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人工智能技术概要范文1
摘要：“智能超媒体网络教学系统”是使用快速自然语言处理系统、概念提取和排序、个性化信息归档、管理和标签管理等新一代网络和人工智能技术的教学系统。本文主要讨论在向大学本科学生提供紧跟国际前沿技术发展的“智能超媒体网络教学系统”(工程实训和毕业设计平台)的基础上，创造一种全新的课程教学模式。该项目研究为西安交通大学城市学院第一轮科学研究课题，已取得阶段性研究成果并开始实际应用。
关键词：数字媒体；超媒体；网络；教学系统
中图分类号：G642
文献标识码：B
1项目目标
按照高等院校的学生实际学习状况以及日益严酷的就业市场前景，试图以计算机网络课程教学中已初步进行的一些课程教学模式的改革为基础，提出设立“智能超媒体网络教学系统”，加强学生实践能力和创新培养，以进行本科院校课程教学模式的改革和探索。
主要目标是在向学生提供紧跟国际前沿技术发展的“智能超媒体网络教学系统”的基础上，创造一种全新的课程教学模式。
为解决日益严重的信息超载问题，使用全新的 “Web-based教学”在线教学模式和高级人工智能软件，向学生介绍和组织互联网上感兴趣的资料，让学生更快地找到想要的信息，并且从大量的数据中，发现对个人来说重要的信息。
项目以培养大学生创新能力和实践能力为重点，通过使用网络教学和辅助教学系统，增强自主学习的兴趣，学会工程化的设计方法。在实际工程设计练习的同时，也可使学生应聘时展现本人技术实力和工作经验，为就业创造良好的机会。
课程改革增加专门的工程设计的实训课程，将学生置入与实际工作环境类似的工程设计团队，以模拟招投标项目环境为背景，自主选择课题，进行职务角色分工，在教师指导下，参考预置的类约1000M实际项目资料以及人工智能设计工具和个性化智能数据库查询系统随时收集的最新资料，按标准化，规范化的实际工作流程，进行项目调研，用户系统分析，技术方案设计，最后形成可实际用于工程实施的完整技术解决方案，设备与工程预算，招投标文件，项目实施演示PPT文档等。
2解决的主要问题
需要解决的主要是大学生创新能力、实践能力和可持续发展能力的培养。
(1) 构造一种智能化、全球化的网络教学平台――“智能超媒体网络教学系统”。
(2) 使用上述系统，学生可以在学院内完成高水平的项目实训和毕业设计。
(3) 学生可了解和亲手实践了解国际最新的超媒体技术和产品知识。
(4) 学生可在建成的辅助教学系统平台上完成全部系统设计，为考取国际认可的工程师认证打下坚实基础，促进学生就业。
(5) 学生可完成完整的技术解决方案，招投标文件，在学生应聘时展现本人技术实力和工作经验，为学生就业创造良好的机会。
3项目研究在国内外同一领域的现状与趋势分析
3.1现状
在知识经济的新形势下，一种全新的教学模式“Web-based教学”已经在逐渐开始兴起并不断的发展壮大，然而目前国内的网络教学和辅助教学系统只是使用了Web-based教学的形式，仍然算不上真正意义上的网络教学，不能脱离传统的教学模式自建一个完善的教学系统，只能算是传统教育模式的一种补充。
基于这种情况，本课题组开始进行“超媒体网络教学”课程教学模式的改革探索。通过近一学期的前期实验，已经取得相应预期教学效果。
已参加实训的三个班级200多名同学共组成28个团队小组，分别模拟了28个公司，以西安交通大学城市学院北郊新校区为工程设计环境，参与了学院校园网，校园无线局域网，学院数据网络中心，校园网通信平台，行政楼网络集成，办公自动化系统，数字化图书馆管理系统，数字校园智能监控网络，内网安全解决方案，大学视讯系统等项目的计算机网络工程设计。
所有团队均按预定教学计划在规定时间内完成了项目立项报告、全套招标文件、全套投标文件(包括概要设计，草图，设备清单，信息点统计表，技术方案详细设计与技术方案图纸，设备报价清单，投标技术方案，投标评审会演示PPT等文档)，并最后参加模拟投标会议和方案优选汇报会。
3.2趋势
目前，国内外教育界已开始研究真正意义上的网络教学和辅助教学系统。主要趋向是向智能化、全球化的网络教学方向发展。
国外较早就有人研究具有智能性的计算机辅助教学系统。近年来，有人提出了智能超媒体教学系统的要领，就是将人工智能技术与超媒体的信息组织、管理方式结合在一起而形成的智能型信息处理技术。
在智能超媒体教学系统中，可以利用超媒体提供的友好界面来激发学生的学习兴趣和学习动机，同时还可以利用超媒体向学生提供图文声像并茂的解释信息；而超媒体模块则可利用知识推理技术实现教学内容和教学策略的适应性控制，对学生进行有针对性的指导。当前，智能超媒体教学系统的研制和开发已成为网络教学应用领域中的一个重要的前沿课题。
4项目研究的重点
4.1课程教学模式的创新和发展
对在实训中将学生作为模拟企业的员工，严格按企业化模式进行管理，通过课程实训，完成贴近实际应用的工程化网络系统设计，以取得实践经验的教学模式进行重点研究，并尽可能开发出更新的课程教学模式。
4.2智能超媒体教学系统核心技术的理论研究
进行核心专利技术研究；算法研究及技术框架设计；软件总体规划及详细设计。
4.3智能超媒体教学系统软件开发和应用研究
进行验证及软件程序编码；进一步进行超媒体课程应用研究；同时考虑研究将系统平台应用于其它学科的教学模式改革。
5项目研究的创新点
(1) 在课程教学过程中结合实训和毕业设计，使用模拟公司工作岗位和招投标场景对学生进行工程化训练。
(2) 教学系统核心使用“主题聚类发现引擎”技术。按用户提出的个性化需求进行主题发掘，人工智能知识排序，重要信息推荐并提供分析图形显示的主题内容发现与聚合的优化搜索引擎。
(3) 在系统内部数据库提供1000M实际项目资料(包括招投标文件范本，工程实例，技术方案范本，设备产品，工程预算范本，PPT演示文档范本，日报-周报范本等分类数据库)以及相关人工智能设计工具和个性化智能数据库查询系统。网上搜索和用户PC机上的信息搜索集成一体。
(4) 向全球化的网络教学方向发展，使用语意分析，自主学习，及WEB 2.0环境中的信息挖掘和超前数据库处理技术，将最适合每个用户的需求的相关信息情报资料进行人工智能处理后即时推送给用户，主要解决了用户在网络时代被超量信息所淹没，无法在最短的时间内检索查询到自己所关心的相关信息的问题。
6项目研究的方案设计
6.1研究思路和技术方法
在项目研究上采取的研究思路和技术方法是：
(1) 使用WEB数据库、中间件和网站设计工具等构造三层架构的网络应用系统。
(2) 使用先进的搜索引擎和信息获取技术取得大量实训和毕业设计所需要的基础资料。
(3) 使用人工智能海量信息分析及提取技术进行个性化搜索及计算机辅助设计。
(4) 在网络化的基础上提供人工智能实训和毕业设计工具和个性化智能数据库查询。
6.2研究阶段
第1阶段：智能超媒体教学系统核心技术的理论研究；
第2阶段：软件总体规划及详细设计；程序编码；
第3阶段：课程教学模式的创新研究；教学系统验证试验；
第4阶段：智能超媒体教学系统应用研究。
6.3技术方法和路线
(1) 技术目标
研究开发个性化RSS主题聚类发现搜索引擎产品，进而形成一种按用户提出的个性化需求进行主题发掘，人工智能知识排序，重要信息推荐并提供分析图形显示的主题内容发现与聚合的优化搜索引擎产品。
(2) 技术内容
主题聚类发现引擎是一种按用户提出的个性化需求进行主题发掘，人工智能知识排序，重要信息推荐并提供分析图形显示的主题内容发现与聚合的优化搜索引擎。
主要解决了用户在网络时代被超量信息所淹没，无法在最短的时间内检索查询到自己所关心的相关信息的问题。大约可增加搜索查询速度几十到一百倍，并引导用户找到最适合自己的信息。
主题聚类发现引擎的技术核心可以按不同技术层面装入网站服务器，企业服务器，个人计算机形成以下不同用途的产品：
(1) 学校大型Web2.0环境网站RSS主题聚类发现搜索引擎
(2) 院系专用数据处理及信息挖掘优化搜索引擎
(3) 学生个人用户个性化专用信息挖掘优化搜索引擎。
(4) 设备价格比价搜索网络门户(可应用于计算机，电信，电子等不同领域)
6.4技术方法和路线
使用语意分析，自主学习，及WEB 2.0环境中的信息挖掘和超前数据库处理技术，将最适合每个用户的需求的相关信息情报资料进行人工智能处理后即时推送给用户。
部分技术方法摘要描述图示如下：
图1显示了本项目高级检索程序的实现。
图2显示文件组织系统的实现。
图3显示智能助理个体的实现和用知识库来发现和确认联想的例子。
智能检索挖掘系统运行于最终用户PC机上，包括Web server部分。系统采用类似B/S架构。利用IE插件开发技术，截取用户发送的Web请求信息，并由插件发送到Web server，由Web server实现相应的功能，最后通过分析提取处理相关信息，返回IE插件进行显示。Web server采用 + Apace进行开发。
7理论及实践意义
本项目的实施主要是为了进行“计算机网络”课程学科教育的教学改革研究与实践；其目的是全面推进素质教育，重点培养大学生创新能力、实践能力、创业能力、就业能力和可持续发展能力。
其主要意义是：
(1) 计算机网络课程是计算机专业，信息管理专业，电信专业的骨干专业课程，建设实训和毕业设计的智能超媒体辅助教学系统对促进教学和学科建设有重要意义。
(2) 实训和毕业设计辅助教学系统可在学生进行课程实训和毕业设计时提供人工智能设计工具和个性化智能数据库查询，以便学生完成高质量的毕业设计，同时通过课程实训完成贴近实际应用的工程化网络系统设计，取得实践经验，为就业作好充分准备。
(3) 技术先进的实训和毕业设计智能超媒体辅助教学系统可提供学习现代计算机网络技术的良好平台，增进教师学识水平，同时促进了教学水平的提高。
8推广价值
(1) 项目中涉及的学科教学模式改革研究成果可在有相似应用需求的本科院校，高职高专推广应用。
(2) 智能超媒体教学系统软件可以在相似的计算机专业，电信，信息管理，电力，能源，机械制造以及各类工科专业推广应用。
