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动画作为艺术的一种表现形式,它具有特殊的文化内涵。动画艺术来源于生活,但它的艺术表现形式却又远远高于生活。动画创作中想象力和创新性是关键,动画中创造性大都是如何来体现的呢?它靠技术,然而在当前社会迅速发展的影响下,很多新型技术都进行了革新和研发,也伴随着动画行业的发展迎来一个灿烂的春天,并且在表现形式上呈现出多元化。很多动画作品不但在商业上获得了极大成功,而且其民族性、国际性、艺术性上也体现的淋漓尽致。所以说新技术的革新是动画艺术的发展趋势。
动画在当前社会的发展中,在形式上很多情况不能满足商业或艺术上的要求,这就要求动画技术进行革新以满足其需求。然而,虚拟现实技术就应运而生了,虚拟现实技术使动画艺术在表现形式上更广,甚至促进新兴行业的产生。例如,虚拟三维仿真动画游戏,建筑漫游交互可视化,模拟军事、工业制作互动领域。
三、模拟真实环境,实时仿真交互
模拟真实环境主要是应用在商业中,早在加拿大,就已经投入运用了,即,在商业会议中,会议中的人员都不会到场,而是在家拿出手机或是电脑,进入一个虚拟的办公环境中,大家都坐下来开会就好了。这样就大大节省了资源。在虚拟的环境中每个模型的外形,进行真实的拟合,然后通过数据转换成三维模型。比如,蓝天白云花草树木的模拟、虚拟现实主题公园真实模拟、真实的建筑场景等。
四、动画艺术与虚拟现实技术的发展
动画艺术的设计可以挖掘传统文化中的元素。传统文化经过几千年的沉淀,所留下来的优秀文化大多是符合大众口味,都有其独特的艺术形式,吸引着各自的爱好群体。虚拟现实技术随着科技的发展,也日益健壮,把动画艺术融入到虚拟现实当中,其视感、触觉可谓大为观止。建筑行业中,为了把握市场趋势,果断启用最新技术把握住了商机。虚拟现实技术甚至成了当今房地产行业综合实力的象征与标志;工业生产中,虚拟现实技术给其带来了便捷,提高了效率,更是减少了损失;在军事模拟动画中,给战士充足的现场感觉,提升了培训质量。
五、结语
虚拟现实技术可利用计算机产生一个以自然的视、听、触等功能感受的三维环境,人们可以方便地对生成的“虚拟世界”进行交互式的观察、分析、操作和控制。它以仿真方式给用户创造了一个实时反映实体变化与相互作用的界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化,它具有多媒体信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。利用虚拟现实技术创建出逼真的矿山工程环境对优化系统设计具有重要的实用价值。
为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境,必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象:不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似,而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。
目前,相关软件发展迅速、种类较多,其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1.1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件,广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景,可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1.2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境,其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用,也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口,该接口目前由几百个过程函数组成,用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户/服务器模式,即一个程序(客户)提供指令,该指令由OpenGI解释并处理,它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z~Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术,该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制,使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1.3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台,由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式,可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要,如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差,或图形表现不直观易懂,则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故,造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布,使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状,三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式,使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN),然后转成USGSDEM格式,将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后,通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图,可以用扫描数字化的方法得到平面数据,按照图上的标注得到高程数据;如果已有该区域的电子地图,则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据;如果没有上述数据源,则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似,先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化,把图上标注的高程值输入到属性表中,生成不规则三角网(TIN),然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立,先用Auto—CAD进行数字化,得到其平面位置。将得到的*.def文件导入Creator,并与地形匹配。如果建筑物比较规则,则直接将其底面按照高度拉伸为立体,如果建筑物造型比较复杂,则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前,矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息,利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道,同时将高程信息赋予每个节点,实现巷道的单线显示,井筒和巷道设计要布置合理,尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造,尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计,用圆柱体表示井简,用半圆型截面的柱体表示岩巷,然后进行模拟生产,以发现生产中可能遇到的问题,对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产,从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素,选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示,建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达,用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察,并可通过网络进行各种交互。
5.1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体,其表面为不规则曲面,且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形,可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围,要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型,可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型,首先应进行简单的坐标转换,这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系,是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心,基底坐标为XOZ面,y表示高程。其坐标长度以米为单位,标准角度以弧度为单位。因此,为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致,应将原来矿井三维实体的(,Y,:)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(,Y,Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大,而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响,因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5.2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型,可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述,阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度,基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应;colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE,表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE),还是应用到每个四边形上(FAISE);此外,通过建立solid域值,所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型,则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建,它有coord与coordlndex两个域,与IndexedFaceSet节点中的两个域类似,前者提供了一个节点,列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引,并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中,要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术,生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段,科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山,按照设计给定的工艺方法和参数,选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控,发现问题进行实时修正。设计结束后,设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之,虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献:
