等要求是放飛的基本條件，如有不滿足要求，就不能放飛，人們把試飛院職工比喻為“拿工資的農(nóng)民”，形象地說明飛行試驗(yàn)對(duì)氣象條件的要求。

對(duì)重大型號(hào)項(xiàng)目而言，試驗(yàn)機(jī)本身以及燃油、供電等各個(gè)系統(tǒng)、各種機(jī)載成品往往不是很成熟，其狀態(tài)與故障情況在很大程度上決定了試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)，同時(shí)，由于試驗(yàn)機(jī)的改裝以及機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，均為所謂的“單件生產(chǎn)”產(chǎn)品，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)故障率非常高，而不能按照預(yù)先計(jì)劃進(jìn)行試飛。

試飛技術(shù)文件更改、作廢或者補(bǔ)發(fā)，在試飛實(shí)踐中司空見慣。這些無形中增加了文件管理人員的工作量。

3.3 文件分發(fā)急?！笆晃濉币詠?，眾多型號(hào)項(xiàng)目同時(shí)上馬，使得以往三四個(gè)人組成一個(gè)課題組變?yōu)槠骄s一個(gè)人承擔(dān)一個(gè)課題，造成課題人員不足，技術(shù)文件不能如期編制。另外，在重大項(xiàng)目實(shí)施過程中，由行計(jì)劃安排的緊湊性，下一起落的試飛任務(wù)單往往需要依據(jù)上一起落的試飛數(shù)據(jù)結(jié)果編制，造成試飛任務(wù)執(zhí)行等待任務(wù)單的現(xiàn)象。

諸多原因使型號(hào)項(xiàng)目試飛技術(shù)文件的分發(fā)數(shù)量變得異常緊急，尤其是急件、特急件劇增。按照程序文件規(guī)定，需要分發(fā)的試飛技術(shù)文件一般要求提前3個(gè)工作日送達(dá)檔案管理部門，急件要求提前1個(gè)工作日，特急件要求提前半個(gè)工作日，但實(shí)際上，絕大多數(shù)技術(shù)文件送達(dá)時(shí)間只是提前不足半個(gè)工作日，有一些技術(shù)文件送達(dá)時(shí)間不足2個(gè)小時(shí)，這些給技術(shù)文件分發(fā)管理造成巨大壓力。

3.4 項(xiàng)目進(jìn)展調(diào)整多。“十一五”以來，各個(gè)型號(hào)項(xiàng)目計(jì)劃在試飛過程中，由于多種原因都或多或少有調(diào)整。

首先，由于試驗(yàn)機(jī)及其試飛改裝與測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜性，試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)不能一次到位，往往是邊調(diào)整試飛、邊改進(jìn)試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)，隨著試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)的改進(jìn)，科研試飛計(jì)劃會(huì)隨之變動(dòng)，導(dǎo)致計(jì)劃的不確定性。在試飛的過程中，有時(shí)備件狀態(tài)與保障成為試驗(yàn)/試飛能否進(jìn)行的控制節(jié)點(diǎn)，或者試飛過程中發(fā)生重大故障或問題，導(dǎo)致試飛計(jì)劃的調(diào)整。

其次，由于在飛的重大項(xiàng)目型號(hào)多、課題/數(shù)量多，任務(wù)繁重，試飛周期一再壓縮，我院在科研管理上一直采用“拉動(dòng)式”科研試飛計(jì)劃，即每月、每季度科研試飛計(jì)劃都明顯超過年度計(jì)劃的分解目標(biāo)，以超額的計(jì)劃推動(dòng)，促進(jìn)任務(wù)的進(jìn)行，“拉動(dòng)式”計(jì)劃是導(dǎo)致計(jì)劃調(diào)整存在的必然。

4 項(xiàng)目檔案/文件管理的主要做法

據(jù)統(tǒng)計(jì)，試飛院重大項(xiàng)目檔案/文件管理工作占全部科技檔案管理工作的80%多。針對(duì)這種重大項(xiàng)目多、型號(hào)任務(wù)急、檔案/文件多、工作量大的特點(diǎn)，我們牢固樹立為科研試飛保障服務(wù)的理念，緊緊圍繞重大項(xiàng)目科研試飛需求，集中檔案管理優(yōu)勢(shì)力量，從重大項(xiàng)目立項(xiàng)（或任務(wù)下達(dá)）開始到項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目總結(jié)歸檔等全過程，把好重大項(xiàng)目文件管理控制入口關(guān)，注重歸檔過程中的文檔驗(yàn)收與規(guī)范，確保歸檔質(zhì)量。主要做法如下：

4.1 建立綜合項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制。試飛院在重大項(xiàng)目立項(xiàng)后成立型號(hào)項(xiàng)目辦，根據(jù)項(xiàng)目試飛內(nèi)容、專業(yè)成立若干課題組，檔案部門指定重大項(xiàng)目技術(shù)資料、技術(shù)文件和課題歸檔人員，共同組成重大項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。同時(shí)，在重大項(xiàng)目試飛過程中，每個(gè)項(xiàng)目辦都指定專人負(fù)責(zé)技術(shù)文件的二次分發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)管理和有效執(zhí)行，建立文件資料接收、分發(fā)登記賬，積累非受控歸檔技術(shù)文件資料，管理檔案部門分發(fā)的受控技術(shù)文件復(fù)印件。

4.2 實(shí)行項(xiàng)目/課題型號(hào)資料保障和歸檔主管制。在重大項(xiàng)目實(shí)施階段，檔案部門指定型號(hào)項(xiàng)目技術(shù)資料、技術(shù)文件主管和項(xiàng)目/課題歸檔主管，負(fù)責(zé)型號(hào)技術(shù)資料保障、試飛技術(shù)文件分發(fā)控制對(duì)項(xiàng)目/課題技術(shù)文件歸檔進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)，負(fù)責(zé)歸檔文件齊全性、完整性的檢查，負(fù)責(zé)歸檔技術(shù)文件的接收、整理、著錄和數(shù)據(jù)建庫。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、課題主管的歸檔責(zé)任在程序文件《文件與資料控制》中明確規(guī)定，即在重大項(xiàng)目總結(jié)歸檔階段，由課題主管負(fù)責(zé)將課題實(shí)施過程中形成的技術(shù)文件資料收集齊全，經(jīng)過整理后向檔案館移交歸檔，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將整個(gè)項(xiàng)目的依據(jù)性文件、會(huì)議文件、相關(guān)評(píng)審文件和綜合性試飛文件、管理性文件、定型/鑒定報(bào)告等收集齊全，經(jīng)過整理后向檔案館移交歸檔。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、課題主管對(duì)項(xiàng)目/課題歸檔文件的齊全、完整、準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)制度，有力促進(jìn)和保證了項(xiàng)目/課題歸檔內(nèi)在質(zhì)量。

4.3 實(shí)行技術(shù)文件分發(fā)控制值班制。在重大項(xiàng)目試飛中，無論是型號(hào)工程的飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)文件，還是型號(hào)課題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文件和實(shí)施技術(shù)文件等全部需要由檔案部門進(jìn)行分發(fā)控制。由行試驗(yàn)的內(nèi)在特性與任務(wù)特點(diǎn)，飛行試驗(yàn)在一年的365天、一個(gè)月30天和一周7天內(nèi)的任務(wù)安排要考慮天氣、試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)、試飛員狀況等因素安排飛行，較少考慮周末、節(jié)假日以及下班時(shí)間。這就要求檔案部門必須適應(yīng)飛行試驗(yàn)的特殊要求與任務(wù)特點(diǎn)，想方設(shè)法保障試飛技術(shù)文件控制有效、分發(fā)及時(shí)、準(zhǔn)確、到位。

試飛技術(shù)文件的及時(shí)、準(zhǔn)確、規(guī)范是重大項(xiàng)目實(shí)施的前提與保證，為此，我們實(shí)行技術(shù)文件分發(fā)控制值班制度，在8小時(shí)之外的下班后、周末、節(jié)假日期間，輪流值班或電話值班，無論什么情況，必須做到隨叫隨到，確保試飛技術(shù)文件標(biāo)識(shí)規(guī)范、審查全面、審批簽署完整，滿足程序文件要求，符合質(zhì)量體系、飛行安全管理體系、保密管理體系等要求，確保試飛技術(shù)文件及其更改的分發(fā)及時(shí)、規(guī)范、準(zhǔn)確、到位，確保試飛現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)文件100%的合格率，確保重大項(xiàng)目的科研試飛進(jìn)度按計(jì)劃進(jìn)行，從而保證重大項(xiàng)目歸檔文件的齊全、完整、準(zhǔn)確。

4.4 建立外派型號(hào)文件管理員（跟飛）制度。由于重大型號(hào)項(xiàng)目數(shù)量多、任務(wù)急，導(dǎo)致有些重大項(xiàng)目本場(chǎng)試飛無法全部安排，需要外出試飛。另外，有些特殊的試飛科目與試飛科目的特殊要求，如：高原、高寒、對(duì)海等，必須外出試飛。重大型號(hào)項(xiàng)目外場(chǎng)試飛給文件管理帶來困難，為此，我們采取了外派文件管理員跟飛制度，指派一名文件管理人員，作為外場(chǎng)試飛隊(duì)成員，參與外場(chǎng)飛行，負(fù)責(zé)外場(chǎng)試飛文件的分發(fā)控制和管理工作。

4.5 實(shí)施電子試飛技術(shù)文件網(wǎng)上流轉(zhuǎn)與在線歸檔。傳統(tǒng)的紙質(zhì)技術(shù)文件分發(fā)管理模式，不僅耗費(fèi)人力多，傳遞速度慢，易導(dǎo)致積壓，不利于文件更改與分發(fā)控制，也無法對(duì)整個(gè)傳遞過程進(jìn)行全程監(jiān)控，不適應(yīng)當(dāng)前多個(gè)型號(hào)工程并行開展的技術(shù)文件、資料分發(fā)控制要求。我們結(jié)合ARJ21-700飛機(jī)型號(hào)合格審定試飛，建立了“試飛技術(shù)文件資料管理系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了試飛技術(shù)文件的網(wǎng)絡(luò)在線編制、審簽與分發(fā)，實(shí)現(xiàn)了外來飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造單位的各種電子型號(hào)技術(shù)資料、技術(shù)協(xié)調(diào)單、通報(bào)等網(wǎng)絡(luò)發(fā)放，緩解了重大項(xiàng)目技術(shù)文件分發(fā)控制與歸檔的壓力。