(3) 教学系统核心使用的“主题聚类发现引擎”技术可以按不同技术层面装入网络服务器或个人计算机形成以下不同产品，如企业专用数据处理及信息挖掘优化系统，个人用户个性化专用信息挖掘优化软件。
参考文献：
人工智能技术概要范文2
机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。
关键词
机电一体化技术现状产品制造技术发展趋势
0．绪论
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
1．机电一体化概要
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2．机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪70~80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，不取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
3．机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：
3.1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。
3.2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.3网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。
3.4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5绿色化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3.6系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。
4．结语
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
5．参考文献
1.李建勇．机电一体化技术．北京：科学出版社，2004．
2.李运华．机电控制．北京：北京航空航天大学出版社，2003．
3.高钟毓．机电控制工程．北京：清华大学出版社，2002．
人工智能技术概要范文3
关键词：先进制造技术 RPM技术 现代设计技术
中图分类号：TU741 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0105-02
机械系统设计及制造技术是把机器看作具有特定功能的、相互间存在有机联系的统一体。机械系统设计从系统的观点来进行机器的设计，并从使用效果为终结点来制造，将会有利于机器设计及制造的创新性、多样化和综合最优化。
先进制造技术，简称AMT，即Advanced Manufacturing Technology，是美国于80年代提出。当时，各国制造业面临复杂多变的外部环境，传统的制造技术变得越来越不适应快速变化的环境，先进的制造技术，尤其是计算机技术和信息技术在制造业中广泛应用，美国根据本国制造业的挑战与机遇，为了加强其制造业的竞争能力和促进国民经济增长提出先进制造技术这一专有名词，一经提出，立即获得欧洲各国、日本及亚洲新兴工业化国家的响应。
先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、能源及现代化系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
对先进制造技术的研究可分为四大领域，分别是：现代设计技术，先进制造工艺，自动化技术，系统管理技术。
现代设计技术是根据产品功能要求和市场竞争（时间、质量、价格等）的需要，应用现代技术科学知识，经过设计人员创造性思维、规划和决策，制定可以用于制造的方案，并使方案付诸实施的技术。现代设计技术使产品设计建立在科学工作者的基础上。随着科学工作者技术落后的不断发展，其设计范畴也不断地扩大，从单纯的产品设计扩展到全寿命周期设计，包括考虑环境因素的绿色设计；在设计的组织方式上，从传统的顺序设计方式过渡到并行设计方式；在设计手段上，从传统的手工设计向现代化计算机辅助设计过渡。
先进制造工艺技术是先进制造技术的核心和基础。它是机械制造工艺不断变化和发展后所形成的制造工艺技术，包括了常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和发展的新型加工方法。其主要技术体系由先进成形加工技术、表面工程技术等技术构成及先进制造加工技术。在此重点提一下快速原型制造技术。快速原型/零件制造（Rapid Prototype/Part Manufacturing，简称RPM）技术是20世纪后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，RPM技术是近20年来制造技术领域的一次重大突破。RPM技术是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。RPM技术采用（软件）离散/（材料）堆积的原理而制造零件通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。离散/堆积的工作过程由CAD模型开始，先将CAD模型离散化，沿某一方向（常取Z向）切成许多层面，即分层（属信息处理过程），然后在分层信息控制下顺序加工各片层并层层结合，堆积出三维零件，该零件作为CAD模型的物理体现与之对应，此为物理过程。RPM技术中，物理堆积过程具体是通过采用粘结、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层可选择地固化树脂、切割薄片、烧结粉末、材料熔覆或材料喷洒等方式来实现的，从而快速堆积制作出所要求形状的零件（或模型）。各种RPM技术的过程流都包括CAD模型建立、前处理（如生成STL文件格式，将模型分层切片）、快速原型过程（原型制作）和后处理（如去除支架、清理表面、固化处理）等四个步骤。快速成形原理如（图1）示所示。
RPM技术的内涵即其成形机理和工艺控制与传统成形方式有很大差别，主要表现在：RPM不是使用一般意义上的模具或刀具，而是利用光、热、电等物理手段（其中激光是经常应用的）实现材料的转移与堆积；原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成形材料本身，而且与成形中所施加的能量大小及施加方式有密切关系；在成形工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确的动态控制。能量在成形物理过程中是一个极为关键因素，在以往的去除成形（切削磨削加工）和受迫成形（铸造锻压）中，能量是被动地供给的，一般无须对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散/堆积类型的RPM中，单元体（分层体）制造中能量是主动地供给的，需要准确地预测与控制，对成形中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成形。
目前，国外有几种典型和较成熟的商品化RPM技术，如光固化立体成形，叠层实体制造，选择性激光烧结，熔融沉积成形，三维印刷工艺等。
快速成型技术即可用于产品的概念设计、功能测试等方面，又可直接用于工件设计、模具设计和制造等领域，RPM技术在汽车、电子、家电、医疗、航空航天、工艺品制作以及玩具等行业有着广泛的应用。快速成型技术应用于产品加工时不用刀具，不需要前期投入专门安装，在逆向工程（Reverse Engineering）中有着广泛的应用。快速成型制造技术可实现低成本、高生产率和短周期的生产特点。从设计和工艺的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、成本、可制造性方面的限制。
RPM技术系统的设计过程是一个创造性过程，同时也是一个不断完善的反复过程。进行系统设计时必须遵循两个基本原则。
（1）目标集中原则：在一个时间阶段内思考和解决的问题不能太多，否则会干扰主要问题的解决。
（2）满足目标原则：要求所设计出的新系统能满足系统的目标要求，使所设计的系统达到预期的目的。
（图2）为系统设计步骤的框图，表示了系统设计的概要内容。
在系统设计完成之后，对于结构和内容比较复杂的系统，为了进一步确定它的可信程度，往往采用系统仿真技术，对系统的各组成结构的性质及其相互关系建立具有一定逻辑关系和数学性质的仿真模型，根据仿真模型对系统进行定量分析，以获得鉴定所需的信息。
制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，主要是指制造系统开放式智能体系结构优化与调度理论、生产过程和设备自动化技术以及产品研究与开发过程自动化技术等。它包括数控技术、工业机器人、柔性制造系统、计算机集成制造系统、传感技术、自动检测及信号识别技术、过程设备工况监测与控制等。系统管理技术包括先进制造生产模式、集成管理技术、生产组织方法等。
随着机械制造技术的不断深入发展，将会越来越多的融入更高的人工智能技术，这需要我们机械制造从业者和研究者投入更多的心血和精力。
结语
先进制造技术对于机械制造来说是一种革命，这种变革所带来的效果是非常巨大的，比如，应用了先进制造技术可以使普通机床成为数控机床乃至加工中心；但先进制造技术还需充分利用计算机技术、传感技术和可控驱动元件特性，以实现机械系统的现代化、智能化和自动化。
参考文献
[1] 翁世修，吴振华.机械制造技术基础[M].上海：上海交通大学出版社，2012.
[2] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2011.