[1]古德生.金属矿山深部开采中的科学问题[A].香山科学会议第175次学术讨论会[c].北京:2001.
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[4张瑞新、任延祥.虚拟现实技术及采矿工程中的应用.《中国矿业大学学报》,1998(3):27
概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:
1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见,产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现,概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”,让学生进行座椅的开发设计。步骤是,首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理,并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事,从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为,在民间曾有这样一个说法,就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上,取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后,就断了药,从此不再吃药,这也意味着孩子走向健康。所以,将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时,用折断了的钥匙做椅架为主题,由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略),于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然,产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化,设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中,产品概念的构思是丰富的,人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
概念设计只是第一步,能不能进行第二步Detaildesign,第三步Manufacturingdesign,甚至投放市场为开发商或企业带来效益等,这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距,是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中,只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中,如何减少做“分母”的被动,扩大见效益的百分比,仍是最关键的,是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
3虚拟现实技术促使概念设计的市场化
为了更好地接近产品的市场需求,目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计,就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析,其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是,产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而,设计表达在信息时代已是多元化的展示形式,计算机辅助工业设计的发展,尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用,已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品,让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受,这样开发设计的产品与传统相比,就大大减少了投放市场的风险性,也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产,提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程,保证产品开发一次性成功,加快开发进程,甚至使设计者和用户融为一体,设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality,VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境,是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动,观察周围的景物,还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象,听到的是虚拟环境中的音响,感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力,从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod,MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod,IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像,将获取的景物图像,通过图像处理技术,按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上,用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外,还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct,VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物,是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真,设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的,因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程,使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中,如采用头脑风暴法进行方案创意时,可以将体验设计思想更好地融于其中,也就是更多地关注产品使用者的感受,而非产品本身。比如,针对不同用户及爱好者的要求,在不同的虚拟环境中,让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时,充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议,邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见,观察设计和修改过程,直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争,设计厂家不能坐等用户找上门订购产品,而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告,再与计算机网络技术结合起来,使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品,并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时,还可以通过Email对产品提出意见和建议,让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力,为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望,通过网上游览,将信息反馈到各商家,商家则会主动争先与厂家联系,网上定货,使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争,各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力,这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究,1999,6
2熊曼辰等数字化与概念化工业设计ICME2000论文集
真正意义上的产品数字化样机是将CAID、CAD、CAM三者联系在一起。由于CAD/CAM作为产品设计和制造的核心模块,其数字化样机研究已经比较成熟。而作为产品设计的前期阶段CAID环节,还存在着大量的CAID和CAD工作流程混淆、流程中断等现实问题需要思考、解决。现有典型的工业设计流程一般开始于创意,通常先用手绘草图来表达设计概念,再通过三维造型渲染输出静态的效果图来进行设计方案评估。在二维图纸很难充分交流设计思想的情况下,实物模型仍然是将设计思想物化的唯一途径。因此,在概念设计完成后,可以用油泥或合成材料制作小比例的物理模型,用于对概念设计的评估。在完成对小比例的物理模型的评估和修改后,用三维扫描仪对油泥模型进行扫描,并利用逆向工程软件进行数据处理,最后完成三维数据。随着产品设计过程的深入,为了从外观、功能、结构等各方面最终确认是否符合设计效果,需要建立多种相应的物理样机,有时还需要制作全尺寸的样车模型用于评估和验证。当通过评估和验证后发现设计缺陷时,则又需要返回前一阶段,对设计数据进行修改,并再次通过物理样机进行验证。在实际工作中,这样一个过程可能会反复进行,直至最终设计结束。
