计算机视觉的概念篇1
论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。
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，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，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。
一、虚拟现实与虚拟现实技术
（一）虚拟现实（virtualreality，vr）及虚拟设计（virtualdesign，vd）
虚拟现实（virtualreality，vr）是利用计算机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进自然交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。
虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。
（二）虚拟现实技术
虚拟现实技术是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。
二、概念设计的定义及内涵
pahl和beitz在《engineeringdesign》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。
国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家?在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”
在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。
概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。
三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景
（一）概念设计中应注意的两个问题
1.虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。
2.虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的现代高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。
（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景
在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。
概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足发展，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入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]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．
[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．
计算机视觉的概念篇2
【关键词】计算机模型；科学教育；研究进展
【中图分类号】G40-057
【文献标识码】a
【论文编号】1009-8097（2013）02-0120-07
一计算机模型及其建模工具
模型是人们对客观事物、现象、事件、过程或系统的简约化、抽象化表征。计算机模型是以计算机为媒介，应用特定的工具（程序、软件、建模环境）可视化、简约化地呈现数据、现象（尤其是对象的抽象成分、因果关系以及随时间演变的复杂系统），从而描述、解释、预测现象。图1、图2呈现的是两个计算机模型实例。“理想气体”是由美国西北大学Uriwilensky教授开发的系列netLogo模型之一，“光电效应”是由美国科罗拉多大学phet项目组开发的系列仿真实验之一。每个模型的界面包含现象、变量、控制、数据、符号等内容。它们从宏观、微观、符号、图形层面表征物质的性质、现象、变化。通过设置、改变计算机模型中的参数，可以观测不同条件下的现象，从而把握、预测事物的性质、变化规律。人们还可以根据需要，改编程序语言，修改模型。计算机模型可存储于硬盘、光盘、网络服务器等介质中，因而人们可以自由复制或下载。由于计算机模型相对于物理模型具有独特的优势，近年来被广泛运用于科学研究、生产生活及学校教育中。
基于计算机建模的技术丰富多样，包括数据库、语义网络、电子表格、专家系统、系统及种群动态工具、可教人和直接操作环境、可视化工具、超媒体、结构化计算机会议等。不同领域、不同目的，建模的工具通常有所差别。科学教育中，计算机模型主要表现为可视化模型、仿真、动画、系统、图形、关系等形式，目前国外比较流行的建模工具（或环境）有eChem、GeneticsConstructionKit、model-it、netLogo、phet、pedagogica，Stella，thinkertool，molecularworkbench、4m：Chem等，这些技术有各自的特点和侧重。
二科学教育中计算机模型研究若干课题
自上世纪90年代，国外学者广泛运用计算机模型于科学教育中，相关研究十分繁荣，主要涉及如下几个方面：
1基于计算机模型的学习研究
（1）计算机模型与多重表征
表征是学习的核心。Johnstone认为，无论是物理、化学还是生物，都建立在三重表征之上，存在思维三角（图3）；科学家可以畅行于三角之间，然而学生常常搁浅在宏观一角，这造成了科学学习困难。计算机模型充分整合宏观、微观、符号层面信息，呈现同一现象不同层面的表征以及不同表征之间的相互联系、作用，从而有效促进学生建构事物的多重表征及其联系。
wu等以eChem为主要建模工具（图4），在11年级化学课中开展教学实验研究。结果发现，在实施6个星期的研究后，学生的化学表征学习得以实质性提高。绝大多数学生在宏观、微观水平能很好地掌握有关概念知识，深刻理解相关表征和化学概念；学生在表征转换题目上的得分明显高于其他题目，表明学生在不同的表征之间相互转换的能力得到显著提高；积极参与模型学习的学生花更多时间讨论化学表征背后的相关概念，对物质性质、结构、概念等相关知识的理解更精确，对化学表征的理解更深刻。wu等强调，计算机模型对学生化学学习具有累积性、长效性的影响。
williamson研究表明，计算机动态模拟比静态图片更能提高学生对信息的深刻编码，同时激活形象和语义双重编码，有助学生形成关于现象的动态心智模型；而仅观察透视图或粉笔绘制图，学生难以建立对现象的充分理解以及形成物质微粒性的心智表征，而仅仅停留在宏观现象的认识上。Snir等开发、实施了物质微粒性计算机模型工具的教学研究。他们发现，学生对物质的宏观理解和微观理解是相辅相成的，计算机模型工具能够帮助中学生持久地内化物质的微粒观，同时增强了对科学模型的理解。
ardac和akaygun对59名九年级学生进行实验研究，实验组学生除了常规教学还接受基于媒体的教学，该教学突出强调宏观、微观和符号的同时三重表征。研究表明，媒体教学组学习成绩明显优于常规组，他们更容易在分子层面表征物质。随后，ardac和akaygun比较了56名八年级学生关于化学变化三种教学条件下（动态一个体、动态一全班、静态一全班）的学习效果。结果发现，动态视觉表征组的成绩显著高于静态视觉表征组，个体学生动态视觉学习组分子表征成绩优于以全班性动态视觉学习组和静态一全班学习组。作者建议，当向学生呈现分子表征时，尽可能运用动态视觉方式。
