计算机理论基于虚拟现实技术的多维信息空间探析
虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术,它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境,能使用户具有身临其境的沉浸感,具有与环境完善的交互作用能力。并有助于启发构思。为了建立起和谐的人机环境,需要采用以人为本的理念,来构造虚拟环境的多维信息空间,确立在此空间中处理问题和提高认识的信息处理原则,人的感知系统、认知系统、人类以往的经验与知识以及虚拟现实系统就成为VE多维信息空间的主要组成部分。
1多维信息空间
人类是依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识,在多维化的信息空间中认识问题。而通常在计算机中信息的处理只是在数字化的单维信息空间中处理问题,这就造成了人类认识问题的认识空间与所用的处理问题的方法空间不一致的矛盾,产生了人们难以理解计算机的处理结果。更难以把已有的感知经验或认知经验与处理结果发生直接联系。因此。需要突破计算机处理单维信息的限制,而把它扩展成具有处理多维信息的能力。
2基本构成
为了说明多维信息空间的构成,不妨把它与传统的单维信息空间作一比较。在数字化的单维信息空间内,信息处理工具(或环境)是计算机,人与计算机是通过键盘、二维鼠标和显示屏幕等发生联系的,人类以往的经验是以数字化形式存储在数据库内的。在适人化的多维信息空间内,信息处理工具(或环境)是VR系统,人与VR系统是通过各种先进的传感器和人机接口系统发生联系的,人类以往的经验与体验(全部的感性知识和理性知识)都是理解问题、寻求解答和提出新概念的基础。
人是通过传感器把自己的经验和体验传送给以计算机为核心的VR系统的,而VR系统通过作用器把处理结果输出给人:人基于过去已有的对该物理情景的经验、人在该物理环境中的现时体验以及VR系统的现时输出,在VR系统的帮助下,经过综合集成获得了对该客观世界的认识和提高,VR系统对处理这类问题的能力也得到同步的增长。
计算机理论通信网络结构在煤炭企业信息化建设中的应用
1概述
3发展前景
VR技术所涉及的领域十分广泛,它包括信息技术、生理学、心理学和哲学等多种学科。目前宣传媒介对这一领域大肆渲染,把它的功能描绘得天花乱坠,甚至到了不可思议的程度。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是很大的、应用前景也是很广阔的,但目前尚处在它的婴儿时代,还存在着很多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。
参考文献
[2]郭四稳多维信息空间的动画设计与实现[J]计算机工程与设计,2007,(09)
关键词：VR；电影艺术；沉浸式；观影
虚拟现实技术（VR）是一种以计算机技术为核心，借助传感头盔、数据手套等设备，让用户在虚拟生成的三维动态环境中发生实体行为的仿真性技术。这种技术的诞生突破了原来以视觉、听觉为主的感知系统，用户可以产生触觉、味觉等感觉通道。它所涉及的核心技术，主要包括人工智能、计算机传感技术、人机接口技术、计算机图形学、实时计算机模拟技术等。自20世纪90年代此项技术成型以来，已广泛的应用于医学、考古、工业、军事、建筑、教育、农业等方面，是各国家高新技术研究水平的体现。
21世纪以来，随着影视艺术不断在制作技术层面的提升，虚拟现实技术在电影产业的应用日益宽泛。就目前影业的发展趋势来看，西方电影的发展已至瓶颈，模式的成型与好剧本的稀缺导致了好莱坞等电影集团难以找到出口。20世纪80年代佳片涌出的时代已经久远，因此虚拟技术的应用被认为是西方电影产业又一个时期转变核心因素。很多人也认为，虚拟现实技术的应用给电影带来了新的观影体验，新的电影时代即将到来。
