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人机交互论文范文1
时代在发展，科技在进步，护理人员的自身素养如何跟上时代的脚步?这是我们急需探索的一个课题。从实际来看，护理人员知识面偏窄、能力不足等问题越来越突出。这与目前的继续教育的方式单一、内容单调等有关，说明其效果不是十分理想。
针对上述问题，笔者就如何对护理人员进行继续教育进行了较长时期的实践与探索，现报告如下。
1继续教育的必要性
1.1缺乏系统的学习护理人员原有的知识已陈旧化，在日益更新的护理方式、新技术、新药品、新手术等面前，显得束手无枣，无能为力。因而护理人员急需充电，用新的知识来解决不断遇到的新问题。
1.2护理科技的日益进步当今已是21世纪初，正是世界总体科技大幅度发展的阶段。护理科技的发展同样一日千里，由此而生发的护理理论层出不穷。如果不抓紧学习，终将被淘汰出局。
1.3护理成果的不断涌现纵观国内外护理界，研究成果叠出，其中不乏优秀者。如何将这些成果推广，并在实践中运用?首先要对它们进行研读、吸收，然后应用，做到资源共享。
1.4护理经验的总结护理人员自己的经验教训需要在理论指导下总结，每位护理人员走过了几年、十几年甚至几十年的护理之路，有经验也有教训。要将它们进行总结，必须借助于全面而不断充实更新的护理理论，因而必须进行系统学习。
2继续教育的方式
2.1学历性进修这是普遍采用的进修方式，目的是通过此种进修，将基础知识学深学透，同时将护理学历提高到大学本科或专科。但应清醒地看到学历性进修只是一个方面。完成了学历性进修不等于要把学习束之高阁，而必须参加其它方式的继续教育学习。
2.2非学历性进修这主要指各类短期培训班、研讨班等。非学历性进修相比学历性进修最大的特点有这么几个:一是专题性，短期培训不可能涉及到方方面面，只能围绕一个专题展开;二是速效性，短期培训往往以突击培训的方式，时间短，效果显著。我们应该重视这种非学历性的学习，可以把它作为学历性进修的补充与延伸。
2.3专题研究这是目前护理人员比较忽略的方面，这源于认识上的偏差，认为专题研究只是科学研究人员与专家的事，不属于自己的范畴。殊不知，护理人员进行专题研究有着其他人所没有的得天独厚的条件，就是她们处于长期的实践之中，天天都遇到新的问题，天天又寻求解决这些问题的方法，这就是专题研究的厚实基础。专题研究需要护理人员在实践中发现课题，然后学习理论，将理论用之于实践，进行课题的研究活动，最后得出结论，并将课题成果推广。这既是一种相当见效的继续学习教育方式，又将学习、工作和科研有机地结合起来，达到了一箭三雕的效果。
2.4讲座性学习讲座性学习分2个方面―――听别人的讲座与自己作讲座。听专家的讲座，这是一种知识的吸收，这是极为有效的学习形式。自己作讲座是自己的经验、成果等知识的输出，不仅使其资源为大家共享，而且由于准备一个讲座，自己必须把自己的护理经验、见解等在理论高度上进行总结，也属于主动进行继续教育学习的过程。当然护理人员作讲座可以根据适用范围，合理安排听众。
2.5科室性学习因医院的专业性很强，故科室性的学习十分必要，也有条件。科室学习应定期进行，除值班人员外，其余人员应全部参加，主讲人员可以请医生或年资高有经验的护理人员，也可以请在某些方面有专长的其他人员，还可以根据自己科室的需要进行安排。同时可以阅读护理杂志，了解最新的护理动态。
3继续教育的管理
3.1建立档案建立继续教育的档案是非常必要的，也是进行此类管理的有效措施。在科室中要记载每次学习的内容，护理人员参加学习的次数与时间，有条件者可以让护士在签名册上签名。在医院组织的学习中，同样应有记载。外出的继续教育应有学习体会或回来后组织有关护理人员学习，这样能起到督促学习的作用。继续教育档案可作为护士年度考核、晋升的必备资料。
3.2定期检查在规定的期限内（季度、半年或一年）对护理人员的继续教育要进行检查并予以总结。应把检查的情况记录在案备查。没有完成继续教育的通知其本人，督促其完成。
3.3奖惩措施在继续教育中规定奖惩制度、落实奖惩措施也是十分必要的，这样能保持继续学习的长效及有序进行。对积极参加学习的并取得一定成果的根据医院的具体情况，可给予精神奖励或物质奖励;对于参加不够认真者，予以适当的批评;对于长期不参加继续教育学习又无特殊原因的，予以适当的处理。
人机交互论文范文2
首先通过对基于区域分析的指尖检测算法的介绍和研究，并验证了该算法的有效性。然后介绍了增强现实技术以及增强现实中的人机交互，并把指尖检测算法应用到增强现实系统中，通过实验能够很好的识别指尖与虚拟对象的交互区域并实时反馈交互结果，证实了该算法在增强现实系统中的可行性。
【关键词】区域分析 指尖检测 增强现实 交互应用
1 基于区域分析的指尖检测算法
1.1 改进的图像差分算法