计算机模型之所以能促进学习表征，wu以“烷烃”表征为例，作如下解释。学生在理解化学表征时，需要形成解释、转译和心智转换操作。由于化学表征既有形象性、又有抽象性特征，学生要建立对化学表征的充分理解、获得表征技能需要具有牢固的概念化知识与视觉空间能力。根据paivio（1991，1986）的“双重编码”理论，wu提出了表征学习需要建立涉及可视化和概念化信息的三重基本认知联结（如图5）：（a）外界所呈现的信息与个体内部表征的信息之间建立表征联结，如将“烷烃是一种碳氢化合物，它们只含单键”（外部刺激）与“如果碳原子数为n，那么氢原子数是2n+2”（个体言语表征）之间建立联系（联系1）；（b）外界所呈现的可视化信息与个体内部表征的信息之间建立表征性联系，如将（可视化刺激）与烷烃的心智图像（可视化表征）之间建立联系（联系2）；（c）可视化系统与概念化系统之间的对照联结（联系3）。在化学表征过程中，学生需要激活上述一个或多个联结。例如，要将化学式转译为物质结构，学生需要提取有关可视化和概念化信息，激活化学键与分子形状之间的联结。计算机模型可以为学生充分提供可视化刺激，强化不同信息之间的相互联结，增强学生的表征理解与转换能力。
（2）计算机模型与概念学习
概念形成与发展是科学学习的重要组成部分。大量研究表明，计算机模型能有效促进学生科学概念的理解，转变错误概念、模糊观念。例如，Russell等运用4m：CHem在500名大学生中实施研究。该模型整合了宏观现象、微粒运动及有关图形、图表、化学符号、方程式等内容。结果显示，学生在后测中化学成绩显著提高；56%的学生（前测中则只有32%）能对科学概念（“化学平衡体系”）进行准确的描述和定义；学生在错误概念题上的得分从前测的0.5减少到后测的0.2。ozmen等整合了计算机微观动画模拟与概念转变学习材料，研究它们对学生化学键模糊概念矫正的影响。他们总共设计了16个计算机模型和7份概念转变学习材料，在11年级展开准实验研究，发现在化学键概念后测中实验组学生的成绩显著高于控制组，而前测中两者没有显著差异。ozmen等指出，整合计算机模型与概念转变学习材料的教学方法，能有效促进学生对化学概念的理解和模糊观念的矫正。
Vosniadout从心智模型视角解释了计算机模型促进概念转变的内在机制。形成心智模型是人类认知的最基本特征，人类通过建构心智模型来认识、理解世界。心智模型对概念发展和转变具有重要意义，强烈、实质性的概念转变需要心智模型的根本重构。心智模型的转变是学生科学概念转变3种主要形式之一。心智模型（内部模型，即人头脑中的模型）和外部模型（物质世界中的模型）之间是动态、相辅相成的关系。心智模型是外部模型的基础，外部模型反过来制约、规定心智模型，提供概念转变的意义。计算机模型可以使学生的心智模型与外部模型发生耦合。一方面，计算机模型帮助学生连接现象与模型，内化、建构、精致或重构心智模型；另一方面，学生的心智模型可以通过计算机模型进行外化、表达；在双向互动过程中，促进概念的理解和转变。
（3）计算机模型与建模学习
近年来，越来越多学者意识到模型与建模对学生科学学习的重要意义，各国现行科学教育（课程）标准突出强调学生对科学模型的理解和运用。与此同时，大量研究证实基于计算机模型的学习和教学能有效发展学生模型理解与建模技能。例如，Fretz等研究发现，建模工具（model-it）作为支架能有效支持学生完成绝大多数建模活动，促进建模技能的发展。Snir、Smith和Raz开发了物质微粒性计算机模型，该模型包含了4个窗口：（a）化学实验，即实验模拟，提供宏观现象；（b）问题与思考，设计一些问题要求学生回答，旨在引发学生对宏观现象的思考；（c）模型，提供不同模型，它们分别从不同视角解释同一现象，学生可以比较、选择自己更为满意的微观解释模型；（d）模型探索，允许学生用所选择的具体模型来探索现象，检验自己的想法与假设。该研究表明，这些计算机模型不仅帮助学生内化物质微粒性假设，同时帮助学生建立“一个好的模型可以在更大范围上解释事实，而非仅展示某个现象”的认识论观点。Sins等进一步研究发现，学生对计算机模型、建模的认识论理解（即模型的性质、模型的目的、建模过程以及模型的评估）与思维深加工具有显著正相关，而与思维浅加工显著负相关。
taylor认为计算机运用于教育主要有两种模式：指导一训练模式、工具一探究模式；前者是计算机控制教学内容，计算机用来呈现有关事实信息、训练学生；后者是学生控制学习环境、内容，计算机作为一种工具让学生探究计算机屏幕上所展现的世界。计算机建模环境偏向后者，可以充分给学生提供机会探究模型工具上所展现的现象、特征以及背后所隐含的科学模型与概念，更重要的是理解科学模型的本质以及训练建模的基本技能。
（4）计算机模型与科学探究
Geban等通过对200名九年级学生长达9周的计算机仿真实验研究，发现基于计算机的仿真实验及问题解决活动能显著提高学生的科学过程技能。deJong和vanJoolingen在大量文献研究基础上归纳出计算机模型能有效支持学生科学探究的5个方面：（a）提供科学探究所必需的学科背景知识；（b）支持猜想与假设的形成；（c）支持实验设计；（d）支持作出预测；（e）支持自我调节学习过程。Quintana等建构了支持科学探究活动的计算机模型支架性设计框架，该框架围绕科学探究过程的三个成分展开（即意义建构、过程管理、表达与反思），包含了模型任务、障碍、支架原则与策略、建模工具样例等要素。实践证明，该框架为如何运用计算机建模软件作为脚手架支持学习者科学探究活动提供了理论基础和方法论依据。不少学者研究了基于计算机模型（仿真）探究活动中学生的学习特征、影响因素。Lazonder等对55名大学新生进行基于计算机仿真科学探究活动的实验研究发现，对于前知识较为缺乏的学生，在探究活动之前及之中提供相关学科知识信息，有助于学生进行科学推理和科学知识的获得。mulder等比较了基于计算机模型的探究性学习环境下两类建模进程，即模型序列进程（即一开始呈现理想模型，包含所有变量，变量关系逐渐深化，学生逐步建构完整、特殊模型）、模型精致进程（即随着建模进程逐个增加变量，学生从简单到复杂、低级到高级、单一到综合进行建模）。结果表明，计算机模型探究性学习环境下，模型进程方式有助于学生任务的完成、提高探究技能，其中模型序列进程优势更明显。可见，基于计算机模型的探究活动有助于学生获得科学知识、提高探究技能、发展科学过程与方法。
（5）计算机模型与认知发展
ogbors提出，相当一部分人在逻辑、数学、抽象思维等方面十分欠缺，而计算机在某种程度上可以促进这些高级认知技能的发展。他以wordmake、Linkit为主要工具，进一步证实了计算机模型有助于发展学生的定性推理（即利用对物体、事件的想象进行推理）、半定量推理能力。pallant和tinker以计算机建模环境molecularworkbench和pedagogica中的分子运动模型为主要工具研究学生微观水平的推理。研究发现，学生通过探究分子运动水平上的物质模型，可以较好地建构物质状态心智模型，精确地再现不同状态下物质微粒的排列情况，并进行原子间相互作用思维推理。Sins等研究揭示，计算机模型环境下学生要完成较为复杂的任务，需要进行深度认知活动，如建立观点之间的联系、寻找规律和原则、整合新信息与先前知识经验等，从而发展深刻思维加工能力。
2基于计算机模型的教学研究