1虚拟现实技术在电影艺术中的应用
虚拟现实技术在电影艺术中的技术应用方式是利用多台摄影机，包括虚拟摄影机在拥有360°全景画面和漫游不同场景的新媒介下来讲述故事。近年，随着VR技术的成熟与影视人的呼吁，多部VR短片成功制作，如《Henry》《Lost》《二重奏》等。《Lost》短片拥有很强烈的游戏感，通过一些明显的视觉元素将观众指引到故事的动作中心，而且观影的方式也十分新奇，不仅可以站着看，还可以坐着、趴着看，当你固定了你的视角以后，随着你凝视的视角，影片动作的进行仿佛真的迷失了一般。《二重奏》是由迪斯尼推出的一部标准的360°全景电影，影片讲述的是一对青梅竹马的伙伴一起成长、经历、陪伴的故事，影片中有一只小狗，而小狗是两人交汇在一起的关键元素。观众可以在观影过程中选择男孩、女孩不同的成长视角，最后通过小狗的牵引完成故事的结局。而故事的导演格兰基恩说：“通过拥抱新的技术，我发现自己又重新燃起了对动画的热爱”。确实，虚拟现实技术在电影短片的制作应用已经成型。
在电影长片中，虚拟现实技术也作为影片的重要元素出现在多部影片当中，如《黑客帝国》《阿凡达》《钢铁侠》《夏日大作战》等。《阿凡达》中很多场景突出了“连接”技术，而这项技术就是虚拟现实技术。而在最新的《钢铁侠3》中，制作方花费大量资金对虚拟现实技术进行应用，影片有一个桥段是托尼和佩珀在托尼的实验室观看能量云，观众在影院观影时可以通过佩戴专业设备跟随主角视角进入到能量云里，欣赏这新世界的美妙。由此看来，虚拟现实技术在长片电影中的应用可以是其他游乐项目及主客观视角的展现，带来独特的交互式观影效果。
2虚拟现实技术在电影艺术中的缺陷
虚拟现实的出现也带来了新的问题，你要怎样来观看故事？导演需要怎样来讲故事？那又要如何将表达的故事展现出来？这是VR技术必须要解决的核心难题。虽然很多公司都渴望利用VR新技术，但很多公司从捕捉素材开始，要如何在现有的三维的显示世界里表现360°的世界就是一个致命的难点，更何况要让此项技术来讲述一个精彩的故事，并把人们的情感联系带入其中，更是难上加难。
VR电影的产生是一种全新的影视艺术形式，它是电影与游戏的混合体，并且影片的生产制作从场景、拍摄开始，到演员的表演和剪辑方式都需要重新设计。VR科技公司尽最大的努力吸引电影制作者进入到VR电影的开发中来，而现实是由于现有的虚拟现实技术硬件的短板。就现有的影片反馈来看，视觉效果的提升举步维艰，多数影片利用的是配合视觉特效工具与CG技术来达到VR的程度，很多电影制作专业人士则期待VR技术进步以后再投入到新电影产业当中。
3对于虚拟现实技术的发展与展望
就现有的VR技术手段，在长片电影中的应用还只局限于某个情景或元素的展现，完整的VR长片的制作并不现实。电影属于创作艺术，观者完整的观影需要有节奏、剧情与未知的结局，这都需要创作者主观的牵引，如果影片完全由观众自主掌控，各种新的问题将随之而来。
电影艺术的发展历程是二维影像――三维立体――四维立体――全景沉浸式观影。全景沉浸式的观影方式必然如同任何科学技术的发展规律一样，由于自身的短板缺陷，注定其只是一个过渡性模式。2015年，美国的MagicLeap公司表示“直接利用MagicLeap技术”实现拜托虚拟现实，必须借助设备而达到增强现实的功能，并且不使用任何的合成技术。这种技术是利用特殊的透镜――光子广场芯片，把数字内容投射在观者的透镜上，彻底解决传感设备带来的有限视角与延时问题，如果研发成功，将如同人平时佩戴的眼镜一般轻便。笔者认为，这项技术将是VR技术的出口，而这项技术的突破也将改变全景沉浸式观影的方式。
参考文献：
[1]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学，2008（08）.
[2]陈浩磊.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线，2011（01）.