2VR技术对产品工业设计的影响
典型的工业设计过程通常都是基于物理样机,在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中,这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量,通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化,可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性,则可对其进行实时修改和评估,使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅,从而简化设计流程,提高设计效率,给产品设计带来全新的理念和方式。
2.1工业设计方案展示与评估
在传统的工业设计中,设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式,在沉浸式的虚拟现实环境下,交互展示设计方案,更关注用户的体验感,而非产品本身。在进行设计评估时,在虚拟环境中利用专业设备(3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等)进行交互,从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示,甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来,通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配,亲自体验产品的最终效果,并对模型提出修改意见,实时观察设计和修改过程。
2.2人机工程分析
产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往,对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行,再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中,通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成,可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案,及时发现设计方案中人机工效方面的不足,避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险,缩短设计周期,使交付评审的设计方案更为准确,更具说服力,并给予设计方案理论以及数据方面的支撑,各种评估参数也可以输出成分析报告,并可以根据模型的修改实时更新。
2.3虚拟装配
在虚拟装配系统中,工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备(立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套)直观地实现人与虚拟产品的交互操作,对设计的机构进行装配检验,实现产品的虚拟装配和调试,并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。
2.4虚拟试验及制造
车辆交付使用之前,都要进行试验,传统的产品开发模式下,产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用,物理试验模型已逐步被数字模型代替,基于数字模型,不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价,还可以在虚拟场景中,结合分析软件对数字样机进行分析计算,并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整,而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程,即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真,它不消耗现实资源和能量,过程是虚拟过程,生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真,按照设计精度等的要求,通过模拟加工,选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造,对产品性能和可制造性进行预测和评价,可以在生产之前发现潜在的工艺问题,进而采取相应的措施,从而缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本。
3基于VR技术的工业设计流程
相比现有的工业设计流程,引入虚拟现实技术后,带来的改善主要在以下三个方面:
1)在产品方案设计阶段,应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面,用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。
2)在方案评估及验证时,虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。
3)可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃,三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。
4应用VR技术的优势
1)增强工业设计手段:利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示,将未来产品三维立体真实地呈现出来,让参与者身临其境的在车内外漫游,还能实时改变造型、颜色、材质,满足不同业主的个性化需求。
2)提高产品设计质量:在产品设计阶段,利用VR技术模拟产品开发全过程,预测产品性能,产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等,从而提高产品设计的一次成功率。
3)降低样车试制成本:利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估,减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造,缩短产品开发周期、降低成本,提升设计质量与生产效率。
4)利于售后检修维护:利用VR技术真实展现设备的维修过程,制作虚拟样机电子检修维护手册,包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等,以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。
5结束语
虚拟现实技术是基于现代计算技术的综合性较强的信息技术,兴起于本世纪初期,发展势头良好,具有高度的实际应用价值。虚拟现实技术主要立足于虚拟与现实的关系转换,通过将图形学、计算机技术以及人工智能技术三者融合,输入现实工程的各项具体参数,在计算机上形成虚拟的三维模型,赋予设计方案更多的变动空间,颠覆了传统的交互方法,临场感更加强烈,高度的构想性更是赋予了虚拟现实技术理想的浸没感,虚拟与现实之间的自然反馈更加明显而强烈。虽然虚拟现实技术具有高度的实用价值,然而我国由于计算机技术的限制,在实际应用方面发展较为缓慢,最初是应用于城市设计方面,所取得的设计效果非常理想,然而城市设计注重的是实用性与功能性,这与风景园林设计存在本质上的区别,虽然目前虚拟现实技术在风景园林设计运用当中尚欠缺足够成熟的经验,然而整体的发展前景是比较乐观的。
2.虚拟现实技术在风景园林设计中的应用现状
2.1三维模型初步发展
风景园林设计与其他的建筑工程设计存在较的区别,对环境变化有着更高的灵敏度要求,所以要求设计人员在进行设计之前就对周围环境有一个较为全面的概念。在虚拟现实技术出现之前,为了满足上述的设计要求,设计人员采用的是建立沙盘进行分析,然而严谨性不足,将人的主观感受与设计理念分隔开来使得风景园林设计方案存在先天的不足。虚拟现实技术是在计算机技术的基础上,创建三维模型,将人的主观感受与设计理念紧紧相连,三维模型的核心技术原理就是数学几何表达形式,由多个单面组成,单面数量与所模拟的实物体态复杂性成正比例关系,如:风景园林设计当中常涉及到的石头与假山等,体态复杂性非常高,运用计算机技术进行模拟的难度也较大。当前,我国的虚拟现实技术在三维模型方面取得了初步的进展,理论上可以实现对体态复杂的实物的外观模拟,只是由于单面数量较多,所需的模拟时间较长,随着计算技术的发展,三维模型势必会得到更高程度的完善。
2.2图形语言与虚拟场景的进步
虚拟现实技术图形语言与虚拟场景的实现主要是基于VRML以及3DSMAX两种技术,这也是现代计算机技术发展的产物。VRML通过虚拟技术以图形语言的方式描绘出风景园林的建成效果,搭建虚拟世界,设计人员可在这个虚拟世界当中发现原有设计方案的不足并加以改进,转变设计理念,与传统的手工绘图方法相比较,具有更高的严谨性。而3DSMAX比VRML技术更为先进,输入与输出的转换更为方便,通过摄像头还可以实现虚拟场景内的导航效果,浏览内容更加丰富,根据人体的感受对风景园林设计的具体参数进行变更,落实到细节方面,促使风景园林设计在美感与调理两个方面实现更加完美的平衡。此外,由于风景园林最大的存在意义在于其观赏性,寒暑更迭,四季变换,园林内的主体色彩也会发生巨大的变化,图形语言与虚拟场景的进步实现了以四季的变换为标准进行色彩编辑的想法,强化风景园林设计的美感特性。
3.虚拟现实技术在风景园林设计中的应用前景
3.1进一步突破二维模式的形式禁锢
虚拟现实技术在风景园林设计中的实际应用时间并不长,目前仍处于上升的阶段,有待完善。受传统设计方法与理念的制约,三维模型虽然取得了初步的发展,但是未能完全突破二维模式的形式禁锢,设计信息不够丰富。鉴于此,风景园林在运用虚拟现实技术进行设计的时候,需要进一步提升数据显示的多维性特征,虚拟的范围不应该仅仅局限于空间的变化与色彩的编辑,更应该向声音、感官等面发展,实现全方位的虚拟,使设计信息更加丰富。二维模式的形式被时代淘汰已经是大势所趋的方向了,风景园林设计在信息技术的支撑下应当进一步突破二维模式的形式禁锢,向着三维模型的方向发展。
3.2促使物质性信息载体更加多元化
风景园林具有明显的物质性,内部用以装饰的景物非常复杂,传统的设计方法使其更显单一性,而虚拟现实技术则具有高度的信息性,多元化特征明显,以三维模型、图形语言、虚拟场景等为途径,使单一的物质性呈现更加多元化的形态,使设计人员的设计理念得到更好的展示平台,充分利用VRML以及3DSMAX技术,落实于色彩的编辑、空间的规划、声音的虚拟等环节,完善设计方案,保证风景园林在建成之后能够给予游人更加丰富的美感体验,进一步完善虚拟效果。
