航空航天工程专业论文

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航空航天工程专业论文范文第1篇

 

1.国内飞行器制造工程专业人才培养现状

 

随着我国飞机保有量和需求量快速增长，以及为实现从“航空航天大国”向“航空航天强国”发展、提升航空航天工业水平而实施的“大飞机”等项目产业政策的推进，我国对飞行器制造方面的专业人才需求不断加大。近些年，各类高校依托教学科研优势，不断加强或开设了飞行器制造方面的专业，提高了行业参与度。

 

至今，办此本科专业的有西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、南昌航空大学等十多所高校。各高校依托自身的优势，积极开展专业特色化建设，培育自身的专业特长。如西北工业大学偏向于CAD/CAM集成的数字化制造技术、北京航空航天大学突出于板料成型技术专业教学和实验、中北大学以飞行器特种制造为特色等，形成了面向飞机制造、适应航空航天发展要求的课程培养体系，培养出一批具有飞行器制造工艺技术的航空航天类人才。

 

从2002年开始，我国高校开始重视本科专业教育教学实习基地的建设，并以此为依托加强学校与企业的交流与合作，如带领学生深入企业进行现场教学、企业人员为学生讲课(讲座)、征求企业意见制订专业培养计划、订单培养等。我校飞行器制造工程专业主要面向航天航空飞行器产品制造等相关产业培养钣金、铆接、装配技术类高素质应用型本科人才。由于本专业开办时间短，目前我校在飞行器制造工程人才培养方面仍处在探索阶段。加强实践教学已成为飞行器制造工程专业人才培养模式的必然选择，而其中最有效的途径是校企合作。

 

2.校企“3+1”合作办学的优势

 

3+1校企合作办学指前三学年的培养在校内进行，第四学年除部分课程及实验教学在学校完成之外，其他现场课教学、生产实习、课程设计、毕业设计等环节均在企业内实施，以强化学生工程实践、动手能力及综合素质的培养，简称“3+1”合作办学模式。校企合作办学“3+1”模式，这种合作教育能够实现工学结合，为学生提供在真实工作环境下学习的机会，是实现应用型工程技术人才培养目标的有效途径，也是与就业联系最密切的一种教育模式。

 

由于有很多限制条件，学校无法投入过多资金购置像企业的一些精密加工设备作为教学仪器设备，所以学生在校内学习期间只能在理论上了解基本成形原理和方法，根本看不到实际的设备及生产工艺过程，也就无法掌握一些知识。而合作教育提供的教学手段和设备资源，弥补了学校的教学条件的不足，解决了教学与生产实际脱节甚至落后于生产现状的严重问题，实现了校企教育资源的优势互补。

 

学生在航空航天企业生产实践过程中会认识到，一个不受社会和企业欢迎的人是无法发挥才干的。到企业后，学生清楚地了解了用人单位人才需求目标，了解了作为飞行器制造专业的工程技术人员必须重点掌握的知识，明确了学习目的和方向，增强了学习主动性。在专业知识对生产过程发生作用的亲身体验中找到了成就感和危机感，提高了学习兴趣，明确了专业思想，树立了学以致用、理论联系实际的观念，使就业观念和定位更符合社会与航空航天企业的需求，且学生就业之后，表现出的工程意识、创新意识和适应工作岗位的能力都明显增强。

 

3.飞行器制造工程专业校企“3+1”合作办学模式探析

 

我校长期以来，一直与一些航天企业有着较好的合作关系，并与其建立了校外实习基地，如中国航天科工集团柳州长虹机器制造公司、桂林航天电子有限公司等。这些公司每年都会吸收一批本科毕业生，以补充和优化专业技术人员结构。

 

本科生在外语、计算机及基础知识等方面表现出了一定的优势，但普遍存在本科生专业知识与航空航天生产过程的需求脱节比较严重、独立解决现场实际问题的能力非常薄弱，同时表现出对社会及企业的了解甚少，融入工作环境的协作精神比较欠缺等问题。这正是毕业生和企业共同担心的问题。这些公司在航天专业技术领域与我校飞行器制造工程专业在培养学生过程中需要的全部专业知识具有良好的适应性。可见校企及学生三方都有合作办学需求的基础。

 

3.1合作办学模式的定位

 