4.6 采取重點(diǎn)型號(hào)優(yōu)先機(jī)制。近兩年來，我院根據(jù)重大型號(hào)項(xiàng)目試飛任務(wù)繁重的特征，實(shí)行重大型號(hào)項(xiàng)目“1#任務(wù)管理法”，即在年度、季度、月份科研分解計(jì)劃中，按照型號(hào)任務(wù)進(jìn)展、試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)與其他資源保障條件情況，確定本月、本季度重點(diǎn)實(shí)施的重大型號(hào)工程項(xiàng)目。

檔案部門按照“1#任務(wù)管理法”的要求，根據(jù)重大型號(hào)的重要程度排序，優(yōu)先保證本季度、本月列入1#任務(wù)的文件資料控制與分發(fā)，根據(jù)文件的輕重緩急程度，將急需分發(fā)的技術(shù)文件分為“急”、“特急”，優(yōu)先保證“急”、“特急”件分發(fā)。在有大量技術(shù)文件需要分發(fā)時(shí)，暫停一些其他工作，集中人力，全力以赴確保重點(diǎn)型號(hào)技術(shù)文件分發(fā)的及時(shí)、到位。

4.7 形成科研歸檔計(jì)劃聯(lián)合制定機(jī)制。近幾年來，試飛院每年都制訂科研歸檔計(jì)劃，并作為科研計(jì)劃的一部分，由院計(jì)劃部門下達(dá)，體現(xiàn)了檔案管理“三納入”的要求。但在以往的歸檔計(jì)劃制訂過程中，主要由檔案部門組織制訂，歸檔計(jì)劃與科研項(xiàng)目完成情況不密切，歸檔計(jì)劃的調(diào)整多。為此，在2011年度，我們開始嘗試“聯(lián)合編制科研歸檔計(jì)劃”，即由檔案部門組織從項(xiàng)目/課題組到研究所部再到檔案部門的從下到上的歸檔計(jì)劃梳理與起草，再由科研管理部門組織從研究所部、型號(hào)/項(xiàng)目辦到課題組的自上而下歸檔計(jì)劃落實(shí)。采取這種聯(lián)合編制歸檔計(jì)劃的方法，保證了項(xiàng)目/課題歸檔與實(shí)施的匹配性。

4.8 確立分工協(xié)作、角色備份的工作模式。由于我院重大型號(hào)項(xiàng)目數(shù)量多，型號(hào)試飛技術(shù)文件分發(fā)量大，檔案管理人員相對(duì)不足，并且檔案主管出差頻繁、外出跟飛時(shí)間長(zhǎng)，不在院內(nèi)的頻率大，大大影響了重大項(xiàng)目的試飛文件控制與歸檔。為此，我們采取“分工協(xié)作、角色備份”的工作模式，即把每個(gè)項(xiàng)目分解成文件分發(fā)管理、型號(hào)資料管理、課題文件歸檔管理三個(gè)任務(wù)模塊，每個(gè)模塊指定兩個(gè)責(zé)任人，第一責(zé)任人為A角，第二責(zé)任人為B角，B角是A角的備份，在A角不在崗的情況下，由B角自動(dòng)代替工作。一個(gè)重大項(xiàng)目的B角，同時(shí)又是另一個(gè)或多個(gè)重大項(xiàng)目的A角。雖然，重大型號(hào)項(xiàng)目分工與角色劃分明確，但遇到緊急任務(wù)時(shí)，還需協(xié)同參與工作，確保重大項(xiàng)目型號(hào)技術(shù)資料保障、試飛技術(shù)文件分發(fā)控制責(zé)任的落實(shí)。

4.9 檔案管理隊(duì)伍建設(shè)。檔案管理隊(duì)伍人員整體素質(zhì)是做好重大項(xiàng)目檔案文件管理的關(guān)鍵[4]。為此，我們重視檔案人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)與科研人員的檔案知識(shí)培訓(xùn)，每年都制訂培訓(xùn)計(jì)劃，采取多種形式、多種渠道開展檔案管理知識(shí)培訓(xùn)。結(jié)合重大項(xiàng)目檔案管理要求，在院內(nèi)多次組織對(duì)項(xiàng)目主管、課題主管、科研人員進(jìn)行檔案管理標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)和歸檔知識(shí)培訓(xùn)，為保證重大項(xiàng)目文件檔案管理奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

我們重視檔案隊(duì)伍專業(yè)結(jié)構(gòu)配置，注重招收計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空電子專業(yè)大學(xué)生，還邀請(qǐng)飛機(jī)專家和測(cè)試專家等到情報(bào)檔案中心對(duì)檔案管理人員講授航空專業(yè)知識(shí)，使檔案工作者有完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)，能順利對(duì)各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域歸檔材料進(jìn)行鑒定和正確的分類。

5 結(jié)論

檔案管理作為國防工業(yè)技術(shù)體系中技術(shù)基礎(chǔ)之一，是科研管理的基礎(chǔ)，其中的技術(shù)文件管理是科研項(xiàng)目管理與過程管理的基礎(chǔ)，在以往的飛行試驗(yàn)實(shí)施過程中，發(fā)揮了重要的保障作用，有力保證了重大型號(hào)項(xiàng)目的試飛。上述幾種主要做法，經(jīng)過幾年的嘗試與應(yīng)用，效果提升明顯。為更好地發(fā)揮檔案/文件管理對(duì)科研試飛的促進(jìn)與規(guī)范作用，還應(yīng)按照檔案法及其實(shí)施辦法的要求，結(jié)合飛行試驗(yàn)的行業(yè)特點(diǎn)與其在航空產(chǎn)業(yè)中的作用，進(jìn)一步完善檔案管理組織體系、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系與制度體系，使檔案管理更好地融入科研試飛過程中。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步完善包括理工科和工程技術(shù)專業(yè)，特別是航空飛行器設(shè)計(jì)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航空電子、測(cè)試技術(shù)、改裝設(shè)計(jì)等航空專業(yè)人員的檔案管理隊(duì)伍配置機(jī)制。全面實(shí)施技術(shù)文件網(wǎng)絡(luò)流轉(zhuǎn)與電子歸檔，提高歸檔管理工作效率，提高檔案資源檢索利用效率，更充分地發(fā)揮檔案資源應(yīng)有的作用。

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航空航天工程專業(yè)論文范文第3篇

關(guān)鍵詞：力學(xué)；教學(xué)；新特點(diǎn)；改進(jìn)措施

作者簡(jiǎn)介：張慶華（1977-），男，河南鄭州人，華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院，講師。（河南 鄭州 450011）

基金項(xiàng)目：本文系華北水利水電學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201222）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）01-0066-02

一、力學(xué)課程的重要性和獨(dú)特性

力學(xué)是一切研究對(duì)象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科的總稱。[1]人類早期的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)是力學(xué)最初的起源。力學(xué)具備完整的學(xué)科結(jié)構(gòu)和體系，是機(jī)械工程、土木工程、道路橋梁、航空航天工程、材料工程等學(xué)科的基礎(chǔ)，在人類的實(shí)踐活動(dòng)中無處不在，并且深刻地影響著人類的實(shí)踐活動(dòng)。

力學(xué)是我國高等學(xué)校工科教學(xué)計(jì)劃中重要的基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是理論性、實(shí)用性和系統(tǒng)性為一體的課程，主要包括“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“彈性力學(xué)”、“流體力學(xué)”、“斷裂力學(xué)”等。課程內(nèi)容掌握的好壞將直接影響到后續(xù)諸多專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，尤其會(huì)影響到后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，乃至畢業(yè)后在工作中解決實(shí)際問題的能力。力學(xué)是面向工程的需要，為研究、解決工程中的力學(xué)問題而提供理論依據(jù)和計(jì)算方法的學(xué)科，既有較強(qiáng)的理論性又與工程和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系密切。但是，對(duì)于這樣重要的一門課程，很多普通高校的大學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中仍然提不起興趣，處于一種被動(dòng)的、甚至是被迫的學(xué)習(xí)狀態(tài)。造成學(xué)生厭學(xué)、怕學(xué)的原因多種多樣，既有學(xué)生自身的特點(diǎn)，更受力學(xué)課時(shí)偏少、知識(shí)點(diǎn)偏多等教學(xué)安排不完善諸多因素的影響。

要提高力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量與效果，基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)改革已迫在眉睫。本文分析總結(jié)了當(dāng)前力學(xué)教學(xué)中的新特點(diǎn)、新現(xiàn)象以及存在的問題，綜合考慮學(xué)生特點(diǎn)和當(dāng)前的教學(xué)條件，對(duì)相應(yīng)的改進(jìn)措施進(jìn)行了探討。

二、目前力學(xué)教學(xué)工作的新特點(diǎn)

近年來，隨著招生規(guī)模逐年擴(kuò)大，學(xué)生質(zhì)量較以往質(zhì)量更為參差不齊，同時(shí)，為了適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，相關(guān)專業(yè)課的數(shù)量較以往有了較大的增加，新時(shí)期力學(xué)課程的安排及學(xué)生較以往呈明顯的新特征。

1.學(xué)生特點(diǎn)

目前本科生都已經(jīng)是90后，相當(dāng)一部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有主動(dòng)性和積極性，表現(xiàn)出的自我意識(shí)過強(qiáng)。在學(xué)習(xí)過程中主要表現(xiàn)為：