论文摘要:本文从虚拟现实技术帮助学生获取缄默知识、改变学生的学习手段与学生创新思维的培养三个方面，探讨虚拟现实技术（VR）对学生学习的影响。
一、虚拟现实帮助学生获取缄默知识
(一)缄默知识
(二)虚拟现实技术帮助学生获取缄默知识
虚拟现实技术所具有的沉浸性和交互性使得学习活动具有实践的性质，虚拟实践以信息的符号化转换为物质载体，这就摆脱了原始状态下虚拟思维的对象的虚无与神秘，同时也解决了原型条件实践下对象创设的诸多局限于无奈。在虚拟现实的环境下，学习者可以通过对大陆现实素材进行可控的叠加、分解、重组、试探和验证，来寻找和发现事物各种新的可能性，并展示其接近现实的真实图景。遨游于虚拟世界中，学习者学习到的知识将是带有情境性的包含缄默知识在内的完整、丰满的知识，而不只是抽去汁肉的骨架式的显性知识。
二“右脑革命”——虚拟现实技术改变学生的学习手段
布莱克斯利在1980年出版的((右脑与创造》中写道：“计算机革命，从根本上说，它乃是左脑革命的延伸。计算机实际上是扩展了我们进行抽象逻辑思维的能力。而对于右脑所进行的那种类型的思维，不能对计算机抱有不恰当的奢望。”这段话明确表明计算机技术只是能扩展我们进行抽象逻辑思维的能力，而对于我们的形象思维的能力却是无能为力。
在虚拟世界里，人们不仅仅可以通过逻辑的方式进行学习，更主要是通过形象化的方式进行学习。虚拟技术被称为第一个推动人们身体活动获取知识的智能技术。虚拟技术提供的学习和认识方式，不仅仅是逻辑和形象的结合，还特别有认知能力和感知能力的结合。
三、学生创新思维的培养
(一)培养学生的发散思维
虚拟现实技术打破了传统的意向传授知识的教学模式，学生可以最大限度地发挥主动性和积极性，够开导学生思维的流畅性、变通性和精细性，为培养学生的发散思维提供了丰富的资源和便利的空间，将学生的学习、练习及自我测验结合起来，形成一种生动、活泼、积极的教学方式，这是任何传统的教学方式、方法所达不到的，具有不可替代的功能和作用。
(二)培养学生的形象思维
形象思维的基础是观察能力、联想能力和想象能力(包括再造想象和创造想象)。虚拟现实技术能够构造出最佳的课堂教学环境，能够提供和展示各种现实的学习情境，诱导学生即席思考，激发学生的联想。例如利用计算机模拟物理中的电子云图。核外电子运动的规律与普通物体的运动规律不同，用眼睛看不见，用仪器观察不到、测量不出来，而且核外电子的运动也没有确定的轨道，运算速度极快，既看不到、又不能测定算出它在某一时刻所在的位置，只能用统计的方法描述它。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟，通过虚拟系统便于工作可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。
“虚拟现实”(简称VR)，是一项综合性计算机图形交互技术，它利用计算机生成一种模拟的实物与环境，通过多种传感器设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境的直接交互。目前，VR技术已经在各个领域被广泛应用，如在建筑设计领域、城市建设领域等等。
一、计算机技术的引入
计算机技术用于建筑设计领域已有多年，但最早的建筑设计领域是先模仿传统工具的使用方式，表现为简单地模仿传统的图纸、图板、针管笔等的使用方法。例如计算机辅助设计(CAD)主要是帮助设计者把设计、计算、画图、数据存储和处理等繁重工作交给计算机完成，而设计者把主要精力用于创造性构思。计算机可通过图形设备向设计者展示设计结果。之后发展起来的虚拟现实技术(简称VR)能创造身临其境的感觉，虚拟现实技术是迅速发展的一项综合性计算机图形交互技术。它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络并行处理，利用计算机生成的三维空间图像实现的目标合成技术，通过视、听、触觉，以图表及动画方式呈现，改变了传统的计算机辅助设计被动静态的信息传递方式。目前，虚拟现实技术已经在各个领域被广泛应用，如在建筑设计领域、建筑施工领域、建筑装修领域等等。