在传统的邻帧差法主要是通过前后两帧的灰度值来检测图像中变化的区域，这种算法在目标运动并且背景静止的情况下是很有效果的，但是当目标停止运动时邻帧差法就会失效。而背景消减法主要是通过把当前帧和参考图像相消减来获取静止的目标物体。所以能否准确分割的关键取决于如何选择与更新参考图像。
1.2 指尖的检测识别
1.2.1 指尖模型
指尖模型包括二维模型和空间三维模型。空间三维手指模型可以通过提供详尽的建模使得后面的手势识别有很高的精确度。但是手指动作随时都在变化，手指的空间三维模型还是很复杂而且实时计算代价很高，所以我们通过利用指尖二维平面位置检测法来解决以上问题。
通过对手指在二维平面上各种动作的观察，我们发现在手指运动并且变换各种动作时其指尖形变部位相对较小，所以我们可以把指尖的状态看做是一个圆和一组平行线的组合。基于这种情况，我们设计一个模型作为指尖模板，如图1所示。在图中，d表示的时手指的宽度，这个宽度由摄像头和手指之间的距离来确定。
如果在二值化后，前景图像中的目标是1，背景是0的话，我们可以看到在指尖区域有两个特点：
（1）在指尖的中心被一个圆包围，这个圆是由一圈圈像素填充所绕成的，其半径可以定义成手指的宽度；
（2）如图1所示，在圆外的特定搜索区域内，指尖部分是被0像素和连续的1像素所包围。
根据形状匹配思想，主要是通过按一个度量标准来对比匹配的物体间的相似程度来进行形状匹配。根据这个思想，如果要想对某一模式进行识别，那么就要先准备好与之相对应的模板。因为考虑到要识别的模式其大小、方向等外部特征会发生改变的可能，所以需要对于每一种变化后的模式都要有对应的模板，这样才能保证真确识别。因为指尖会有各自动作变化或者会有部分被遮挡，而且不同人的手指也存在大大小小的不同，所以我们采用的指尖模板要能够伸缩、平移以及保证旋转时不变。
1.2.2 指尖检测
因为摄像头和人手之间的距离一般都是相对固定了，所以我们将手指宽度设定为5和15之间，通过一些实验，结果表明这个值的设定对于大多手指都是适用的。在搜索区域中，其边长相比于手指直径，一般都要大两到三个像素。如果这个边长的值设置的比较大，那么计算代价就会比较大，这样就会导致检测的精度不够高。公式1.4中的Max和Min是对前景像素在搜索区域方向上个数的限制，一般来说Min的值等同于手指宽度d，Max为Min的两倍。
结合上述内容，一个像素点只有同时满足三个条件，才可以被判断为指尖。这三个条件如下：
（1）在这个像素点得周围区域里的前景像素一定要达到一定数量。
（2）在以这个像素点为中心的搜索区域边界上的前景像素和背景像素各自的比例一定要合适。
（3）在搜索区域边界上的前景像素一定要能够直接连通。
1.2.3 指尖检测实验结果与分析
在实验中，我们通过手指在投影墙壁上移动来测试以上算法能否准备检测出指尖位置。在开始的时候，我们将背景设置为蓝色，手指进入背景后缓缓移动，我们可以检测到指尖位置，用黑色的十字叉将其表示出来。
当我们将背景从蓝色变换成白色时，这时因为起始设置的蓝色背景图没有来得及迅速更新，这时就会导致前景分割出现错误，当白色的背景稳定后，设置的背景图片进行更换后，就可以检测出之间的位置，如图3所示。
2 增强现实中的人机交互判定与反馈
与虚拟对象交互的判定以及虚拟对象对用户的反馈是交互模块中主要实现的功能，也是系统中手指虚实交互的最后一个环节。
当过以上指尖定位算法，我们能够比较精确地检测出指尖的位置，可以得到指尖与虚拟对象交互的有效区域，这个交互区域也就是指尖和虚拟对象相交的区域。再通过坐标转换，将交互区域的二维坐标转换为空间三维坐标。我们通过设定一个处理动作触发的时间来对指尖动作进行判定，一般这个触发时间是在0.5秒到一秒之间。当指尖的触发时间在设定的时间之内并且指尖位置没有很大变化的时候，就判定指尖对虚拟对象进行了触发动作，通过程序处理，虚拟对象会根据指尖的动作做出相应地反馈。
3 基于区域分析的指尖检测算法在AR系统中的应用
通过实验验证，利用基于区域分析的指尖检测算法在大多情况下能够准确地检测出指尖的位置，从而有效的判断了手指与虚拟对象的交互区域。实验运行结果如下：图4所示为系统识别标识物呈现出来的虚拟对象，人手指点击虚拟对象的边角并且拖动后，图5为手指点击并拖动后的交互效果。
4 结束语
手势作为一种直观的动作表示，在人机交互中有着无可比拟的优势，目前也是模式识别、计算机视觉等组多领域的研究热点。但是目前的算法还是有诸多不足，包括本文介绍的基于区域分析的指尖检测算法，也会出现一些误检情况。随着人们研究的深入，一定会有更加高效的算法。通过高效的指尖检测算法，未来的AR系统的交互将更加的实时、准确，也会促进AR技术的高速发展。
参考文献
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[3]罗颖.基于增强现实的交互界面设计研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2012（5）.