计算机模型在教学中的应用十分广泛，相关研究文献也相当丰富。Stieff以ConnectedChemistry为例，总结出计算机模型在化学课堂中的几种应用方式：（a）作为可视化工具用于教师演示和讨论；（b）作为实验仿真让学生进行实验；（c）作为反馈工具，用于家庭作业，让学生自学和问题解决；（d）模型修改、建模活动。phet项目组所开发的仿真科学实验大量运用于实验室实验、家庭作业、可视化辅助、小组活动及演示中。Khan以化学平衡为例，提出了基于模型教学的五个原理：（a）基于已有心智模型对化学平衡作出预测：（b）在两个变量间建立关系；（c）提供背后机理的解释；（d）运用类比支持关于模型的解释；（e）评估初始模型；（f）修改模型。price等运用计算机模型于学生讨论活动，从“交际法”、“基于模型的共同建构法”两种理论视角提出了系列教学策略：现象观察-计算机仿真-极端案例-状态图形。每一策略包含若干“驱动”方式，如计算机仿真涉及向学生介绍计算机模型所代表的意义、使学生专注于计算机模型（如情境化、预测、强调、批判）。研究发现讨论和仿真的协同作用能提升学生的参与、促进理解以及思维推理。此外，ozmen实证了计算机模型与概念转变学习材料相互整合的教学方法；Liu强调计算机模型与真实实验相结合的教学形式比单一教学（计算机模型或实验）更有效。wei、Liu提出了基于计算机模型的形成性评价教学策略。
3基于计算机模型的评价研究
随着计算机模型广泛运用于科学教学中，如何测量、评价学生基于计算机模型的学习效果则显得十分必要，然而目前这方面的研究较为欠缺。本文第一作者曾以Rasch测量理论为指导，开发了基于netLogo模型的物质概念理解测验量表，包含3个理解水平，由15道选择题、3道开放题组成，这些题目针对作者基于netLogo设计的“化学反应”模型。例如，“程序界面右侧的图形中，曲线的变化意味着_____。a.物理变化B.化学变化C.温度变化”（选择题）、“请用相应的文字及图画描述本活动中所发生的化学反应”（开放题）。学生先用10～15分钟操作计算机模型，然后独立回答问题，测试数据运用Rasch模型进行建模和分析。Liu等开发了10套计算机模型形成性评价量表，每个量表涉及三个维度（物质、能量、模型），包含24道等级选择题（即备选项高低不同的理解水平而非对错）、1道开放题。研究结果显示，这些量表具有良好的信效度，能有效揭示学生基于计算机模型的学习特征与发展规律。
4基于计算机模型的教师研究
Stylianidou等曾对8位科学教师进行个案研究，发现教师还不能充分、自觉地运用信息工具于教学中，但他们面临的这些压力正日益增加；制约教师顺利实施教学改革的因素是多方面的，其中认识因素很重要；教师越是能充分意识到计算机建模在具体实施中以何种方式变革课程以及不同的因素如何影响教师的转变，他们就越能选择实施新的想法。Valanides等研究显示，小学职前教师进行基于计算机模型的学习与教学之后，能够十分清晰地认识到科学模型对科学教与学的重要意义，能正确建构科学模型，并积极利用它们作为教学支架应用于教学设计中；而在此之前，这些教师完全忽视了模型和建模在科学教学与学习中的作用；然而他们仍需要广泛学习以充分理解科学模型的建构过程。尽管教师意识到计算机模型对学生科学学习的作用，但他们关于模型、建模、计算机模型、教学法（pCK）以及技术的使用知识仍十分缺乏，这直接影响着计算机模型的教学成效；而教师这些方面的发展较为复杂和非线性，仅仅接触、意向是不够的，教师需要更多的体验、练习以及更深入地实践与反思。
三启示
当今世界，科技飞速发展，现代信息技术正猛烈冲击、深刻变革着教育领域，成为人们获取和运用知识的重要途径。计算机模型与建模具有独特的教育意义，开辟了信息技术与学科教学整合的新范式，势将成为教育领域的一个重要趋势。中国这些方面的研究与实践仍显得相对滞后。现有文献仍主要集中在对国外计算机建模工具的介绍与评析，少有研究深入探讨这些计算机模型如何与学科教学整合以及该学习环境下多种教学要素的特质与规律。适合我国科学教学的计算机模型开发的讨论也并不多见。曾有机构开发了少数中学科学仿真实验，但并未得以充分推广、普及。无疑，国外先进的经验对我国相关领域研究具有重要启示。
1计算机模型的设计应基于一定的理论与实证研究
D.H.乔纳森论及技术与学习的关系时强调，学习者不是从技术中获得知识，而是从思考中学习；应该将技术作为一种能够帮助学习者阐释和重组个人知识的思维工具，利用技术来帮助学习者更为有效的思考；教育者与其费尽心思分析如何让技术教得更好，不如考虑学生如何思考才能获得更富有意义的学习。因而，在开发、运用计算机模型时，应当把学生如何学习作为根本出发点和依据。本文述及的计算机模型及其相关研究，大都基于一定的学习、心理理论，如表征、概念形成与转变、心智模型、认知加工等。此外，要使计算机模型最大限度帮助学生学习，需要基于大量的实证研究。例如，phet项目组建立了基于研究的设计思路，通过反复实践、评价、反馈、改进，使得仿真实验最大程度上达到课堂教学需求、体现教学价值。
2开发优质的计算机模型需要多个领域专家的参与
事实上，一个完美的计算机模型是多种智慧的集合体，包括学科知识、学习科学、计算机技术、艺术、教学论等。纵观现今较为流行的计算机建模工具、平台或环境，其团队成员常常来自不同领域。例如netLogo项目组包括课程开发者、认知科学家、学习与教学设计专家、程序员、学科人员、中小学教师、网络技术员、管理者等。不同领域人员可以从各个角度对计算机模型的设计、运用提供专业化支持，从而保证其科学、合理、美观、实效等。
3教学中计算机模型的运用要注重适切性、实效性
计算机模型设计者往往基于不同的目的、立场进行设计，然而教学实际总是丰富多样甚至迥然不同的，体现在课程标准、教材内容、学生思维特点与水平、学习环境、教学条件等方面。因此，教师需要筛选、二次加工或者根据教学实际进行重新设计。有些现成的模型过于复杂、综合，教师要根据学生认知水平或教学需要把握好计算机模型的难度。一些建模工具会提供程序代码（如netLogo、phet），可以通过改编程序修改模型。由于计算机模型在我国起步较晚，现行大多数模型都是英文界面，如果要用于我国课堂中，需要进行翻译或者向学生提供中英文对照辅助材料。
计算机视觉的概念篇3
abstract:whenhumansocietyenteredintotheinformationage，theanimationwithonehundredyearslonghistorywereenriched，yetthepopularconceptofanimationisstilloutmoded.toanalyzethephenomenonofanimationhaveanxo-actionforboththeeffectofanimationteachingandraisingofthepopularconceptofanimation.
关键词：信息时代；动画；逐格拍摄
Keywords:informationage；animation；stop-motion
0引言
1906年美国人斯图亚特·布莱克顿拍摄了《滑稽脸的幽默相》，这部影片被公认为世界上第一部动画影片，宣布了动画片的诞生。在百年以后的今天，各种信息充斥在社会的各个角落，信息处理的速度以及应用信息的程度都以几何级数的方式在增长，人类进入了信息时代。动画作为一种信息的传播方式，以其声画并茂的表现形式、夸张诙谐的表现特点，深受大众的喜爱。但由于动画的形式多样、制作方式差别很大，所以包含的种类纷繁复杂，不容易下一个统一的定义，业界内对动画概念的理解也有很多差异和争议。在教学过程中，只凭一本教材对学生进行动画概念的讲授往往不能达到使学生透彻理解动画概念的目的。有鉴于此，本文对当前信息时代背景下的主要动画形式从载体和属性两个角度进行了分析研究。
1从载体有区别的角度对动画概念的分析