（1）沒有學(xué)習(xí)計(jì)劃。[2]學(xué)習(xí)過程中沒有最終目標(biāo)，整天忙于敷衍老師留的作業(yè)，不懂得通過完成作業(yè)來鞏固和獲取知識(shí)，抄作業(yè)的現(xiàn)象屢見不鮮，學(xué)習(xí)缺乏計(jì)劃性。

（2）承受挫折能力弱。90后多為獨(dú)生子女，做事往往只考慮自己不考慮別人，只憑興趣學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)的責(zé)任感，承受挫折的能力較弱，遇到困難就后退，甚至?xí)扇∵^激的行為。

（3）過分注重實(shí)用性。當(dāng)今的大學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)期間更注重所學(xué)知識(shí)是否可以在將來的工作中用得上，往往忽略理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)其沒有興趣，認(rèn)為純粹的理論知識(shí)沒有用。

（4）張揚(yáng)自我個(gè)性，相對(duì)比較缺乏團(tuán)隊(duì)忠誠感，在學(xué)習(xí)中較難相互幫助，共同進(jìn)步。

當(dāng)然，還應(yīng)充分意識(shí)到90后學(xué)生較以往的同齡人表現(xiàn)出的一些優(yōu)點(diǎn)，譬如90后平均智商超過了以前的同齡人、好奇心強(qiáng)、接受新生事物能力強(qiáng)、信息和知識(shí)豐富等。鑒于以上原因，在力學(xué)的教學(xué)中應(yīng)該注重?fù)P長(zhǎng)避短，根據(jù)90后學(xué)生的特點(diǎn)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)熱情和興趣，才能使力學(xué)教學(xué)的效果達(dá)到事半功倍。

2.力學(xué)課程的新特點(diǎn)

隨著普通高校的教學(xué)改革，為提高學(xué)生的全面素質(zhì)，培養(yǎng)其多方面的能力，通常會(huì)大幅度削減基礎(chǔ)課課時(shí)，增加與工程實(shí)際結(jié)合較為緊密的專業(yè)課程。力學(xué)課程較以往呈以下特征：

（1）課時(shí)大幅減少。力學(xué)課程原來為80或64學(xué)時(shí)，已普遍壓縮為64或48學(xué)時(shí)，但授課的知識(shí)點(diǎn)并未減少，給教學(xué)帶來較大困難。

（2）班級(jí)人數(shù)增多。雖然高校專職教師人數(shù)不斷增加，但是隨著招生規(guī)模的擴(kuò)大，教師授課班級(jí)的人數(shù)較以往明顯增多，隨著學(xué)生數(shù)量增加，課堂教學(xué)效果逐漸變差。

（3）多媒體教學(xué)方法得到了廣泛的應(yīng)用。好的多媒體課件圖、文、聲、像并茂，使抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)化、具體化、形象化，有助于學(xué)生掌握基本概念、理解規(guī)律；但是，如果多媒體教學(xué)方法運(yùn)用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生相反的作用，使學(xué)生學(xué)習(xí)失去重點(diǎn)，無所適從，分不清楚授課的重點(diǎn)與主次，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。

三、教學(xué)工作改進(jìn)措施探討

在教學(xué)過程中，要全面考慮學(xué)生及力學(xué)課程的新特點(diǎn)、新現(xiàn)象，堅(jiān)持“素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育、實(shí)踐教育”緊密結(jié)合的教學(xué)理念，[3]加強(qiáng)基礎(chǔ)，強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用概念，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，將知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)融于一體，不僅要幫助學(xué)生打好扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，合理地安排授課計(jì)劃

要提高教學(xué)質(zhì)量，需要首先解決學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾，考慮到專業(yè)的不同，應(yīng)根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同選取相關(guān)教程和教學(xué)重點(diǎn)，根據(jù)重點(diǎn)的不同對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減，突出重點(diǎn)，合理安排相關(guān)的授課內(nèi)容，力求力學(xué)結(jié)果的系統(tǒng)性、完整性。教學(xué)安排內(nèi)容中一定要留出足夠的習(xí)題時(shí)間，大多數(shù)學(xué)生對(duì)理論公式的推導(dǎo)基本不感興趣，而對(duì)于典型例題的求解則能夠較為專注，因而習(xí)題課的安排對(duì)力學(xué)的教學(xué)必不可少。

教材中的課后多為經(jīng)典習(xí)題，為了提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，要仔細(xì)篩選，盡量用較少的題量、較低的難度、覆蓋較多的知識(shí)點(diǎn)。作業(yè)能夠直觀反映學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，在認(rèn)真批改作業(yè)的同時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)授課計(jì)劃進(jìn)行微調(diào)，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握較差的話要適當(dāng)增大課時(shí)量，對(duì)作業(yè)中出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤要在課堂中及時(shí)與學(xué)生溝通。此外，思考題是習(xí)題的補(bǔ)充，與實(shí)際結(jié)合緊密，能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，更易于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)安排中不能忽略。

幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、掌握正確的學(xué)習(xí)方法是至關(guān)重要的。授課教師應(yīng)該在每堂課開始時(shí)向?qū)W生講清楚本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，下課之前留出5分鐘進(jìn)行小結(jié)，并指出這部分內(nèi)容在整個(gè)體系中的地位、應(yīng)掌握的程度。

2.強(qiáng)化基本概念，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力

公式多是力學(xué)課程的一個(gè)特點(diǎn)，如果過于偏重公式的推導(dǎo)會(huì)使學(xué)生感到厭煩，準(zhǔn)確理解力學(xué)概念是課程學(xué)習(xí)和解決工程問題的關(guān)鍵，教師課堂講解中應(yīng)緊緊抓住那些最基本的、起決定作用的基本概念，結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)強(qiáng)化基本概念的引入過程和解決問題時(shí)分析思路的演示與訓(xùn)練，弱化公式推導(dǎo)過程的演練，[4]最終使學(xué)生形成系統(tǒng)的力學(xué)理論體系。

力學(xué)是一門與廣大工程專業(yè)相互聯(lián)系的基礎(chǔ)學(xué)科，學(xué)習(xí)力學(xué)的目的就是將力學(xué)的思維應(yīng)用于工程，解決不同領(lǐng)域中的力學(xué)問題。在力學(xué)授課中，要鼓勵(lì)學(xué)生了解并搜集專業(yè)的科研資料和力學(xué)素材，將經(jīng)典例題與工程實(shí)例相結(jié)合，運(yùn)用所學(xué)的力學(xué)知識(shí)去思考問題、解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的主動(dòng)性和積極性。

隨著科學(xué)的發(fā)展及新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容要與時(shí)俱進(jìn)，在教學(xué)中積極補(bǔ)充課外實(shí)用知識(shí)，引入反映現(xiàn)代科技成果的新內(nèi)容，并隨時(shí)反復(fù)地回到力學(xué)基本概念中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和科研興趣。

3.改進(jìn)教學(xué)模式，合理利用多媒體，提高教學(xué)效率和效果

力學(xué)課程有很強(qiáng)的工程背景。在教學(xué)過程中利用多媒體技術(shù)，將一些工程實(shí)例通過屏幕生動(dòng)地展示既可以幫助學(xué)生理解知識(shí)、提高教學(xué)的效率和效果，又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。但過度使用多媒體將削弱學(xué)生的思維能力，由于多媒體教學(xué)信息量大、節(jié)奏快，難免重點(diǎn)不突出，學(xué)生很容易無法跟上教學(xué)的進(jìn)度，此外，過多的視頻或動(dòng)畫文件也容易分散學(xué)生的注意力。在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)采用傳統(tǒng)板書與多媒體相結(jié)合的授課方式進(jìn)行教學(xué)，明確多媒體教學(xué)的輔助作用，教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)一定要通過傳統(tǒng)教學(xué)法完成。

目前，力學(xué)課程的考核多為期末的閉卷測(cè)試，題型一般分為選擇、填空、判斷和計(jì)算題，成績(jī)約占80%，平時(shí)成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占10%，這樣的應(yīng)試教育學(xué)生壓力比較大。學(xué)生為了通過考試而學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合專業(yè)背景分析工程中的力學(xué)問題，加大平時(shí)考核的比重，應(yīng)用力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題，以完成小論文或設(shè)計(jì)方案等形式的開放式作業(yè)作為平時(shí)考核成績(jī)。

四、小結(jié)

力學(xué)課程的教學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的過程，不可能有一種固定的模式，要綜合考慮學(xué)生特點(diǎn)和當(dāng)前的教學(xué)條件，因材施教、因人施教，將理論與實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生能夠形成完整的力學(xué)理論體系，培養(yǎng)既具有創(chuàng)新能力又具備工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型專門人才。

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航空航天工程專業(yè)論文范文第4篇

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)生了革命性的變化。而虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML正是相應(yīng)其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構(gòu)造出任意模型，從而實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的預(yù)見。當(dāng)然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)和不足，從而做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本文正是基于這種技術(shù)和VRML開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了城市的仿真，能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可以從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。

本文研究的主要是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用。意義在于針對(duì)現(xiàn)代城市建設(shè)的盛行，利用環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、規(guī)劃設(shè)計(jì)等的綜合，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的仿真，更真實(shí)、鮮明、生動(dòng)地展現(xiàn)城市面貌，便于對(duì)城市規(guī)劃的可行性研究，有利于城市的規(guī)劃，建設(shè)和完善。

Abstract ：The city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. And Virtual Reality Modeling Language happens to come into being going with it. People could construct any model according to his imagination， consequently the expectation of the city planning can be achieved. Certainly we could find out the error and insufficiency， so that we could modify and improve it. The article bases on this technology and VRML exploitation tool to implement city emulation. It can make government layout department， project developer， engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying VR technology， and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer， and the participation of the public could come true.

This paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. The significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics， engineering， layout and VR technology. Consequently we can show the more real， brilliance， dramatic city’s visage， so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning， city’s construct and city’ perfect.