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[6]李可歆.手持设备上基于增强现实的虚实交互技术的研究与应用，青岛大学硕士学位论文[D]，2010（6）.
[7]梅萍华.基于手势的人机交互和指尖检测算法的研究[D].中国科技大学硕士学位论文，2010.
[8]颜浩.增强现实系统的人机交互技术研究与应用[D].青岛大学硕士学位论文，2011.
作者简介
周锋（1987-），男，江苏省泗洪人。硕士研究生学历。主要研究方向为计算机监控，模式识别。
人机交互论文范文3
论文关键词：初中数学，信息技术，整合运用，效果
在知识更新、信息爆炸、科学技术迅速发展的今天，数学教学工具有了划时代的突破，数学教学从单一的教学逐步入声、图共存的多媒体教学时代。计算机网络技术和多媒体技术以不可阻挡之势快速走进中学数学课堂教学领域，它必将改变课堂教学的模式、课堂教学手段，促进教师教育思想的转变和教育观念的更新。下面根据数学教学中的实践经验，谈谈初中数学教学中多媒体教学的几点尝试。 一、巧借信息技术的交互性，激发学生学习数学的兴趣和充分体现学生的主体作用 1、人机交互是多媒体计算机的显著特点，多媒体计算机可以产生出一种新的图文声色并茂的、感染力强的人机交互方式，而且可以立即反馈。这种交互方式对于数学教学过程具有重要意义，它能有效地激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，因而形成学习动机。 2、人机交互有利于发挥学生的主体作用，有利于激发学生自主学习的积极性。传统的数学教学，教师是主宰，学生是配角，从教学摘要论文开题报告范文。 三、巧借信息技术的丰富资源，培养学生的创新精神和发现式学习 信息技术的丰富资源，能为数学教学提供并展示各种所需的资料，包括文字，声音，图片，视频等，能创设、模拟各种与教学内容相适应的情境，为所有学生提供探索复杂问题、多角度理解数学思想的机会，开阔学生数学探索的视野。比如初三几何“探究性活动：镶嵌”，可分三个阶段进行。第一阶段为进入问题情景阶段，教师投影“美丽的镶嵌世界”，把学生引进一个五彩缤纷的图案王国之中，并提出探究的各种问题。第二阶段为实践体验阶段，学生利用校园网资料，搜集一些平面镶嵌图案，在教师的启引下效果，由简单到复杂，逐步探究各种问题，并总结规律和归纳结论。第三阶段为表达交流阶段，每组学生把探究成果贴在“我的成果”目录中，互相交流，对比，归纳。特别一提的是，教师提供了边长相等的3—24边正多边形，配上不同颜色，鼓励学生设计一、二个地板的平面镶嵌图，课堂气氛顿时高涨起来，学生经过设计，复制、粘贴、组合，排列出的图案千姿百态，有些图案大出教师意外，很有创意。由此可见丰富的信息资源，开拓了视野，激活了思维，增强了想象，从而培养了学生的创新精神，改变学生学习方式，让学生乐意并有更多的精力投入到现实的探索性的数学活动中去。 总之，信息技术提供了理解、探究教学的平台，使得数学教学更加生动活泼，真正从书本中、课堂上、考试中走出来，回到数学教学的主体上来，而且与其他学科相结合，使得数学知识与其他知识融通起来，进而使学生深刻体会数学的作用与价值，感悟数学的真谛，真正经历数学化的过程，共享学习收获，从中真切地感受数学的优美、力量、统一性。
参考文献：
[1]孔令军、赵红革浅谈数学实验教学数学通报，2004.8
[2]王尚志，初中数学知识应用问题，湖南教育出版社，1999。
[3]金云，数学教学中数学实验的探索，中国现代教育装备，2009.7
人机交互论文范文4
关键词: 多媒体课件教学特点和发展发展趋势
多媒体课件是20世纪90年代随着多媒体技术的发展与CAI相结合的产物,它能同时抓取、处理、编辑、存储、展示不同类型信息媒体,将文字、声音、图像、图形、动画等多媒体进行教学内容的呈现和传递,是为辅助教学而专门设计的计算机程序。多媒体课件应用于教学的优点:速度快、容量大、交互能力强。它能够扩大课堂教学的信息量,提高课堂效率;具有丰富的表现力,有利于知识的获取和保持;良好的交互性有利于激发学生的学习兴趣,发挥其作为认知主体的作用;对教学资源能够有效地进行组织和管理,实现资源共享,有利于扩大教学规模。近年来,越来越多的高科技成果渗透到教育领域,为很多学科提供了发展的空间,多媒体与其它学科结合的新的教学方法的研究越来越多。
对教师来说不仅接触到高科技领域,学习了新知识,而且在教学过程中,可减少示范次数,节省体力,有较多的时间和精力去发现问题,及时纠正错误。同时,教师能从繁重的教案编写中解放出来,一方面可以专心搞科研;另一方面,也有充沛的精力设计出有创意的更多更优秀可以因材施教的课件,使教学质量不断地提高。
1.多媒体的概念
多媒体(Multimedia)是随着科学技术的发展和人们对传播媒体的广泛应用而产生的一个复合术语。从早期教学技术中多媒体优化组合来理解多媒体,是指语言、文字等传统教学媒体和各种电子类现代教学媒体的有机组合。这种结合使相应的单个教学媒体功能互为补充,但各种媒体信息并不能统一为一个整体进行处理和管理。20世纪80年代中后期,多媒体计算机的出现使得多媒体的内涵发生了深刻的变化。今天的多媒体主要是指处理和应用多种媒体信息(如符号、文字、图形、动画、声音、视频、图像等)的一套综合技术。在理论上关于多媒体的定义很多,以下定义能较好地反映多媒体的内涵特征:多媒体是指在计算机的控制下,通过人机交互方式实现同时采集、处理、编辑、存储和展示两种以上不同类型的信息媒体技术,包括:文字、图形、图像、动画、声音等。