1.1动画概念出现以前的早期动态图像动画被认为早在人类文明出现阶段就已经初现雏形，古代人类的岩画、神庙中的壁画等都被认为具有一定的动态效果，反映了人来希望绘制动态图像的愿望。但真正的动画技术制作原理是根据人眼的生理现象——视觉暂留现象，欧洲人发明的“诡盘”、“活动视盘”、“魔术幻灯”和中国人发明的“走马灯”都是根据这一现象制作而成。人们将图像绘制在纸张、硬纸片、玻璃片等载体上，并通过细缝观看、幻灯播放等方式形成动态效果。
1.2跟随电影出现而产生的动画在摄影胶片出现之后，以它的优势占据了动态图像的制作领域，成为了主要的载体；尤其是在连续底片被发明以后，一种依据视觉暂留现象制作的深受大众推崇的技术产物出现了，这就是风靡全球百年而不衰的“电影”。电影拍摄的内容都是真人表演和真实景物，就使在电影出现十年以后使用连续底片拍摄的人工绘制的连续动态图像与电影有了不同，人们称之为“动画”，这就是最早出现的动画概念。
1.3计算机技术造就的动画二十世纪后期，计算机的普及速度极快，计算机的数量以几何倍数增长，计算机的使用领域不断扩大，动画制作行业也受到了计算机技术的影响。最初在动画制作过程中只是引入计算机技术作为一种辅助手段，以便节约人力物力，但后期随着计算机虚拟现实技术的出现和不断完善，一种逼真的三维立体的连续动态图像在计算机中被制作成功，这些连续动态图像以数字形式被保存在磁盘、光盘、存储卡等多种载体中，可以通过计算机显示器、电视甚至电影银幕等多种方式展现在人们眼前。这种直接使用计算机制作的三维立体连续动态图像被大众称为，而计算机出现之前的主要靠人手工制作的动画则被称为“传统动画”。
“三维动画”的出现挑战了以往人们对动画的认识，不但改变了动画的定义，对影视也有一定影响。本世纪初，伴随着计算机网络的蓬勃发展，一种叫做“flash”的便于网络传送的平面连续动态图像逐步发展以至于占据了计算机网络上连续动态图像传送的主导地位，被大众称为“flash动画”，这种“flash动画”也是完全使用计算机制作，与“三维动画”不同的是只具有平面要素，属于“二维动画”。“三维动画”、“flash动画”等主要使用计算机制作的动画都是以磁盘、光盘、存储卡等电子设备为载体，实现了内容信息的“数字化”。现今绝大多数的“传统动画”也都采用计算机辅助制作环节，最终制作形成的产品也都采用电子设备作为载体，符合当前信息时代的要求。
2从动画具备的属性角度对动画概念的分析
2.1动画概念的发展动画诞生在英美地区，在英文中的名称为animation，本意是“被赋予生命的东西”。这个名称来源于英文“animated”，“animated”本意是“使……变成活的”、“有生命的”。由于早期的动画采用的美术形式与当时已经存在的一种静态美术形式——漫画相近，所以在英文中也被称为“cartoon”。汉语中“动画”一词是源于日语中对动画的称谓，字面解释即“会动的漫画”。在新中国成立以后，“动画”一词在使用中与“动画片”、“美术片”为同一概念，其中“美术片”最为专业，被认为是“电影”的一个组成部分。
2.2动画概念的根本属性综合动画发展历史，人们归结出动画可以具备的属性有“逐格拍摄”技法、“赋予生命”、“美术形式”、“叙事性”、“时尚性”、“假定性”、“幻想性”、“象征性”等。一般来讲，概念都有狭义与广义的区别，所谓广义是指相对于狭义去除概念的部分属性，使概念的内涵减少、外延扩大，但其根本属性不变。“动画”这个概念的最根本属性就是根据视觉暂留现象采用的“逐格拍摄”技法。
2.3“逐格拍摄”技法的实质所谓“逐格拍摄”技法其实是动画制作区别于电影制作的根本特点，电影制作过程中采用连续拍摄，拍摄过程对时间的掌握并不是十分精确，拍摄之后再对电影胶片进行剪辑连接；而动画的制作过程中并没有剪辑的过程，反到是在拍摄之前就制作了整个动画的摄影表，表内每个镜头部分都标有精确到以秒甚至以1/12秒、1/24秒为单位的时间数，然后按摄影表对位制作动画内容再进行拍摄，即使是完全使用计算机制作的动画也不例外。所以“逐格拍摄”技法已经不止是一种单纯的制作技术，而是动画制作的独特思路，是动画的根本属性。
2.4其他常用属性在动画的其他属性中，最常用的是“美术形式”和“叙事性”，我们可以根据这两大性质对动画进行分类，分出诸如“动画影片”、“广告动画”、“开机动画”、“特效动画”等概念。
3结束语
综上所述，我们可以分析出动画的概念是和其他事物一样随着时展和科技进步而不断发展变化的。只有不断的分析当前的与动画相关的存在，才能更好的把握住动画的概念，了解动画所涉及到的范畴，掌握动画的相关知识。当前动画的种类繁多，涉及的产业领域广大，每个人都不可能在各个领域上都达到很高水平，只能是在某一领域专研并取得一定成果。因此在教学中给学生分析清楚当前动画的概念及种类是很必要的，这有利于根据学生的兴趣爱好给学生指明发展之路。
参考文献
计算机视觉的概念篇4
关键词：概念设计；结构设计；运用
abstract:thispaperanalyzesthecontentandpracticalapplicationoftheconceptdesign,talkabouttheconceptdesigninthestructuraldesignworkafterthepromotion.Keywords:conceptualdesign;structuraldesign;use
中图分类号：tB482.2文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）
概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想，这就让我们来共同学习、发展它，为结构设计的发展作出应有的贡献。
现行的《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用。概率极限状态设计法更科学、更合理。但该法在运算过程中还带有一定程度的近似，只能视作近似概率法。在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量有益的经验，并体现在设计规范、设计手册、标准图集等等。我国结构计算理论经历了经验估算，容许应力法，破损阶段计算，极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量地应用，每个设计单位都在为彻底甩掉图板而做努力。结果给部分结构工程师造成一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案（非结构的），使用计算机，然后设法去完成它，自己只不过是一个东拼西凑的计算机画图匠而已。这不仅不能有效地运用他们的知识、精力和时间，而且还会与建筑师的交流中产生分歧与矛盾。并且光凭极限状态设计也很难估计建筑物的真正承载力的。事实上，建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，且都并非是脱离总的结构体系的单独构件。目前，人们在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多假定与简化。作为结构工程师不应盲目的照搬照抄规范，应该把它作为一种指南、参考，并在实际设计项目中作出正确的选择。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去。
所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。比如，有的设计人员用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架，还人为的布置一些抗震墙，即不能满足楼层间的合理刚度比，也不能正确地反映底层框架在地震时受力状态。问题在于结构概念不明确，没考虑这两种结构体系的差异。软件的选择和使用不当，造成危害是不容忽视的。美国一些著名学者和专家曾警告工业界：“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”然而避免这种情况，概念设计的思想不妨是个好方法。