Keywords ：Virtual Reality；City planning；Modeling；Emulation

第一章 緒 論

1.1 什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual World）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理與模式識(shí)別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測(cè)量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)入這個(gè)環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對(duì)象并與之交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)不是真的，也不是現(xiàn)實(shí)，它只是一個(gè)在桌面上可實(shí)時(shí)地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)可使計(jì)算機(jī)的運(yùn)用更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時(shí)間內(nèi)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相隔離，然后投入到可實(shí)時(shí)交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一門綜合技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，來生成一個(gè)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(diǎn)出發(fā)，利用自身的功能和一些設(shè)備，對(duì)所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進(jìn)行瀏覽和交互式考察[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)有三大特點(diǎn)：浸沉感、交互性和構(gòu)想性。

浸沉感指的是人浸沉在虛擬環(huán)境中，具有和在真實(shí)環(huán)境中一樣的感覺；

交互性指在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)者不是被動(dòng)地感受，而是可以通過自己的動(dòng)作改變感受的內(nèi)容；

構(gòu)想性指虛擬的環(huán)境是人構(gòu)想出來的，因而可以用以實(shí)現(xiàn)一定目標(biāo)的用途。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是近來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界的熱點(diǎn)之一，在社會(huì)生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。 Web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對(duì)它寄予厚望，希望利用這個(gè)技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個(gè)用戶可以進(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個(gè)真正的三維社區(qū)已不再只是夢(mèng)想中的事[2]。

虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢(mèng)寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗?duì)世界、自己、空間和時(shí)間的看法。它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因?yàn)閿?shù)字地球帶給我們的是一個(gè)絢麗多彩的三維的世界!

我們相信社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新使這一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的將來，或許就在十年以后，或許二十年以后。

1.3 國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究概況

美國是VR技術(shù)的發(fā)源地。美國VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國際VR發(fā)展的水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。

在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實(shí)硬件是從美國進(jìn)口的。

在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國是領(lǐng)先的。到1991年底，英國已有從事VR的六個(gè)主要中心，它們是WIndustries（工業(yè)集團(tuán)公司），British Aerospace（英國航空公司），Dimension International，Division Ltd，Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd（主要從事VR職產(chǎn)品銷售）[3]。

和一些發(fā)達(dá)國家相比，我國VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展VR技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會(huì)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把VR列入了研究項(xiàng)目。 在緊跟國際新技術(shù)的同時(shí)，國內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接[3]。

浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已輕成功地虛擬出了人的高級(jí)行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢(shì)和手勢(shì)動(dòng)作，話音和語調(diào)的向步等。

還有其他一些大學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)面取得了驕人成績(jī)，在這里就不再介紹了。總之，雖然我們和其他一些發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，但我國的發(fā)展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4 本文研究的主要內(nèi)容

本文主要是介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)極其應(yīng)用，及其相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)工具VRML語言。通過對(duì)城市的模擬設(shè)計(jì)，更深入的了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及掌握VRML語言的使用。

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

第二章主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)工具VRML語言的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實(shí)與VRML的聯(lián)系以及VRML的創(chuàng)作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握VRML。

第三章是系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)，主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和VRML的使用。通過介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，物理建模技術(shù)以及城市模型的概要設(shè)計(jì)，使得讀者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的了解更加深入和透徹。

第四章主要講了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是告訴讀者怎樣利用VRML語言實(shí)現(xiàn)模型的虛擬實(shí)現(xiàn)。通過本章的學(xué)習(xí)可以使讀者的運(yùn)用VRML語言的能力大大增強(qiáng)。

第五章主要講了在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及相應(yīng)的解決方法。

第二章 VRML簡(jiǎn)介

2.1 VRML的發(fā)展歷史

VRML使用場(chǎng)景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D實(shí)境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以SCI開發(fā)的Open Inventer 3D工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。VRML的場(chǎng)景圖是一種代表所有3D世界靜態(tài)特征的節(jié)點(diǎn)等級(jí)：幾何關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點(diǎn)以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有的生產(chǎn)三維產(chǎn)品的廠商，無論是CAD、建模、動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)，還是VRML，它們的結(jié)構(gòu)核心都是場(chǎng)景圖。

1993年9月，Tong Parisi和Mark Pesce開發(fā)了第一個(gè)VRML瀏覽器，稱為L(zhǎng)abyrinth，它是WWW上三維瀏覽器的原形。

1994年春，在日內(nèi)瓦第一屆WWW大會(huì)上，由Tim Berners-Lee和Dave Raggett所組織的一個(gè)名為Bird_of_Feather (BOF)的小組提出了VRML這個(gè)名字，當(dāng)時(shí)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(huì)以后，一個(gè)www-vrml mail list的組織成立了，Silicon Graphics，Inc(SGI)的Gavin Ball通過選擇Open Inventor文件格式中的基本元素，增加必要的WWW特征，制定的方案經(jīng)修訂，在1994年第二次WWW大會(huì)上公布為VRML1.0的初稿。

另一位SGI的原Open Inventor設(shè)計(jì)師Paul Strauss開始作一個(gè)VRML公共域的詞解程序，當(dāng)時(shí)流行于業(yè)界的名字叫QvLib。這個(gè)程序的作用是把VRML的可讀文件格式轉(zhuǎn)換成瀏覽器可理解的格式。這個(gè)詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺(tái)上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。

1996年8月在SGI的 Moving Worlds提案基礎(chǔ)上形成VRML2.0。VRML2.0在VRML1.0的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善。

VRML2.0的DIS就是以VRML2.0為基礎(chǔ)制定的，于1997年4月提交國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO JYCI/SC24委員會(huì)審議，依照慣例命名為VRML97。

1998年12月在原VRML組織的基礎(chǔ)上成立了Web3D聯(lián)盟，致力于VRML NG標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于制定X3D網(wǎng)絡(luò)三維標(biāo)準(zhǔn)。在X3D的旗幟下，VRML將結(jié)合Java3D和XML等技術(shù)，成為Internet上三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 VRML與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的英文名稱為Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，即利用計(jì)算機(jī)的高科技手段構(gòu)造出一個(gè)虛擬的世界，使參與者獲得與現(xiàn)實(shí)一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)在當(dāng)今國際上倍受矚目的課題。

當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)尚未出現(xiàn)的時(shí)期，仿真只能在實(shí)物上進(jìn)行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點(diǎn)是：由于仿真是在實(shí)物上進(jìn)行，因而實(shí)時(shí)性強(qiáng)且精度較高，但是實(shí)施的難度和費(fèi)用都較大。在計(jì)算機(jī)技術(shù)問世且被引入仿真領(lǐng)域的初期，仿真技術(shù)步入了半模擬半數(shù)字的階段。這時(shí)系統(tǒng)中的一些部分由計(jì)算機(jī)代替，另一部分則由實(shí)物充當(dāng)，所以，在一定程度上仍然保留著實(shí)時(shí)性仿真的特點(diǎn)[5]。

80年代后期，仿真在諸多方面都發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，仿真研究的對(duì)象已由連續(xù)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)。仿真已由重視實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析。計(jì)算機(jī)已成為一種重要的仿真工具。計(jì)算機(jī)仿真是一門利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。

由于從強(qiáng)調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)與圖形技術(shù)和對(duì)象技術(shù)結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強(qiáng)。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，仿真已從研究制造對(duì)象的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及加工、裝配過程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測(cè)試等，涉及到企業(yè)制造活動(dòng)的各個(gè)方面。這些轉(zhuǎn)變明顯地說明，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現(xiàn)實(shí)促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成的一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環(huán)境，置身于該環(huán)境中的人們可以通過各種傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行相互作用，達(dá)到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術(shù)、可視化技術(shù)、分布處理技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得建立人機(jī)一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，仿真因此形成一些新的發(fā)展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等[5]。

2.3 VRML原理

1.VRML對(duì)三維虛擬世界的描述

VRML規(guī)定了3D應(yīng)用中大多數(shù)常見的功能。

(1)建模能力，VRML定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節(jié)點(diǎn)，建模能力較強(qiáng)。

基本幾何形體：Box、Sphere、Cone、Cylinder

構(gòu)造幾何形體：IndexLineSet、IndexFaceSet、Extrusion、PiontSet、ElevationGrid

造型編組、造型定位、旋轉(zhuǎn)及縮放：Group、Transform

特殊造型：Billbord、Backgroud、Text

基本幾何形體節(jié)點(diǎn)只能作十分有限的幾種造型，用點(diǎn)、線、面索引節(jié)點(diǎn)及拉伸節(jié)點(diǎn)就可以構(gòu)造任意復(fù)雜的實(shí)體形狀。特殊造型節(jié)點(diǎn)可用于場(chǎng)景中的文字、背景顏色等設(shè)置。造型編組可以用來描述裝配關(guān)系，其中Transform節(jié)點(diǎn)可以確定裝配位置、方向。

(2)真實(shí)感及渲染能力，通過提供豐富的相關(guān)節(jié)點(diǎn)的渲染，可以很精細(xì)地實(shí)現(xiàn)光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。

光照：HeadLight、SpotLight、PointLight、DirectionLight

材質(zhì)著色：Material、Appearance、Color、ColorInterpolator

紋理：ImageTexture、MoviceTexture、PixelTexture、TextureTransform

霧：Fog

明暗控制說明：Normal、NormalInterpolator

三維聲音：Sound

場(chǎng)景光照的設(shè)置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節(jié)點(diǎn)可以提供各種虛擬場(chǎng)景的光源。不同材質(zhì)的物體色彩及反光效果不同，VRML的材質(zhì)及著色節(jié)點(diǎn)的使用可以仿造如同真實(shí)物體給出的視覺效果。文理節(jié)點(diǎn)可以對(duì)實(shí)體表面粘貼圖片或進(jìn)行像素點(diǎn)的設(shè)置以使實(shí)體具有同實(shí)物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對(duì)場(chǎng)景的光線反射有影響。聲音節(jié)點(diǎn)可以在場(chǎng)景中模擬出實(shí)際空間可能產(chǎn)生的各種聲響，如音樂、碰撞聲等[6]。

(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點(diǎn)可以控制對(duì)三維世界的觀察方式。

傳感器：CylinderSensor、PlaneSensor、VisibilitySensor、ProxymitySensor、SphereSensor、TouchSensor