2.多媒体课件的概念
计算机能够进行教学是因为在计算机系统中运行了具有教学功能的软件,这种具有教学功能的计算机软件统称为课件(Courseware),它是在一定的学习理论指导下,根据特定的教学目标设计,反映某种教学策略,呈现某种教学内容,指导和控制教学活动的计算机程序。多媒体课件是根据教学大纲的要求和教学的需要,经过严格的教学设计,并以多种媒体的表现方式和超文本结构制作而成的课程软件。多媒体计算机辅助教学软件也称多媒体CAI课件,简称多媒体课件或MCAI课件。我们可以主要从两方面来认识:从技术上讲,多媒体课件主要采用多媒体技术交互处理文、图、声、像等信息媒体,以表现内容的一种计算机软件;从内容上讲,多媒体课件是针对教学目标和教学对象的特点,合理地选取与设计教学信息媒体并进行有机的组合,从而形成优化的教学结构的一种教学系统。
3.多媒体课件的特点
(1)集成性。多媒体计算机系统把多种形式的信息媒体整合在一起,可以进行集中的加工、处理,再综合表示出来。这种对媒体信息的集成性能改善信息的采集、加工、存储和表达的方法,使人们通过各种感官的有机组合获取信息,从而更能吸引人的注意力。
(2)交互性。多媒体计算机系统利用图形菜单、图标、窗口等美观的图形界面作为人机交互界面,利用键盘、鼠标、触摸屏及数据手套等多种方式作为人机之间进行信息交互的接口,使信息的传播和信息的接收之间进行方便的通信和交流,用户可以随意地控制,任意地操作各种媒体。
(3)智能性。多媒体课件不仅仅只是一个呈现者,还应该是能根据学习者的学习过程对其学习效果进行评价,决定学习内容和进度来促进学习。
(4)虚拟化演示和模拟是多媒体中应用的一个重要的方面,虚拟化是未来多媒体发展的一个趋势。
4.多媒体课件的发展趋势
根据多媒体课件的现状和计算机技术的发展,目前多媒体课件大致有以下几个发展方向。
(1)工具化。进行一个多媒体课件的开发,至少需要由教学专家、学科专家、计算机专家等分工协作,共同完成。而在实际工作中,很难组织这样一个彼此协调的团体,且又很难找到一个这样精通各方面的专家。通常是精通教学的不一定懂计算机软件开发,懂计算机软件开发的不一定有教学和具体学科方面的知识,这在很大程度上限制了高质量课件的开发,从而影响了多媒体课件的推广应用。为了从根本上解决这一问题,我们必须加强对教学软件和课件开发工具的研究,因为一个通用型多媒体课件工具软件,不仅可以综合处理包括文本、图形、动画、图像和音响等各种信息,而且对使用者的计算机方面的知识要求不高,使用者只需根据系统的提示输入有关课件结构、教学单元内容、教学管理和教学单元之间的连接等方面的数据,即可生成课件,因而提高了课作制作效率,加快了课件开发进程。依靠课件开发工具的支持,课件的制作就可实现工程化和产业化。国外已有一些著名的开发工具,如Director,Authorware等。
(2)理论化。目前人们愈来愈重视认知学习理论对多媒体课件的指导作用。近年来,随着认知学习理论的普及,人们认识到学生是信息加工的主体,是意识的主动建造者,教师不可能向学生直接灌输知识,必须创建良好的学习环境和理想的交互作用方式以利于学生发挥主动性和创造性。因此,在多媒体课件教学中,“个别化”模式己被打破,因为根据认知学习理论的研究发现,个别化模式确实有利于发挥认知主体的主动性,但就其学习效果来说,往往只对涉及较低级认知能力的学习,目标比较有效,而对涉及较高级认知能力的学习目标则不如“协作型”教学模式。在多媒体课件中学生模型是用于记录学生情况的一种数据结构,是为了使计算机辅助教学在进行教学时能了解所教对象,做到比较有针对性而建立的。传统的学生模型大多数是“知识型”,即只能记录学生的原有知识水平。随着认知学习理论的发展,目前的学生模型己逐渐转向“认知型”,即着重记录学生关于当前所学概念的认知结构与认知能力特点,实现认知模型的学生模型建造。目前这些问题仍处于研究、探索阶段,其关键是要解决认知结构的形式化表示与认知能力的表征及定量测量等问题,解决这些问题是多媒体课件教学在理论上的一个发展方向。
(3)网络化。多媒体课件与计算机网络结合,使每个终端可在远地通过网络从主机的大容量存储器中随时提取教学内容进行学习,并可与计算机交互作用,讨论学习的心得体会。所完成的作业、练习及所提的问题可输入计算机,由网络传送给教师,所有的学习者可在不同的时间内,通过同一学习内容而互相联系,展开讨论,形成交互式学习。因此,它是一种共享各种教学资源、开放的、远距离大面积的交互式教学方式,是一种较理想的多媒体教学系统。随着网络化的模式的出现,多媒体课件教学方式在个别化方式的同时,还呈现出另一个重要特性,即协作化学习。协作化学习是指多个学习者对同一问题用多种不同观点进行的观察、比较、分析、综合等交互活动,这些交互活动是深化问题理解和获得高级认知能力的外部条件。多媒体课件教学中的协作学习,就是能对学习者群体的合作学习进行支持的一种多媒体教学模式,即为学习过程的参与者提供协商讨论、相互交流和信息共享的环境。