运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。其实，为什么不考虑降低作用效应呢？目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本，研究成果已经广泛应用于实际工程中，取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制，在工程界还未被广泛地应用。
同时，在目前建筑结构抗震鉴定及加固中，概念设计的思想也应得到延伸。在1976年唐山地震中，天津市加固的2万间民房无一倒塌，但天津第二毛纺厂三层的框架厂房，却因偏重于传统构部件的加固，忽视结构总体抗震性能的判断，造成不合理的加固使抗震薄弱层转移，仍然倒塌。
概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用。然而现在的高校教学中，往往只重视单独构件和孤立的分体系的力学概念讲解。尤其在专业课教学中，单项计算练习居多，综合练习偏少，并着重体现在考题中，使得相当部分学生养成只知套用公式解题的习惯。而且近年来强调计算机应用教育，比如，毕业设计用结构设计软件计算、出图。但由于计算机设计过程的屏蔽，手算过程训练程度的削弱，造成学生产生一定依赖性，结果综合运用能力下降，整体结构体系概念模糊。这些对于培养具有创造力、未来的工程师是相当不利的。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。
著名的美国工程院院士林同炎教授在《结构概念和体系》一书中为结构工程师提供了广泛而又有独特见解的结构概念设计基础知识和设计实例。该书着重介绍用整体概念来规划结果总体方案的方法，以及结构总体系和个分体系尖的相互力学关系和简化近似设计方法。为结构工程师和建筑师在设计中创造性地相互配合，设计出令人满意的建筑奠定基础。这本书第二版的出版，为我们更好的加深概念设计的理解，提供有益的帮助。
总之，针对目前建筑结构设计当中墨守成规的现象，提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，推动结构设计的发展。所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确力学分析或在规范中难以规定的问题中。
参考文献：
计算机视觉的概念篇5
[关键词]多媒体图形图像读图时代
多媒体在现代社会中利用其本身涵盖的优势，成为一种信息传递的新媒介。我们正在享受多媒体带给我们的方便和快捷，但随着读图时代的到来文本已让人们厌倦，需要更多的图形图像来刺激和吸引观众的眼球，激发他们的求知欲和触动他们麻木的神经。因此图形图像的视觉性和艺术性使之成为设计师创作和研究的主要目标。设计师们依照设计思维和传播目的对图形图像进行艺术规划并赋予以形式美感，以此来吸引观看者或是浏览者的眼球，提高他们的视觉体验。
一、多媒体，一个新兴的专业用语
在多媒体技术领域和多媒体画面艺术领域中，对“多媒体”的理解是有区别的。
多媒体技术领域的理解是广义的，即认为“多媒体”是指计算机、通信和家电三个领域在媒体、设备、技术和业务这四个方面的有机结合。
由于多媒体画面艺术是基于屏幕呈现的艺术。因而该领域对多媒体的理解比较狭义，仅限于计算机和电视两个领域，而且只在呈现媒体方面有机结合。按照多媒体画面艺术的理解，多媒体是指计算机领域中的媒体与电视领域中的媒体的有机结合，并且具有交互功能。
多媒体是一个新领域。虽然它由计算机和电视两个领域演变而来，但已和这两个领域有所区别。在多媒体领域中可以采用图形、文本、声音、图像和动画这几类媒体形式传递信息和呈现知识内容。
二、如何界分图形图像
图形图像是两种不同的视觉表现形式，两者有时很混淆很难去区分，一幅作品中有时既有图形又有图像。中国传统的图形概念与现代设计中的图形概念存在一定的差别。传统的图形概念是指由绘、写、刻、印等手段产生的图画记号，是区别于文字、词语、语言的视觉形式，可以通过各种手段进行大量复制，但它不能涵盖现代设计中“图形”概念的全部。
在设计中图形的定义是：图形是介于文字与美术之间的视觉传达形式，是人们借助于想象力而创造的一种能够完成信息传达的视觉语言。图形主要是抽象上的，是矢量图以函数形式定义了各种线条，这种画面比较单一和简明，能体现更为本质的东西，但是忽略了很多细节。图形作为一种符号传播形式语言，其视觉语义的构建基于形的再造与确立。
图像则指的是一个被再创或是复制的视觉，是首创或是先前保存中抽离出来的模样。每一个图像都体现了一种看法，纵使是照片也如此。图像和图形有着一定的关系，图像中含有图形的元素，而这里的图形则着重强调形状，主要是指图像中的构图形状。
三、读图时代对图形图像在多媒体中存在和传播的影响
1.所谓“读图”
所谓“读图”是人们对以图形图像为主题的媒体的爱好。信息传播是一种大众传播，他必须运用简练和通俗的方式来满足广大受众的接受能力。读图时代并不只是用图像作为视觉符号来吸引受众，它更具有自己独特的传播功能，图像实现了视觉的真实延伸，具有强大的真实感；画面富有感染力，在传播信息的同时唤起了读者的情感力量；图像色彩鲜艳、形象生动，增强了吸引力；以视觉力量与文字互补，扩大了读者的认识视野。超越了文字的界限，没有语言限制使得传播更为便捷。
2.读图时代对图形图像在多媒体中传播的影响
媒体的视觉化在不断的加强，电视为人们提供更具视觉效果的画面，满足人们对信息和娱乐的需求，电影越来越注重视觉效果的营造，为人们带来不同的视觉享受和视觉冲击。报纸、杂志这些以文字传播为主题的大众媒体也开始趋于视觉化，如报纸中一再扩充新闻图片的比例，更注重板式规格的要求。书刊杂志不断地追求装帧的精美、增加大量的插图，有些书刊甚至出现图文倒置的情况。在互联网中也是着重加大图形图像的比例，为了浏览者更好的视觉体验，各大网页网站更加注重页面的板式布局，对图形图像的设计也是要求严格。读图时代的来临促成了视觉文化的产生，视觉文化是以影像和图形图像占据主导地位的文化形态，不仅改变了人们接受信息的方式，还影响着人们的思维方式。让人们认为图像表达比文字更加直观和生动。
参考文献
计算机视觉的概念篇6
关键词：知识可视化；信息可视化；理论基础；教育教学
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1009-3044(2008)32-1169-02
thetheoreticalofKnowledgeVisualizationanditsapplicationinteaching
LURui1,wUYu-qin2
(1.wuhanUniversity,ComputerCollege,wuhan430072,China;2.ningdeteachersCollege,ningde443100,China)
abstract:thispaperfocusonthedevelopmentofknowledgevisualizationandanalysisthetheoreticalbasisaboutit.thetargetandmethodinthehowtovisualizationtobeconcerned.weusetheconceptmapintheteachingtohelpstudentsunderstandtheknowledge,andgiveteacherareferencetohelpthespreadandinnovationofknowledge.