飞行器制造工程专业人才培养采取校内培养和企业联合培养的方式，即学生在校期间的学习分为校内学习和企业学习两部分。学制4年采用“3+1”模式，即3年校内通识类课程、大类学科基础课程、核类专业基础和专业课程的理论与实验教学，着重加强学生基本知识、基本理论和基本技能的学习、锻炼和培养;累计1年(主要集中在第四年)校外企业核类部分理论课程和实践教学。

 

重点是最后一个“1”的环节，具体而言在这一年的校外企业实践教学环节中实行“部分专业课+课程设计+生产实习+毕业论文(设计)”的集成化教学方式，着重培养学生获取知识、分析问题和解决问题的能力及创新能力。

 

3.2“3+1”校企合作办学的主要特征

 

3.2.1规范选拔机制，组建一支优秀学生队伍。第四学年初，学校需要在飞行器制造工程专业组建实验班进行统一编班授课。学生自愿报名的基础上，根据学生前三年在校成绩及获奖等综合素质表现，择优选拔出一定数量的学生，成立“飞行器制造工程专业‘3+1’校企合作试验班”。规范的选拔机制应公平公正，公开透明，也是对低年级学生的一种激励。再则，一支高素质学生队伍是校企合作有效办学的重要保障。

 

3.2.2校企双方共同制订和实施培养计划。试验班的培养计划和教学大纲应由我校机械工程学院牵头，与企业共同协商制订，将学校教学过程和企业生产过程紧密结合，校企共同完成教学任务，使学生在掌握一定飞行器构造、飞行器制造工艺与工艺装备的基础理论和专业知识基础上，具有钣金、铆接和装配等基本操作技能，能够从事飞行器产品零件的设计、生产及装配、工厂生产管理和服务于第一线的工作的能力。实验班往往会加入部分企业需要的专业课程，学校无法完成的可由在企业中聘请的兼职教师到学校讲授。部分实践教学依据学校实验设备条件和企业生产进度协调安排。

 

课程设计、毕业设计选题应尽量来源于企业的生产实际。3.2.3建立校企双向管理制度。学生实践活动期间，不仅要保障学生安全和日常教学活动，还不能影响企业正常生产，因此，应严格实行校企双向管理制度。学生的劳动纪律考核应由企业负责，尽量与员工保持同步。校企双方应各派一名专职辅导员，有利于学生日常行为和具体事务协调与管理。由于航天企业有其特殊性，教学管理程序要适应航天企业产品研制与生产中的相关保密规定。

 

3.3“3+1”校企合作办学实施的保障措施

 

许多学校在开展校企合作办学的过程中，企业合作积极性不高，教学主体在实施过程中缺乏企业的实际参与和互动等问题。为了实现校企双赢的合作关系，保障校企关系持久稳定，要在以下两方面下工夫。

 

3.3.1寻求学校、学生与企业三方协调。学校有教学任务，学生有就业任务，而企业有其生产任务，校企合作教育应该在学校、学生与企业三者间寻求协调和统一，在学校教学管理部门、二级学院和专业教师的精心组织与周密安排下，加强与企业的沟通和联系，加强与企业兼职教师之间的合作与协调。校企之间要协同制定相应制度，明确各自在应用型人才培养过程中的职责，成立专门部门，负责协调校企合作各项事宜，真正做到有政策制度的保障。特别要健全学生在企业实践学习阶段的教学质量考核与评价体系，优化企业对试验班毕业生的择优录用机制。

 

3.3.2培养高质量“双师型”教师队伍。近年来，为了加强师资力量，学校引进不少拥有博士学位的毕业生补充到我校飞行器工程专业教师队伍中，他们虽然有扎实的基础理论，但工程实践背景比较薄弱。因此，师资队伍建设中，除注重学历、年龄和职称结构外，还特别强调教师的航空航天企事业单位工作经历和工程实践背景。为了加强专业课教师工程实践能力的培养，学校要鼓励或创造条件让来自高校或没有一线工作经历的教师到相关企事业单位挂职，增强实践能力，以促进校企合作教育的开展。

 

4.结语

 

合作办学是以学生为中心的，在合作教育所有效益中，适合人才市场需求，提高学生的就业能力是利益的核心。校企合作办学让高校走向企业，也让企业走进高校，将高校的理论教学与企业实践有机融为一体。这种办学模式对促进飞行器制造工程专业创新人才培养模式、拓宽人才培养思路非常有利。