人工智能技术概要范文4
1.1虚拟现实技术定义
虚拟现实可以被划分为综合性的集成技术,它包含有计算机的图形技术,显示技术,人与机器交互的技术,传感技术还有人工智能技术,它的覆盖面非常广泛,以网络技术为基础,可以将它看成为一种技术性较高模拟的系统[1]。我们从狭义角度审视,虚拟现实技术的定义是:结合网络技术给人一种仿佛身临其境的感觉,让使用者通过特殊渠道对这种虚拟设计进行体验,并且在这个视听过程当中可以随心畅享、自由进行交流互动。打个比方,使用者在移动过程中,网络连接辅助设备能够对使用者的位移进行感应,通过一系列运算,用3D影像传输到使用者所用设备上面,从而达到让使用者真实对设计环境有所感受的目的。我们再来从广义角度看,虚拟现实技术的定义是:世上有关联的环境或者事物,通过物理意义亦或是功能意义方式存在,用实际操作能够实现亦或是没有办法实现,比如像赛伯空间[2]。
1.2虚拟现实技术构成与分类
一般科技技术都有软件与硬件两个部分,在这当中的硬件技术包含有计算机或其他一些基础的设备。对于现如今计算机输入与输出设备当中,视觉与听觉设备发展的相对比较成熟,但是有关于嗅觉与味觉硬件设备还需要进一步进行完善。我们结合虚拟现实技术运用特点,把虚拟现实技术划分成二维模型的虚拟方式还有全景图式的虚拟方式。再由交互程度与浸入方式可以把虚拟现实技术划分成分布式VR系统,叠加式VR系统,沉浸式VR系统还有桌面式VR系统。这些虚拟系统当中,因为桌面式的虚拟系统用不到依靠大规模服务器与处理器,所以制作的成本相对低廉,只需要通过个人网络便能够做到二维虚拟的空间场景设计。
2浅析虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用
2.1结合虚拟现实技术为建筑景观设计工作流程做铺垫
建筑景观设计过程当中,虚拟现实技术我们可以把它大致划分为三个流程。首先对建筑景观平面图的绘制,结合CAD这些软件技术对建筑景观平面布局的绘制与处理进行构思。其次用已完成平面图作为前提,对相关数据进行收集与调查,再把构思好场景模型放到平面图上面,这其中的场景模型我们把它分成水位模型,建筑模型,绿化模型,道路模型等等。在做模型构建的时候,要收集大量图片,并结合纹理填图方式,进一步对虚拟场景真实效果进行增强[3]。因为虚拟场景构建过程当中要通过渲染达到增加它真实度的效果,所以对虚拟的建筑景观进行构建的同一时间也应当对模型的数据量做某种程度的控制,假使较额定数据有所超出再做一下优化处理。再次将平台视为前提做景观建筑合成工作。最近几年时间网络技术飞速发展的大前提下,虚拟现实技术在实现方法上面也进行了升迁,比如像VRMI、JAVA3D、VRMAP、CUTF3D、VRP等,每种方法具备自身独特优势,在这当中VRP与VRMAP是现今比较流行虚拟现实技术软件,被用在石油化工,遥感测绘,数字城市,地质监测等各行各业。
2.2结合虚拟现实技术为建筑景观设计主义事项做铺垫
一个基本VR模型要包含模型归类,尺寸,命名,纹理格式,纹理尺寸,场景单位,节点编辑,纹理等这些内容也应当一一遵循虚拟现实技术制作规范。虚拟现实技术构建过程当中,模型文件的制作规范、面数精简与归类清晰是提升程序控制在管理效率方面关键性因素。虚拟现实技术在建模过程当中应当着重注意下面几个方面:首先,尺寸及比例。对模型进行构建之前需要对模型尺寸及比例进行确定,使用单位一般是mm。场景内的单体制作要依照CAD图做CAD建模处理,没有CAD图做参照的时候,可以将符合常理照片、有关联的物体尺寸或是一些视频作为参照,进一步对模型进行构建。其次,贴图及材质。建模依照材质标准我们将其划分成两类:一类为标准材质,另一类是多维材质。前期准备要把max进行合理设置,为了避免map当中Glossiness与SpecularLeve属性调节时遇到麻烦。把Diffuse与Ambient默认成灰色,当中SelfIllumination设置成二十到三百子材质,并且子材料ID应全部成可连续的状态。
3结语
人工智能技术概要范文5
论文摘要:介绍一种新型的教育模式:移动教育，分析了移动教育的实现模式及发展现状，并对移动教育的特点及其存在的一些问题进行了探讨。
1移动教育概述
所谓移动教育(M obile Education)是指以国际互联网和教学服务器为主要载体，以移动台和移动教育网为连接用户和互连网的主要媒介，运用目前比较成熟的通信技术、网络技术以及多媒体技术，通过目前使用较为普遍的无线设备(如手机、PDA、笔记本电脑等)，为各类用户提供灵活方便的交互式教学和学习支持服务。与传统教育相比较，它最大的优势是能够突破时间、空间和地域的限制。
移动教育系统主要由4个部分组成:国际互联网、移动教育网、移动台和教学服务器。其网络结构如图1所示。
(1)移动教育网。该网络是整个移动网络的一部分，由多个基站组成，用来发射或接收来自移动台以及互联网的信息，并通过空中接口将移动台与互联网实现无缝连接。
(2)移动台。移动台指移动设备，现阶段主要指第三代移动设备，如第3代手机等。第3代手机是国际电信联盟(ITU)对符合“IM T-2000”标准的数字手机的总称，其通信硬件完成信号的接收以及协议识别，SIM卡是保存用户的标志。与第2代手机相比，它的内置操作系统更具有开放性，并在一定程度上可以扩充软件。目前，日本研发的第三代手机不仅可以收发短信、电子邮件、拍照并将照片传送到世界各地，还可以上网查阅资料、欣赏电视节目、看体育比赛实况或观赏电影等，基本具备了个人电脑的所有功能。
(3)W ap网关。它是一个位于互联网和移动网络的中间件。当我们向互联网发出一个请求时，它把我们的“W ap”请求转化为“W eb”请求。相应地，当收到互联网的回应时，W ap网关也把从互联网上传来的“W eb”请求转换为“W ap”请求。当今的网页大都是用H tm l写的，但对移动电话而言就显得太复杂了，而且速度较慢。移动电话能访问的网页都是用W M L(W ireless M arkup Language)写的。W ap网关能将H TM L语言转化为手机能识别的W M L语言。
总之，一个移动教育系统，不仅能提供移动互联网、移动资源库，还能在学校的教育平台上组织数据资源，建立各种数据库，也能提供移动的讨论区和BBS等多种服务，能在不受时空、地域限制的情况下，最大限度地使学生获取有效而丰富的资源。
2移动教育的实现模式
2.1基于短消息的移动教育
第二代移动通信网GSM、GPRS除了提供语音服务外，还能提供面向字符的短消息服务(ShortM essageService)。SM S占用通道的时间短、费用小，可使得两个移动用户方便地进行点对点通信。由于互联网具有丰富的资源，目前众多的短消息服务厂商几乎都与国际互联网相结合，并形成统一的短消息服务网络。通过短消息既可以在用户间实现有限字符的通信，也可以实现用户与互联网服务器之间的有限字符传送。利用这一特点可实现用户通过无线移动网络与互联网之间的通信，进而实现对移动服务器的访问，通过这种方式可以实现一定的教育功能，见图2。以教育服务器为例，其短消息服务可以实现如下功能:
(1)学校的教务管理和处理功能。如学校对教师的教学活动通知;教师对学生的教学活动通知;学生对考试分数的查询;学生选课信息的发送和提交。同时共享诸如网址、学术报告的概要和邀请函等。
(2)学生对教师进行提问功能。在达到一定问题量后，系统通知教师对学生的问题进行浏览以及答疑;学生也在数据库资源中浏览各类信息和知识。
(3)在面向学生的学习特征和学习风格的调查后，由学生个人在某些学习支持服务机构定制学习策略服务。
(4)学校对学生的指导和评价服务。
2.2基于连接的移动教育
一般来说，SM S服务提供面向字符的传输，其数据的通信是间断的、非实时连接的，因而这种通信方式并不能实现对网站的浏览，也不能实现多媒体资源的传输和显示(像视频，音频)。但随着以W CDM A、CDM A2000和TD-SCDM A 3种主流3G技术的推出，以及通信芯片和DSP(DigitalSig-nalProcessor)性能的提高，面向浏览器的移动设备将会很快得到推广。目前很多手机厂商正在或已经开发能支持浏览器的高档手机，如W AP手机、Im ode手机、GPRS手机等都将支持浏览器。以第三代移动设备(手机、PDA、手提电脑等)为主的移动教育在方便性以及服务质量上都将会发生空前变化。但是，教育平台从微机到手机的转变也会带来一系列的问题:如微机软件是基于微机屏幕的，因而在移植到手机上时，都要对于显示程序进行适当的修改等等。
3移动教育的发展趋势和研究现状
美国加州大学伯克利分校(Berkley)于2000年针对一些中学生做了使用手机的教育实验，讨论了在虚拟大学中的移动应用。实验结果表明，移动教育对于培养学生的创新思维有很大的帮助。
英国Ultrallab实验室于2001年开始进行M-Learning项目。该项目主要是为了解决3个存在于欧洲的年轻人的社会和教育问题:文盲问题、缺少继续教育问题以及由于缺少信息技术而导致的不公平问题。
M-Learning项目起始于2002年7月1日，已经于2004年12月31日结项。目的是探究如何利用先进的移动技术开展基于问题的非正式学习和工作中学习的方法。2001年12月，我国教育部就移动教育开始正式的立项研究。2002年6月，北京大学建成国内首个校园无线局域网。2003年，国内新浪、网易、搜狐等知名网站开始向移动用户提供手机短信息或W AP方式的外语学习收费辅导服务。
4移动教育的特点及其存在的问题
4.1移动教育的特点
(1)学习的移动性。从某方面来说，移动教育可以让学习者自由地选择学习地点和学习时间，它突破了传统教育在空间和时间上的局限性，使学生学习的机会大大提高，而且变得更便捷，与此同时，教育的成本被降低，老师的工作重心开始由讲授者转移为引导者。
(2)学习的自主化。移动教育可以很好地构建基于问题的学习环境。传统教育强调教师的支持作用，但它的一个重要缺陷是其教学效果很大程度上依赖教师个人的素质和能动性。而移动教育以学生为核心，让学生从实际需要出发，自己基于问题主动去掌握，从而能极大地激发学生的兴趣和好奇心。基于问题的学习，即通过一系列实际问题来应用知识和技能，从而达到建构经验的目的。一般来说，基于问题的学习环境能增强学生的学习动机，开发学生批判性思维技能并能加深学生对重大问题的理解。