Keywords:KnowledgeVisualization;informationVisualization;theoreticalbasis;teaching
1知识可视化的概念
人们在认识事物的过程中大脑主要用于处理和分析视觉图像。与文本比较，大脑处理图像比处理文本具有更大的优势。基于人们认知过程中对图像等相关信息的敏感性，在20世纪八十年代，美国国家自然科学基金会（nationalScienceFoundation,简称nSF）首先提出了科学计算可视化（VisualizationinScientificComputing）的概念，其目的是将日益增多的海量科学计算数据通过可视化的方法表现出来，以便于被人们利用和理解。数据可视化（DataVisualization）将可视化对象由科学数据进一步拓展到工程数据和测量数据的可视化，现代的数据可视化技术指的是应用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。信息可视化（informationVisualization）主要考虑对非空间数据的可视化。随着社会信息化的发展和网络技术的不断推进，信息源越来越庞大，人们迫切需要在海量信息中去发现信息之间的关联和发展趋势。Cardetal.将信息可视化定义为：“使用计算机支持的、交互式的视觉表示法，对抽象数据进行表示，以增强认知。”
eppler,m.J.&Burkand,R.a.(2004)认为：知识可视化（KnowledgeVisualization）是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来的新兴研究领域，应用视觉描述，促进群体知识的传播和创新。一般来讲，知识可视化研究领域研究的是视觉描述在提高两个或两个以上人之间的知识传播和创新中的作用。这样一来，知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解（insights）、经验（experiences）、态度（attitudes）、价值观（Values）、期望（expectations）、观点（perspectives）、意见（opinions）和预测（predictions）等，并以这种方式帮助他人正确的重构、记忆和应用这些知识。
知识可视化的形式复杂多样，有概念图表、交互的视觉隐喻、知识地图、思维导图等。根据他们的内容，接受者捕捉的不只是描述的事实或者数据，还有里面本身包含的理解、规律和关系。根据他们的形式，知识可视化依赖间接的交流来激发接受者对浏览图片的认识，刺激他们对图片的完整理解。
2知识可视化的理论基础与实质
知识可视化基于人们认知过程中对图像的敏感性而提出，其主要目的是促进人与人之间的知识传播。而对于知识可视化的理论基础，北京师范大学知识工程研究所的赵国庆老师等在国内最早提出了以双重编码理论为知识可视化的理论基础[1]。双重编码理论的一个重要原则是：同时以视觉形式和语言形式呈现信息能够增强记忆和识别。该理论认为，语言系统直接处理语言的输入和输出（以书写和演讲的形式），同时充当非语言对象、事件和行为的符号功能，任何表征理论都必须符合这一二重性。该理论假设两个认知子系统，一个专门用于表征和处理非语言对象（如表象），另一个则专门用于处理语言对象。同时还假定有两个不同类型的表征单元：imagens和logogens，imagens用于表征心里图像，logogens用于表征语言实体。logogens是以关联层次的形式组成的，而imgeans是以部分-整体关系组织的。双重编码理论定义了三种类型的加工：1)表征性的，语言和非语言的直接激活；2)调用性的，通过非语言系统及或语言系统或反过来通过语言系统及或非语言系统；3)联合加工，在语言系统内部或非语言系统内部的表征的激活。一个任务可能需要三种加工中的一种和全部。从双重编码的理论可以看出，知识可视化降知识以图解的方式表示出来，为基于语言的理解提供了良好的辅助和补充，大大降低了语言通道的认知负荷，加速了思维的发生。而在最近的研究过程中，徐州师范大学的王朝云老师等提出了“经验之塔”是知识可视化理论基础的认识[2]。该理论将学习经验抽象为做的经验（doing）、观察的经验（observing）、抽象的经验（symbolizing）和学习经验的视觉隐喻（visualmetaphoroflearningexperience），其中做的经验在人的学习和认知过程中处于最基础的地位，而学习经验的视觉隐喻由于其固有的抽象性处于金字塔的塔尖。
“金字塔理论”专注于从可视化的角度理解和解释知识以及将知识图示化和图表化这一过程的思维和动机，强调了将知识可视化的过程作为人们认知过程中金字塔的形成的过程。而赵国庆老师等主要从认知科学的角度从更广义的角度提出了对知识可视化的理解，不仅强调了知识可视化过程中可视化知识的生成过程，更强调了这些生成的知识与人交互过程中同人们的认知过程的协调和相互作用，体现了人-人交互的认知本质。知识可视化的本质是将内隐知识或隐形知识外显化，将外显知识生动化。而无论是知识的外显或知识的生动表示，均是为了更好的促进人们对知识的认识，这一认知过程不仅不仅包含了我们将抽象的知识可视化的过程，更重要的是要考虑如何将知识可视化，以及可视化为何种形式和内容以便于更好的让人们理解和学习，最终促进知识的传播。
对于知识可视化的构造者而言，需要依据认知心理学、人工智能等相关领域的知识确定对知识的表征，并基于知识的表征去联系计算机图形学考虑如何将知识表征用计算机和网络技术加以表示，形成能够被更多人接受的知识载体。而对于知识获取者而言，需要对表征知识的载体形式能够有一些了解，并能够在此基础上加工，形成自己的知识并能够创造新的知识。由于不同人的认知水平和认知过程的不同，以及知识可视化传播过程中人们对知识的理解和创新的方向不同，在知识的传播过程中必将更好的发挥知识可视化的优势，不断将知识变的外显化，更容易被人们理解。
3知识可视化的研究框架
为了更好的促进知识的有效传播和创新，我们应该从如下几个角度考虑知识可视化的实现过程：1)区分知识类型，从知识管理文献的角度将知识区分为描述知识、程序知识、经验知识、定位知识、个体知识中的一种，并依据知识的具体内容将知识区分为图表表示、图像表示、视频表示、多媒体表示等不同的表示方式；2)确定知识接受者的水平和目的，并选取合适的可视化知识载体形式。例如针对小学生对各类知识的认识，我们主要考虑以多媒体和图像等容易被儿童认识和接受的手段实现对相关知识的可视化；对于青少年学生，我们除了利用图像和多媒体手段外，我们也可以引入图表分析和分析过程图示透析等方法让学生能够从推理过程等方面更好的理解和应用所学知识；而对于成年人，我们除了要考虑它们的只是水平和知识范围之外，同样要考虑知识的趣味性和易懂性去考虑知识的组织和可视化的实现；3)结合计算机知识和人工智能知识确定知识可视化的数据结构和形式，并通过机器实现可视化；4)在知识传播过程中反馈信息并不断改进，以更好地被知识接受者理解和创新。知识可视化的内容依据不同的知识受众群体而在传播过程中有很大的差异，需要我们在知识可视化过程中关注知识的过程中更多的考虑其中的人―人交互，更好的促进知识的传播。
4知识可视化与信息技术发展
知识可视化技术的发展，离不开现代信息技术的飞速发展，同时也为信息技术的应用和推广提供了更为广阔的空间。通过人工智能手段去促进和推动知识特征的提取和知识再现，以及在此基础上利用数据挖掘等多种手段促进知识传播过程中的有效性和高效性的实现，都是信息技术在知识可视化和知识传播过程中的宝贵应用。同时，知识可视化的过程本身也为信息技术这一类知识的传播提供了更加有效的手段，只有充分利用信息可视化的基础，充分利用知识本身的特点和条件，积极推进电化教育等教育技术手段的革新，不断开拓视野，提高知识传播效率，才能更为有效的促进知识与信息技术的融合，提高知识可视化的利用效率，拓宽知识可视化的利用范围。
5知识可视化的在教育教学中应用
知识可视化在现在的应用中主要有概念图、知识导图等方式，以便于只是受众能够通过对概念的理解建立自己的认知思路和过程，并通过概念图的分析理解概念的结构层次和关系。下面以概念图在授课中的应用简要分析其在教育教学中的应用：1)学生预习相关内容并找出相关的概念，根据自己的理解描述概念之间的联系；2)讲授课程内容，并结合相关内容特别提示课程内容中的相关概念；3)学生根据上课所讲授内容以及自己对课程内容的理解，构建相关内容的概念图；4)让学生之间互相交流他们对所学内容的理解和认识；5)以一个或几个有代表性的学生所画概念图为基础，教师讲解对概念的理解，并鼓励学生表述自己的理解，拓展学生的发散思维；6)不断在复习等阶段应用上述方法去体会和理解课程中的概念，建立对整个课程的理解和认识，把握课程的整体框架。教师在应用概念图引导学生掌握知识框架的过程中，不断总结和分析学生概念图的特点，并结合学生认知特点不断改进方法，引导学生更好的理解和掌握课程知识。