航空航天工程专业论文范文第2篇

关键词：飞行试验；档案管理；技术文件分发；型号技术资料控制；项目管理

1 概述

飞行试验是在实际飞行条件下进行的各种试验以及以飞行器为试验平台所实施的航空航天和其他领域的新概念、新理论和新技术的探索、研究和演示验证[1]。它是航空航天科技发展的重要途径，是航空航天领域各个学科研究和产品试验验证的重要手段，也是航空航天产品研制必需的关键环节，同时还是为用户摸索和积累飞行使用经验的有效途径。飞行试验分为包括理论探索和新技术验证的研究性飞行试验和包括型号研制、定型/鉴定和使用的型号飞行试验。飞行试验是一项科学性和实践性强、风险性极大、投资巨大的系统工程[2]。飞行试验研究是航空科学技术的重要支柱。

中国飞行试验研究院（试飞院）是我国唯一经国家授权的军/民用飞机、航空发动机、机载设备等航空产品国家级鉴定试飞机构和国家进出口产品商检局授权的飞机适航认可的实验室，是我国综合性航空产品鉴定/定型与飞行试验技术研究基地[3]。五十多年来试飞院共获省部级以上科技成果奖460多项，国家级科技成果奖60多项。“十一五”期间，试飞院累计承担了约60个型号的科研试飞任务，先后完成20多个型号的设计定型或鉴定试飞任务，获省部级以上科技成果奖50多项。

随着新型军、民用型号产品研制试飞的批量开展，技术文件分发控制、型号技术资料发放控制、项目总结归档等任务越来越重，新的任务态势对档案管理，特别是重大项目档案管理提出新的要求，提升重大项目档案管理水平已成为试飞院档案部门管理工作的重中之重。

2 飞行试验的特点

飞行试验的显著特点是高风险、高投入、高成本[2]。

2.1 高风险。高风险是指飞行试验过程中必然存在的技术风险与工程组织实施复杂性。飞行试验的技术探索性决定了它的风险性，在国内外试飞史上，造成机毁或（和）人亡的事故屡见不鲜。无论是新机的定型试飞还是鉴定试飞，都要进行各种飞行边界的考核，如：大迎角、高过载、结冰、发动机空中起动、高原等，还有各种故障模态考核试飞，如：失速、尾旋、颤振、发动机空中停车等。

2.2 高投入。高投入是指飞行试验基础条件体系建设投入高。飞行试验离不开机场、机场保障设施，离不开试验机，离不开试飞员。机场本身建设、起飞/降落指挥引导系统、飞行导航系统、遥测/遥控/中继测控系统以及综合/专用试验机等都需要投入巨资。试飞员培训需要专用培训机型，并必须达到规定的飞行小时数，有些特殊的飞行驾驶技术还需要去国外进行培训或者请外国专家进行培训与代飞，而试飞员的成熟工作年限仅十几年时间，这也是目前试飞员短缺的原因。

2.3 高成本。高成本是指飞行试验中各种直接物资消耗高。飞行试验中的直接消耗包括试验机本身寿命消耗；飞机和发动机必需的备件、易损件；航空燃料消耗；飞机和机载测试与数据处理设备的意外损失；保障人员成本等。飞机和发动机的备件、易损件均为单件产品。极少达到小批量产品，且同系列各型飞机往往不通用，导致成本增加。目前，飞行试验中所用的机载测试传感器、采集器与数据记录设备系统几乎全为国外进口，成本巨大。有的基础设施建设只能用于特定型号或项目，其他型号或项目无法使用，且运行维护成本昂贵。飞行保障规模庞大，哪怕只有一架飞机飞行，至少必须有机务维护、加油/充电/充氧等保障；机场场务；导航、通讯与指挥引导系统运行；飞行指挥与组织管理；后勤保障，等等，一个典型的飞行场次直接参与进场人员达700～800人。

目前，型号科研试飞除上述特点外，还突出表现为急、难、险、重、散等典型特征。

急：国防建设急需、部队等待装备。型号工程往往设置有后限，试飞周期的长短有时决定着它的命运，据统计，目前民用飞机试飞周期约占整个研制周期的一半；而军用飞机约占55%[1]。试飞周期长，意味着新机不能及时投产和服役，对于民机就会失去竞争机会，失去市场；对于军机就会失去先进性，丧失战术和战略上的价值。而设计、试制周期由于技术、工艺等原因常常会延长，造成试飞周期比计划缩短；民机市场占领急需，生产厂家亟待出厂。