4.结语
在20世纪80年代,虚拟现实技术的概念被正式提出。自90年代以来,随着计算机技术的不断发展和创新,虚拟现实技术也得以迅速发展。现如今,计算机网络技术已经渗透发展到各个领域,虚拟现实技术也挺进了设计的每个角落。风景园林设计虽还处于初级发展阶段,但是虚拟现实技术却在其中被大量地运用开来。例如,设计者如果想要对风景园林空间有一个全方位的、真实切身的体验,通过虚拟现实技术多角度变化运动方位,便可轻松实现。另外,这种设计的运动变化模式正呈现出多样化的趋势,其利用人们对运动模式数据的不同选择,便可以掌握受众的切身感受。虚拟现实技术在这一运用中具有很大的真实性,这是因为虚拟现实技术不但能够从各种细节上掌控园林设计,还可以做到美而有序。同时,还能够根据不同的季节变化、不同的节气色彩,做到时空的双重真实性。最重要的是,通过这一虚拟现实,在园林设计过程中可以引入人们的各种意见和建议,使设计又多了一层成功的保障。
2应用中的特点
2.1设计空间展示的全面性
传统的表现形式只可以传输一种空间信息,而且无法做到完整性。虚拟现实技术利用三维立体的表现形式,可以完整地把每一个细节予以呈现,让人有一种身临其境的真实感,不再只是看着图纸来想象,而是身临其境进行感受。
2.2浏览的快捷性
利用发达的计算机网络,设计者和施工单位可以联系的更为快捷。设计者的“想法”不必亲手送到施工单位,立体的设计样品利用远程浏览便可商榷,不但节省了时间,而且提高了工作效率。另外,浏览的快捷性还可以让大部分群众参与到决策中来,让群众在享受虚拟的园林设计活动中,可以提出自己的建议,有助于施工单位和设计者的工作。
2.3设计趋于完美性
虚拟现实技术具有很强的可操作性,设计者在整个风景园林的设计过程中能够随意进入任何一个设计阶段进行切身的体验,从而客观地审查自己的作品,如果发现不足,可及时进行修改。此外,在虚拟的现实环境中审视自己的作品,有利于提高设计者的水平。
2.4决策的准确性
风景园林设计的实施过程中受到的影响因素较多,因为风景园林设计与周遭环境氛围以及和大众审美趣味是息息相关的。人们利用虚拟现实技术对园林设计的整体过程知晓的越来越多,越来越具体,就越能提出建设性的建议及意见。简而言之,虚拟现实技术是连接大众和设计者的纽带。只有前期人们对园林设计进行了整体的了解,施工方的后期施工过程才能得到人们的宽容和见谅,此种人性化、大众化的园林设计才能获得双赢。
3应用的展望
3.1不断进行创新
首先要加快计算机技术的创新和革新,不断发展现代虚拟技术系统,制造出高性能、低成本的计算机设备,要在技术层面为虚拟现实技术的发展提供有力的支持。此外,在运用过程中,要根据风景园林设置的理念进行再创新,使其具备风景园林设计的特色。技术的创新是风景园林设计的内核动力,是虚拟现实技术进步发展的源泉。
3.2加强参与的大众化程度
要充分利用虚拟现实技术的自身优越性,让更多的人们参与到风景园林设计中来。利用虚拟现实技术可以通过网络传播,利用各种网络、电视等新媒体进行更大、更广范围内的网络虚拟活动,使园林设计有更多的大众参与,这样将有助于决策者的科学准确决策,最终得出既科学准确而又人性化的风景园林设计方案。
3.3充分利用其他科学技术发展自身
例如,与环境和空间技术的结合,便能够应用到城市的规划、修复与重建、城市的绿化等各个方面,这不但可以使虚拟现实技术的应用更加科学化,而且更加人性化、更加环保。
4结语
虚拟现实技术的成本较低,学生利用这一技术,能够随时随地的将建筑设计中的不同阶段和过程投入到计算机当中,生成虚拟场景,以便直接对建筑设计的过程进行观察和参与。同时,学生还可以利用这项技术将自己的想法付诸实践,来进行测试。这样,能够让学生更加直观的理解建筑设计方面的知识点和关键点,同时提高学生灵活运用所学知识的能力。
二、虚拟现实技术在中职院校建筑设计教学中的运用
(一)立体物体的展示
在教学过程当中,为了能够加深学生对知识的理解,经常要用到实物展示。在进行三维物体展示的时候,为了达到更好的效果,中职教师主要采取以下几种方式:第一种是用投影仪展示图片。这种方法的弊端是只能对物体的某些视角进行展示,学生无法进行全面、自主的观察。第二种是实物展示。这种方法比较实用,但是其缺点也十分明显。在课堂上学生所处的位置都不同,因而观察实物的角度也不同,难免会产生不正确的理解。第三种是利用计算机的三维造型和动画制作软件,建立一个与事物相同的三维模型,然后通过旋转展示其各个角度。这种方法相对更为理想,但是其最大的问题就是整个展示过程都是预先设定的动画过程,学生只能进行暂停或继续的操作,却不能根据自己的需求改变视角。而通过对虚拟现实技术的运用,教师可以建立与实物相同的三维物体,然后再利用3DSMAX建立模型,再通过VRML语言来建立虚拟境界。学生可以根据自己对知识的理解,对梁、柱、墙的数量、比例、排列方式、截面形式等各种因素进行调整。这样,就可以使枯燥的结构体展示出丰富的表现力。这对中职院校建筑设计教学的效率和效果具有极大的帮助。
(二)立体空间的展示
立体空间,包括了在现实世界中真实存在,或者在历史中曾经存在的空间。在进行建筑设计教学时,有时需要向学生展示这些空间。但是,由于条件上的限制,使得学生无法亲自进入这些空间当中,通过教师的描述和学生的想象,在学生的头脑中对立体空间进行虚拟。而利用虚拟现实技术,不但能在学生脑中建立这些立体空间,还能够让学生看见、听见这些立体空间,从而进行切身的感受和体会。因此,相比于传统的中职院校建筑设计教学来说,虚拟现实技术能够让学生更加直观、真实、深刻的对相关知识进行理解和掌握。在充分理解相关知识点的同时,也能够提高学生的想象力和创造力,以及对所学知识的应用能力。
(三)虚拟场景的构造
虚拟场景指的是在现实生活当中,可能出现或是曾经出现过的一些具体场景。利用虚拟现实技术能够随时随地的将这些场景展示出来。在传统的中职传统建筑设计教学当中,教师只能通过语言的描述、图片的展示、或者视频的播放来创设学习情景,而学生也只能被动的接受,无法进行直观的理解。例如,在进行圆明园的介绍与讲解的时候,虽然教师对圆明园当中包含的众多中外建筑形式的介绍和讲解,同时也向学生展示了大量的图片和视频,但学生仍然无法做到完全的认识和理解。而运用虚拟现实技术对圆明园进行模拟,就可以让学生亲自走进圆明园,亲身游览,面对面的观察圆明园当中的亭台楼阁。学生通过近距离观察圆明园当中的各种建筑形式,然后再与教科书当中的内容进行对照,可以大大提高学生对相关知识的认知,从而提高教学效果。如果学校的条件允许,还可以利用沉浸虚拟现实系统,让学生带声头盔显示器,使学生能够在身临其境中理解园林建造的理论知识,从而进行更加深刻的体会和感受,就能够取得更为理想的教学效果。
三、结论
1虚拟现实技术概述
虚拟现实又称“灵境”,由三维计算机图形学技术、多功能传感器的交互式接口技术以及高清晰度和高更新速度的显示技术构成[1-2]。VR技术就是在计算机中建立一个模拟真实世界效果的特殊环境,通过各种传感器设备,使用户“沉浸”在这个虚拟环境中并进行操作和控制,以达到特殊的目的。VR具有3个特性—3I,即immersion(沉浸性)、interaction(交互性)和imagination(构想性)[3],它为处在该环境下的用户提供包括视觉、听觉、触觉等多种直观而又自然的实时感知交互。用户在该虚拟环境中能够产生身临其境的感觉,并且可以通过操作来改变或选择可以感受的内容,同时又留给用户可以自由发挥想象的空间进行大胆的尝试,进而扩展其认知的范围,提高用户的探索和创新意识。
2康复医学目前存在的问题
临床经验表明,早期的康复介入,对患者的身心功能恢复、预防二次损伤和废用综合征都起到关键性的作用,因而康复治疗和手术药物等的治疗同等重要。我国幅员辽阔,地形复杂,近年来自然灾害时有发生,给灾区人民的身体和心理都带来巨大的创伤,加之老龄化问题的日益严峻及其带来的疾病谱的变化,康复医学工程正面临着前所未有的挑战。传统的康复治疗通常是医师与患者一对一形式的训练,存在诸多局限性:(1)现有资源不够充足。无论是专业的康复医师还是康复器械都无法满足当前康复人群的需要。(2)训练过程单调而乏味。传统的训练过程通常是对一组训练动作的不断重复,导致整个过程十分枯燥,难以有效调动患者主动参与的积极性,甚至使患者产生厌烦情绪,降低了康复效率。(3)功能定量化测评难以实现。随着康复治疗的不断进行,患者的身体状况发生变化,其承受的活动量强度也在改变,而目前无法对患者在训练中的具体数据进行记录和保存,不利于康复训练计划的制订和调整,也在一定程度上影响了康复进程。
3康复医学结合虚拟现实技术的必要性
VR康复系统可以打破传统训练方式的局限性,它可以针对不同类型功能障碍的患者提供不同的虚拟训练平台,使患者以做游戏或完成趣味性任务的方式进行康复训练,以此调动患者的积极性。系统还能够详细地记录患者的训练数据,康复医生可以远程监控患者的训练情况,进而根据需要实时地调整训练计划和训练强度,推荐康复治疗方案。通过这种方式,一个医生可以同时指导多名患者,提高了医疗人员的工作效率,减轻了其工作强度。VR技术可提供重复练习、效果反馈和动机维持3种关键环节,这正是患者习得某种功能的必要条件。另外,VR康复系统能将心理引导与生理治疗结合起来,在患者进行“游戏式”康复训练的过程中,通过音乐、画面、文字和语音提示等形式给患者以正面的激励反馈,提高患者的信心和主动性[4]。因此,将康复训练与VR技术相结合具有重要的应用价值。
4VR技术在康复医学中的应用与进展
4.1VR在运动康复中的应用
运动障碍是指以运动异常为特征的各种障碍,包括运动不能、震颤、舞蹈症、扭转痉挛、斜颈、张力障碍、颤搐、抽动和肌阵挛等症状[5]。当前,在运动障碍康复领域,对患者受损的运动功能进行康复性训练是VR技术最重要的用途。
4.1.1平衡和协调训练
许多中风患者存在姿态和平衡方面的问题,例如身体摇摆和不对称的质量分布降低了其灵动性,影响了他们的日常生活。DINGQi-cheng等[7]结合CIMT原理对NintendoWiiFit游戏系统进行改造,构建了一款基于VR的下肢平衡康复训练系统。该系统使患者的双脚分别站立在2块平衡板上,通过双脚用力动态地控制压力中心,进而操控虚拟人的运动状态。通过这种方法能成功地迫使患者增加患侧肢体的使用,使其体质量分布更加均匀,对称性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]开发的BioTrakVR系统涵盖一系列的平衡康复活动,包括端坐时头部和躯干姿势控制的恢复和站立时的动态平衡练习等多个管理项目,同时允许用户通过选择不同的练习和规划自己的持续时间、休息时间和重复次数进行个性化训练。然而,我国对平衡功能障碍的研究起步较晚,应用VR技术的研究成果尚鲜见报道,有待于进一步探索。
4.1.2行走及步态训练
与正常人相比,脑卒中偏瘫患者往往具有运动发起难、步速慢、步态周期延长、患侧支撑时间短等特点[9]。集中的特定任务式的训练可以提高脚踝的推力、髋部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝关节康复系统对18名中风后的轻偏瘫患者进行试验,受试者只能使用踝背屈、跖屈、反转、外翻以及这些动作的组合来驾驶虚拟环境中的飞机或船。实验结果表明,患者脚踝的推力、踝关节活动度(rangeofmotion,ROM)均有明显改善,膝关节ROM及站立和摆动情况也有大幅提高。可见,VR技术对患者步态康复有一定作用。目前,国内对步态康复的研究主要以简单重复性训练的康复机器人为主,对结合VR技术的研究较少。张磊杰等[11]提出了一种基于VR的步态康复机器人系统,可以快速提取患者的步态速度、心跳等生理信息并恰当地体现在游戏中,使枯燥的训练变得有趣,也提高了患者的注意力集中程度。因此,结合VR技术的步态康复机器人系统将逐渐引起众多学者和医疗器械产业的关注。