(4)多媒体化。多媒体课件具有生动形象、主动灵活、人机交互、及时反馈和个别化等特点,这些方面是其它媒体无法比拟的。多媒体技术,不仅具有计算机的存储记忆、高速运算、逻辑判断、自动运行的功能,更可以把符号、语言、文字、声音、图形、动画和视频图像多种媒体信息集于一体,使人通过多个感官来获取相关信息,提高信息传播效率,同时由于多媒体采用了图形交互界面、窗互操作、触摸屏等技术,使人机交互能力大大提高,可实现教学中信息的双向交流。另外,大容量的磁盘、光盘等存储设备的出现,为计算机存储大量的声音和图像信息提供了物质条件,新的压缩技术为图像信息的存储和传输提供了必要的技术手段。因此,多媒体技术应用与CAI形成的多媒体课件系统是一种利用多媒体计算机综合管理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像等多种信息,把多媒体各个要素按教学要求,进行有机组合并显示在屏幕上,同时完成一系列人机交互操作的教学系统,而不是多种信息媒体的简单复合。它既能向学生快速提供丰富多彩的集图、文、声、动于一体,作用于学生各个感官的教学信息,又为学生提供生动、友好、多样化的人机交互界面和方便灵活、多样的人机交互方式。它是一种较理想的教学系统,也是当前世界教育技术发展的新趋向。
(5)智能化。智能CAI系统(ICAI)是指将人工智能理论和技术应用于计算机辅助教学,为学生提供一个新型的学习环境,它能根据学生的学习特点、学习历史和学习风格,采用不同的教学方法和教学策略,能更好地满足不同学习者的不同需要,诊断学习者的错误,判断错误产生的原因并产生相应的校正策略,能更好地体现因材施教和个别化的教学原则。它是当前多媒体课件研究的主要方向。
参考文献:
[1]李康,梁斌.多媒体课件设计原理与制作基础[M].济南大学出版社,2001.
[2]李振亭.多媒体课件设计理论与实践[M].清华大学出版社,北京交通大学出版社,2005.6.
人机交互论文范文5
关键词：增强现实；展示设计；前景
虚拟现实技术成为热门词汇，但并不是近些年才开始发展的。事实上，早在1965年，美国学者伊凡•苏泽兰就在国际信息处理联合会中首次提出了具有声音提示、交互图形显示和力反馈设备的虚拟现实构想。随后，人类开始了用实际行动探索虚拟现实技术。1966年，美国麻省理工学院研制出了基于模拟力量和触觉的力反馈装置的头戴式显示器。1989年，VPL公司提出“VirtualReality”的概念，并推动虚拟现实技术走向商业化道路。如今，计算机软硬件技术和数字交互技术快速发展，特别是GoogleProjectGlass的出现，使增强现实技术备受关注。随着增强现实技术的不断发展成熟，增强现实技术在飞行器与尖端武器研发、虚拟训练、娱乐与艺术、数据模型可视化等领域凸显出明显的优势与价值，基于增强现实技术的游乐设施、会展模式也不断涌现。可以预见，增强现实技术在将来会迎来更广阔的发展前景。文章以展示设计行业为例，分析增强现实技术在展示设计行业应用的可行性与优势，并展望该项技术在展示设计行业的发展前景。
一、展示设计行业的现状及发展趋势
展示设计是通过空间与平面设计创设特定主题的空间，不断调动观众的感官，吸引观众参与，以实现展品的宣传、促销目的。近年来，在党和政府的支持下，国内展览展示行业规模不断扩大，并保持着良好的发展态势。数据显示，2015年全国共举办展览9283场，同比增长15.9%，在展览会面积、观展人数上均显现出强劲的发展动力。当前，国内展示设计行业显现出展示手段不断更新、展馆类型不断丰富、展示内容与空间高度融合等新趋势，这些趋势均体现出以下共性特征：一是数字技术辅助实物展示。随着数字技术的不断发展，展示设计的展示手段、类型、内容等也日新月异。传统展示设计主要以文字、图片、模型的静态形式呈现，手段单一、内容单薄，不足以充分引起参观者的兴趣，也难以全面展现设计师的才华。基于数字技术的展示设计能尽可能调动声、光、电、影视等多项资源，且形式多样、展示内容丰富，可最大限度调动观众的视觉、听觉、触觉等多个感官，极大提升观众的参与积极性与参观体验感。二是注重情境参与性与趣味性。在互联网和大数据环境下，观众习惯了交互式、趣味性的信息接收方式，因而交互式、趣味性的展示模式更容易吸引观众的眼球。未来，展示设计必将引入更多创新技术，让观众享受跨越时空界限、如同身临其境的体验，使其能在展厅中畅游，获得视觉、听觉和触觉一体化的感知效果。
二、增强现实技术在展示设计行业的应用现状