难：主要指技术复杂，组织复杂，资源组织协调复杂。重大项目多为跨代机型，试飞准备、试飞实施相对二代机型复杂得多，课题项目实施技术难度大、测试技术难度大，驾驶技术要求高、飞行保障复杂。

险：试飞风险高，重大型号项目试飞不像二代机以前那样，风险科目可以遗留，有许多的风险科目必须完成，否则不能定型或通过型号审定。

重：型号任务十分繁重，在所承担的几十个在飞型号中，85%以上为重大项目，有若干项目是所谓的“通天工程”，责任重大。

散：型号试飞地点分散，近几年型号试飞分布在全国东北、华北、西北、中南、西南、华南等十多个地方，不仅造成各种资源的分散，而且对试飞技术文件的分发控制提出严峻挑战。

3 档案/文件管理的特点

试飞技术文件包括型号试飞的工程设计文件、型号课题的实验设计文件以及项目实施中的过程技术文件，是开展型号工程项目和型号课题的基础性文件。型号试飞的工程设计文件主要包括：试飞总方案、试飞大纲、测试任务书等；型号课题的实验设计文件主要包括：课题试飞方案、测试方案、改装设计方案、数据处理任务书等；型号项目/课题实施中的过程文件主要包括：型号项目试飞控制网络图、实施计划、试飞任务单等。总计达40多类。按照科研试飞质量目标分解要求，试飞技术文件分发必须及时、到位，综合准确率（及时、合格、到位）达到100%。

“十一五”期间我院异常繁重的科研试飞任务反映在试飞技术文件/档案管理中，主要体现为文件分发涉及面广、时间紧、任务重与型号技术资料保障难度大、归档工作困难重重，体现出如下特点：

3.1 型号项目数量多、分发受控文件量巨大。“十一五”期间，我院承担的型号试飞项目涉及××大系列××个型号，试飞技术文件的分发种类多、数量大、范围广。分发文件种类主要有课题试飞方案、测试方案、改装方案、数据处理任务书、试飞任务单等40余种。根据实际统计，从2006年以来，档案部门接收重大型号项目试飞技术文件2万多份，分发超过17万份，复制200多万A4。文件分发范围几乎涉及全院各个基层单位、各职能管理部门，涉及兄弟跟飞保障单位，总共达30多个分发点，还有十多个外场试飞点的技术文件分发管理，技术文件的分发控制非常繁琐。

型号项目任务艰巨还体现在科研项目归档上，据统计，2006年至2011年，型号项目归档课题/项目达3000多项，归档课题数量、涉及型号类别之多是前所未有的。

3.2 技术文件更改多。试飞技术文件（试飞任务单）在分发后准备执行中，经常遇到需要更改、作废的情况，更改或作废不是由于文件本身有错误，而是由于试飞员个人状况、气象条件、试验机状态与故障或者测试系统故障等多种原因，造成试飞技术文件无法执行必须更改或作废。有时，为了适应赶进度、抢天气，在条件并不完全具备，但能够满足必要的安全要求的情况下，而更改技术文件进行试飞。

试飞员是执行飞行试验的主体，试飞员个人状态良好与否，是能否执行飞行任务的首要条件，即使其他一切条件准备就绪，飞行员身体稍有不适，也不能飞行，有时也因飞行员个人状态不佳而更换或取消飞行任务。

气象条件是实施飞行试验的基本条件，雨雪天气、大风、大雾、能见度、风向、风速、云高、结冰气象以及跑道是否积水、湿滑、结冰等要求是放飞的基本条件，如有不满足要求，就不能放飞，人们把试飞院职工比喻为“拿工资的农民”，形象地说明飞行试验对气象条件的要求。

对重大型号项目而言，试验机本身以及燃油、供电等各个系统、各种机载成品往往不是很成熟，其状态与故障情况在很大程度上决定了试验机的状态，同时，由于试验机的改装以及机载测试系统、机载数据处理系统等，均为所谓的“单件生产”产品，导致试验机故障率非常高，而不能按照预先计划进行试飞。