控制視點(diǎn)：ViewPoint、NavigationInfo

各種傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知用戶鼠標(biāo)的指針，TouchSensor節(jié)點(diǎn)在數(shù)控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點(diǎn)控制可以預(yù)先提供給用戶一些更好的觀察角度。

(4)動(dòng)畫，VRML提供了方便的動(dòng)畫控制方式。

關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器：TimeSensor

線性插值器及姿態(tài)調(diào)整：CoordinateInterpolator、OrientationInterpolator、ScalarInterpolator

這兩組節(jié)點(diǎn)的配合使用可以產(chǎn)生場(chǎng)景中的動(dòng)畫效果，關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)線性插值器節(jié)點(diǎn)按時(shí)間順序給出關(guān)鍵值插值，這些插值就是關(guān)鍵震動(dòng)畫時(shí)控制實(shí)置、狀態(tài)所需要的中間過渡值。

(5)細(xì)節(jié)等級(jí)管理及碰撞檢測(cè)：LOD、Collision

細(xì)節(jié)等級(jí)管理是對(duì)復(fù)雜實(shí)體的細(xì)節(jié)顯示加以控制，使該實(shí)體可在視點(diǎn)外或遠(yuǎn)離視點(diǎn)時(shí)不顯示或粗略顯示。VRML自身提供的碰撞檢測(cè)是指觀察者在虛擬場(chǎng)景中的替身與實(shí)體的碰撞。

(6)超鏈接及嵌入：Anchor、Inline

這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使VRML可以由一個(gè)虛擬場(chǎng)景直接鏈接到另一個(gè)場(chǎng)景，或者將另一個(gè)場(chǎng)景中的實(shí)體嵌入自己的場(chǎng)景中。

2.VRML的執(zhí)行模式

通過使用VRML的Script節(jié)點(diǎn)編程、與Java間事件訪問和建立場(chǎng)景圖內(nèi)部消息通道能夠很方便的實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)體的交互和動(dòng)畫功能。VRML場(chǎng)景圖可以接受兩種事件驅(qū)動(dòng)：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(chǎng)景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出事件域傳出的事件傳遞到一個(gè)節(jié)點(diǎn)的入事件域。場(chǎng)景中傳感器節(jié)點(diǎn)通常定義了觸發(fā)事件，它通過路由發(fā)送到場(chǎng)景圖的其他節(jié)點(diǎn)的入事件域。如傳感器節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)事件直接傳遞到插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生關(guān)鍵值插值，也可以傳遞Script節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算處理產(chǎn)生關(guān)鍵值插值。Script節(jié)點(diǎn)的處理過程就是JavaScript語法編寫腳本程序。Script節(jié)點(diǎn)還可以通過URL域引入Java程序到其他需要的節(jié)點(diǎn)，比如傳送給實(shí)體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執(zhí)行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應(yīng)，它應(yīng)該能夠有讀取節(jié)點(diǎn)出事件域數(shù)據(jù)的接口[7]。

2.4 VRML的創(chuàng)作工具

創(chuàng)作VRML可以用你喜歡的文本編輯器，如Windows95下的NotePad，DOS下Edit等。當(dāng)然，最后要獎(jiǎng)文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對(duì)于復(fù)雜的三維造型，如果VRML語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時(shí)也是無法完成的，幸運(yùn)的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發(fā)了VRML文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創(chuàng)建一個(gè)三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對(duì)于復(fù)雜的三維造型VRML環(huán)境中顯示就不成問題了。

推薦讀者使用的VRML創(chuàng)作工具是VrmlPad，它是一種功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單好用VRML開發(fā)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件，其完全VRML97標(biāo)準(zhǔn)。VrmlPad可以對(duì)VRML文件進(jìn)行瀏覽編輯，對(duì)資源文件進(jìn)行有效的管理，并且提供了VRML文件的向?qū)В梢詭椭_發(fā)人員編寫和開發(fā)自己的VRML虛擬現(xiàn)實(shí)作品[8]。

第三章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

3.1.1 概況

隨著全球知識(shí)經(jīng)濟(jì)的興起，信息產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，上至政府、軍隊(duì)，下到各企事業(yè)單位都開始重視信息技術(shù)的創(chuàng)新研究和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，并已經(jīng)或準(zhǔn)備給予大量的投入。而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動(dòng)力的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過對(duì)現(xiàn)狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實(shí)時(shí)景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計(jì)者、城市建設(shè)管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。VR技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運(yùn)用VR技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機(jī)的組成部分，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動(dòng)畫等所不能達(dá)到的[9]。

3.1.2 虛擬城市的有機(jī)組成

仿真的虛擬環(huán)境

類似于時(shí)下流行的三維動(dòng)畫，同樣是通過強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。但是VR技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動(dòng)畫的三維場(chǎng)景則是由動(dòng)畫制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴(yán)格意義上來說屬于一種演示作品。

多方式、運(yùn)動(dòng)中感受城市空間

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以全方位，多種樣式（步行、驅(qū)車、飛行、UFO等），完全由用戶自由控制在場(chǎng)景中漫游。VR技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動(dòng)畫的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場(chǎng)景；而VR技術(shù)可以由用戶在三維場(chǎng)景中任意漫游，人機(jī)交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯(cuò)覺。這樣一來，很多不易察覺的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。

實(shí)時(shí)多方案比較

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動(dòng)畫那樣，每做一次修改都需要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)意圖通過VR技術(shù)實(shí)時(shí)的反映出來，用戶可以做出很全面的對(duì)比，并且虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。

三維空間信息交流

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過其數(shù)據(jù)接口與GIS信息相結(jié)合，即所謂的VR-GIS，從而可以在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維空間的遠(yuǎn)程操作。

公眾參與與方案展示

對(duì)于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來。當(dāng)項(xiàng)目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的宣傳展示效果。

3.1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)城市規(guī)劃的影響

1．城市規(guī)劃管理

信息技術(shù)對(duì)城市規(guī)劃管理的影響主要表現(xiàn)在辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化主要是提高城市規(guī)劃管理部門內(nèi)部的管理水平、質(zhì)量和效率。隨著社會(huì)的信息化，通過因特網(wǎng)可以建立城市規(guī)劃管理部門與城市建設(shè)者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上報(bào)建，報(bào)建單位只要在本單位與因特網(wǎng)相連的計(jì)算機(jī)就可完成報(bào)建過程和提供所需的材料，規(guī)劃審批可以在因特網(wǎng)上完成。

規(guī)劃管理與規(guī)劃設(shè)計(jì)更緊密的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管理與設(shè)計(jì)的一體化，審批的結(jié)果可以電子數(shù)據(jù)的形式迅速的反饋給設(shè)計(jì)部門，而設(shè)計(jì)部門可盡快地將設(shè)計(jì)結(jié)果以電子數(shù)據(jù)的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網(wǎng)來完成。

通過因特網(wǎng)可以進(jìn)行規(guī)劃評(píng)審，各地的專家可以在家里對(duì)規(guī)劃成果進(jìn)行評(píng)審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)專家所需的各種信息（如建筑物三維動(dòng)態(tài)模型），通過網(wǎng)絡(luò)會(huì)議交流意見，專家甚至可以實(shí)時(shí)與規(guī)劃師交流，提出自己意見和設(shè)想，并可以較快地通過建立數(shù)字模型加以證實(shí)[10]。

2．城市規(guī)劃設(shè)計(jì)

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

設(shè)計(jì)過程中所需的數(shù)據(jù)將數(shù)字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)，而各種地下管線的資料由于數(shù)據(jù)庫的建立而更加方便的獲得?，F(xiàn)在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應(yīng)信息系統(tǒng)建立而能很方便地獲得。

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

在規(guī)劃設(shè)計(jì)和規(guī)劃審批中由于規(guī)劃成果的數(shù)字化，使得對(duì)各種規(guī)劃成果和方案的定量分析、模擬和預(yù)測(cè)成為可能，經(jīng)濟(jì)可行性分析也更為方便，促進(jìn)規(guī)劃決策的科學(xué)化。

通過因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設(shè)計(jì)專家共同合作完成設(shè)計(jì)也將成為可能，這樣可以構(gòu)建了一個(gè)不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設(shè)計(jì)事務(wù)所。

3．公眾參與

公眾可以通過因特網(wǎng)動(dòng)態(tài)了解規(guī)劃設(shè)計(jì)方案和參與規(guī)劃審批，而且規(guī)劃方案與成果的表現(xiàn)形式由于采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規(guī)劃師的意圖，公眾通過因特網(wǎng)發(fā)表個(gè)人的意見，與規(guī)劃師、管理人員和其它有關(guān)人員進(jìn)行直接對(duì)話，使公眾參與更加有效，促進(jìn)決策過程的民主化。

4．城市規(guī)劃研究與教育

因特網(wǎng)構(gòu)成了一個(gè)巨大的電子圖書館，各種城市規(guī)劃研究成果將以電子出版物的形式出現(xiàn)，城市規(guī)劃研究者將通過因特網(wǎng)查到各種城市規(guī)劃資料，并可通過電子郵件、BBS（電子公告欄）及其它一些網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行交流。

因特網(wǎng)同時(shí)也將成為一個(gè)龐大的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生可以通過因特網(wǎng)利用多媒體技術(shù)學(xué)習(xí)城市規(guī)劃的理論與知識(shí)。

在信息時(shí)代，電子游戲也將成為一個(gè)很好的教育手段，城市規(guī)劃方面的游戲軟件將出現(xiàn)，可以對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)與審批及城市建設(shè)過程進(jìn)行模擬，使城市規(guī)劃學(xué)習(xí)及城市規(guī)劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。

總之，信息時(shí)代的到來，使人類構(gòu)造了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現(xiàn)實(shí)空間和由比特（BIT）構(gòu)成的信息空間(CyberSpace)中，現(xiàn)實(shí)空間與信息空間的物理界面（Interface）是由計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，人們通過這一界面可跨越現(xiàn)實(shí)空間與一些時(shí)間的限制，了解現(xiàn)實(shí)世界的過去和現(xiàn)在，預(yù)測(cè)未來，進(jìn)行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構(gòu)造城市發(fā)展的藍(lán)圖，并通過建設(shè)者在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)。