(3)学习的个性化。移动教育的部分功能就是利用人工智能技术构建的智能导师系统，根据学生的不同个性特点和需求通过移动资源库、移动讨论区和BBS进行教学和提供帮助。学生不再是被动地接受信息，而是采用新颖熟练的数字化加工方法，进行知识的整合、再创造并作为学习者的学习成果。对相同的学科主题内容，教师和学生可以根据自己的需要、能力和兴趣选择不同的难度水平进行探索。
(4)资源共享化和资源的实效性。Internet是一个丰富的信息海洋，在全球范围内各种最新的知识和信息都能通过网络得到有效的传播。这些知识和信息不仅能被共享，而且成为教学资源融入课程之中，让学习者进行讨论和利用。这种以现实为基础的信息利用，将有助于学生发现知识并加深对现实世界的理解。
(5)移动教育功能的扩展性。现在以手机为主要移动终端的移动学习，在技术的支撑下，功能日益强大。如现阶段流行的在GPRS上连线的W AP在线游戏和W AP博客，它们都具有数据高速传输，永远在线和仅按流量计费的优势。
4.2移动教育发展过程中存在的问题
从宏观上讲，我国的教育事业和工业化处于发展阶段，教育与通信相接轨，但教育却还没有被完全被纳入市场运作环境中。专门的移动教育设备制造商、移动教育接入服务商、移动教育网络运营商和教学资源提供商等，都还没形成完整的整合体系和链接结构，运作环境尚不成熟，从而无法构造一个完整开放的移动教育系统。就教学资源提供商而言，目前在我国已形成规模并进入商业化运作的教育网站大致只有两类，一类是提供在线远程教育，即所谓的“网校”，一类是提供教考资源。
从微观上讲，技术是移动教育的一部分。技术的发展可以极大地促进移动教育并解决其中的一些问题。但目前，有些技术还无法为参与移动学习的学生提供良好的虚拟学习情境和人性化的交互方式。如手机屏幕的显示方式有待于屏幕技术的改进，也有待于适合移动学习的学习网站的建立，而基于手机的教育操作系统目前开发出来的少之又少，并且已有的软件缺乏扩展性。还有诸如互联网技术、移动通信技术、嵌入式平台软件、蓝牙技术、语音输入技术、手写输入技术、屏幕扩大技术等等都在改进之中。
另外，移动教育的优势之一是能让学生自主、便捷地就有关项目进行高效的、自由的学习，但从教与学的交互与反馈来看，移动学习对学生的学习行为缺乏监控和调整策略。传统教育中人性化的交互方面与移动教育相比，无疑更占优势。这是移动教育迫切需要改进的地方。
综上所述，随着移动计算技术、移动互联网、分布式计算、蓝牙技术、W AP技术的迅速发展，我们有理由期待一种崭新的教育形式——移动教育将为我国的教育事业带来更多的发展契机。
参考文献
[1]白娟，鬲淑芳.M-Learning:21世纪教育技术的新发展[J].现代远程教育研究，2003，(4).
[2]隋清江，张艳萍，张进宝.移动教育:国内外实践研究综述[J].教育探索，2004，(8).
人工智能技术概要范文6
论文摘要：随着虚拟现实技术的出现，城市规划建设发生了革命性的变化。而虚拟现实建模语言VRML正是相应其产生的，人们可以根据自己的丰富的想象力模拟构造出任意模型，从而实现城市规划的预见。当然，也可以从模型中发现缺点和不足，从而做进一步的改进和完善。本文正是基于这种技术和VRML开发工具实现了城市的仿真，能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可以从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，公众的参与也能真正得以实现。
本文研究的主要是虚拟现实技术在城市规划领域中的应用。意义在于针对现代城市建设的盛行，利用环境学、工程学、规划设计等的综合，将虚拟现实技术运用其中，实现对城市的仿真，更真实、鲜明、生动地展现城市面貌，便于对城市规划的可行性研究，有利于城市的规划，建设和完善。
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 绪 论
1.1 什么是虚拟现实技术
虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。虚拟环境是由计算机生成的，它通过人的视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的视景仿真。它是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。
虚拟现实不是真的，也不是现实，它只是一个在桌面上可实时地做交互式三维图形用户界面的工具。就像窗口系统及鼠标驱动用户界面一样，虚拟现实可使计算机的运用更加有效、透明。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。
虚拟现实是一门综合技术，它以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的三维视觉以及嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察[1]。
虚拟现实有三大特点：浸沉感、交互性和构想性。
浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉；
交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；
构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。
1.2 虚拟现实技术的发展前景
虚拟现实（Virtual Reality，VR）是近来计算机网络世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字地球概念提出的依据和基础技术。
虚拟现实的应用领域十分广泛，主要在工程设计、计算机辅助设计（CAD）、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺术创作、游戏、娱乐等方面。 Web的出现更使虚拟现实技术引起人们普遍的关注。人们对它寄予厚望，希望利用这个技术使世界各地的人，可以在三维环境下交流。多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的闲谈，在网上建立一个真正的三维社区已不再只是梦想中的事[2]。
虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界!
我们相信社会的发展和技术的创新使这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将来，或许就在十年以后，或许二十年以后。
1.3 国内外虚拟现实技术的研究概况
美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模VR知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。
在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到1991年底，英国已有从事VR的六个主要中心，它们是WIndustries（工业集团公司），British Aerospace（英国航空公司），Dimension International，Division Ltd，Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd（主要从事VR职产品销售）[3]。
和一些发达国家相比，我国VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接[3]。
浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，另外，他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。
哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步等。
还有其他一些大学在虚拟现实发面取得了骄人成绩，在这里就不再介绍了。总之，虽然我们和其他一些发达国家相比还存在差距，但我国的发展前景还是很光明的，需要大家的不懈努力。
1.4 本文研究的主要内容
本文主要是介绍了虚拟现实技术极其应用，及其相应的实现工具VRML语言。通过对城市的模拟设计，更深入的了解虚拟现实技术及掌握VRML语言的使用。
第一章主要讲了虚拟现实技术的基础知识、发展前景以及现今国内外的发展状况。以便让读者对虚拟现实技术有一定的了解。
第二章主要讲了虚拟现实技术的实现工具VRML语言的发展历史，虚拟现实与VRML的联系以及VRML的创作原理等，目的是使得读者可以很快掌握VRML。
第三章是系统的概要设计，主要讲了虚拟现实技术的应用和VRML的使用。通过介绍虚拟现实技术在城市规划领域的应用，物理建模技术以及城市模型的概要设计，使得读者对虚拟现实技术的了解更加深入和透彻。
第四章主要讲了系统的详细设计，主要是告诉读者怎样利用VRML语言实现模型的虚拟实现。通过本章的学习可以使读者的运用VRML语言的能力大大增强。
第五章主要讲了在系统的设计过程中遇到的问题及相应的解决方法。
第二章 VRML简介
2.1 VRML的发展历史
VRML使用场景图数据结构来建立3D实境，这种数据结构是以SCI开发的Open Inventer 3D工具包为基础的一种数据结构。VRML的场景图是一种代表所有3D世界静态特征的节点等级：几何关系、材质、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。几乎所有的生产三维产品的厂商，无论是CAD、建模、动画、虚拟现实，还是VRML，它们的结构核心都是场景图。
1993年9月，Tong Parisi和Mark Pesce开发了第一个VRML浏览器，称为Labyrinth，它是WWW上三维浏览器的原形。