试飞技术文件更改、作废或者补发，在试飞实践中司空见惯。这些无形中增加了文件管理人员的工作量。

3.3 文件分发急。“十一五”以来，众多型号项目同时上马，使得以往三四个人组成一个课题组变为平均约一个人承担一个课题，造成课题人员不足，技术文件不能如期编制。另外，在重大项目实施过程中，由行计划安排的紧凑性，下一起落的试飞任务单往往需要依据上一起落的试飞数据结果编制，造成试飞任务执行等待任务单的现象。

诸多原因使型号项目试飞技术文件的分发数量变得异常紧急，尤其是急件、特急件剧增。按照程序文件规定，需要分发的试飞技术文件一般要求提前3个工作日送达档案管理部门，急件要求提前1个工作日，特急件要求提前半个工作日，但实际上，绝大多数技术文件送达时间只是提前不足半个工作日，有一些技术文件送达时间不足2个小时，这些给技术文件分发管理造成巨大压力。

3.4 项目进展调整多。“十一五”以来，各个型号项目计划在试飞过程中，由于多种原因都或多或少有调整。

首先，由于试验机及其试飞改装与测试系统的复杂性，试验机状态不能一次到位，往往是边调整试飞、边改进试验机状态，随着试验机状态的改进，科研试飞计划会随之变动，导致计划的不确定性。在试飞的过程中，有时备件状态与保障成为试验/试飞能否进行的控制节点，或者试飞过程中发生重大故障或问题，导致试飞计划的调整。

其次，由于在飞的重大项目型号多、课题/数量多，任务繁重，试飞周期一再压缩，我院在科研管理上一直采用“拉动式”科研试飞计划，即每月、每季度科研试飞计划都明显超过年度计划的分解目标，以超额的计划推动，促进任务的进行，“拉动式”计划是导致计划调整存在的必然。

4 项目档案/文件管理的主要做法

据统计，试飞院重大项目档案/文件管理工作占全部科技档案管理工作的80%多。针对这种重大项目多、型号任务急、档案/文件多、工作量大的特点，我们牢固树立为科研试飞保障服务的理念，紧紧围绕重大项目科研试飞需求，集中档案管理优势力量，从重大项目立项（或任务下达）开始到项目实施、项目总结归档等全过程，把好重大项目文件管理控制入口关，注重归档过程中的文档验收与规范，确保归档质量。主要做法如下：

4.1 建立综合项目团队制。试飞院在重大项目立项后成立型号项目办，根据项目试飞内容、专业成立若干课题组，档案部门指定重大项目技术资料、技术文件和课题归档人员，共同组成重大项目团队。同时，在重大项目试飞过程中，每个项目办都指定专人负责技术文件的二次分发、现场管理和有效执行，建立文件资料接收、分发登记账，积累非受控归档技术文件资料，管理档案部门分发的受控技术文件复印件。

4.2 实行项目/课题型号资料保障和归档主管制。在重大项目实施阶段，档案部门指定型号项目技术资料、技术文件主管和项目/课题归档主管，负责型号技术资料保障、试飞技术文件分发控制对项目/课题技术文件归档进行监督、指导，负责归档文件齐全性、完整性的检查，负责归档技术文件的接收、整理、著录和数据建库。

项目负责人、课题主管的归档责任在程序文件《文件与资料控制》中明确规定，即在重大项目总结归档阶段，由课题主管负责将课题实施过程中形成的技术文件资料收集齐全，经过整理后向档案馆移交归档，由项目负责人将整个项目的依据性文件、会议文件、相关评审文件和综合性试飞文件、管理性文件、定型/鉴定报告等收集齐全，经过整理后向档案馆移交归档。项目负责人、课题主管对项目/课题归档文件的齐全、完整、准确性负责制度，有力促进和保证了项目/课题归档内在质量。

4.3 实行技术文件分发控制值班制。在重大项目试飞中，无论是型号工程的飞行试验设计文件，还是型号课题的实验设计文件和实施技术文件等全部需要由档案部门进行分发控制。由行试验的内在特性与任务特点，飞行试验在一年的365天、一个月30天和一周7天内的任务安排要考虑天气、试验机状态、试飞员状况等因素安排飞行，较少考虑周末、节假日以及下班时间。这就要求档案部门必须适应飞行试验的特殊要求与任务特点，想方设法保障试飞技术文件控制有效、分发及时、准确、到位。