6总结
知识可视化应用视觉表征手段，促进知识的传播和创新。其理论基础是人们在知识认知过程中对图形图像的敏感性。我们在知识可视化的过程中不仅要关注知识本身的内容以及知识表现形式，同样要考虑知识受众群体的差异而提供有效的知识传播手段和方法，促进知识的传播和创新。
参考文献：
计算机视觉的概念篇7
概念图和思维导图是知识可视化在计算机中应用的两个典型案例。通过一些既定的软件就可以进行概念图或思维导图的制作。知识可视化在计算机中的应用要遵循一定的原则，其具体应用策略如下:
1．1利用知识可视化提高学生的记忆力
记忆力是学生学习中的核心能力。记忆力的强弱往往决定了其分析问题和解决问题的效果。因此知识可视化应以提高学生的记忆力为重点。实现这一过程主要分为三个部分，第一:通过视觉隐喻的手段将知识进行组块化，增强现有视觉要素与新要素之间的联系，方便学生记忆。第二:构建属性图对知识进行组块化，实现知识的合理分类，以便于学生进行统一记忆和分段记忆。这种方式使知识的视觉化更加一目了然，有利于提高可视化的效率。
1．2利用知识可视化促进计算机知识的传递
快速准确的计算机知识传递是提高教学效率的关键。而利用知识可视化可以有效的促进计算机知识的传递。其中主要包括正式传递方式、非正式传递方式以及有针对性的传递方式等。其中，正式的知识可视化传递方式主要是指教师在课堂教学中的知识传递，这种传递方式更直接，使学生能够快速获取有效信息;同时非正式可视化也很重要，主要包括学生之间的微博、论坛等交流方式。这种知识传递更加自由，不受时间的限制，因此比较适合隐性知识的传递。同时，传递隐性知识的另外一个重要手段就是有针对性的传递，在这种模式下，计算机教师对学生的知识水平能够准确把握，在知识传递中可以采取选择性的传递。思维导图的建立更加符合学生自身的特点，这样学生能够同时掌握显性知识和隐性知识，有利于提高计算机知识的传递，提高效率。
1．3利用知识可视化实现知识结构的重建
完成知识重建是学获得知识的关键，也使知识可视化的目的。这是因为，只有在接收知识载体后，对知识进行重建，才能够真正获得知识。实现知识结构的重建具有一定的方法。首先:可以通过师生或学生之间的互助协作来完成知识结构的重建。这样能够弥补互相之间的不足，使知识的重新构建过程更加全面。小组讨论，小组合作都是这一过程实现的重要手段，通过讨论结合大家的意见最终确立的知识重建会更加准确。其次:计算机教师应不断鼓励学生进行知识可视化，将学生自身的能力、兴趣与可视化方法结合起来，实现知识可视化的针对性。这样也有利于培养学生的探索思维，使他们敢于对存在疑问的知识体系提出质疑，有利于提高知识重建的效率。最后:学生在通过知识的重新构建获得显性知识外，还应不断的探索和挖掘其中的隐性知识，扩大知识可视化的范围，最终实现计算机学习效率的提高。
2．总结
计算机视觉的概念篇8
关键词：工业设计，虚拟现实技术，计算机
0.前言
新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。
1.虚拟现实的定义
虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。
2.虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用
（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用
通过结合虚拟现实技术的web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。
（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用
在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。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，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户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。
（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用
详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。
（4）虚拟制造
虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。
虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。
（5）虚拟评价和测试
在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。
3.结束语
正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。
参考文献：
[1]张立群.计算机辅助工业设计[m].上海：上海人民出版社，2003
[2]鲁晓波，覃京燕等.计算机辅助工业设计[m].北京：高等教育出版社，2007
计算机视觉的概念篇9
一、要重视空间概念的形成
从数到形的转变，从平面到空间的概念转化，是一个很大的认识跨越，必须有一个逐步的培养过程．
1.利用实物模型等手段进行直观教学
运用实物模型进行直观教学，使学生在头脑里形成空间观念的整体形象，一维、二维图形与实物形状和人的视觉形象基本一致，因此，平面几何的直观能力较易为学生所掌握．三维空间的实物画在二维平面上，图形、实物和人的视觉形成不完全一致，空间形状的直观想象便变得特别困难．在数学教学中，教师要指导学生通过对实物模型的观察、剖析，使空间形式在学生头脑中具体化．这样日积月累，就能逐步离开实物模型而进行空间形式的思考．例如，在讲授棱柱的概念时，我指导学生对一系列不同的棱柱实物模型进行观察，归纳出这一系列实物模型的共同点，然后得出棱柱的概念．因此，借助实物模型等直观教具进行直观教学，是培养学生空间想象能力不可或缺的有效途径．
2.加强画图能力和识图能力的培养
通过绘画草图或示意图使学生头脑中形成的空间概念“具体化”．空间想象能力是形象思维和逻辑思维交替作用的思维过程，几何语言即几何图形是表达这种思维的最好语言．
例1 一个正三棱锥，其侧棱长为1，且三条侧棱两两垂直，求该正三棱锥的体积．
分析：很多学生会把图形画成图1的形式，结果对解本题带来很大不便．图1的空间图形的位置摆放不利于本题的解答．由题意“三条侧棱两两垂直”，所以可以如图2摆放．
3.研究图形的组成关系及其性质
通过深入了解空间形式的内部结构和特征，从复杂的图形中“取得”基本图形，进而分析其中的基本图形和基本元素之间的关系．
例2 如图3，aBC-a1B1C1是直三棱柱，∠BCa=90°，点D、e分别是a1B1、a1C1的中点，若BC=aC=CC1，求异面直线BD与ae所成角的余弦值．
分析：要求异面直线BD与ae所成角的余弦值，就必须清楚直三棱柱的内部结构，可以取BC中点F，连接eF，连接De、aF，在aeF中求∠aeF的余弦值．
二、掌握空间形式的表达方法
1.用常规作图工具
人们为学习、生活、工作的需要，根据人们的视觉规律将空间图形表达成各种平面图形．例如绘“正方体”直观图，要求学生在掌握如何作平面图形的基础上进一步掌握立体图形的作图方法．
例3 在棱长为a的正方体aC1中，点e、F分别是aB、BC的中点，求截面a1eF的面积．
分析：画出正方体的直观图，如图4，求出截面a1eF的三条边长．
2.计算机辅助教学
计算机视觉的概念篇10
关键词：Cmaptools知识可视化视觉表征自主学习信息加工
中图分类号：G434文献标识码：a文章编号：1674-2117（2014）02-0057-02
1引言
读图时代，我们的整个世界变成了一个视觉化的世界，在历史长河中，人类用图式的方法记录着知识，也就是说将知识转化成可视化的图形，促进知识的传播和创新，为后代留下了宝贵的财富。图像语言的直观形象和贴近现实的优势，成为沟通过去、现在和未来社会生活的桥梁。“从形式上看，直观的表现形态，让人们运用感性的视知觉思维就能把握；从内容上看，贴近真实的场景再现，让人们将过去或未来与现实的真实场景相联系，从而摆脱陌生感和抗拒心。无论内外，图像语言都凭借其突出的表现优势，方便人们感觉和接受。”[1]DavidH.Jonassen曾经在“technologyasCognitivetools：LearnersasDesigners”这篇文章中提到“technologiesasconveyorsofinformationhavebeenusedforcenturiesto