3.2 物理建模技術(shù)

3.2.1 人工的幾何建模方法

由構(gòu)造VR的觀點(diǎn)看，幾何建模是構(gòu)造VR的致命技術(shù)，它的限制可能妨礙VR的進(jìn)展。VR研究將受益于共享的開放的建模環(huán)境，包括物理建模環(huán)境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個(gè)VR工作所報(bào)告的模型獲取過程。VR的幾何建模一般通過基于PC或基于工作站的CAD工具獲取。在北卡大學(xué)漫游建筑的項(xiàng)目中，AutoCAD用于產(chǎn)生構(gòu)成一座教堂幾何模型的12000個(gè)多邊形。討論的一個(gè)問題是"由為其它目的寫的CAD程序中取出要求的數(shù)據(jù)"。由AutoCAD產(chǎn)生的文件取出三維幾何并不困難，但問題是并非所有要求的數(shù)據(jù)都以VR要求的形式提供。特別是沒有提供有關(guān)建筑物實(shí)際物理的數(shù)據(jù)，用于實(shí)時(shí)漫游算法的劃分信息，以后由手工或?qū)Ｓ贸绦蚣尤搿?/p>

VPL Reality Built for Two (RB2) 系統(tǒng)使用Macintosh Ⅱ，作為固體建模的設(shè)計(jì)站，用IRIS工作站作為繪制/顯示站。RB2是用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)VR的軟件開發(fā)平臺(tái)。在RB2下開發(fā)是快速的交互的，具有可實(shí)時(shí)編輯的屬性約束和交互。RB2的幾何建模功能利用了軟件模塊RB2 Swivel和數(shù)據(jù)流/實(shí)時(shí)動(dòng)畫控制臺(tái)Body Electric。RB2在組織上有大量跟隨者，他們沒有足夠的資源開發(fā)自己的VR。RB2是交鑰匙系統(tǒng)，它的幾何物理文件格式是專有的。

在NPSNET項(xiàng)目中，初始的三維插圖集由SIMNET數(shù)據(jù)庫得到。這些模型知道的武器系統(tǒng)的三維外表比SIMNET少得多。結(jié)果，研究者開發(fā)了保存這些三維模型的開放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫了系統(tǒng)，包含了面向?qū)ο蟮膭?dòng)畫能力。例如，NPSNET研究組正在利用MultiGen CAD工具開發(fā)無物理的模型，這用于SGI基于Performer的NPSNET-4系統(tǒng)。有物理的CAD系統(tǒng)已開始開發(fā)，但還很貴，只是專用的。許多VE應(yīng)用要復(fù)制真實(shí)世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動(dòng)獲取模型。自動(dòng)獲取復(fù)雜環(huán)境模型(如工廠環(huán)境)當(dāng)前還不現(xiàn)實(shí)，但這是合適的課題。同時(shí)，自動(dòng)或接近自動(dòng)獲取幾何模型，現(xiàn)在在某些情況是現(xiàn)實(shí)的。部分自動(dòng)的交互式獲取在不久將是可行的?，F(xiàn)在已有利用激光掃描建立實(shí)際物體三維外形的設(shè)備出售。

3.2.2 自動(dòng)的幾何建模方法

三維掃描儀（3 Dimensional Scanner）又稱為三維數(shù)字化儀（3 Dimensional Digitizer）。它是當(dāng)前使用的對(duì)實(shí)際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實(shí)世界的立體彩色信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供了有效的手段。它與傳統(tǒng)的平面掃描儀、攝像機(jī)、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對(duì)象不是平面圖案，而是立體的實(shí)物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，彩色掃描還可以獲得每個(gè)采樣點(diǎn)的色彩。某些掃描設(shè)備甚至可以獲得物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而攝像機(jī)只能拍攝物體的某一個(gè)側(cè)面，且會(huì)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(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和色彩的數(shù)字模型文件。這可以直接用于CAD或三維動(dòng)畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。

1．三維信息獲取技術(shù)

早期用于三維測(cè)量的是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）。目前，CMM仍是工廠的標(biāo)準(zhǔn)立體測(cè)量裝備。它將一個(gè)探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅(qū)動(dòng)探針沿三個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)探針接觸物體表面時(shí)，測(cè)量其在三個(gè)方向的移動(dòng)，就可知道物體表面這一點(diǎn)的三維坐標(biāo)。控制探針在物體表面移動(dòng)和觸碰，可以完成整個(gè)表面的三維測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，物體形狀復(fù)雜時(shí)的控制復(fù)雜，速度慢，無色彩信息。

機(jī)械測(cè)量臂借用了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的接觸探針原理，把驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)改為可精確定位的多關(guān)節(jié)隨動(dòng)式機(jī)械臂，由人牽引裝有探針的機(jī)械臂在物體表面滑動(dòng)掃描。利用機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的角度傳感器的測(cè)量值，可以計(jì)算探針的三維坐標(biāo)。因?yàn)槿说臓恳蛊渌俣缺茸鴺?biāo)測(cè)量機(jī)快，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，靈活性好。但不如光學(xué)掃描儀快。也沒有彩色信息。FARO和Immersion公司提供這類產(chǎn)品。

借助雷達(dá)原理，發(fā)展了用激光或超聲波等媒介代替探針進(jìn)行深度測(cè)量。這是激光或超聲波測(cè)距器。測(cè)距器向被測(cè)物體表面發(fā)出信號(hào)，依據(jù)信號(hào)的反射時(shí)間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點(diǎn)法"或"圖像雷達(dá)"。不少公司開發(fā)了用于大尺度測(cè)距的產(chǎn)品（如用于戰(zhàn)場(chǎng)和工地）。小尺度測(cè)距的困難在于信號(hào)和時(shí)間的精確測(cè)量。Leica和Acuity推出了采用激光或紅外線的測(cè)距器。Senix公司推出了超聲波測(cè)距器。它受遮擋的影響較小。但要求測(cè)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(jì)算機(jī)視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復(fù)形狀法，從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)形狀法，結(jié)構(gòu)光法，編碼光法等。其中的結(jié)構(gòu)光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設(shè)備的基礎(chǔ)。這些方法可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式法的代表是立體視覺法。主動(dòng)式法的代表是結(jié)構(gòu)光法，編碼光法。光學(xué)掃描的裝置比較復(fù)雜，價(jià)格偏高，存在不可視區(qū)，也受到物體表面反射特性的影響[11]。

用于獲得物體內(nèi)腔尺寸的方法之一是工業(yè)CT。它以高能X射線對(duì)零件內(nèi)部進(jìn)行分層掃描。它的缺點(diǎn)是精度不高，價(jià)格昂貴，且存在放射性危害。

美國CGI公司生產(chǎn)的自動(dòng)斷層掃描儀（Automatic Cross Section Scanner， ACSS）可以克服這些缺點(diǎn)。但要求對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行破壞。

2．三維掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在硬件和控制技術(shù)方面，掃描運(yùn)動(dòng)的伺服裝置要求精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機(jī)械掃描是當(dāng)前的趨勢(shì)。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。

三維信息獲取技術(shù)方面，三維信息獲取的原理應(yīng)綜合考慮精度，速度，易實(shí)現(xiàn)性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實(shí)施方案，采用巧妙的技術(shù)策略，提升產(chǎn)品的性能。還要研究計(jì)算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理技術(shù)。

色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個(gè)因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關(guān)。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質(zhì)和對(duì)入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現(xiàn)的色彩。

三維構(gòu)型，顯示及修改技術(shù)方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和色彩。這些采樣點(diǎn)的集合稱為"點(diǎn)云"（Point Cloud）。必須用點(diǎn)，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點(diǎn)云"構(gòu)成"形"。同樣的點(diǎn)集進(jìn)行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復(fù)雜表面的散亂點(diǎn)的構(gòu)形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對(duì)缺陷進(jìn)行人工修改。還必須支持多種數(shù)據(jù)格式，將結(jié)果按指定的格式輸出[12]。

定標(biāo)技術(shù)方面，確定有關(guān)的裝置參數(shù)就是定標(biāo)。它與計(jì)算模型和誤差模型有關(guān)。定標(biāo)精度和可靠程度直接影響測(cè)量精度。定標(biāo)還可以校正裝置的誤差。對(duì)彩色掃描，還有色彩定標(biāo)問題。

3.3 城市建模

本設(shè)計(jì)采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。

3.3.1 總體建模

總體建模初步構(gòu)造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎(chǔ)之上對(duì)局部布景的詳細(xì)設(shè)計(jì)，是個(gè)逐步細(xì)化的過程。

整體建模如下：用Background設(shè)置天空和地面的色彩。Background節(jié)點(diǎn)用于生成VRML的背景空間，背景采用了立方體空間的表現(xiàn)形式，在其外放置了一個(gè)地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著VRML世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠(yuǎn)不能接近它們。用Viewpoint節(jié)點(diǎn)定義了瀏覽者在虛擬環(huán)境中的游行方式。Viewpoint視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個(gè)指定位置，用戶可以從該點(diǎn)來觀察場(chǎng)景。在每一個(gè)新的觀察點(diǎn)，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(dòng)，就使得取景器不斷的調(diào)整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點(diǎn)，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺和現(xiàn)實(shí)世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現(xiàn)在我們面前的將是一個(gè)個(gè)黑漆漆的模型。同時(shí)用WorldInfo定義了境界信息，在運(yùn)行界面的標(biāo)題欄可以看見該設(shè)計(jì)的名稱，作者等等。WorldInfo節(jié)點(diǎn)用來聲明一個(gè)空間的標(biāo)題以及想提供的其他注解，它對(duì)VRML場(chǎng)景的創(chuàng)建并不產(chǎn)生影響。