4.1.3上下肢康复训练
由于力量减弱和利用反馈能力的下降,脑卒中偏瘫患者难以进行精确的运动控制,SangwooCho等[12]基于VR技术开发出一种新型上肢康复系统,用本体感觉反馈取代视觉反馈来提高患者的运动控制能力。系统采用模拟起居室的虚拟环境,患者需要依靠自己本体感受的反馈信息,将患侧手握的虚拟半透明柱体移动到不透明柱体所在的目标位置,用这种方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]开发了康复训练系统“RutgerArmII”,系统由运动跟踪、重力和虚拟现实游戏3个模块组成,利用红外技术跟踪到患者的运动数据,使其能在虚拟场景中进行游戏式训练,并能得到相关的触觉反馈。国内众多学者对上下肢康复也作了很多研究。王瑞利等[14]设计了结合主动、被动和助力训练的踝关节康复系统,并添加了功能评价机制,为患者制订治疗方案提供可靠的证据。柯福全等[15]借助Kinect设备开发了一款基于视频运动跟踪的虚拟现实系统用来辅助患者的上肢康复。张金龙[16]设计了一款手指康复系统,包含了手势变换、坦克射击和赛车竞速3种游戏,非常具有趣味性。华南理工、中南大学附属第三医院与广州一康医疗设备有限公司三方联合研发的虚拟厨房训练系统[17],患者通过在其中漫游并完成烧开水、摆餐具、盛水果等一系列的厨房操作来训练偏瘫上肢的运动功能,将该系统应用到33例上肢功能障碍患者身上,结果显示比传统训练方式的康复效果更为显著。
4.2VR在认知康复中的应用
认知是指人脑接受外界信息,经过加工处理转换成内在的心理活动,从而获取知识或应用知识的过程,它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面。认知功能障碍对患者日常生活的影响有时甚至超过了躯体功能障碍,因此也成为医学界面临的重要课题之一。将VR技术应用于认知康复,可以在虚拟环境中为患者提供安全可控的刺激进行治疗,并能监测多种重要指标,表现出传统方法无法比拟的优势。Godehard等[18]利用VR系统治疗有空间认知和记忆缺陷的轻度认知功能障碍患者,让他们在虚拟的公园和迷宫里根据地标(房子、汽车、高山等)寻找宝藏,加强患者以自我和非自我为中心记忆的能力。Caglio等[19]利用3D电子游戏进行记忆康复的研究,发现虚拟航行训练可以激活记忆区域,改善成人脑损伤患者的记忆功能。王文春等[20]设计的虚拟认知康复训练系统,包括注意力、记忆力、思维操作能力等七大训练模块,每个模块又设计了高、中、低3种级别的题目。将该系统应用到38例有认知功能障碍的患者身上,结果表明,虚拟认知康复系统在注意力和空间知觉的改善方面优于传统的康复训练模式,且更具趣味性,适用于临床推广。戚淮兵等[21]设计了基于Agent的虚拟认知康复系统,能为患者提供感官上的刺激,纠正认知偏差,具有开放、自主、可移植的特点。尽管如此,在我国内陆地区,VR技术辅助认知康复治疗的研究仍处于初级阶段,能够真正进行临床应用的系统较少,还需要不断的探索和研究。
4.3VR在远程康复中的应用
目前,我国经济发展均衡度还较低,各地的医疗设施建设也存在很大差异,康复医疗机构集中在大中城市,许多地区缺乏必要的康复服务,给广大群众带来不便。虚拟现实技术结合网络通讯技术可以将一流的医疗资源传送到较落后的地区,为康复医学带来革命性的变化。MJJohnson等[22]利用网络通讯技术使中风的患者可以在家中进行康复训练。李军强等[23]设计了一套远程监控系统,用虚拟人的运动再现患者手臂的运动,实现监控功能,从而使医生掌握患者手臂的运动情况。王月姣等[24]设计了基于力反馈的远程康复训练虚拟驾驶系统,治疗师端的计算机能实时显示患者训练视频、相关训练数据及当前训练方案,并能据此实时修改训练方案。可见,VR技术有利于提高落后地区的医疗水平,优化医学资源分配,推动我国社区康复的建设进程。
5结语
【关键词】虚拟现实电子商务网络
1引言
虚拟现实(VirtualReality)是通过多媒体技术与仿真技术相结合,生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境,用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交互。然而当前的电子商务大多是基于Web的,要在其中普及由视觉头盔和数字手套等设备构成的力反馈式交互虚拟现0实是极其困难的(一是技术原因,二是资金原因)。但是以键盘、鼠标和显示器等常规输入输出设备在客户机浏览器中构成交互环境的网络虚拟现实技术却日趋成熟和完善,这些以Web3D技术为基础的网络虚拟现实技术同样以模拟自然、体验逼真和交互极强为目标,在相当程度上高效、经济地实现了虚拟现实系统的目标。
由于网络虚拟现实技术的出现,不仅促进了虚拟现实技术的普及应用,而且也给电子商务带来了新的应用空间,有效地提高了电子商务的质量。因此,充分认识虚拟现实技术在电子商务中的重要性、研究网络虚拟现实技术的特点及其应用规律,从而进一步促进电子商务的发展,已成为当前电子商务中的一个重要课题。
2虚拟现实在电子商务中的作用
2.1虚拟现实技术的特点。
临场感:用户感觉到沉浸于在浏览器中所呈现的虚拟环境中。
多感知性:用户能以视觉、听觉等多种形式感知信息。
交互性:用户能以接近自然的习惯,用常规的输入、输出设备对虚拟环境中的物体或场景进行操作和得到反馈。
真实性:虚拟环境中的物体运动接近符合物理定律。
高效率:虚拟环境中三维空间的建立和显示不过分依赖客户机的硬件性能并可实时渲染,所需传输的数据量小且可流式传输。
2.2虚拟现实在电子商务中的作用。由于网络虚拟现实技术的上述特点,它在电子商务中正起着独特的作用:
真实感强:缩小网上购物与真实购物环境间的差别,是一个接近现实场景的虚拟智能购物商城。
激发购买热情:网上产品展示的目的不仅仅是展示产品,而更重要的是通过让客户更多地了解产品而提高产品的购买率。通过网络虚拟现实技术可将用户在购买过程中产生的假设进行虚拟,呈现相应的结果或效果。这样有利于激发用户的购买热情。
拓展电子商务的内涵:INTERNET作为有效的商业信息的交通通道被广为接受,网络虚拟现实技术的应用使电子商务的内涵被大大地拓宽和延伸了。
3网络虚拟现实技术
目前网络虚拟现实技术大多是基于Web3D[1][2][3]技术的,而Web3D技术主要由实时3D建模和动态显示两部分组成。通常实时3D建模和动态显示分为两种类型,一种是基于几何模型,另一种是基于图像。这两种技术方案各有其特点,前者可方便地建立以任意角度进行观察的3D空间,但计算量大,因而对硬件要求较高,对复杂模型的建模过程较为困难;后者采用图像镶嵌方式实现实时建模,开发成本低,计算量小且效果逼真,但数据量较大。
各种网络虚拟现实技术为了能在网络这一特殊环境下不断发展,都不仅具有鲜明的技术特点,而且也都尽量扬长避短,形成了各自的技术风格,这也为我们在电子商务中针对不同展示内容选用最为合适的网络虚拟现实技术打下了良好的基础。有鉴于此,研究和对比分析各种主流网络虚拟现实技术是十分必要的。
3.1VRML(VirtualRealityModelingLanguage——虚拟现实建模语言)[4]是专门用于在网上建立虚拟现实的设计语言,它采用基于几何模型的实时建模和动态显示方法。VRML可以用于建立真实世界的场景模型,也可建立虚构的三维空间。VRML提供了所谓的6+1度浏览,即沿三轴方向移动场景和旋转场景,同时还可以建立与其他3D空间的超链接。
VRML文件是文本文件,它可以用文本编辑器编写生成,其文件扩展名是.wrl。由于VRML语言语法规则较为复杂和严格,靠人工编写VRML文件工作量极大,因此一些三维建模工具(如3DSMAX)以可视化方式建立3D空间并自动生成VRML文件,提高了开发效率,但这样生成的VRML文件数据量比人工编写的文件大得多。
VRML适用于构造虚拟三维环境,而对于表达现实世界的真实场景和物体则略感不足。
3.2QuickTimeVR。QuickTime是Apple公司开发的数字图像影视技术规范,它包含多种媒体数据的压缩/解压缩技术。QuickTimeVR是其中一种新的媒体数据格式。它包含了对象影视(ObjectMovie)、全景影视(PanoramicMovie)和多节点影像(Multi-NodeScene)等几种形式,其文件扩展名是.mov。
由于过去QuickTime是Mac系列机上的数字视频规范,因而制作QuickTimeVR的开发工具大多在Mac机上运行,缺少PC机Windows上的开发工具,而现在已出现了许多Windows上的QuickTimeVR的专业开发工具,如VRToolBox等,使得开发用于电子商务的QuickTimeVR影视更为便捷和高效。
3.3Cult3D是Cycore公司基于Java开发的网络虚拟现实技术,它具有独特的渲染方式,可动态显示极高质量的图像且不依赖3D加速卡等硬件,所产生的文件(.co)数据量小且可保留建模工具中所建立的贴图,并可以在3D物体上设计各种交互和添加声音,特别适合于在网络上表达3D对象。
Cult3D技术本身并无创建3D模型的能力,它依靠专门的3D建模工具软件来建立3D模型,并通过安装在这些软件中的插件导出所需的3D模型。支持这一功能的3D建模软件有3DSMAX和Maya。在Cult3D的交互功能设计软件Cult3DDesigner中为3D对象设计动作和交互并输出用于网络的压缩文件。
Cult3D技术的弱点是不易表达360°的全景虚拟环境。3.4Viewpoint是Viewpoint公司的网络虚拟现实技术,其正式名称是VET(ViewpointExperienceTechnology),它的前身是著名的MetaStream技术。由于Viewpoint开发的虚拟现实文件数据量小、可流式下载、动态显示图像质量好以及可实时交互控制改变纹理贴图,因此被广泛用于在网上表达3D对象。Viewpoint技术可以根据网络条件状况自动调整显示3D对象的细节和播放帧率,因此它对网络带宽适应能力较强。
通常开发Viewpoint的虚拟现实文件是从3DSMAX中导出ASE文件,在Viewpoint的核心应用程序ViewpointSceneBuilder中导入ASE文件,并对相应3D场景的有关元素(如:材质、动画、交互动作和场景定义信息)进行编辑和设计,最终输出可在浏览器中播放的Viewpoint数据文件(.mts和.mtx)。
3.5Flash是Macromedia公司开发的矢量动画技术。Flas采用网上流式播放技术,在安装了Flash播放器的浏览器中可以流畅地播放Flas。在Flash中制作动画时,不仅可在开发环境中绘制矢量对象,而且还可以导入外部矢量图形文件、位图图像文件、多种格式的声音文件甚至还可编辑视频文件。Flash现在被广泛用于开发网络交互矢量动画,然而用它也可进行网络虚拟现实的开发。
用Flash开发虚拟现实数据文件,主要是采用其脚本语言ActionScript控制交互,进而控制通过导入序列图像或已拼接的360°全景图像而形成的3D对象或全景虚拟环境。由于用ActionScript进行虚拟现实交互控制的灵活性较大,因此所开发的虚拟现实数据文件也具有较强的个性,同时因为Flash并非专门用于开发虚拟现实的,所以开发时的步骤较为复杂些。