试飞技术文件的及时、准确、规范是重大项目实施的前提与保证，为此，我们实行技术文件分发控制值班制度，在8小时之外的下班后、周末、节假日期间，轮流值班或电话值班，无论什么情况，必须做到随叫随到，确保试飞技术文件标识规范、审查全面、审批签署完整，满足程序文件要求，符合质量体系、飞行安全管理体系、保密管理体系等要求，确保试飞技术文件及其更改的分发及时、规范、准确、到位，确保试飞现场技术文件100%的合格率，确保重大项目的科研试飞进度按计划进行，从而保证重大项目归档文件的齐全、完整、准确。

4.4 建立外派型号文件管理员（跟飞）制度。由于重大型号项目数量多、任务急，导致有些重大项目本场试飞无法全部安排，需要外出试飞。另外，有些特殊的试飞科目与试飞科目的特殊要求，如：高原、高寒、对海等，必须外出试飞。重大型号项目外场试飞给文件管理带来困难，为此，我们采取了外派文件管理员跟飞制度，指派一名文件管理人员，作为外场试飞队成员，参与外场飞行，负责外场试飞文件的分发控制和管理工作。

4.5 实施电子试飞技术文件网上流转与在线归档。传统的纸质技术文件分发管理模式，不仅耗费人力多，传递速度慢，易导致积压，不利于文件更改与分发控制，也无法对整个传递过程进行全程监控，不适应当前多个型号工程并行开展的技术文件、资料分发控制要求。我们结合ARJ21-700飞机型号合格审定试飞，建立了“试飞技术文件资料管理系统”，实现了试飞技术文件的网络在线编制、审签与分发，实现了外来飞机设计、制造单位的各种电子型号技术资料、技术协调单、通报等网络发放，缓解了重大项目技术文件分发控制与归档的压力。

4.6 采取重点型号优先机制。近两年来，我院根据重大型号项目试飞任务繁重的特征，实行重大型号项目“1#任务管理法”，即在年度、季度、月份科研分解计划中，按照型号任务进展、试验机状态与其他资源保障条件情况，确定本月、本季度重点实施的重大型号工程项目。

档案部门按照“1#任务管理法”的要求，根据重大型号的重要程度排序，优先保证本季度、本月列入1#任务的文件资料控制与分发，根据文件的轻重缓急程度，将急需分发的技术文件分为“急”、“特急”，优先保证“急”、“特急”件分发。在有大量技术文件需要分发时，暂停一些其他工作，集中人力，全力以赴确保重点型号技术文件分发的及时、到位。

4.7 形成科研归档计划联合制定机制。近几年来，试飞院每年都制订科研归档计划，并作为科研计划的一部分，由院计划部门下达，体现了档案管理“三纳入”的要求。但在以往的归档计划制订过程中，主要由档案部门组织制订，归档计划与科研项目完成情况不密切，归档计划的调整多。为此，在2011年度，我们开始尝试“联合编制科研归档计划”，即由档案部门组织从项目/课题组到研究所部再到档案部门的从下到上的归档计划梳理与起草，再由科研管理部门组织从研究所部、型号/项目办到课题组的自上而下归档计划落实。采取这种联合编制归档计划的方法，保证了项目/课题归档与实施的匹配性。

4.8 确立分工协作、角色备份的工作模式。由于我院重大型号项目数量多，型号试飞技术文件分发量大，档案管理人员相对不足，并且档案主管出差频繁、外出跟飞时间长，不在院内的频率大，大大影响了重大项目的试飞文件控制与归档。为此，我们采取“分工协作、角色备份”的工作模式，即把每个项目分解成文件分发管理、型号资料管理、课题文件归档管理三个任务模块，每个模块指定两个责任人，第一责任人为A角，第二责任人为B角，B角是A角的备份，在A角不在岗的情况下，由B角自动代替工作。一个重大项目的B角，同时又是另一个或多个重大项目的A角。虽然，重大型号项目分工与角色划分明确，但遇到紧急任务时，还需协同参与工作，确保重大项目型号技术资料保障、试飞技术文件分发控制责任的落实。

4.9 档案管理队伍建设。档案管理队伍人员整体素质是做好重大项目档案文件管理的关键[4]。为此，我们重视档案人员的业务培训与科研人员的档案知识培训，每年都制订培训计划，采取多种形式、多种渠道开展档案管理知识培训。结合重大项目档案管理要求，在院内多次组织对项目主管、课题主管、科研人员进行档案管理标准培训和归档知识培训，为保证重大项目文件档案管理奠定了扎实基础。