1994年春，在日内瓦第一届WWW大会上，由Tim Berners-Lee和Dave Raggett所组织的一个名为Bird_of_Feather (BOF)的小组提出了VRML这个名字，当时所代表的含义是Virtual Reality Makeup Language，但是后来为了反映三维世界的建立而改成了Virtual Reality Modeling Language，缩写为VRML。在这次大会以后，一个www-vrml mail list的组织成立了，Silicon Graphics，Inc(SGI)的Gavin Ball通过选择Open Inventor文件格式中的基本元素，增加必要的WWW特征，制定的方案经修订，在1994年第二次WWW大会上公布为VRML1.0的初稿。
另一位SGI的原Open Inventor设计师Paul Strauss开始作一个VRML公共域的词解程序，当时流行于业界的名字叫QvLib。这个程序的作用是把VRML的可读文件格式转换成浏览器可理解的格式。这个词解程序于1995年1月公开。它可以安装到各式各样的平台上，从此，各种浏览器私雨后春笋般兴盛起来[4]。
1996年8月在SGI的 Moving Worlds提案基础上形成VRML2.0。VRML2.0在VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。
VRML2.0的DIS就是以VRML2.0为基础制定的，于1997年4月提交国际标准化组织ISO JYCI/SC24委员会审议，依照惯例命名为VRML97。
1998年12月在原VRML组织的基础上成立了Web3D联盟，致力于VRML NG标准的制定，并致力于制定X3D网络三维标准。在X3D的旗帜下，VRML将结合Java3D和XML等技术，成为Internet上三维虚拟世界的主要标准。
2.2 VRML与虚拟现实技术
虚拟现实的英文名称为Virtual Reality，简称VR，即利用计算机的高科技手段构造出一个虚拟的世界，使参与者获得与现实一样的感觉。虚拟现实是一个在当今国际上倍受瞩目的课题。
当计算机技术尚未出现的时期，仿真只能在实物上进行，这一阶段的仿真称为模拟仿真。其特点是：由于仿真是在实物上进行，因而实时性强且精度较高，但是实施的难度和费用都较大。在计算机技术问世且被引入仿真领域的初期，仿真技术步入了半模拟半数字的阶段。这时系统中的一些部分由计算机代替，另一部分则由实物充当，所以，在一定程度上仍然保留着实时性仿真的特点[5]。
80年代后期，仿真在诸多方面都发生了重大的转变，仿真研究的对象已由连续转向离散事件系统。仿真已由重视实验转向重视建模与结果分析。计算机已成为一种重要的仿真工具。计算机仿真是一门利用计算机模拟真实系统进行科学实验的技术。
由于从强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，仿真系统的交互性大大加强。就应用领域方面而言，仿真已从研究制造对象的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。这些转变明显地说明，计算机仿真已经进入了一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功能已越来越突出。虚拟现实促进了仿真技术的发展。虚拟现实是采用计算机仿真技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境，置身于该环境中的人们可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用，达到彼此融为一体的程度。近年来随着信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术、多媒体技术和虚拟现实技术的发展，使得建立人机一体化的、分布的、多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，仿真因此形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等[5]。
2.3 VRML原理
1.VRML对三维虚拟世界的描述
VRML规定了3D应用中大多数常见的功能。
(1)建模能力，VRML定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力较强。
基本几何形体：Box、Sphere、Cone、Cylinder
构造几何形体：IndexLineSet、IndexFaceSet、Extrusion、PiontSet、ElevationGrid
造型编组、造型定位、旋转及缩放：Group、Transform
特殊造型：Billbord、Backgroud、Text
基本几何形体节点只能作十分有限的几种造型，用点、线、面索引节点及拉伸节点就可以构造任意复杂的实体形状。特殊造型节点可用于场景中的文字、背景颜色等设置。造型编组可以用来描述装配关系，其中Transform节点可以确定装配位置、方向。
(2)真实感及渲染能力，通过提供丰富的相关节点的渲染，可以很精细地实现光照、着色、纹理贴图、三维立体声源。
光照：HeadLight、SpotLight、PointLight、DirectionLight
材质着色：Material、Appearance、Color、ColorInterpolator
纹理：ImageTexture、MoviceTexture、PixelTexture、TextureTransform
雾：Fog
明暗控制说明：Normal、NormalInterpolator
三维声音：Sound
场景光照的设置直接影响观察者的视觉效果，这几种光照节点可以提供各种虚拟场景的光源。不同材质的物体色彩及反光效果不同，VRML的材质及着色节点的使用可以仿造如同真实物体给出的视觉效果。文理节点可以对实体表面粘贴图片或进行像素点的设置以使实体具有同实物一样的表面花纹。雾、明暗控制都对场景的光线反射有影响。声音节点可以在场景中模拟出实际空间可能产生的各种声响，如音乐、碰撞声等[6]。
(3)观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互。视点可以控制对三维世界的观察方式。
传感器：CylinderSensor、PlaneSensor、VisibilitySensor、ProxymitySensor、SphereSensor、TouchSensor
控制视点：ViewPoint、NavigationInfo
各种传感器节点可以感知用户鼠标的指针，TouchSensor节点在数控车床操作按纽功能的仿真中十分有用。视点控制可以预先提供给用户一些更好的观察角度。
(4)动画，VRML提供了方便的动画控制方式。
关键帧时间传感器：TimeSensor
线性插值器及姿态调整：CoordinateInterpolator、OrientationInterpolator、ScalarInterpolator
这两组节点的配合使用可以产生场景中的动画效果，关键帧时间传感器节点驱动线性插值器节点按时间顺序给出关键值插值，这些插值就是关键震动画时控制实置、状态所需要的中间过渡值。
(5)细节等级管理及碰撞检测：LOD、Collision
细节等级管理是对复杂实体的细节显示加以控制，使该实体可在视点外或远离视点时不显示或粗略显示。VRML自身提供的碰撞检测是指观察者在虚拟场景中的替身与实体的碰撞。
(6)超链接及嵌入：Anchor、Inline
这两个节点使VRML可以由一个虚拟场景直接链接到另一个场景，或者将另一个场景中的实体嵌入自己的场景中。
2.VRML的执行模式
通过使用VRML的Script节点编程、与Java间事件访问和建立场景图内部消息通道能够很方便的实现虚拟实体的交互和动画功能。VRML场景图可以接受两种事件驱动：从路由语句传过来的入事件及由外部程序接口写入的直接事件。路由语句说明由场景传出的每一条消息的传递路径，也就是从一个节点的出事件域传出的事件传递到一个节点的入事件域。场景中传感器节点通常定义了触发事件，它通过路由发送到场景图的其他节点的入事件域。如传感器节点的触发事件直接传递到插补器节点产生关键值插值，也可以传递Script节点进行运算处理产生关键值插值。Script节点的处理过程就是JavaScript语法编写脚本程序。Script节点还可以通过URL域引入Java程序到其他需要的节点，比如传送给实体改变它的位置、形状。由外部程序接口写入的直接事件不需要路由图传递，但其他执行过程都是一样的。如果需要外部程序的响应，它应该能够有读取节点出事件域数据的接口[7]。
2.4 VRML的创作工具
创作VRML可以用你喜欢的文本编辑器，如Windows95下的NotePad，DOS下Edit等。当然，最后要奖文件保存为以 .wrl为后缀的文件。对于复杂的三维造型，如果VRML语句逐句写出，那么其工作量是非常大的，有时也是无法完成的，幸运的是有很多大型的具有三维造型功能的软件都开发了VRML文件的输入输出，人们可以利用这些造型工具直观快速的创建一个三维空间，然后输出为 .wrl后缀的文件。这样对于复杂的三维造型VRML环境中显示就不成问题了。
推荐读者使用的VRML创作工具是VrmlPad，它是一种功能强大且简单好用VRML开发设计专业软件，其完全VRML97标准。VrmlPad可以对VRML文件进行浏览编辑，对资源文件进行有效的管理，并且提供了VRML文件的向导，可以帮助开发人员编写和开发自己的VRML虚拟现实作品[8]。
第三章 系统的设计
3.1 虚拟现实技术在城市规划领域的应用
3.1.1 概况
随着全球知识经济的兴起，信息产业正以前所未有的速度蓬勃发展，上至政府、军队，下到各企事业单位都开始重视信息技术的创新研究和长远发展，并已经或准备给予大量的投入。而作为信息技术发展重要驱动力的“虚拟现实”技术，也随之成为人们关注的热点之一。
由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。VR技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用VR技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的[9]。
3.1.2 虚拟城市的有机组成
仿真的虚拟环境