二虚拟现实技术在建筑领域的应用
1．建筑设计领域
在建筑设计中既要进行空间形象思维，又要考虑到以用户的感受，是一系列的创新过程，包括规划、设计等。建筑物的实际效果受设计者的艺术素养、生活阅历、知识水平、设计水平、设计经验等主观因素的影响和限制，不同的设计者对于同样功能要求的建筑所设计的作品在外观上、环境的协调上可能截然不同。然而，如果应用基于真实感三维图形的虚拟现实技术则可以将设计者心目中的建筑方案以可视、可触、可听的方式展现给专家、用户，使他们能“身临其境”，提出自己宝贵的意见，达到优化设计的目的。同时还能大大减轻设计人员的劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。
2．建筑施工领域
虚拟现实技术在建筑施工方面，也大有用武之地，可以进行大量方案的比较和优选。例如进行大型土方工程挖运系统的设计，最优设计是在日挖土量一定的情况下，如何确定挖土机与运土载重汽车的最优匹配，使挖运系统取得最好的整体效益。大型土方工程挖运系统的挖土机与载重汽车的匹配有很多方案，若要把全部方案的效益都计算出来进行比较，几乎是不可能的。对这一类问题采用虚拟现实技术来比较、优选，则很容易实现。再如对于有风险的大型工程项目，投资一旦失败，将会遭到巨大的经济损失。对这一类问题，可以利用虚拟现实仿真技术，进行仿真试验和评估，然后做出决策。同时还可以对不确定因素进行预先模拟。
3．建筑装修领
建筑装修设计是一个复杂的综合过程。在传统的设计过程中，装修设计师根据建筑图纸构造出虚拟的室内模型，并将其设计理念应用于室内模型，最后以多面视图、效果图、家具图、大样图和结构图等手段表达设计效果。然而，这种离散的平面表现模式使得客户和施工方难以全面地了解装修效果。另外，繁琐的工程量和造价估算过程也使得客户难以准确快速地对装修方案进行评估平选。如果在计算机中输入实际房间的模型，设计者身处所需装饰的房间，按照自己的构思去装饰、修改，并且可以变换自己在房间中的位置，去观察装饰的效果，直到满意为止，一切就将变得简单轻松。可以设想，在未来的装饰工程中虚拟现实技术将会代替现有的实际模型而显示出其强大的生命力。利用虚拟现实技术有效地提高了装修设计的效率，并且能够增强设计师和客户之间的沟通，增加客户对设计方案的满意程度。超级秘书网
三、虚拟现实的动态漫游技术
利用VR技术在空间数据库的支持下可以构造三维虚拟环境，人在进入这一环境后可以和计算机实现以视觉为主体的全方位的动态交互。一个建筑模型进行可视化具有多角度观察、放大、漫游、旋转、任意选定路线的飞行或点面结合行驶效果的动态显示及可视点的判别等功能。虚拟现实建筑设计还可以让人在虚拟的建筑环境甚至城市空间里，以不同的角度去窥视或欣赏其外部空间和内部空间的动感形象和平面布局特点。它所产生的融合性，要比模型或效果图更形象、完整和生动。
视景仿真和动态漫游技术，同时也是进行方案审察和评估的重要手段。利用VR技术在设计工程中可实时动态展示设计方案，可实时审视检查规划设计方案，及时发现问题，及时修改方案和细节。
1基于BIM技术的毕业设计课题方向
2基于BIM技术的毕业设计案例
3提升基于BIM技术的毕业设计效果建议
[1]李东锋.基于BIM技术的建筑学课程设计研究[J].城市建筑,2020,17(343):51-52.
[2]许娟,鲁子良,侯超平,等.基于BIM平台的传统民居建筑保护与更新教学实践研究[J].建筑与文化,2019,186:42-43.
[3]白泉,边晶梅,于贺.土木工程专业BIM教学改革研究与实践[J].土木建筑工程信息技术,2017,9(5):90-93.
[4]王婉,李怀健,刘匀.BIM技术在校企联合毕业设计中的应用和实践[J].高等建筑教育,2018,27(6):161-166.
[5]张静晓,赵陈影,李慧,等.工程管理专业BIM毕业设计学习效果测评[J].实验技术与管理,2018,35(1):171-176+183.