增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)基于网络跟踪、计算机显示、交互及定位技术，将计算机的虚拟信息在现实场景中显示，充分调动人们的视觉、听觉、触觉等感官，从而实现对现实场景的增强，强化观众对现实世界的体验。总体来看，增强现实技术具有显著的三维配准、实时交互和虚实结合特征。基于增强现实技术的展示设计可有效提升用户体验，借助RFID、自然图像识别等技术，可对室内三维空间坐标进行准确定位，从而将现实空间扩大到虚拟现实领域。国外在增强现实技术应用于展示设计行业方面积累了较多的经验。如，2012年印度的一场汽车展上，主办方基于增强现实技术，将象征新车XUV500灵魂的虚拟的野生豹带到车展现场，在现场引起了热烈的反响，成功吸引了全场所有观众的目光和兴趣，成功聚集了人潮并创造了话题。在该次车展中，计算机实时计算野生豹的运动轨迹，并调整摄影机影像的角度与位置，辅以相应的图像技术，使虚拟的野生豹得以在现实世界中展现并与人进行互动（图1）。国内增强现实技术在展示设计行业的应用仍处于初级发展阶段，较典型的有华堂展业在互动控制和多媒体技术等领域的探索，相关科研人员在增强现实领域研究了体感互动、智能体感手环控制大屏系统、卡片识别增强现实、移动终端增强现实等技术，在展厅设计上掌握了增强现实、多点触摸、多媒体显示屏、全息成像等核心技术。如，华堂展业为足球展馆设计的互动体验方案（图2），基于增强现实技术，利用摄像头捕捉人们的踢球动作并触发相应的射门动作，将虚拟的场景与真实世界的人物行为相结合，大大提升了观众的参与兴趣。随着互联网技术、大数据技术、人脸识别技术的全面推进，这些技术与增强现实技术配合在展览业内获得了广泛应用，为展示设计的形式、内容、手段和技巧注入了活力，极大地提升了会展服务的水平和效率，为行业发展提供了更大的想象空间。目前，由于人才、资金限制，会展活动对增强现实技术的应用不足，仍多采用传统的展示方式。展览中大多采用橱窗、展柜、贴墙的传统方式陈列商品，每件商品贴有对应的纸牌标签，用寥寥几行文字介绍商品品名、基本情况等，周边虽然也配有讲解员，但是对展品的介绍点到为止。这种单向的、缺乏交互的展示模式难以打动观众，因而也难以获得理想的展示效果。由此看来，在展示设计行业引入增强现实技术，从而增强展示与观众之间的互动，拉近展示与观众的距离，激发观众的参观兴趣，显得尤为重要。在未来的展示设计中，必须结合网络虚拟展示与实地展示等多方优势，通过品牌文化展示、科技展示、使用体验、促销互动游戏等方式提升展示的互动性、趣味性，从而最大限提升产品的展示效果。
三、增强现实技术在展示设计中的应用前景
1.对未来会展服务形式的影响
增强现实技术可以将过去以实物展示为主的展会服务形式转变为基于大量动态数字音频、数字模型及大容量计算机储存技术的虚拟实物和实景再现形式，通过生动、全面的虚拟现实场景增强观众的感官体验。以房地产展会为例，房产销售商组织展会的目的是将楼盘配套齐全、规划合理等优势展现给观众，而仅靠传统的手册、喷绘画、沙盘等展示形式是比较困难的。结合增强现实技术，通过设计AR情景播放的宣传片、经过特殊处理的视频、基于AR的大屏互动、立体阅读、游戏等场景，可以为观众营造更为震撼、真实的展会氛围，通过极强的互动性与真实性给客户带来全新的感受；亦可通过VR设备+AR显示的模式展现小区的虚拟现实场景，所有关于产品的信息介绍均以文字、图像、音频、视频的形式添加在虚拟现实场景中，使观众无需讲解员就可了解产品的详细信息，身临其境地感受自己的未来生活，从而大大提升了会展活动的举办效果，在未来会展服务中必将拥有良好的发展前景。
2.对未来会展服务效率的提升
随着增强现实技术与会展行业的结合，会展服务效率将得到大大提升。传统会展服务模式大多是讲解员向观众以无差异、灌输式的方式进行会展服务，而虚拟现实技术的引入将会注入更多个性化、自主式、体验式的元素。观众在参与过程中可沉浸在虚拟现实环境中，个性化选取所需讲解内容，亦可实现与虚拟环境的互动交流。同时，增强现实技术在展示中增加声、光、电、影视等元素，极大地增强了会展的趣味性、真实感和互动性，通过3D模型创设虚拟现实场景，使抽象的产品展示更加形象化、可视化，便于观众理解。由于基于AR技术的会展模式可以为观众展现全方位、互动化的虚拟现实场景，将主办方想表达的内容通过易为观众接受的形式予以表达，将会显著提升会展服务效果，也为企业提供了更多的商业机会。
3.对未来会展服务的创新的影响
增强现实技术不仅为会展服务形式注入了新鲜的血液，而且加快了会展服务的创新脚步。就AR技术本身的发展来说，当前较为流行的是人手交互的人机交互模式，即向机器传输手指、手掌和手势等信息实现人机交互。业界关于AR技术的研究不断推进，像基础3D模型、透明视频、场景展现、AR游戏、VR结合、大屏互动都是常见的AR技术表现形式。随着增强现实技术的行业渗透力不断增强，尤其是物联网、人脸识别技术、人工智能的不断发展，增强现实技术在展示设计中如虎添翼，增强现实技术的应用与研究也在不断推进。未来，普及度高、携带方便的智能移动设备将成为AR技术的重要载体，凭借智能手机的高清摄像头、GPS定位、强劲的CPU等，无须配置任何外部设备即可方便运行AR应用，如果将其应用于展会中，无疑将会成为吸引观众眼球的亮点。
结语
增强现实技术的核心理念在于人机交互，而展示的目的在于项目方与客户的交互。因此，基于增强现实技术的展示设计必然需要强调人机交互理念，通过品牌文化展示、科技展示、使用体验、促销互动游戏等方式吸引观众的眼球，从而最大限度提升产品的展示效果。当前，国内展示设计行业的增强现实技术仍存在许多技术难题需要攻克，如3D图像成像性能、自然图像识别的准确性及应用界面人机交互性能等，这些关键技术直接影响用户体验。随着计算机软硬件技术、数字交互技术、计算机图形学及微电子传感器设备的不断发展，基于增强现实技术的展示设计行业必将迎来光明的发展前景。