类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是VR技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。
多方式、运动中感受城市空间
在虚拟现实系统中，可以全方位，多种样式（步行、驱车、飞行、UFO等），完全由用户自由控制在场景中漫游。VR技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而VR技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。
实时多方案比较
运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过VR技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且虚拟现实系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户做出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。
三维空间信息交流
虚拟现实系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与GIS信息相结合，即所谓的VR-GIS，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，虚拟现实系统还可以与网络信息相结合，实现三维空间的远程操作。
公众参与与方案展示
对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，虚拟现实系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。
3.1.3 虚拟现实技术对城市规划的影响
1．城市规划管理
信息技术对城市规划管理的影响主要表现在办公自动化方面，目前的办公自动化方面，目前的办公自动化主要是提高城市规划管理部门内部的管理水平、质量和效率。随着社会的信息化，通过因特网可以建立城市规划管理部门与城市建设者之间的有效信息通信渠道，可以通过因特网实现网上报建，报建单位只要在本单位与因特网相连的计算机就可完成报建过程和提供所需的材料，规划审批可以在因特网上完成。
规划管理与规划设计更紧密的结合，实现管理与设计的一体化，审批的结果可以电子数据的形式迅速的反馈给设计部门，而设计部门可尽快地将设计结果以电子数据的形式提交给管理部门，这些信息的传输可以通过因特网来完成。
通过因特网可以进行规划评审，各地的专家可以在家里对规划成果进行评审，规划成果将利用虚拟现实技术展现专家所需的各种信息（如建筑物三维动态模型），通过网络会议交流意见，专家甚至可以实时与规划师交流，提出自己意见和设想，并可以较快地通过建立数字模型加以证实[10]。
2．城市规划设计
城市规划设计将更广泛应用CAD和GIS技术，而计算机图形输入技术的改进和智能化，五笔输入技术，使规划设计师进行设计更为方便，而不影响灵感产生。
设计过程中所需的数据将数字化，使其获取变得更加容易、更加方便，可以采用遥感图像直接作为背景进行设计，而各种地下管线的资料由于数据库的建立而更加方便的获得。现在比较难以得到的人口空间分布、交通流量等信息由于相应信息系统建立而能很方便地获得。
虚拟现实技术的发展与应用，使规划设计成果的三维动态建模更加方便，设计成果更加形象和直观。
在规划设计和规划审批中由于规划成果的数字化，使得对各种规划成果和方案的定量分析、模拟和预测成为可能，经济可行性分析也更为方便，促进规划决策的科学化。
通过因特网由分布在全球各地的规划设计专家共同合作完成设计也将成为可能，这样可以构建了一个不受规划师的空间分布制约的虚拟设计事务所。
3．公众参与
公众可以通过因特网动态了解规划设计方案和参与规划审批，而且规划方案与成果的表现形式由于采用虚拟现实技术和多媒体技术更为直观和形象，使公众能更好的理解规划师的意图，公众通过因特网发表个人的意见，与规划师、管理人员和其它有关人员进行直接对话，使公众参与更加有效，促进决策过程的民主化。
4．城市规划研究与教育
因特网构成了一个巨大的电子图书馆，各种城市规划研究成果将以电子出版物的形式出现，城市规划研究者将通过因特网查到各种城市规划资料，并可通过电子邮件、BBS（电子公告栏）及其它一些网络通信方式进行交流。
因特网同时也将成为一个庞大的远程教育网，城市规划专业的学生可以通过因特网利用多媒体技术学习城市规划的理论与知识。
在信息时代，电子游戏也将成为一个很好的教育手段，城市规划方面的游戏软件将出现，可以对规划设计与审批及城市建设过程进行模拟，使城市规划学习及城市规划的宣传与教育通过玩电子游戏的过程来完成。
总之，信息时代的到来，使人类构造了一个与现实世界相对应的虚拟的信息世界，人们将生活在由原子组成的现实空间和由比特（BIT）构成的信息空间(CyberSpace)中，现实空间与信息空间的物理界面（Interface）是由计算机及网络和数据库构成的信息基础设施，人们通过这一界面可跨越现实空间与一些时间的限制，了解现实世界的过去和现在，预测未来，进行思想交流。城市规划将在信息空间中构造城市发展的蓝图，并通过建设者在现实世界中实现。
3.2 物理建模技术
3.2.1 人工的几何建模方法
由构造VR的观点看，几何建模是构造VR的致命技术，它的限制可能妨碍VR的进展。VR研究将受益于共享的开放的建模环境，包括物理建模环境等。为了加深理解，需要回顾三维几何模型怎样获取。下面回顾几个VR工作所报告的模型获取过程。VR的几何建模一般通过基于PC或基于工作站的CAD工具获取。在北卡大学漫游建筑的项目中，AutoCAD用于产生构成一座教堂几何模型的12000个多边形。讨论的一个问题是"由为其它目的写的CAD程序中取出要求的数据"。由AutoCAD产生的文件取出三维几何并不困难，但问题是并非所有要求的数据都以VR要求的形式提供。特别是没有提供有关建筑物实际物理的数据，用于实时漫游算法的划分信息，以后由手工或专用程序加入。
VPL Reality Built for Two (RB2) 系统使用Macintosh Ⅱ，作为固体建模的设计站，用IRIS工作站作为绘制/显示站。RB2是用于设计和实现实时VR的软件开发平台。在RB2下开发是快速的交互的，具有可实时编辑的属性约束和交互。RB2的几何建模功能利用了软件模块RB2 Swivel和数据流/实时动画控制台Body Electric。RB2在组织上有大量跟随者，他们没有足够的资源开发自己的VR。RB2是交钥匙系统，它的几何物理文件格式是专有的。
在NPSNET项目中，初始的三维插图集由SIMNET数据库得到。这些模型知道的武器系统的三维外表比SIMNET少得多。结果，研究者开发了保存这些三维模型的开放格式，把物理模型增加到格式中，并改写了系统，包含了面向对象的动画能力。例如，NPSNET研究组正在利用MultiGen CAD工具开发无物理的模型，这用于SGI基于Performer的NPSNET-4系统。有物理的CAD系统已开始开发，但还很贵，只是专用的。许多VE应用要复制真实世界。不是用手建立模型，最好利用视觉或其它感觉自动获取模型。自动获取复杂环境模型(如工厂环境)当前还不现实，但这是合适的课题。同时，自动或接近自动获取几何模型，现在在某些情况是现实的。部分自动的交互式获取在不久将是可行的。现在已有利用激光扫描建立实际物体三维外形的设备出售。
3.2.2 自动的几何建模方法
三维扫描仪（3 Dimensional Scanner）又称为三维数字化仪（3 Dimensional Digitizer）。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同。首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的实物。其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。第三，他输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于CAD或三维动画。彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。
1．三维信息获取技术
早期用于三维测量的是坐标测量机（CMM）。目前，CMM仍是工厂的标准立体测量装备。它将一个探针装在三自由度（或更多自由度）的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高。其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢，无色彩信息。
机械测量臂借用了坐标测量机的接触探针原理，把驱动伺服机构改为可精确定位的多关节随动式机械臂，由人牵引装有探针的机械臂在物体表面滑动扫描。利用机械臂关节上的角度传感器的测量值，可以计算探针的三维坐标。因为人的牵引使其速度比坐标测量机快，而且结构简单，成本低，灵活性好。但不如光学扫描仪快。也没有彩色信息。FARO和Immersion公司提供这类产品。
借助雷达原理，发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。这是激光或超声波测距器。测距器向被测物体表面发出信号，依据信号的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，称为"飞点法"或"图像雷达"。不少公司开发了用于大尺度测距的产品（如用于战场和工地）。小尺度测距的困难在于信号和时间的精确测量。Leica和Acuity推出了采用激光或红外线的测距器。Senix公司推出了超声波测距器。它受遮挡的影响较小。但要求测量精度高，扫描速度慢，而且受到物体表面反射特性的影响。