"teach"studentsbypresentingprescribedinformationtothemwhichtheyareobligatedto"learn."”[2]作为知识可视化的一种教学工具，它对于信息技术课程的教学具有重要的参考价值。
2概念图概述
概念图（Conceptmap）是美国Cornell大学教育系的JosephD.novak教授于1984年根据Davidp.ausubel的有意义学习理论首次提出的一种教学技术。JosephD.novak博士将概念图定义为：使用节点代表概念，使用连线表示概念间关系的知识组织和表征工具[3]。从定义上可以清楚地看出，概念图是一种知识的组织和表征工具，这种工具的特征包括：图示化、突出概念、突出概念之间的关系、突出概念之间的层次。图示化，也就是将概念之间的关系非线性化，是其与其他知识表征工具（如线性文本）的最大不同[4]。Cmaptools工具作为知识可视化视觉表征之一，以层级的方式呈现概念，是表示概念和概念之间关系的网络结构图。
3Cmaptools在教学中的具体应
用
3.1作为教学辅助工具，开拓全新的授课形式
传统教学中，教师的教学设计总是在备课本上完成，这样即耗时间，对课堂教学效果也不大。如果教师利用概念图软件将自己对整个教学过程的设计都用图示的方式表现出来，既可以有效进行教学反思，也能够及时进行改进，灵活性较大。在高中信息技术课程中，Cmaptools提供了一种协作学习的机制，能够满足多用户并发编辑的概念图软件，同时也可以看到参与者的实时操作过程。在这个过程中参与者不断地反思和修改，产生创意，最终完成概念图的制作，提升了参与者发现问题和解决问题的能力。
3.2作为教学评价工具，革新教师的评价方式
概念图软件Cmaptools可以被用来进行小组合作学习，这样小组成员所付出的努力和想法都会记录在这里，那么教师就可以根据这一项内容对学生进行过程性评价；在课堂教学之前，让学生回忆上次的学习内容并以图示方式呈现在软件中，这样可以测定学习者对已有知识的掌握程度。在课堂教学结束后，教师可以让学生学会自己制作Cmaptools概念图，这样学生在制作的过程中也是对知识的回顾、分析、再次加工和完善，学习者的逻辑思维和创新思维能力也会大大提升。
3.3作为学习管理工具，有效整合学科知识
生活在信息爆炸时代的数字土著，伴随着科技的迅速发展而成长，他们的学习科目越来越多，导致学生无法及时有效地管理自己的知识，并能从记忆库中快速地提取出来。有了Cmaptools软件，学生就可以将知识根据自己的兴趣爱好和记忆规律进行归类存档，根据学科间的联系进行有效整合，提高学习效率。
4Cmaptools教学实例分析
4.1教材分析
为进一步检验Cmaptools概念图软件在实际教学中发挥的作用和实施的具体步骤，笔者在浙江省金华市第五高级中学高一年级1班进行为期三个月的教学实践，使用的教材是普通高中课程标准试验教科书，信息技术选修2《多媒体技术应用》，下面是以第一章教学内容为例利用Cmaptools软件作为辅助工具进行1课时的课堂教学记录。第一章多媒体技术与社会生活的第一小结走进多媒体世界。了解多媒体技术，学习它的使用方法，已成为我们中学生必须掌握的一项基本技能。通过本章的学习，学生将会了解到什么是多媒体技术，多媒体技术有哪些特征，以及它的用途和发展前景[5]。
4.2教学对象
授课对象为浙江省金华市第五高级中学高一年级1班。学生经过一学期信息技术必修课的学习和之前初中的信息技术学习对媒体有一定的了解，并且掌握了基本的计算机操作技能。
4.3教学方法
讲解与演示，观察与思考相结合；任务驱动下的学生自主学习；教学辅助网站。
4.4教学目标
4.4.1知识与技能：了解多媒体技术的概念及其特征；熟悉常见多媒体计算机中的硬件设备和软件工具；认识多媒体技术在社会实践中的运用。
4.4.2过程与方法：学会使用Cmaptools软件制作概念图
4.4.3情感态度与价值观：增强学生对教学、文化娱乐和生活实践中所运用的多媒体产品的认识；培养学生对多媒体技术的兴趣；培养学生协作学习的能力。
4.5教学环境
4.5.1硬件环境：多媒体网络教室，投影仪。
4.5.2软件环境：计算机装有Cmaptools概念图软件，教学互动平台（具有发帖，共享文件的功能）。
4.6教学过程
4.6.1教师向学生展示本章的知识导航，教师提前做好概念图，如图所示。
师：教师提出问题：课堂上呈现出来的知识导航图跟传统课堂的导航有什么区别？
生：学生短暂思考并给出自己的答案，提交到教学互动平台上。
师：教师与学生一起分析答案（通过比较式学习，调动学生进行观察和思考的积极性）。教师引导学生打开Cmaptools软件，介绍给学生最基本的菜单栏选项，能制作简单的概念图。
4.6.2媒体、多媒体的概念
生：让学生练一练，利用网络工具，了解有关多媒体的概念，做出总结。并利用Cmaptools软件把自己找到的信息做成网状结构，分小组进行讨论、评价，最后将概念图呈现在教学互动论坛上。每个小组成员为其他小组的概念图进行发帖评价并给出得分。
师：教师提出媒体和多媒体的概念，媒体在计算机领域有两种含义：一是指存储信息的实体，如磁带、磁盘和光盘等；二是指承载信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像等。多媒体是指多种媒体的相互参透和有机组合。
4.6.3多媒体技术特征
师：在以上内容的前提下教师提出多媒体技术的概念，是指以计算机为平台综合处理多种媒体信息，如文本、图形、图像、声音、动画和视频，在多种媒体之间建立其逻辑连接，并具有人际交互功能的集成系统。根据多媒体技术的定义，我们可以清楚地看到它有三个显著的特征。教师将这三个特征依次向学生讲述。
生：学生以小组的形式分别为这三个特征例举实例，在教学互动平台上展现出来。
4.7教学反思
本课的教学有几个特点：一是上课之前通过问卷和访谈对学生的信息技术水平做了详细了解，在设置问题上基本符合学生认知特点。二是教学互动平台的应用，在网站的设计上加入动态的互动效果，学生参与的积极性比较高。三是在软件的学习上由简到难，逐渐深入。在教学过程中，教师及时给予学生正向反馈，引导学生有效学习课堂内容，管理自己的知识，让学习发生在课堂内外，普及多媒体技术知识和用途。不足：由于学生之间信息技术操作技能有差异，所以在协作式学习和讨论式学习的过程中不能很好地掌控时间，因此不能确保每个学生都能理解本节课的内容和掌握相应的技能。
5结论
将Cmaptools应用在信息技术课程的教学中，给一线教师带来了不一样的教学体验，软件本身就是通过视觉表征形式用来传递知识，在知识传递的过程中进行思维的碰撞从而形成知识的创新和重组。Cmaptools是学生自主学习的一种方法，构建出一个网状的知识结构图，直观地呈现出知识之间、概念之间的逻辑关系。Cmaptools是教师的一种教学策略，打破教师传统的教学模式，作为辅助工具、教学工具、评价工具，开拓了全新的授课形式和评价方式。有效帮助学生对学习内容进行意义建构，让学生在做中学，激发了学生学习的主动性，提高了学生的创新思维能力和动手操作能力。但在实际的教学应用中依然存在不足，比如，它和其他的概念图软件相比优势是什么，如何与学科进行有效整合，仍需要我们继续探究。
（浙江师范大学教师教育学院，浙江金华321004）
参考文献：
[1]张舒予.视觉文化概论[m].江苏：江苏人民出版社，2003：154.
[2]DavidH.Jonassen.technologyasCognitivetools：LearnersasDesigners[J].instructionalSystemsprogrampennsylvaniaStateUniversity.269ChambersBuildingUniversitypark，pa16802-3206.
[3]novakJD，GowinDB.LearningHowtoLearn[m].London：CambridgeUniversitypress，1984：1-56.
[4]赵国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012，（5）：78-84.
[5]陶增乐.多媒体技术应用[m].浙江：浙江教育出版社，2004：1-21.