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人机交互论文范文6
关键词:随机Petri网; 软件体系结构; 软件开发; 面向对象方法
中图分类号:TP311文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)08-0051-03
Study on Performance Computing Software Architecture for Stochastic Petri Net
DING Jing, HAN Qiang
(School of Computer Science and Engineering, The North University for Ethnics,Yinchuan 750021, China)
Abstract:For the purpose of establishing software architecture with stochastic Petri net, the architecture of the system was designed to realize with the methods of object-oriented system analysis and design, functions of each module based onrequirement analysis of performance calculation softwares. The performance calculation software architecture composed of three modules: man-machine conversation module, master module and performance calculation module is proposed. The software architecture is suitable for the performance calculation software based on the basic modeling theory.
Keywords:stochastic Petri net; software architecture; software development; object-oriented method
0 引 言
Petri网是1962年由德国波恩大学的著名科学家Carl Adm Petri 在他的博士论文《用自动机通信》中首次提出来的,其目的是以它作为研究计算机系统中各组成部分之间的异步通信的数学模型。早期的Petri网没有引进时间概念(称之为基本Petri网),它主要用于系统逻辑行为的描述和逻辑性质的研究,即系统定性时态性质的研究\。20世纪80年代初,Molloy提出了随机Petri网(Stochatic Petri Nets,SPN),即在每个变迁的可实施与实施之间联系一个随机的延迟时间。SPN的可达图同构于一个连续时间齐次马尔科夫链,可用马尔科夫随机过程求解各标识稳定状态概率,即基础性能数据,并由基础性能数据计算各扩展性能数据,从而为基于SPN目标模型的性能分析工作奠定基础。同时,Petri网在软件测试、语义Web服务方面具有广泛的应用范围\。
一个软件系统被分成许多模块,模块之间有相互作用,组合起来有整体的属性,就具有了体系结构。在基于具有高复用性的构件和体系结构的软件开发方法下,程序开发模式也相应地发生了根本变化。软件开发不再是“算法+数据结构”,而是依托以软件构件/构架技术为核心的软件生产线\,将应用系统的软件开发过程变为“问题定义软件需求分析软件体系结构软件设计软件实现”,可认为软件体系结构架起了软件需求分析与软件设计之间的一座桥梁\。
1 软件体系结构总体设计
1.1 随机Petri网与软件体系结构的关系及定位
软件体系结构是设计抽象的进一步发展,能够更好地理解软件系统,方便地开发更大、更复杂的软件系统的需要。建立软件体系结构的目的是通过对主要任务的需求分析,建立该软件的逻辑模型,并依据逻辑模型采用某种软件开发方法将需求映射到相应的软件模块中,随着软件模块可复用性的提高,软件模块向可复用构件转化,同时建立模块/构件之间的接口,最终建立软件体系结构。
随机Petri网性能计算软件的体系结构研究是本文的主要任务,在建立该软件体系结构之前,必须确定清楚二者的关系及定位。随机Petri网定位于该软件如何建立系统模型的理论依据,因此相应数据结构必然以随机Petri网为准,软件体系结构定位于该软件采用何种体系架构组织安排上述任务。二者在软件过程中分别扮演问题域理论基础和解域结构基础的角色,二者相互配合在本文选择的解域理论基础――面向对象的分析设计及人机接口等方法和技术\9\〗、瀑布模型的过程指导下共同服务于该软件的分析与设计。