我们重视档案队伍专业结构配置，注重招收计算机技术、航空电子专业大学生，还邀请飞机专家和测试专家等到情报档案中心对档案管理人员讲授航空专业知识，使档案工作者有完善的知识结构，能顺利对各个专业领域归档材料进行鉴定和正确的分类。

5 结论

档案管理作为国防工业技术体系中技术基础之一，是科研管理的基础，其中的技术文件管理是科研项目管理与过程管理的基础，在以往的飞行试验实施过程中，发挥了重要的保障作用，有力保证了重大型号项目的试飞。上述几种主要做法，经过几年的尝试与应用，效果提升明显。为更好地发挥档案/文件管理对科研试飞的促进与规范作用，还应按照档案法及其实施办法的要求，结合飞行试验的行业特点与其在航空产业中的作用，进一步完善档案管理组织体系、业务标准体系与制度体系，使档案管理更好地融入科研试飞过程中。同时，应进一步完善包括理工科和工程技术专业，特别是航空飞行器设计、航空发动机、航空电子、测试技术、改装设计等航空专业人员的档案管理队伍配置机制。全面实施技术文件网络流转与电子归档，提高归档管理工作效率，提高档案资源检索利用效率，更充分地发挥档案资源应有的作用。

参考文献：

[1] 飞行试验指南[M]. 航空工业出版社，2010.

[2] 周自全. 飞行试验工程[M]. 航空工业出版社，2010.

[3] 张俊民. 走进试飞院——新员工培训教材[M]. 中国飞行试验研究院，2011.

航空航天工程专业论文范文第3篇

关键词：力学；教学；新特点；改进措施

作者简介：张庆华（1977-），男，河南郑州人，华北水利水电学院土木与交通学院，讲师。（河南 郑州 450011）

基金项目：本文系华北水利水电学院高层次人才科研启动基金项目（项目编号：201222）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0066-02

一、力学课程的重要性和独特性

力学是一切研究对象的受力和受力效应的规律及其应用的学科的总称。[1]人类早期的生产实践活动是力学最初的起源。力学具备完整的学科结构和体系，是机械工程、土木工程、道路桥梁、航空航天工程、材料工程等学科的基础，在人类的实践活动中无处不在，并且深刻地影响着人类的实践活动。

力学是我国高等学校工科教学计划中重要的基础技术基础课程，是理论性、实用性和系统性为一体的课程，主要包括“理论力学”、“材料力学”、“结构力学”、“弹性力学”、“流体力学”、“断裂力学”等。课程内容掌握的好坏将直接影响到后续诸多专业课程的学习，尤其会影响到后续的课程设计、毕业设计，乃至毕业后在工作中解决实际问题的能力。力学是面向工程的需要，为研究、解决工程中的力学问题而提供理论依据和计算方法的学科，既有较强的理论性又与工程和生产实践联系密切。但是，对于这样重要的一门课程，很多普通高校的大学生在学习过程中仍然提不起兴趣，处于一种被动的、甚至是被迫的学习状态。造成学生厌学、怕学的原因多种多样，既有学生自身的特点，更受力学课时偏少、知识点偏多等教学安排不完善诸多因素的影响。

要提高力学课程的教学质量与效果，基础力学的教学改革已迫在眉睫。本文分析总结了当前力学教学中的新特点、新现象以及存在的问题，综合考虑学生特点和当前的教学条件，对相应的改进措施进行了探讨。

二、目前力学教学工作的新特点

近年来，随着招生规模逐年扩大，学生质量较以往质量更为参差不齐，同时，为了适应当前科学技术发展的日新月异，相关专业课的数量较以往有了较大的增加，新时期力学课程的安排及学生较以往呈明显的新特征。

1.学生特点

目前本科生都已经是90后，相当一部分学生在学习过程中没有主动性和积极性，表现出的自我意识过强。在学习过程中主要表现为：

（1）没有学习计划。[2]学习过程中没有最终目标，整天忙于敷衍老师留的作业，不懂得通过完成作业来巩固和获取知识，抄作业的现象屡见不鲜，学习缺乏计划性。

（2）承受挫折能力弱。90后多为独生子女，做事往往只考虑自己不考虑别人，只凭兴趣学习，缺乏学习的责任感，承受挫折的能力较弱，遇到困难就后退，甚至会采取过激的行为。