運(yùn)行效果如圖3-1。

圖3-1 背景圖

上圖只是一個(gè)非常非常粗略的框架，在此之上，用Transform節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。Transform節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組節(jié)點(diǎn)。Transform節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)子節(jié)點(diǎn)列表，這些子節(jié)點(diǎn)可以是Shape節(jié)點(diǎn)、Group節(jié)點(diǎn)或Transform節(jié)點(diǎn)。在Transform節(jié)點(diǎn)中的所有子節(jié)點(diǎn)將在Transform節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系原點(diǎn)處建立。該節(jié)點(diǎn)包括位置的確定、造型節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸和方向、造型節(jié)點(diǎn)大小的縮放比例及縮放旋轉(zhuǎn)軸，以及形體造型的構(gòu)造等，它的功能比較強(qiáng)大，使用相對(duì)簡(jiǎn)單。Transform節(jié)點(diǎn)在放置場(chǎng)景中的對(duì)象并確定其方向時(shí)具有很大的靈活性。Transform節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)形成VRML場(chǎng)景層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)。這里的樓房和街道就是用簡(jiǎn)單的形體造型節(jié)點(diǎn)Box構(gòu)成的，只是在大小，位置，方向上做了相應(yīng)的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。

城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過對(duì)現(xiàn)狀和未來的描繪，為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。這里也采用了城市規(guī)劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當(dāng)。

圖3-2是設(shè)置后的運(yùn)行效果。

圖3-2 簡(jiǎn)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(gè)稱呼司綠化程度和建設(shè)特色的標(biāo)志，而樹則不是簡(jiǎn)單的立方體，但為了構(gòu)造的簡(jiǎn)便，本人用圓柱體和球體來構(gòu)造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個(gè)改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當(dāng)把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構(gòu)造。

在這里所用到的立方體Box、球體Sphere、圓柱體Cylinder都是簡(jiǎn)單形體造型節(jié)點(diǎn)，但是運(yùn)用它們可以構(gòu)造更復(fù)雜的對(duì)象，需要初學(xué)者靈活的掌握和運(yùn)用它們。除了上面提到的簡(jiǎn)單造型節(jié)點(diǎn)之外還有圓錐體Cone。

圖3-3是一棵樹的造型。其實(shí)，它不僅僅是一棵樹，更是一個(gè)希望，象征著人類對(duì)環(huán)境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。

圖3-3 樹

圖3-4 綠化的城市

圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構(gòu)造。雖然有點(diǎn)空曠，但是，地廣人稀正是我們?nèi)祟愃蛲摹，F(xiàn)在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經(jīng)上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個(gè)建設(shè)者的最終目的和任務(wù)。而且我們也應(yīng)該珍惜每一片土地。

3.3.2 局部建模

局部建模也稱為細(xì)致建模，具體步驟如下。

一個(gè)城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對(duì)粗略的城市進(jìn)行細(xì)化。首先，先建立一個(gè)花壇，花壇也是有簡(jiǎn)單的造型構(gòu)成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成。花壇的顏色設(shè)置為淺綠色，錯(cuò)落有致。有樹有花壇，當(dāng)然也得有草了，所以，還要做一個(gè)草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設(shè)置為深綠色，是一個(gè)大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復(fù)雜的，但是什么復(fù)雜的東西都可以簡(jiǎn)單化，本人用兩個(gè)球體和兩個(gè)圓柱體做成了一個(gè)小汽車。兩個(gè)球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個(gè)圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。

圖3-5 小車

草坪建好了，也要為其進(jìn)行裝飾，因此在上面放了凳子和一個(gè)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(gè)球體，并在草坪的四角各放了一個(gè)半球。為了體現(xiàn)國民的保護(hù)環(huán)境意識(shí)，在草坪的邊上有放置了一個(gè)圓柱形的垃圾箱。在此基礎(chǔ)之上，為了體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動(dòng)變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補(bǔ)器CorlorInterpolator和時(shí)間傳感器TimeSensor來實(shí)現(xiàn)的。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)是VRML提供的附加的插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，利用它可以構(gòu)造色彩的變化效果。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)在它的key和keyValue域中使用一系列關(guān)鍵時(shí)刻值和色彩值。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)通過在兩個(gè)色彩值中內(nèi)插，來計(jì)算一個(gè)中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。TimeSensor節(jié)點(diǎn)可以像時(shí)鐘一樣標(biāo)記時(shí)間的流逝，還附加有定時(shí)發(fā)送相關(guān)時(shí)刻信息的功能。同時(shí)它可以是一個(gè)定時(shí)開關(guān)，開始及結(jié)束一些過程。通常與插補(bǔ)器、傳感器聯(lián)合使用。TimeSensor節(jié)點(diǎn)能夠作為任何組的子節(jié)點(diǎn)。

效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。

圖3-6 奇異的草地甲

圖3-7 奇異的草地乙

虛擬現(xiàn)實(shí)，也就是模擬現(xiàn)實(shí)，使得呈現(xiàn)的景象和現(xiàn)實(shí)世界的一樣逼真。在這了，本人將要設(shè)計(jì)的城市的四個(gè)游樂場(chǎng)所中的一個(gè)做了一點(diǎn)變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當(dāng)替身與游樂場(chǎng)的距離在一定范圍內(nèi)時(shí)，中間的立方體會(huì)自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)一定的角度。這種變化是如何實(shí)現(xiàn)的呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，這里使用了臨近傳感器ProximitySensor。臨近傳感器感知觀察者進(jìn)入并在一個(gè)空間的長(zhǎng)方體區(qū)域中移動(dòng)的時(shí)間。當(dāng)觀察者接近區(qū)域時(shí)，能使用這些傳感器啟動(dòng)一個(gè)動(dòng)畫，當(dāng)觀察者離開時(shí)停止這個(gè)動(dòng)畫。ProximitySensor節(jié)點(diǎn)能夠作為任何組的子節(jié)點(diǎn)。并且它可以感知觀察者何時(shí)進(jìn)入、退出和移動(dòng)魚當(dāng)前坐標(biāo)系內(nèi)一個(gè)長(zhǎng)方體區(qū)域?？梢詸z測(cè)到觀察點(diǎn)接近的信號(hào)，利用它可控制其他操作。

一個(gè)城市只有高樓沒有平房也是不切實(shí)際的，本人又在城郊建立了幾個(gè)平房區(qū)。每個(gè)平房也是由簡(jiǎn)單的幾何造型節(jié)點(diǎn)Box構(gòu)成的。而且，每個(gè)平房的門是可以用鼠標(biāo)拉動(dòng)一個(gè)角度的。房門轉(zhuǎn)動(dòng)是通過圓柱傳感器CylinderSensor的實(shí)現(xiàn)的。CylinderSensor節(jié)點(diǎn)可以感知一個(gè)觀察者的拖動(dòng)動(dòng)作，并且計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標(biāo)的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成適于操作造型的輸出。CylinderSensor節(jié)點(diǎn)可以是任何組節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，它可以感知觀察者在組及子節(jié)點(diǎn)的任何造型上的動(dòng)作。通過將傳感器節(jié)點(diǎn)的輸出路由到Transform節(jié)點(diǎn)來引起造型物體的旋轉(zhuǎn)。平房區(qū)建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個(gè)圓錐體組成的，只是遠(yuǎn)近和大小不同，顏色也做了調(diào)整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結(jié)果如圖3-8。

圖3-8 山與平房

一個(gè)城市沒有人是不可能的，只是多少的問題。人的造型本人是用球體和立方體組成的，胳膊，腿，身體已經(jīng)脖子是幾個(gè)立方體，頭部是一個(gè)球體，效果如圖3-9。

圖3-9 人

除了以上的各個(gè)造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設(shè)計(jì)更加完美。

設(shè)計(jì)的最終結(jié)果如圖3-10。

圖3-10 美麗的城市

以上就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，是基于VRML技術(shù)的，在整個(gè)設(shè)計(jì)和建模過程中，要求設(shè)計(jì)者有很好的邏輯構(gòu)想思維方式，時(shí)刻以城市規(guī)劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細(xì)化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和VRML技術(shù)，理解城市規(guī)劃的要領(lǐng)，能夠靈活的運(yùn)用VRML語言，達(dá)到舉一反三的程度。

四章 系統(tǒng)的編碼實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用VRML語言實(shí)現(xiàn)的城市環(huán)境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個(gè)城市模擬視圖圖4-1。

圖4-1 城市運(yùn)行圖

在這里的核心技術(shù)是VRML語言。在第二章已經(jīng)對(duì)VRML語言做了簡(jiǎn)要的介紹，這里就不再贅述。

編碼實(shí)現(xiàn)的過程實(shí)際上是如何應(yīng)用VRML語言的建模過程，編碼設(shè)計(jì)的核心也是VRML語言。在這里，對(duì)編碼的實(shí)現(xiàn)過程作一下簡(jiǎn)要的介紹。在城市的模擬過程中，許多造型都是用簡(jiǎn)單的造型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的，用到的簡(jiǎn)單造型節(jié)點(diǎn)有立方體Box，圓錐體Cone，球體Sphere和圓柱體Cylinder，盡管它們比較簡(jiǎn)單，但是它們是基礎(chǔ)造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個(gè)編碼實(shí)現(xiàn)過程。

Background節(jié)點(diǎn)是用來設(shè)置天空和地面的色彩的，skyColor中包含一系列三元顏色值，用來設(shè)置變化的顏色。skyAngle中包含一系列角度值，用來設(shè)置顏色變化的角度。GroundColor和groundAngle的功能和作用同skyGround和skyAngle大同小異。如：

Background{

skyColor [0.0 0.2 0.7，0.0 0.5 1.0，1.0 1.0 1.0]

skyAngle [1.309，1.571]

groundColor [0.1 0.0 0.0，0.4 0.25 0.2，0.6 0.6 0.6]

groundAngle [1.309，1.571]

}

DirectionalLight節(jié)點(diǎn)是用來設(shè)置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個(gè)三元值來設(shè)置方向，下面的例子中所設(shè)定的方向?yàn)楣饩€沿著Y軸負(fù)方向照射。相當(dāng)于光線是從頂部照射下來的。