4虚拟现实在电子商务应用的实例分析
4.1电子商务模型的建立。网络虚拟场景的建立和图形工作站中的场景的建立有着很大的区别,它首先强调的是模型的简单化,这是由虚拟现实的实时性要求决定的。在响应速度和场景的真实性发生冲突时,应牺牲一定的真实性,只要能在视觉上达到基本真实即可。因此,常用一些简单的框架来代替复杂模型,但为了保证一定的真实性,可采用贴图的方式来弥补视觉上的不足。贴图有以下两种制作方法:一种是使用绘画软件进行手工绘制、另一种是对建筑物的各个观察面进行拍照,然后用扫描仪扫描成相关贴图材质。第一种方法的颜色可限定在256色内,其压缩的比例较大,贴图文件较小,生成的场景文件也较小,适合网上传递和实时性的要求。后一种方法视觉效果好,但文件的压缩比例较小,贴图文件较大,生成的场景大,在网上传递和实时性方面不如前一种方法好。无论用哪一种方法都需考虑贴图的分辨率和尺寸,为了便于下载和渲染,在质量和大小允许的情况下,一幅贴图限为320×240(或240×320)像素、分辨率为72dpi,用JPEG压缩(采用最高压缩比)后约为20K字节。
根据以上所述的贴图制作方法,虚拟场景中的对象模型可分为以下几类:①由简单几何体组成的简单模型:该类模型常用作远处物品的替身,在LOD方法中采用;②赋予手绘贴图的模型;③赋予照片材质的模型;④赋予手绘和照片混合材质的模型;⑤具有全部细节的精致模型。
4.2电子商务交互查询功能的建立。为电子商务模型加入交互和查询功能可采用两种方法:通过编程加入相应的交互和查询功能,利用VRML的辅助工具来完成交互和查询功能的加入[5]。后一种方法比较适合普通的用户。
Kinetix制作了特殊的VRML输出嵌入程序,可以输出场景,包括几何、材质、动画制作等,嵌入程序也可制作特殊的VRML辅助工具来规定场景的交互元素。运行VRML嵌入程序VRMLOUT.EXE即可安装VRML嵌入程序。
通过VRML嵌入程序,可设置以下辅助工具:
Anchor:可将某一实体作为热点,当被点击时取出网上所指定的文件。若为VRML场景文件,则该场景被下载显示。若为其他类型文件,由浏览器决定如何处理;
TouchSensor:对从指定设备的输入产生相应的事件,这些事件表示用户是否指向特定几何体,同时也表示用户何时何处按下定位设备的按钮;
ProxSensor:接近感知器,指定当用户进入、离开或在立方体的区域内移动时产生的事件;
TimeSensor:在时间变化是发出事件,可用来控制动画,也可用于某一时刻进行某项活动,或于某一时间间隔中产生事件;
NavInfo:描述有关观察者和观察模式的物理特性;
Background:设定场景的背景;
Fog:设置雾化的效果;
Sound:设定声音片段的有效范围,以产生随距离改变的音响效果;
Billboard:是某一对象随用户一起旋转,以使之始终面向用户;
LOD:允许浏览器在物体表示的不同层次细节间自动切换;
Inline:可在文件中引入外部文件的场景,避免重复制作。
通过以上辅助工具,就可制作出电子商务场景及其交互和查询功能。
4.3多分辨率渐进传输。服务器接收了用户端的请求后,通过网络把三维几何数据传送到浏览器进行显示,最理想的方式是渐进式传输[7][8],这样客户端在下载完最简单的一级模型数据后就可以进行显示与交互,而不用整个模型传输完毕。渐进式几何传输要求模型具有多分辨率表示形式,这对网络的传输和客户端的绘制都有很多好处。
本文将3D场景数据组织成一个统一的数据结构,实现递进的传输不同类型的模型表示。本文利用分布式虚拟环境中通用的递推算法(DR)来预测视点的运动算法[6]来预测用户的位置,该方法简单而通用,并且能有效的减少网络上的数据流量,结合Benefit累积和方法,实现了有限的网络带宽下的优化3D场景传输的一个有效的策略。考虑到网络的不稳定性和网络的传输质量,作者采用了自适应流控技术,以保证不同质量的网络连接下不同场景绘制质量的仿真的顺利进行。另外本文考虑了传输动态物体和不同表示形态的静态物体到多个用户的问题。本文的内容集中在3D数据组织管理和优先传输排序策略以及3D图形传输协议上,目的在于实现服务器和客户端之间高效的3D场景传输。
4总结
本文介绍了虚拟现实技术在电子商务领域的应用。相关技术包括虚拟场景的构造、系统结构、网格数据的传输以及客户端的交互查询方式。与传统的电子商务系统相比,本系统具有更好的沉浸感和交互性,虽然目前离理想的虚拟现实境界仍有较大差距,但交互性强、触发事件种类多、动态渲染及显示质量高、可任意链接URL或其他3D空间、适宜网上应用、虚拟现实数据文件共享性强以及开发效率高等技术特征,现已成为网络虚拟现实技术发展的趋势。随着网络虚拟现实技术的不断发展,将为系统的开发提供更大的空间和更完善的功能。
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1.1线路选择的问题
线路的选择是通信线路施工中的重要部分,如果线路选择不合理,那么通信线路的质量就会受到很大的影响,同时,通信线路的施工中不可避免的要对线路选择进行高度的重视,这样就需要技术人员在进行设计时选择最佳的线路并且采取科学的手段来保证线路运行的稳定性。然而很多通信工程中的线路工程施工都存在着或多或少的问题,其中包括了线路的线芯不圆、包层之间存在的偏差较大以及线路选择的质量较差等,并且很多施工企业为了降低工程的成本,往往还会选择一些质量相对较差的线路,这些线路在使用过程中不仅达不到基本的要求,同时还会加快线路的损耗,对于线路传输的质量也会产生很大的影响。因此为了更好的保证通信工程的质量,首先还需要选择最佳的线路,并且要加强对线路质量的监管,这样才可以最大限度的提高线路施工的合理性。
1.2接头处施工技术的问题
通信线路施工过程中,施工产生的接头处通常是比较容易发生问题的地方。如,接头处施工技术不合理,张力过大等原因,致使接头处不均匀或严重膨胀,通信线路无法均匀受力,受到外力的作用时,就会折断通信线路,导致通信系统无法正常运行。
2通信线路施工技术要点
2.1做好线路接续工作,降低通信线路的磨损率
进行通信线路施工时,施工人员应严格按照操作规范、程序及施工技术要求进行施工。施工过程中要注意:通信线路的收容半径不低于40cm,避免使用时产生张力。确保线路的收容盘与相关规定相符合,并进行实际检验。选择的线路符合通信要求,且紧固可靠,并在紧固时避免扭转余留线路及钢质加强芯碰触管道。如,线路处于铁路附近时,应避免铁路运行造成的线路磨损,做好线路保护工作。
2.2选择正确线路,提高通信线路的经济性及安全
在对通信线路进行选择时,工作人员应考虑到线路的经济性及安全性。尽力远离垃圾场、工业污染区、防护林及机场等地,尽力避免穿过城市乡镇和雷击区。以确保通信线路的直线性及施工的方便性,光缆尽量直埋在人行道上,将城市规划和通信线路结合在一起,提高通信线路施工的安全性和经济性。
3结束语
目前,我国多少企业现场施工技术管理还存在一定的问题,这些问题的存在严重的影响到施工的质量和施工进度,目前施工企业广泛存在的施工技术管理的问题包括以下几点:
1.1材料、设备方面
建筑工程在施工的过程中会用到诸多的材料和设备,在生产管理的过程中需要进行全面的控制。因为种类繁多,这样加剧了管理人员的工作负担,加上现场材料乱放现象严重,施工人员在需要材料的时候,不能够及时的取出材料进行使用。此外,材料的存放过程中,因为管理不善往往会导致材料的质量下降,特别是钢筋、混凝土、卷材类材料,这些材料因为管理不善会严重影响到工程的质量。施工设备的管理主要是日常维护方面,没有进行定期的维护,机械带病工作不紧紧降低了机械的寿命,还好影响到后期设备的维修成本,同时机械设备带病工作也极易发生安全事故。
1.2主体和责任方面
目前,我国大多数的施工企业没有成立专门的现场施工管理技术等分析的组织机构,也没有健全调配资源的制度,这就使得建筑工程中设计、材料、人员配置等脱节。施工人员、管理人员、技术人员之间合作较差,资源配置难以达到最优化,资源浪费的现象较为严重。而且对于出现的责任事故也难以落实到个人。例如在浇筑大体积混凝土的过程中极易出现爆模的现象,这时不仅仅会造成施工质量的下降,还会浪费大量的混凝土,但是这个责任到底是谁负责,多数的施工企业还没有明确的规定,责任工长和技术负责人往往相互推责,最后也只能项目部买单。
1.3资料管理方面
资料管理主要是指施工图纸的管理,为了追求施工进度,很多企业没有真正的掌握施工图纸,就根据经验进行施工。在施工的过程中,擅自更改图纸的现象时有发生。出现工程问题的时候再去细细研读图纸,这时候就只能返工,浪费了大量的物力劳力。图纸会审是相当重要的,但是负责人很少进行图纸会审,不能合理的对施工技术进行优化。
2建筑工程现场施工技术管理问题的解决对策
2.1建立健全建筑工程现场施工技术管理的各项制度
材料、设备方面、主体和责任方面、资料管理方面等存在的问题,需要建立健全建筑工程现场施工技术管理的各项制度,这样才能杜绝问题的发生。建立现场施工技术管理制度主要包括以下几个方面:①建立材料的检查制度。材料设备的好坏对建筑工程施工质量的影响很大,所以需要进进场的材料设备进行检测,保证质量的合格,同时需要合理的配置检验人员。检验人员需要具备专业素养,这样才能够准确的识别材料的质量、规格是否符合建筑要求标准。材料的质检需要找寻当地的质检站,以保证质量的可靠性。②建立施工图纸会审体制。施工图纸设计与现场施工是分不开的,施工人员将图纸和现场进行分析,找到图纸和施工的矛盾点,这样才能够保证现场施工的顺利进行,同时保障施工质量。③建立现场施工技术档案资料的管理制度。技术档案资料是施工企业以及其建设单位进行技术管理生产的依据。这些材料直接反映了施工单位长期施工的成本标准以及成果。所以需要建立现场施工技术档案管理制度。汇集现场施工技术管理的相关资料,为建筑工程的改造以及扩建提供必要的依据。④施工企业需要与设计单位一起制定符合现场实际情况的技术方案。施工企业参与制定施工技术方案中去,能够使得施工方案与现场施工信息紧密的结合,以提升施工方案的可行性。⑤明确管理人员的职责,合理的配置施工技术人员,以更好的做现场施工技术管理工作。责任需要层层落实到个人,这样才能在出现问题的时候找出问题的原因,同时对于现场施工技术管理工作落实到位的部门人员给予奖励,以提升人员的工作积极性。建立完善的施工技术管理责任制是必要的,建立相关的责任制,才能避免因为管理不当造成的质量安全问题。建筑工程现场施工技术管理工作的落实需要由各项制度作为保障,但是制度也不能制度的过于死板,需要以服务现场施工技术管理为目的。同时对于工程现场施工技术管理的各项制度不健全的,需要结合工程的实际情况以及优秀的管理办法进行完善优化。引进国内外先进的管理办法,才能够促进建筑工程现场施工技术管理工作到位。
2.2加强对人的控制
加强对人员的控制需要做好以下几点工作:①需要加强对工作人员的教育培训,提升施工人员的安全生产意识。定期的组织培训,以提升施工队伍的整体水平。并积极鼓励工作人员考取国家资质证书,以提升工作人员的专业素养。②技术管理人员需要不断的学习新的管理方法,学习过国内外优秀的管理办法,然后结合工程的实际情况来应用到项目中去,来提升管理人员的管理能力。③总承包方在进行施工之前,需要对分包方的资质、技术管理水平进行了解。④做好民工的安全教育工作,增强其安全意识,杜绝安全施工的发生。加强对人员的控制是建筑工程现场施工管理的重要内容。
3结语
(1)管沟开挖。