基于计算机视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法，立体视觉法，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。其中的结构光法，编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。这些方法可以分为被动式和主动式两大类。被动式法的代表是立体视觉法。主动式法的代表是结构光法，编码光法。光学扫描的装置比较复杂，价格偏高，存在不可视区，也受到物体表面反射特性的影响[11]。
用于获得物体内腔尺寸的方法之一是工业CT。它以高能X射线对零件内部进行分层扫描。它的缺点是精度不高，价格昂贵，且存在放射性危害。
美国CGI公司生产的自动断层扫描仪（Automatic Cross Section Scanner， ACSS）可以克服这些缺点。但要求对被测物体进行破坏。
2．三维扫描系统的关键技术
在硬件和控制技术方面，扫描运动的伺服装置要求精度高，运行平稳，可定位性好。用电子扫描代替机械扫描是当前的趋势。各类传感器要求精度高，分辨率高，噪声小。
三维信息获取技术方面，三维信息获取的原理应综合考虑精度，速度，易实现性，易使用性，成本，使用背景等。原理确定后，还要注意实施方案，采用巧妙的技术策略，提升产品的性能。还要研究计算模型和误差模型，了解误差的原因，误差的传递，误差的校正和消除。往往还要包括数据的预处理和后处理技术。
色彩信息获取方面，物体的色彩由三个因素确定: 照明类型，物体表面的反射特性，眼睛按三条不同的光谱灵敏度曲线感知光线的能力。彩色是一种心理感觉。它与光源辐射能量的分布及观看者的视觉感受有关。目前的三维扫描仪一般得到的不是物体表面的材质和对入射光的反射特性，而是在某种照明条件下所呈现的色彩。
三维构型，显示及修改技术方面，扫描仪获取的是物体表面离散采样点的坐标和色彩。这些采样点的集合称为"点云"（Point Cloud）。必须用点，多边形，曲线，曲面等形式描述立体模型，即将"点云"构成"形"。同样的点集进行不同的连接，可能得到不同的三维模型。复杂表面的散乱点的构形是很困难的。还要将得到的三维模型显示出来，并对缺陷进行人工修改。还必须支持多种数据格式，将结果按指定的格式输出[12]。
定标技术方面，确定有关的装置参数就是定标。它与计算模型和误差模型有关。定标精度和可靠程度直接影响测量精度。定标还可以校正装置的误差。对彩色扫描，还有色彩定标问题。
3.3 城市建模
本设计采用了人工几何建模方法建立城市模型的。这部分包括两部分，即总体建模和局部建模。
3.3.1 总体建模
总体建模初步构造了将要建立的城市模型的大体布局，包括主要的街道，建筑等，还有整体的天空地面的色彩。局部建模是在整体建模的基础之上对局部布景的详细设计，是个逐步细化的过程。
整体建模如下：用Background设置天空和地面的色彩。Background节点用于生成VRML的背景空间，背景采用了立方体空间的表现形式，在其外放置了一个地面球体，在地面球体之外是天空球体。立方体和球体在概念上都是无限大的，并包围着VRML世界，观察者可以看到立方体和球体的任意部分但永远不能接近它们。用Viewpoint节点定义了浏览者在虚拟环境中的游行方式。Viewpoint视点节点定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。在每一个新的观察点，浏览器获得的图象就像是使用一部虚拟的取景器在屏幕上播放一样。替身在虚拟空间中的移动，就使得取景器不断的调整起位置和朝向。在这里本人定义了aa视点，采用了飞行的非跳跃的漫游方式。为了是浏览者的感觉和现实世界一样，本人又在浏览者的头部安置了头灯，否则，展现在我们面前的将是一个个黑漆漆的模型。同时用WorldInfo定义了境界信息，在运行界面的标题栏可以看见该设计的名称，作者等等。WorldInfo节点用来声明一个空间的标题以及想提供的其他注解，它对VRML场景的创建并不产生影响。
运行效果如图3-1。
图3-1 背景图
上图只是一个非常非常粗略的框架，在此之上，用Transform节点创建了几栋楼房，有高有矮，和城市的比较接近，还有南北东西走向的街道。Transform节点是一个组节点。Transform节点包含一个子节点列表，这些子节点可以是Shape节点、Group节点或Transform节点。在Transform节点中的所有子节点将在Transform节点的坐标系原点处建立。该节点包括位置的确定、造型节点的旋转轴和方向、造型节点大小的缩放比例及缩放旋转轴，以及形体造型的构造等，它的功能比较强大，使用相对简单。Transform节点在放置场景中的对象并确定其方向时具有很大的灵活性。Transform节点也是一个形成VRML场景层次结构的基础节点。这里的楼房和街道就是用简单的形体造型节点Box构成的，只是在大小，位置，方向上做了相应的改变。为了是楼房看起来更逼真，又在上面嵌入了楼房的图片。
城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘，为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。这里也采用了城市规划的思想，哪里放置街道、哪里放置楼房等都需要缜密的考虑，要求布局合理，位置适当。
图3-2是设置后的运行效果。
图3-2 简单的楼房
很显然，城市里只有楼房和街道是不够的，一定要有树，那是反映一个称呼司绿化程度和建设特色的标志，而树则不是简单的立方体，但为了构造的简便，本人用圆柱体和球体来构造树，只要将球体在竖直方向上拉伸，在水平方向上压缩，然后将这个改造过的形体放在圆柱体上就形成了一棵树。当把树嵌入到城市模型中，景致就完全不一样了。这就是城市的整体构造。
在这里所用到的立方体Box、球体Sphere、圆柱体Cylinder都是简单形体造型节点，但是运用它们可以构造更复杂的对象，需要初学者灵活的掌握和运用它们。除了上面提到的简单造型节点之外还有圆锥体Cone。
图3-3是一棵树的造型。其实，它不仅仅是一棵树，更是一个希望，象征着人类对环境美好的憧憬和欣欣向荣景象的期待。
图3-3 树
图3-4 绿化的城市
图3-3-4是在嵌入了带有绿意的小树的城市的整体构造。虽然有点空旷，但是，地广人稀正是我们人类所向往的。现在世界人口的膨胀，土地资源的紧缺，已经上升到令人瞩目的日程。开拓一片沃土，合理利用土地资源是每一个建设者的最终目的和任务。而且我们也应该珍惜每一片土地。
3.3.2 局部建模
局部建模也称为细致建模，具体步骤如下。
一个城市只有楼房、街道和树是不够的，因此需要我们对粗略的城市进行细化。首先，先建立一个花坛，花坛也是有简单的造型构成的，包括立方体和球体，相互嵌套而成。花坛的颜色设置为浅绿色，错落有致。有树有花坛，当然也得有草了，所以，还要做一个草坪。为了不和花坛相冲突，草坪的颜色设置为深绿色，是一个大的扁平的立方体。街道上没有车也是不行的，但车的造型是比较复杂的，但是什么复杂的东西都可以简单化，本人用两个球体和两个圆柱体做成了一个小汽车。两个球体需要变形，而且上面的球体比下面的小。两个圆柱体作为车轮子，架在大的变形球体的下面，并在上面嵌入了车的图片，具体造型效果如图3-5。
图3-5 小车
草坪建好了，也要为其进行装饰，因此在上面放了凳子和一个供观赏的造型，凳子是由黄色的立方体做成的，供观赏的造型则是在浅灰色的圆锥体上架了一个球体，并在草坪的四角各放了一个半球。为了体现国民的保护环境意识，在草坪的边上有放置了一个圆柱形的垃圾箱。在此基础之上，为了体现虚拟现实世界的动感，草坪四角的半球及中间圆锥体上的球的颜色是自动变化的。颜色的不断变化是通过颜色插补器CorlorInterpolator和时间传感器TimeSensor来实现的。CorlorInterpolator节点是VRML提供的附加的插补器节点，利用它可以构造色彩的变化效果。CorlorInterpolator节点在它的key和keyValue域中使用一系列关键时刻值和色彩值。CorlorInterpolator节点通过在两个色彩值中内插，来计算一个中间的色彩值，此值被它value_changed域输出。TimeSensor节点可以像时钟一样标记时间的流逝，还附加有定时发送相关时刻信息的功能。同时它可以是一个定时开关，开始及结束一些过程。通常与插补器、传感器联合使用。TimeSensor节点能够作为任何组的子节点。
效果如图3-6和图3-7。从两副图中可以明显看出，除了图中的球体的颜色是不同的之外，其他的都是一样的。
图3-6 奇异的草地甲
图3-7 奇异的草地乙
虚拟现实，也就是模拟现实，使得呈现的景象和现实世界的一样逼真。在这了，本人将要设计的城市的四个游乐场所中的一个做了一点变化。那就是将里面的球体改成了立方体，这不是主要的，值得一提的是当替身与游乐场的距离在一定范围内时，中间的立方体会自动的旋转一定的角度。这种变化是如何实现的呢？其实很简单，这里使用了临近传感器ProximitySensor。临近传感器感知观察者进入并在一个空间的长方体区域中移动的时间。当观察者接近区域时，能使用这些传感器启动一个动画，当观察者离开时停止这个动画。ProximitySensor节点能够作为任何组的子节点。并且它可以感知观察者何时进入、退出和移动鱼当前坐标系内一个长方体区域。可以检测到观察点接近的信号，利用它可控制其他操作。
一个城市只有高楼没有平房也是不切实际的，本人又在城郊建立了几个平房区。每个平房也是由简单的几何造型节点Box构成的。而且，每个平房的门是可以用鼠标拉动一个角度的。房门转动是通过圆柱传感器CylinderSensor的实现的。CylinderSensor节点可以感知一个观察者的拖动动作，并且计算旋转轴和角度，且通过它的rotaion_changed域输出。将鼠标的动作转换成适于操作造型的输出。CylinderSensor节点可以是任何组节点的子节点，它可以感知观察者在组及子节点的任何造型上的动作。通过将传感器节点的输出路由到Transform节点来引起造型物体的旋转。平房区建完了，又在天边添加了几座山。山群是几个圆锥体组成的，只是远近和大小不同，颜色也做了调整，并在上面嵌入了山的图片。具体结果如图3-8。
图3-8 山与平房
一个城市没有人是不可能的，只是多少的问题。人的造型本人是用球体和立方体组成的，胳膊，腿，身体已经脖子是几个立方体，头部是一个球体，效果如图3-9。
图3-9 人