DirectionalLight {

direction 0 -1 0

}

NavigationInfo節(jié)點(diǎn)是用來定義導(dǎo)航信息的，type域可以定義為飛行FLY，行走WALK等方式，speed域設(shè)置觀察著在場(chǎng)景中暢游的速度，單位為米每秒。Headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。AvatarSize域指定一些距離參數(shù)，這些參數(shù)決定了在考慮碰撞檢測(cè)和視點(diǎn)隨地形起伏的用戶可移動(dòng)范圍。該域的第一個(gè)只是碰撞被探測(cè)出以前用戶的位置與一個(gè)碰撞幾何體間允許的距離；第二個(gè)只是視點(diǎn)與地面間應(yīng)保持的高度；第三個(gè)只是視點(diǎn)可以跨過得最高障礙物的高度。公共域avatarSize值描述了觀察者替身的大小特性。如：

NavigationInfo{

type "FLY"

speed 1.0

headlight FALSE

avatarSize [0.25，3.2，3.0]

}

Transform節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的列表。這些子節(jié)點(diǎn)可以是Shape節(jié)點(diǎn)、其他Group節(jié)點(diǎn)或Transform節(jié)點(diǎn)。Translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節(jié)點(diǎn)的變換影響的子節(jié)點(diǎn)。這個(gè)節(jié)點(diǎn)是整個(gè)程序設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，幾乎每一個(gè)模型的建立都用到了Transform，因此，對(duì)Transform的靈活運(yùn)用尤為重要。下面的例子使用Transform節(jié)點(diǎn)設(shè)置地面。

Transform {

translation 0 -24 0

children[

Shape{

appearance Appearance{

material Material {diffuseColor 0.4 0.25 0.2，}

}

geometry Box {size 400 48 400} } ] }

Viewpoint節(jié)點(diǎn)是視點(diǎn)定義節(jié)點(diǎn)，定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個(gè)指定位置，用戶可以從該點(diǎn)來觀察場(chǎng)景。Position用來設(shè)置視點(diǎn)的位置，它是一個(gè)三元值，jump域決定了視點(diǎn)的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。Orientation域是一個(gè)四元值，前三個(gè)值指定了視點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，第四個(gè)值說明了旋轉(zhuǎn)角度的正負(fù)。Description域的值指定了一個(gè)用于描述視點(diǎn)的文本串。下面是一個(gè)關(guān)于視點(diǎn)aa的例子。

DEF aa Viewpoint {

position

25 5 70

jump FALSE

orientation 0 1 0 0.4

description "aa"

}

在VRML編程中，Group節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)很重要的節(jié)點(diǎn)。Group節(jié)點(diǎn)提供了最簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)編組，可以包含任意數(shù)目的子節(jié)點(diǎn)，與一個(gè)沒有轉(zhuǎn)換域的Transform節(jié)點(diǎn)相當(dāng)。該節(jié)點(diǎn)與Transform節(jié)點(diǎn)一樣，也有一個(gè)children域。它用來收集節(jié)點(diǎn)和創(chuàng)建不需要實(shí)施變幻的層次結(jié)構(gòu)。似乎有了Transform節(jié)點(diǎn)，Group節(jié)點(diǎn)并沒有什么用處。但有時(shí)在對(duì)一個(gè)整體進(jìn)行操作時(shí)，以Transform節(jié)點(diǎn)組織的整體相比Group節(jié)點(diǎn)組織的整體并不能顯示出優(yōu)勢(shì)。如果在使用傳感器或插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)時(shí)，祖作為一個(gè)整體，可以使用DEF來給它定義一個(gè)名稱，并且在VRML文件中使用USE重復(fù)的引用。

一個(gè)組可以具有任意數(shù)目的成員，成為子節(jié)點(diǎn)。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節(jié)點(diǎn)的組節(jié)點(diǎn)被稱為父節(jié)點(diǎn)。因?yàn)榻M節(jié)點(diǎn)可以其他的組，一個(gè)組的父節(jié)點(diǎn)可能是一個(gè)更高一級(jí)組的子節(jié)點(diǎn)。高級(jí)組的父節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)更高級(jí)組的子節(jié)點(diǎn)。從此上溯直到最高級(jí)父節(jié)點(diǎn)，稱為根節(jié)點(diǎn)。造型可以組織在一起來創(chuàng)建更大、更復(fù)雜的造型。由于Group節(jié)點(diǎn)和Transform節(jié)點(diǎn)很相似，在這里就不再舉例子了。

以上介紹的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)是VRML語言的核心節(jié)點(diǎn)，整個(gè)程序的設(shè)計(jì)都是通過這些節(jié)點(diǎn)的不同設(shè)置和組合來實(shí)現(xiàn)的。除此之外，還有兩個(gè)重要的工具，這就是節(jié)點(diǎn)名定義DEF及引用USE，這是VRML世界提供給我們的兩個(gè)避免重復(fù)勞動(dòng)的工具，節(jié)點(diǎn)命名是以關(guān)鍵字DEF加上所命名名稱在一起，置于節(jié)點(diǎn)類型定義之前開完成的。這兩個(gè)說明符可以放在任何允許節(jié)點(diǎn)的地方。USE語句并不是復(fù)制該節(jié)點(diǎn)，而是把該節(jié)點(diǎn)再次插入它所在的場(chǎng)景圖。節(jié)點(diǎn)名只在本文范圍內(nèi)有效。

總之，系統(tǒng)的編碼實(shí)現(xiàn)就是利用VRML中的基本造型節(jié)點(diǎn)對(duì)已經(jīng)涉及好的模型進(jìn)行的模擬實(shí)現(xiàn)過程。在這個(gè)過程中，需要設(shè)計(jì)者能夠熟練的掌握和運(yùn)用VRML語言，懂得融會(huì)變通，才能使預(yù)想創(chuàng)建的模型得以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，VRML中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索，筆者在這里就不再過多描述了。

第五章 系統(tǒng)的測(cè)試與分析

5.1 系統(tǒng)的測(cè)試

隨著程序的逐步完成，系統(tǒng)的測(cè)試也開始了。系統(tǒng)的測(cè)試采用的單元測(cè)試法，即逐步測(cè)試的過程。將程序分成若干個(gè)程序模塊，單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，觀察結(jié)果，與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進(jìn)式的整合成幾個(gè)較大的模塊，重復(fù)上面的工作，最終形成整體的模塊，構(gòu)成城市的整體建模。

5.2 測(cè)試中遇到的問題

在測(cè)試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。

問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。

問題二：在程序的編碼過程中，當(dāng)對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的形體造型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理貼圖時(shí)，運(yùn)行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。

問題三：在運(yùn)行界面的標(biāo)題欄添加境界信息時(shí)，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。

問題四：程序中的許多節(jié)點(diǎn)的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進(jìn)行正確的定位，本人總是在這個(gè)方面大費(fèi)周章。希望可以找到一個(gè)好的方法來解決這個(gè)問題。

問題五：程序中的許多ROUTE與語句的使用總是和預(yù)想的存在差距。

當(dāng)然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進(jìn)行深入的探究，希望有興趣的人繼續(xù)努力。

5.3 問題的解決方法

對(duì)于第一個(gè)問題，通過察看資料以及對(duì)其他程序的研究，本人認(rèn)為，應(yīng)該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應(yīng)該就行了，經(jīng)驗(yàn)證結(jié)論成立。

對(duì)于第二個(gè)問題，本人經(jīng)過細(xì)心研究，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于找到了答案。由于不同的VRML瀏覽器對(duì)圖片的識(shí)別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應(yīng)的圖片格式，就可以實(shí)現(xiàn)貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發(fā)現(xiàn)了這些。

對(duì)于第三個(gè)問題，經(jīng)過本人的細(xì)心研究發(fā)現(xiàn)，有些VRML瀏覽器提供特殊菜單選項(xiàng)來顯示虛擬空間的標(biāo)題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標(biāo)題定位于瀏覽器窗口的標(biāo)題欄?？梢栽诳臻g使用任意多的WorldInfo節(jié)點(diǎn)。但只有第一個(gè)WorldInfo會(huì)被瀏覽器顯示。因此，在使用WorldInfo節(jié)點(diǎn)時(shí)只要針對(duì)不同的瀏覽器采用相應(yīng)的準(zhǔn)則就不會(huì)出錯(cuò)或不合心意了。

對(duì)于第四個(gè)問題，在VRML世界中，內(nèi)層節(jié)點(diǎn)的定位可以說是獨(dú)立于外層節(jié)點(diǎn)的。一旦外層節(jié)點(diǎn)定義好了，就可以只考慮內(nèi)層節(jié)點(diǎn)了。當(dāng)然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構(gòu)想，也許需要多多練習(xí)，熟能生巧。

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

以上這些只是筆者個(gè)人的一點(diǎn)見解，由于知識(shí)有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。

結(jié)論

“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用---基于VRML技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的作用，它能夠減輕設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省投資。而VRML在實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實(shí)現(xiàn)任意模型的虛擬，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也才得以實(shí)現(xiàn)，使得城市的設(shè)計(jì)布局合理、美觀，支出價(jià)有所值。

在該設(shè)計(jì)的過程中，本人充分體會(huì)到要想熟練地掌握運(yùn)用VRML和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就必需扎實(shí)的學(xué)習(xí)VRML語言和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都顯示了其特殊的作用。時(shí)代的發(fā)展也使得我們掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為一種時(shí)尚的潮流。

設(shè)計(jì)的過程就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題---解決問題---發(fā)現(xiàn)問題---解決問題的循環(huán)反復(fù)過程，但是它讓學(xué)習(xí)的人逐步進(jìn)步，就好像滾雪球一樣，一點(diǎn)一點(diǎn)，越滾越大。通過“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用-----基于VRML技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本人在VRML語言的運(yùn)用以及對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展方面有了很深的了解，受益匪淺。當(dāng)然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續(xù)研究。

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