开挖的方式能够分为两类,人工开挖和机械开挖。人工开挖要掌握好管沟的高度和宽度,还要使管沟底部的土体不受干扰;机械开挖也需要保证管沟底的土体不受干扰,另外当挖到标准高度上0.3米左右时要采用人工开挖,保护管沟不受到机械的损伤。开挖沟槽要依照先深后浅的开挖原则,这样做能够快速的把水排出;挖出的土体可以暂时堆放在施工现场,也能直接丢弃在专门的场地上;对于需要回填的土方就要选择适当的位置安置下来,回填土方前一定要做好相应的调配土方的方案。开槽工作完成之后要进行实地的考察,如果在基地中有枯井或墓穴要及时上报,共同协商解决方法;另外还要做好验槽的步骤,只有所有工作都达到相关的指标才能开展下一项工作,一旦出现没有符合标准的情况要立即同上级部门协商,采取最有的处理方法。
(2)管道铺设基础。
针对钢管等类型的管道不用采取任何措施,直接铺设在土层上即可,当管线必须要经过河道或池塘下时,就需要先清除上层土,直到露出原状土层为止,然后采用4∶6的砂石进行夯实、填筑,要达到设计的标准高度。
(3)铺设管道。
在铺设管道的过程中,首先要保证的就是构件的位置以及数量,要依照相关标准对构件进行严格的放线,安装前要对所有的管道进行统一的测量和编号,采用吊机进行管道的起吊安装;铺设管道时要严格依照从低到高的顺序进行铺设,为了保证准确性,可以采用中心线的方法控制管道的铺设;如果在铺设管道进行的过程中,发生意外情况要暂时停止施工,要立即采取有效的办法把管口封住;要通过水准仪和经纬仪时刻对管道的位置进行测量,保证管道铺设的准确性。
(4)安装管道。
安装管道之前要严格对管沟进行检查,保证管沟的清洁和质量,检查管沟底的高度和宽度是否在要求范围之内,基地土壤是否平整,另外还要检查管沟附近土壤的稳定性,任何一个环节出现问题都要及时进行处理。下管之前要对管材和构件进行全面的检测,保证质量都符合相关标准;管材的运输和吊装的过程中,要采取适当的保护措施,防止部件的重要部位受到损伤;吊起管道的过程中要时刻观察管道是否平衡,吊起管道和放下管道的速度都要降低,轻拿轻放,下面介绍一些安装管道的具体过程。①处理承插口:在进行管道的安装之前一定要先用水清理承插口,保证承插口的干净整洁,然后把水擦干。②套胶圈:要在管道的两侧同时把胶圈由管下部向上部套,要保持胶圈的平直。③对口:吊车把插口吊起之后,慢慢的调整到承接口所处的位置,初步把管道放置到安装的位置上,然后进行管道的位置检查,不断调整使之达到标准位置,如果管线低于标准要求时,要适当的把管道吊起一点,同时在管道下方撒入一些粗砂;如果管道的高度超过了相关的标准,可以左右晃动管道,将管道慢慢下降到标准高度。④顶装:对口完毕之后就开始进行顶装,先安装好顶装设备,然后提起插口端插入承接口,调整到合适的位置就可以固定,最后拆除吊装的设备。⑤检查胶圈:要对插口和承接口的连接部位进行严格的检测,必须保证接口位置的密封性,可以采用探尺来对胶圈的位置进行检查。
(5)井室砌筑。
井室砌筑施工前一定要进行清理,同时还要用水浸湿,砌筑采用的是丁砖砌法,当砌筑完一层砖之后,铺上一层浆就可以进行下一层砌筑,上层和下层的砖之间要相互错开。灰缝砂浆要满足饱和度的相关要求,不能用水进行冲浆灌缝;砌筑井室墙体时要安装踏步,过程要还要及时的检查间距;砌砖时要保证砂浆的牢固性,没凝固之前不能踩踏。砖墙勾缝砂浆塞入灰缝中,压实拉平;灰缝要清理干净,不能有毛刺的现象。用吊车来起吊安装井室的盖板,依照路面的高度来检查井盖的高度,保证路面和井盖的高度向匹配。
(6)管道支墩。
在给水管道的位置安置支墩承台,能够有效防止由于水的作用使承插口脱离,支墩分为水平和垂直两种类型,使用在不同的受力状态下。
(7)闭水测试。
要采用闭水的方式对无压力管道进行测试,除此之外还有给水管道,只有闭水实验达到相关标准之后才能开始沟槽回填的工作,实验过程中的压力要为设计时压力的两倍。(9)回填沟槽。闭水实验通过之后就要开始回填沟槽的工作。对胸腔部分回填时,先要清理管沟,保证管沟干净、没有积水,然后才能开始回填;回填所用的材料通常为砂土,要严格检查填土所用的材料,不能含有杂物;回填施工要分层对称开展,每层的厚度要保持在0.3米之内,另外还要及时进行夯实的工作。回填窨井时,使用的材料为天然级配的砂石,在每层回填土夯实施工之后,都要严格的检查回填土的密实程度,只有达到相关要求才能进行下一层的回填施工,另外管道附近,包括两侧和管顶的回填土都要进行密实度的检查。
2总结
第一,传输信息量大,传输频带宽。在当前的光纤有线电视系统当中,使用的光谱波长1310~1550nm。第二,传输损耗非常低。1310nm单模光纤只有0.35dB/km的衰减,而1550nm单模光纤只有0.25dB/km的衰减。第三,光纤是由包层、纤芯、一次涂复和二次被复组成的,分为骨架式、层绞式、叠带式以及中心束管式。光纤的保护措施能够将绝大部分外界的破坏抵御掉。第四,在HFC网络当中,作为有线电视干线网传输,不仅可以将馈电环节以及一连串的干线放大器节省,同时,由于其接头较少,自然故障率就不会太高。第五,雷电干扰性能以及抗电磁干扰性能较好,电力冲击以及雷击不会对其产生威胁。第六,光纤不会惧怕锈蚀、高温,具备核辐射抗性,其寿命较长,一般的使用年限都在20~30年之上。
2有线电视光纤传输维护技术
在日常的光纤线路维护中,工作量繁重。想要做好维护工作,就应该将竣工阶段和每一次的定期检查测试环节中收集的资料做好认真保管,尤其是各种设备的说明书以及实验测试结果对比资料,这是进行光纤维护的最佳依据。在维护光纤线路时,OTDR是主要的测试设备,要确保其时时刻刻都能够处于良好的工作状态之下,作为维护技术人员,还应该对测试结果进行熟练地分析,将故障点判断出来。考虑到光纤线路本身的特点,在维护方面,我们就应该考虑到以下几个方面的工作:第一,虽然光纤线路发生故障的几率较低,但是维护人员也不能够忽视了光纤线路的维护工作。对于光纤线路的维护,主要目的在于控制故障的发生率,最高境界在于在发生故障之前,就能够排查出隐患位置,及时地消除故障,避免故障对正常传输产生影响。所以,日常的维护技术对于光纤线路非常重要。所以,寻线员的合理设置,配合上日常的检查,才可以消除潜在问题。另外,对于社会大众,也需要做好光纤线路法律法规等相关知识的宣传。第二,虽然光纤线路发生故障的几率较低,但是并不是说故障就可以绝对的避免,所以,光纤抢修问题就是一个无法回避的问题。在光纤维护中,就应该针对抢修,建立出一支作风过硬、经验丰富的抢修队伍来应对光纤线路故障问题,只有如此才能够确保光纤传输持续的进行下去。第三,如果信号中断问题是因为光纤故障所引起的,就应该及时地消除故障。在进行维护的时候,必须将故障点准确地找出来。一旦出现问题,就应该根据故障的特点对于故障是发生在主干网还是在分配网,需要及时地判断。如果怀疑是光链路出现了问题,就需要从光链路的两端使用OTDR进行夹击测试,这样可以将故障的范围大体确定出来,然后根据光纤长度数码的编号,对故障的范围进一步落实。比如:在一处县城中,在农村有线电视二级光网发展中,发现一级光接收点光功率从原本+4dBm降至了-12dBm。对于这一个方向的光纤就可以使用OTDR进行测试,发现了光纤本身的损耗曲线呈现逐渐增大的斜率,猜想可能是因为超高车辆刮到或者是环境温度引起了光纤出现了微弯的情况。通过OTDR的测试发现,在24km地方接续盒光纤束被抽,导致光纤本身被折成为了小弯,降低了光功率。此外,如果是某一个段落的光纤在接续点出现了反射峰,这样就可以判断出接续点的故障,或者是因为光纤的损坏或者进水,就需要将其剪断进行重新的连接。如果在接续点没有反射峰,那么就可能是光纤传输出现了断裂。如果是架空光纤,就需要对过路光纤的损毁情况进行严格调查;对于地下埋设的光纤,就应该观察其地面是否出现了破坏或者是被挖的痕迹。根据具体的维护经验判断,虽然光纤发生的故障本身具备一定的隐蔽性,但是并非是说明其无法加以判断,通过科学的方法分析,绝大部分的光纤故障都可以确定出来。不过,在这里强调的是,维修工作不是急于恢复信号就可以完事的,更多的是要注重今后的巡视工作,才是保障的主要措施。
3结束语
论文摘要:该文概述了广东省水文数据库现状,讨论了水文数据库表结构3.0与4.0的主要差异,针对水文数据库由表结构升级所要解决的问题,提出了具体的工作流程与解决方法,并用以对表结构3.0进行优化、调整、补充,完成了表结构到4,0的升级。
1我省水文数据库现状概述
水文资料是水利工程的基础,为了达到准确快速地提供水文资料,资料的 科学 存储是个关键问题。当前水文资料主要包括:降雨量、蒸发量、水位、流量、含沙量等内容。数据库是现今 企业 数据存储的主要方式,应用数据库技术来存储水文观测资料就形成了水文数据库。在水文数据库中数据以表的形式存储,这些表的名称、表中每列的名称、数据类型等称为表结构。
广东省水文数据库由1991年开始建设,到1998年建成验收,至今每年都加人新的整编数据。水文数据库的建立改变了水文资料以纸介质存储数据的方式,使资料的存储进人磁介质的时代,以 电子 版本的方式提供数据极大方便了数据的查询和使用,为水情专用数据库、三防指挥系统、流域水信息与管理等许多水利信息化项目提供了方便,在实际生产应用中发挥了重要作用。
水文数据库使用sqlserver2000做数据库管理系统,表结构经历了由1.0版本到3.0版本的演变过程。WWW.133229.cOM3.0版本是一个比较成熟的版本,历经十年的应用,在水文数据存储的标准化方面做出了重要贡献,但在长期的应用中3.0版本也发现了一些不足之处,于是部水文局组织有关专家在3.0的基础上修订形成了4.0版本。从而使我省水文数据库从3,0版本到4.0版本的升级成为现实需要解决的问题。
2水文数据库表结构3.0与4.0的对比
水文数据库表结构3.0主要存在的问题有:①时间维的处理不合理;②一些表表列数太多;③一些有用数据没有建表存储;④没有字典表。
表结构4.0针对以上缺点做了改善,首先使用时间数据类型(dt类型)统一时间维的表示,如:逐日平均水位表3.0表结构如表1;逐日平均水位表4.0表结构如表2。
对比表1、表2可见日平均水位3.0表结构有66列,而4.0表结构只有4列,3.0表结构的时间维中年份、月份、各日在列中表示,4.0表结构中的时间维统一在一列中表示,这样极大方便了sql语句的编写,而且时间集中到一列上表示有利于随后的数据分析工作。其次,一个表包含太多的列时,说明这个表缺乏内聚,它试图存放来自几类实体的数据,使用垂直分割将一些列移到另一个表中,可以减少表的规模,改善性能。如:表结构3.0把月、旬、年的数据放在同一表中,导致一个表中有上百的表列,而4.0把月、旬、年的数据分开到三个表中存放,改善了性能。再次表结构4.0增加和修改了一些表,使得存储的内容得到扩充,存储更加合理高效。如增加了关系线表来存储水位流量关系,修改了实测大断面表等。最后表结构4.0增加了字典表类,这样有利于元数据的描述和使用。
3表结构升级实现技术
3.1表结构升级转换需要解决的问题
表结构的升级可能会涉及很多问题,主要要解决的问题有:
1)新表的建立。新表的建立主要讨论新表结构的合理性,确保新表的设立是正确的。
2)数据质量控制,要控制从旧库到新库转移数据时出现的数据转换错误。新库中错误的数据可能来自于旧库中的错误,也可能来自于转换程序的错误或考虑不周。应该确保新库的数据质量比旧库有所提高。