除了以上的各个造型外，在模型中还有一些电线杆，只是起到辅助的作用，也是为了使设计更加完美。
设计的最终结果如图3-10。
图3-10 美丽的城市
以上就是虚拟现实技术的应用，是基于VRML技术的，在整个设计和建模过程中，要求设计者有很好的逻辑构想思维方式，时刻以城市规划为理念，要从全局考虑，掌握逐步细化的能力。在这里要求大家要熟练掌握虚拟现实技术和VRML技术，理解城市规划的要领，能够灵活的运用VRML语言，达到举一反三的程度。
四章 系统的编码实现
本设计是以虚拟现实技术为基础，应用VRML语言实现的城市环境的模拟，下面是通过编码而得到的一个城市模拟视图图4-1。
图4-1 城市运行图
在这里的核心技术是VRML语言。在第二章已经对VRML语言做了简要的介绍，这里就不再赘述。
编码实现的过程实际上是如何应用VRML语言的建模过程，编码设计的核心也是VRML语言。在这里，对编码的实现过程作一下简要的介绍。在城市的模拟过程中，许多造型都是用简单的造型节点构造的，用到的简单造型节点有立方体Box，圆锥体Cone，球体Sphere和圆柱体Cylinder，尽管它们比较简单，但是它们是基础造型，不可缺少。下面，本人就从程序中取出一部分来阐述整个编码实现过程。
Background节点是用来设置天空和地面的色彩的，skyColor中包含一系列三元颜色值，用来设置变化的颜色。skyAngle中包含一系列角度值，用来设置颜色变化的角度。GroundColor和groundAngle的功能和作用同skyGround和skyAngle大同小异。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节点是用来设置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一个三元值来设置方向，下面的例子中所设定的方向为光线沿着Y轴负方向照射。相当于光线是从顶部照射下来的。
DirectionalLight {
direction 0 -1 0
}
NavigationInfo节点是用来定义导航信息的，type域可以定义为飞行FLY，行走WALK等方式，speed域设置观察着在场景中畅游的速度，单位为米每秒。Headlight域指明是否浏览器要将观察者的头灯打开。头灯是一束指向用户正在观看方向的有向光。AvatarSize域指定一些距离参数，这些参数决定了在考虑碰撞检测和视点随地形起伏的用户可移动范围。该域的第一个只是碰撞被探测出以前用户的位置与一个碰撞几何体间允许的距离；第二个只是视点与地面间应保持的高度；第三个只是视点可以跨过得最高障碍物的高度。公共域avatarSize值描述了观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节点是一个组节点，该节点包括一个子节点的列表。这些子节点可以是Shape节点、其他Group节点或Transform节点。Translation用来指定造型的位置，children域是指定受该节点的变换影响的子节点。这个节点是整个程序设计中的基础节点，几乎每一个模型的建立都用到了Transform，因此，对Transform的灵活运用尤为重要。下面的例子使用Transform节点设置地面。
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节点是视点定义节点，定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。Position用来设置视点的位置，它是一个三元值，jump域决定了视点的类型，即跳跃型的和飞跳跃型的。Orientation域是一个四元值，前三个值指定了视点的旋转轴，第四个值说明了旋转角度的正负。Description域的值指定了一个用于描述视点的文本串。下面是一个关于视点aa的例子。
DEF aa Viewpoint {
position
25 5 70
jump FALSE
orientation 0 1 0 0.4
description "aa"
}
在VRML编程中，Group节点也是一个很重要的节点。Group节点提供了最简单的节点编组，可以包含任意数目的子节点，与一个没有转换域的Transform节点相当。该节点与Transform节点一样，也有一个children域。它用来收集节点和创建不需要实施变幻的层次结构。似乎有了Transform节点，Group节点并没有什么用处。但有时在对一个整体进行操作时，以Transform节点组织的整体相比Group节点组织的整体并不能显示出优势。如果在使用传感器或插补器节点时，祖作为一个整体，可以使用DEF来给它定义一个名称，并且在VRML文件中使用USE重复的引用。
一个组可以具有任意数目的成员，成为子节点。既可以是造型以可以是其他包含造型和组的足。包含子节点的组节点被称为父节点。因为组节点可以其他的组，一个组的父节点可能是一个更高一级组的子节点。高级组的父节点可以是一个更高级组的子节点。从此上溯直到最高级父节点，称为根节点。造型可以组织在一起来创建更大、更复杂的造型。由于Group节点和Transform节点很相似，在这里就不再举例子了。
以上介绍的几个节点是VRML语言的核心节点，整个程序的设计都是通过这些节点的不同设置和组合来实现的。除此之外，还有两个重要的工具，这就是节点名定义DEF及引用USE，这是VRML世界提供给我们的两个避免重复劳动的工具，节点命名是以关键字DEF加上所命名名称在一起，置于节点类型定义之前开完成的。这两个说明符可以放在任何允许节点的地方。USE语句并不是复制该节点，而是把该节点再次插入它所在的场景图。节点名只在本文范围内有效。
总之，系统的编码实现就是利用VRML中的基本造型节点对已经涉及好的模型进行的模拟实现过程。在这个过程中，需要设计者能够熟练的掌握和运用VRML语言，懂得融会变通，才能使预想创建的模型得以实现。
当然，VRML中还有很多更深一层次的部分，那需要有兴趣的读者继续学习和探索，笔者在这里就不再过多描述了。
第五章 系统的测试与分析
5.1 系统的测试
随着程序的逐步完成，系统的测试也开始了。系统的测试采用的单元测试法，即逐步测试的过程。将程序分成若干个程序模块，单独进行测试，观察结果，与预期结果进行对比。当发现问题是逐步解决。然后，再将小的模块渐进式的整合成几个较大的模块，重复上面的工作，最终形成整体的模块，构成城市的整体建模。
5.2 测试中遇到的问题
在测试中遇到问题是在所难免的，本人也遇到了一些问题。
问题一：在程序的编码过程中，无论定义的立方体的颜色是哪一种，颜色的显示总是在顶部，其余部分为暗黑色。
问题二：在程序的编码过程中，当对一个简单的形体造型节点进行纹理贴图时，运行提示，找不到贴图文件。也就是说，纹理贴图不成功。
问题三：在运行界面的标题栏添加境界信息时，为何只显示其中的一部分，其余的没有显示。
问题四：程序中的许多节点的位置是一层一层嵌套的，因此就涉及到了如何才能进行正确的定位，本人总是在这个方面大费周章。希望可以找到一个好的方法来解决这个问题。
问题五：程序中的许多ROUTE与语句的使用总是和预想的存在差距。
当然还有很多更有难度的问题，由于本人能力有限，没有进行深入的探究，希望有兴趣的人继续努力。
5.3 问题的解决方法
对于第一个问题，通过察看资料以及对其他程序的研究，本人认为，应该是光线的照射方向问题，只要将浏览者的头灯打开应该就行了，经验证结论成立。
对于第二个问题，本人经过细心研究，反复实验，终于找到了答案。由于不同的VRML浏览器对图片的识别也是不同的，有些浏览器只是别.jpg形式的图片文件，有些浏览器只是别.gif形式的图片文件，而有些是兼容的。因此，只要正确选择浏览器及其相应的图片格式，就可以实现贴图纹理了。也许还有其他原因，由于本人能力有限，只发现了这些。
对于第三个问题，经过本人的细心研究发现，有些VRML浏览器提供特殊菜单选项来显示虚拟空间的标题和注解，一些浏览器也把虚拟空间的标题定位于浏览器窗口的标题栏。可以在空间使用任意多的WorldInfo节点。但只有第一个WorldInfo会被浏览器显示。因此，在使用WorldInfo节点时只要针对不同的浏览器采用相应的准则就不会出错或不合心意了。
对于第四个问题，在VRML世界中，内层节点的定位可以说是独立于外层节点的。一旦外层节点定义好了，就可以只考虑内层节点了。当然，怎样才能找到正确的位置不是一件容易的事，它需要有好的空间立体思维能力和条理清晰的层次构想，也许需要多多练习，熟能生巧。
对于第五个问题，ROUTE的使用是一门技术，需要初学者多看一些相关的书籍和例子，掌握其中的要领和规律，还要多多练习。俗话说的好好记性不如烂笔头，它需要大家多多的练习。
以上这些只是笔者个人的一点见解，由于知识有限，能力有限，可能看法有些浅薄，希望有兴趣和爱好的读者给与建议和指正。
结论
“虚拟现实技术的应用---基于VRML技术的城市之旅”的设计与实现，充分体现了虚拟现实技术在城市规划建设中的作用，它能够减轻设计人员劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。而VRML在实现城市规划中更是起到了不可或缺的作用，它是一种编程工具，利用它可以实现任意模型的虚拟，虚拟现实技术的优势也才得以实现，使得城市的设计布局合理、美观，支出价有所值。
在该设计的过程中，本人充分体会到要想熟练地掌握运用VRML和虚拟现实技术，就必需扎实的学习VRML语言和虚拟现实技术的基础知识。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术在各个领域都显示了其特殊的作用。时代的发展也使得我们掌握虚拟现实技术成为一种时尚的潮流。
设计的过程就是一个发现问题---解决问题---发现问题---解决问题的循环反复过程，但是它让学习的人逐步进步，就好像滚雪球一样，一点一点，越滚越大。通过“虚拟现实技术的应用-----基于VRML技术的城市之旅”的设计与实现，本人在VRML语言的运用以及对虚拟现实技术的发展方面有了很深的了解，受益匪浅。当然遇到很多尚未解决的问题，希望感兴趣的读者能够继续研究。
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