关键词：pspice仿真ERT信号处理电路参数优化
在EIT系统中，由于电阻抗测量问题是影响电阻抗层析成像系统测量精度和重建图像质量的关键和难点之一，所以对微小电阻抗测量电路的研究是极为重要的。并且电阻抗层析成像系统要求实时处理数据，对数据处理的速度也有较高的要求。因此，本文针对EIT系统中电阻抗测量电路及其测量数据处理模块进行研究。利用Pspice仿真软件输出的直观数据，设计出合理的信号测量电路，并在此基础上进行参数优化，归纳得到EIT系统测量电路参数优化的一般准则，以满足成像系统在不同应用领域的同一要求，实现更灵活的、有效的工业过程自动化监控功能。
一、基于pspice的电阻抗层析成像测量电路优化仿真
EIT系统由四个功能模块组成，分别是信号发生模块、电极选通模块、信号测量模块以及数据采集与通信模块。其中，数据测量模块由前置差分放大、带通滤波器、相敏解调、低通滤波器四个子模块组成。
1.可控增益差分放大
接收电极上测得的信号很小，需要进行适当的放大，同时滤除信号中的噪声，以使后面的测量能得到较好的效果，本文选用芯片AD624完成这一功能，其pspice仿真电路及参数设置如图1所示。
图1ERT仿真电路
2.带通滤波
前置放大电路由于芯片内部本身电阻不匹配的问题，会导致共模抑制较理想情况有很大下降，这样会使部分共模信号耦合到输出端，经放大之后叠加在解调电路输出，影响系统精度。所以在信号解调之前，用窄带带通滤波器滤除噪声。本文采用集成运放及电容、电阻构成的二阶带通滤波器，其pspice仿真电路及参数设置如图2所示。等效品质因数Q值是带通滤波的一个重要指标，Q值越高，滤波器的陡峭系数越高，滤波性能越好，通过仿真发现电容C2与C3是影响滤波效果的关键参数。
3.相敏解调
前置差分放大电路输出的信号依然是交流信号，无法作为成像数据，因此必须经过相敏解调电路将其转化为直流信号，并经过低通滤波器滤除噪声干扰信号，得到的直流电压信号就可以作为成像数据了。
相敏解调方法可以分为开关解调、乘法解调以及数字解调。开关解调会产生较大的噪声，且激励源的频率相对较低，应用较少；数字解调电路设计复杂，对A/D转换和CPU的要求很高。因此，本文选用乘法解调的方式来解决
问题。
设输入信号Vin与参考信号Vr是频率相同，但相位不同的信号：
Vin=Asin（ωt+φ），Vr=sin（ωt+θ）,乘法器输出电压为Vd=Asin（ωt+φ）sin（ωt+θ）=A[cos（φ-θ）-cos（2ωt+φ-θ）]/2。经低通滤波器滤掉高频成分后信号变为：VdLFP=Acos（φ-θ）/2。
由上式可知，输入信号与参考信号间的相位差决定了输出电压值的大小，相位差越小，则输出越接近理论值。因此可以通过采用相位补偿电路来尽可能减小输入端的相位偏差，优化解调输出。
电路中的乘法器选用AD734。AD734为四象限乘法器，全功率带宽为10MHz，静态精度为0.15%，该芯片无需复杂的参数调节电路，控制灵活。
4.低通滤波
二、仿真实验及结果
1.差分放大仿真与结果
共模抑制比是差分放大电路的关键指标，在仿真中，差模增益设置为200，将AD624的差模输入端进行短接后，在输入端送入峰值为1V到10V不等的频率为50kHz的信号，测出输出端的电压，根据公式计算发现，随输入共模信号的增加，共模抑制比呈上升趋势，满足电路中要求的60dB到80dB范围的要求。
2.带通滤波仿真与结果
在不断改变电容C2与C3的条件下，研究它们对带通滤波器幅频特性的影响，通过实验发现，当C2取值470pF附近时，波形最尖锐，Q值高，通带范围是35kHz～66kHz，满足系统要求。当C3取值10pF附近时，该窄带带通滤波器的滤波效果最好。
3.相敏解调的仿真结果
实验发现，输入信号与输出信号之间满足二倍频的关系，且输出包含直流成分，证明了该乘法器电路正确可行。如果输入信号与参考信号之间有相位差，假设偏差π/2，此时包含有效信息的直流分量被衰减为零。
前文已经提出，可以通过相位补偿的方法，改善解调输出，下面给出一个可行的方案。图3为相位补偿电路仿
真图。
通过调节电容C1的取值，对于同一输入信号，输出信号的相位及幅值有所改变。
4.低通滤波的仿真结果
本文利用pspice软件优化仿真EIT系统数据测量模块中的核心电路，通过优化仿真参数，分析仿真结果，归纳出了此类电路的参数选定一般建议。
[1]赵进创.电容层析成像技术及在两相流可视化检测中的应用研究[D].东北大学博士学位论文,2001.
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[3]袁成刚.混频激励下电阻抗测量系统[M].:天津大学硕士学位论文,2005.
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