3)功能恢复,主要是参照完整性、方法(存储过程、存储函数、触发器)、外部程序的恢复。水文数据库是多应用数据库,有许多外部程序对其进行访问,数据库升级人员对这些程序几乎是不能控制的,在这种情况下数据库的修改必然对外部访问系统造成影响,解决的方法有二:一是进行功能恢复,升级人员与应用程序开发者协作,修改应用程序使其能适应新的数据库表结构;二是设立过渡期,在这其间使新老数据库同时运行,原来的应用程序继续使用老库,新应用使用新库。通常会结合使用上述两种方法,即进行部分功能恢复同时设立过渡期。
4)数据加载策略,由于水文数据量较大,而且每年都有新增数据,所以数据加载要有增量加载功能。同时,在过渡期间如果数据的增、删、改比较频繁,应该保持新旧库内容的同步。
3.2升级转换的过程
在生产环境中安全的数据库升级转换流程如图1:
验证数据库是否需要升级转换是综合考虑转化所获得的价值与投人之比,以确定是否需要这样的转换,是否开销过大。水文部门的数据源很多,如基础水文数据库、水情专用数据库等。升级人员要确定各种数据所放的位置才能引用。数据库的转换是一个重复的过程,每次形成一个新表都要经过建表、编写数据转换加载及同步代码、数据加载、结果测试这样一个过程,只有测试无误了才进人下一个新表的建立,这种采取每次一小步的办法容易降低实现程序的复杂性,容易发现转换错误所在。所有新表测试通过后才可以使用。
3.3实现方法
首先对sl324-2005《基础水文数据库表结构及标识符标准》(即表结构4.0)进行分析以验证转化的必要性,由于存放测验数据的表类是常用的表类,而且测验数据格式比较固定,表结构比较完善,所以优先转换该类表,方法如下:
使用sqlserver 企业 管理器创建新表结构,如图2。
使用t一sql语言编写数据转换与加载程序,如:使用语句(insertintohyyrzfselectstcd,yr,yravz,yravr,yrmxz,yrmxr,yrmxmd,yrmnz,yrmnr,yrmnmdfromzmystwhereyr=2007)就可以把表结构3.0水位月年统计表中2007年的数据增量加载到4.0的年水位表中。
如果转换过程中有类型转化、数据格式检测等质量控制要求,则需要用比较复杂的程序段来完成。如:降雨量摘录表的t一sql转换程序如下:
声明变量@sled,@yr,@and,@bghrmt,@edhrmt,
@p,@prm存储查询数据
声明变量@bgdt,@eddt存储转换后的时间数据
创建游标my_cursorl关联到降雨量摘录表prex
通过游标读一条记录到变童@sled,@yr,@and,@
bghrmt,@edhrmt,@p,@prm中
while@@fetchstatus=0)
begin
处理降雨量结束时间、
if@edhrmt=2400)
begin
处理降雨结束时间为24:00的情况
end
else
if@edhrmt<@bghrmt)
begin
处理摘录时段跨日的情况
end
else
摘录时段无跨日的情况
处理降雨量开始时间、
插人数据、
insertintohy_prex_bvalues(@sled,@bgdt,@eddt,@p,@prm)
取下一条记录
end另外,可使用触发器保持旧表和新表的同步增删,这样当数据加人到旧表或从旧表中删除数据的时候就通过触发器在新表中作相应的修改,如:对3.0中降雨量摘录表写插人触发器,插人相应记录的t一sql程序如下:
createtriggerprexinsertonprexforinsertas
同时写删除触发器,删除相应记录的t一sql程序如下:
createtriggerprexdeleteonprexfordeleteas
这样就维护了旧表到新表的同步更新。
3.4成果
应用以上技术笔者完成了广东省水文数据库表结构3.0到4.0数值表类的转化,并通过触发器同步技术使每年新增资料的转换过程自动化。通过表结构4.0的转换及向用户提供数据表明,新表结构使用方便,提供的数据格式更为 科学 合理。而且由于在升级转换过程中严格数据质量控制,改正了旧库中许多错误,统一了数据表达方式,使新库数据质量得到了提升。
论文摘要:该文概述了广东省水文数据库现状,讨论了水文数据库表结构3. 0与4. 0的主要差异,针对水文数据库由表结构升级所要解决的问题,提出了具体的工作流程与解决方法,并用以对表结构3. 0进行优化、调整、补充,完成了表结构到4, 0的升级。
1我省水文数据库现状概述
水文资料是水利工程的基础,为了达到准确快速地提供水文资料,资料的科学存储是个关键问题。当前水文资料主要包括:降雨量、蒸发量、水位、流量、含沙量等内容。数据库是现今企业数据存储的主要方式,应用数据库技术来存储水文观测资料就形成了水文数据库。在水文数据库中数据以表的形式存储,这些表的名称、表中每列的名称、数据类型等称为表结构。
广东省水文数据库由1991年开始建设,到1998年建成验收,至今每年都加人新的整编数据。水文数据库的建立改变了水文资料以纸介质存储数据的方式,使资料的存储进人磁介质的时代,以电子版本的方式提供数据极大方便了数据的查询和使用,为水情专用数据库、三防指挥系统、流域水信息与管理等许多水利信息化项目提供了方便,在实际生产应用中发挥了重要作用。
水文数据库使用SQL SERVER 2000做数据库管理系统,表结构经历了由1. 0版本到3. 0版本的演变过程。3. 0版本是一个比较成熟的版本,历经十年的应用,在水文数据存储的标准化方面做出了重要贡献,但在长期的应用中3. 0版本也发现了一些不足之处,于是部水文局组织有关专家在3. 0的基础上修订形成了4. 0版本。从而使我省水文数据库从3, 0版本到4. 0版本的升级成为现实需要解决的问题。
2水文数据库表结构3. 0与4. 0的对比
水文数据库表结构3. 0主要存在的问题有:①时间维的处理不合理;②一些表表列数太多;③一些有用数据没有建表存储;④没有字典表。
表结构4. 0针对以上缺点做了改善,首先使用时间数据类型( DT类型)统一时间维的表示,如:逐日平均水位表3. 0表结构如表1;逐日平均水位表4. 0表结构如表2。
对比表1、表2可见日平均水位3. 0表结构有66列,而4. 0表结构只有4列,3. 0表结构的时间维中年份、月份、各日在列中表示,4. 0表结构中的时间维统一在一列中表示,这样极大方便了SQL语句的编写,而且时间集中到一列上表示有利于随后的数据分析工作。其次,一个表包含太多的列时,说明这个表缺乏内聚,它试图存放来自几类实体的数据,使用垂直分割将一些列移到另一个表中,可以减少表的规模,改善性能。如:表结构3. 0把月、旬、年的数据放在同一表中,导致一个表中有上百的表列,而4. 0把月、旬、年的数据分开到三个表中存放,改善了性能。再次表结构4. 0增加和修改了一些表,使得存储的内容得到扩充,存储更加合理高效。如增加了关系线表来存储水位流量关系,修改了实测大断面表等。最后表结构4. 0增加了字典表类,这样有利于元数据的描述和使用。
3表结构升级实现技术
3.1表结构升级转换需要解决的问题
表结构的升级可能会涉及很多问题,主要要解决的问题有:
1)新表的建立。新表的建立主要讨论新表结构的合理性,确保新表的设立是正确的。
2)数据质量控制,要控制从旧库到新库转移数据时出现的数据转换错误。新库中错误的数据可能来自于旧库中的错误,也可能来自于转换程序的错误或考虑不周。应该确保新库的数据质量比旧库有所提高。
3)功能恢复,主要是参照完整性、方法(存储过程、存储函数、触发器)、外部程序的恢复。水文数据库是多应用数据库,有许多外部程序对其进行访问,数据库升级人员对这些程序几乎是不能控制的,在这种情况下数据库的修改必然对外部访问系统造成影响,解决的方法有二:一是进行功能恢复,升级人员与应用程序开发者协作,修改应用程序使其能适应新的数据库表结构;二是设立过渡期,在这其间使新老数据库同时运行,原来的应用程序继续使用老库,新应用使用新库。通常会结合使用上述两种方法,即进行部分功能恢复同时设立过渡期。
4)数据加载策略,由于水文数据量较大,而且每年都有新增数据,所以数据加载要有增量加载功能。同时,在过渡期间如果数据的增、删、改比较频繁,应该保持新旧库内容的同步。
3. 2升级转换的过程
在生产环境中安全的数据库升级转换流程如图1:
验证数据库是否需要升级转换是综合考虑转化所获得的价值与投人之比,以确定是否需要这样的转换,是否开销过大。水文部门的数据源很多,如基础水文数据库、水情专用数据库等。升级人员要确定各种数据所放的位置才能引用。数据库的转换是一个重复的过程,每次形成一个新表都要经过建表、编写数据转换加载及同步代码、数据加载、结果测试这样一个过程,只有测试无误了才进人下一个新表的建立,这种采取每次一小步的办法容易降低实现程序的复杂性,容易发现转换错误所在。所有新表测试通过后才可以使用。
3. 3实现方法
首先对SL324-2005《基础水文数据库表结构及标识符标准》(即表结构4. 0 )进行分析以验证转化的必要性,由于存放测验数据的表类是常用的表类,而且测验数据格式比较固定,表结构比较完善,所以优先转换该类表,方法如下:
使用SQL SERVER企业管理器创建新表结构,如图2。
使用T一SQL语言编写数据转换与加载程序,如:使用语句(Insert into HY YRZ F select STCD, YR,YRAVZ,YRAVR,YRMXZ,YRMXR,YRMXMD,YRMNZ,YRMNR , YRMNMD from ZMYST where YR = 2007)就可以把表结构3. 0水位月年统计表中2007年的数据增量加载到4. 0的年水位表中。
如果转换过程中有类型转化、数据格式检测等质量控制要求,则需要用比较复杂的程序段来完成。如:降雨量摘录表的T一SQL转换程序如下:
声明变量@sled , @ yr , @ and , @ bghrmt , @ edhrmt ,
@p , @ prm存储查询数据
声明变量@ bgdt, @ eddt存储转换后的时间数据
创建游标my_ cursorl关联到降雨量摘录表prex
通过游标读一条记录到变童@sled , @ yr , @ and , @
bghrmt,@edhrmt,@P,@prm中
WHILE@@fetch status=0)
Begin
处理降雨量结束时间、
if@edhrmt=2400)
begin
处理降雨结束时间为24:00的情况
end
else
if@edhrmt
begin
处理摘录时段跨日的情况
end
else
摘录时段无跨日的情况
处理降雨量开始时间、
插人数据、
insert into hy_prex_ b values(@sled,@bgdt,@eddt,@P,@prm )
取下一条记录
end另外,可使用触发器保持旧表和新表的同步增删,这样当数据加人到旧表或从旧表中删除数据的时候就通过触发器在新表中作相应的修改,如:对3. 0中降雨量摘录表写插人触发器,插人相应记录的T一SQL程序如下:
Create trigger prex insert On PREX For insert as
同时写删除触发器,删除相应记录的T一SQL程序如下:
Create trigger prex delete On PREX For delete as
这样就维护了旧表到新表的同步更新。
3. 4成果
应用以上技术笔者完成了广东省水文数据库表结构3. 0到4. 0数值表类的转化,并通过触发器同步技术使每年新增资料的转换过程自动化。通过表结构4. 0的转换及向用户提供数据表明,新表结构使用方便,提供的数据格式更为科学合理。而且由于在升级转换过程中严格数据质量控制,改正了旧库中许多错误,统一了数据表达方式,使新库数据质量得到了提升。