1.2 软件基本需求
根据软件总体任务的需求分析,该软件需要满足的需求可分为三部分:
(1) 实现随机Petri网模型的建立,该项需求进一步划分为模型的输入、修改、删除以及模型中各元素性能参数的录入。在具体表现形式上,采用图形化界面配套菜单及对话框选项等方式实现。
(2) 实现随机Petri网模型的计算,该项需求进一步划分为依据随机Petri网模型建立同构的马尔科夫方程、解马尔科夫方程、依据解获得基础性能数据、依据基础性能数据和结果集参数获得扩展性能数据。
(3) 实现随机Petri网模型性能的输出,该项需求进一步划分为性能输出结果集参数的输入、结果集的输出。在具体表现形式上,采用具有多个选项的对话框方式实现。
1.3 软件总体框架结构
根据上述需求分析,结合本文研究重点,初步建立起由三个模块共同组成的软件体系结构,即:
(1) 主控模块:该模块是软件运行的组织核心。它以循环方式运行,仅当用户选择退出菜单时结束软件整体的运行。在循环过程中,它负责协调其他模块负责随机Petri网模型的建立、计算和性能结果集的选项输入及结果输出。
(2) 人机交互模块:该模块是软件的界面。它以图形配合菜单及对话框以人机交互方式完成随机Petri网模型的建立;它以对话框方式完成性能输出结果集参数的录入和结果的输出。
(3) 性能计算核心模块:该模块是软件的实现关键。它以后台方式运行,依据随机Petri网理论公式,根据已建立的随机Petri网模型计算基础性能数据,依据基础性能数据和结果集的输入参数计算扩展性能数据。
通过上述分析,初步给出随机Petri网性能计算软件的软件体系结构是:人机交互模块-主控模块-性能计算模块,详见图1。考虑到该软件是以单用户方式、每次计算完成用户一次结果集输入参数的计算为主,将该软件设计为串行方式运行。
2 软件体系结构详细设计
2.1 主控模块详细设计
主控模块循环调用人机交互模块和性能计算模块,在图形化窗口中分别以图形方式显示最新的随机Petri网图,以结果集对话框方式显示基础性能数据和扩展性能数据。具体流程设计见图2。
图1 随机Petri网性能计算软件总体框架结构
2.2 接口设计
结合该软件总体任务和本文研究重点,考虑到今后向提高模块可复用性、软件体系结构抽象性和可复用性的方向发展,决定采用面向对象的开发方法对本文重点进行研究。根据面向对象开发方法的指导流程,应该按照抽象原则,构建软件体系结构中的模块和接口,而模块和接口均可以按照具体的需要以类的方式静态表示。
根据前节的软件基本需求,三个模块的功能已经规划完毕,重点是建立彼此之间的接口。理论上三个模块之间应该有三个接口,但是该软件由主控模块统一协调其余两个模块的运行,因此仅有两个接口,分别代表软件运行数据的输入和输出方向。具体是,输入方向:随机Petri网类、结果集参数类;输出方向:结果集基础性能参数类、结果集扩展性能参数类。
由于上述接口中除随机Peitri网类外,其他三个类均与结果集密切相关,因此在具体设计中将其合并到一个结果集类中集中反映,便于具体模块的设计。
根据上述分析,最终确定该软件三个模块的两个接口是:
(1) 随机Peitri网类
成员:库所数组、变迁数组、弧数组、图元半径;
操作:添加库所、添加变迁、添加弧、清除数组、删除库所、删除变迁、删除弧、绘画随机Petri网、选择库所/变迁/弧。
(2) 结果集类
成员:库所数、变迁数、可达标识数、可达标识矩阵、转移速率矩阵、稳定状态概率数组;
操作:建立马尔可夫链,解马尔可夫链、计算状态驻留时间、计算状态等待时间、计算库所标记概率密度函数。
上述接口在软件运行过程中的作用是:
(1) 输入方向
① 用户通过人机交互模块以图形化方式建立随机Peitri网模型,以随机Peitri网类为接口传递给主控模块;主控模块将随机Peitri网类传递给性能计算模块,交由其计算基础性能数据,写入结果集类。
② 用户通过人机交互模块输入结果集参数,以结果集类为接口传递给主控模块;主控模块将结果集类传递给性能计算模块,交由其根据随机Peitri网类和结果集类计算扩展性能数据,写入结果集类。
③ 输出方向:
性能计算模块将基础性能数据和扩展性能数据写入结果集类传递给主控模块,主控模块将其传递给人机交互模块,交由其以对话框方式展示\。
图2 主控模块流程设计
3 结 语
作为描述目标系统的基本理论和分析评价系统性能的重要手段之一,随机Petri网自提出以来,日益受到学术界和产业界的关注。通过分析设计随机Petri网性能软件,得出关于计算随机Petri网的通用软件体系结构模型。这里的重点是分析数据结构,建立软件体系结构,价值是对于以后的此类通用课题,建议尝试本文提出的三大构件组成的软件体系结构。
由于是理论性研究,尚缺乏通过实现来验证该体系结构的正确性、完备性和可扩展性等,以及如何更好地剥离随机Petri网性能计算的要素,提炼出更加抽象、更加通用的软件体系结构,是以后的研究方向。
参考文献
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