（3）过分注重实用性。当今的大学生在大学学习期间更注重所学知识是否可以在将来的工作中用得上，往往忽略理论知识的学习，对其没有兴趣，认为纯粹的理论知识没有用。

（4）张扬自我个性，相对比较缺乏团队忠诚感，在学习中较难相互帮助，共同进步。

当然，还应充分意识到90后学生较以往的同龄人表现出的一些优点，譬如90后平均智商超过了以前的同龄人、好奇心强、接受新生事物能力强、信息和知识丰富等。鉴于以上原因，在力学的教学中应该注重扬长避短，根据90后学生的特点调动学生的积极性、主动性，提高学习热情和兴趣，才能使力学教学的效果达到事半功倍。

2.力学课程的新特点

随着普通高校的教学改革，为提高学生的全面素质，培养其多方面的能力，通常会大幅度削减基础课课时，增加与工程实际结合较为紧密的专业课程。力学课程较以往呈以下特征：

（1）课时大幅减少。力学课程原来为80或64学时，已普遍压缩为64或48学时，但授课的知识点并未减少，给教学带来较大困难。

（2）班级人数增多。虽然高校专职教师人数不断增加，但是随着招生规模的扩大，教师授课班级的人数较以往明显增多，随着学生数量增加，课堂教学效果逐渐变差。

（3）多媒体教学方法得到了广泛的应用。好的多媒体课件图、文、声、像并茂，使抽象枯燥的教学内容生动化、具体化、形象化，有助于学生掌握基本概念、理解规律；但是，如果多媒体教学方法运用不当会产生相反的作用，使学生学习失去重点，无所适从，分不清楚授课的重点与主次，严重影响教学效果。

三、教学工作改进措施探讨

在教学过程中，要全面考虑学生及力学课程的新特点、新现象，坚持“素质教育、创新教育、实践教育”紧密结合的教学理念，[3]加强基础，强化实践应用概念，激发学生的创新精神，将知识传授与能力培养融于一体，不仅要帮助学生打好扎实的理论基础，更要注重对学生能力的培养。

1.优化教学内容，突出重点，合理地安排授课计划

要提高教学质量，需要首先解决学时少、内容多的矛盾，考虑到专业的不同，应根据侧重点的不同选取相关教程和教学重点，根据重点的不同对相关教学内容进行删减，突出重点，合理安排相关的授课内容，力求力学结果的系统性、完整性。教学安排内容中一定要留出足够的习题时间，大多数学生对理论公式的推导基本不感兴趣，而对于典型例题的求解则能够较为专注，因而习题课的安排对力学的教学必不可少。

教材中的课后多为经典习题，为了提高学生综合应用知识的能力，要仔细筛选，尽量用较少的题量、较低的难度、覆盖较多的知识点。作业能够直观反映学生对知识点的掌握程度，在认真批改作业的同时，教师应根据实际情况对授课计划进行微调，学生知识点掌握较差的话要适当增大课时量，对作业中出现的典型错误要在课堂中及时与学生沟通。此外，思考题是习题的补充，与实际结合紧密，能够培养学生独立思考的能力，更易于调动学生学习的积极性，教学安排中不能忽略。

帮助学生养成良好的学习习惯、掌握正确的学习方法是至关重要的。授课教师应该在每堂课开始时向学生讲清楚本次课的学习目标，下课之前留出5分钟进行小结，并指出这部分内容在整个体系中的地位、应掌握的程度。

2.强化基本概念，强调工程应用，提高学生理论联系实际的能力

公式多是力学课程的一个特点，如果过于偏重公式的推导会使学生感到厌烦，准确理解力学概念是课程学习和解决工程问题的关键，教师课堂讲解中应紧紧抓住那些最基本的、起决定作用的基本概念，结合各专业特点强化基本概念的引入过程和解决问题时分析思路的演示与训练，弱化公式推导过程的演练，[4]最终使学生形成系统的力学理论体系。

力学是一门与广大工程专业相互联系的基础学科，学习力学的目的就是将力学的思维应用于工程，解决不同领域中的力学问题。在力学授课中，要鼓励学生了解并搜集专业的科研资料和力学素材，将经典例题与工程实例相结合，运用所学的力学知识去思考问题、解决问题，从而培养学生学习力学的主动性和积极性。

随着科学的发展及新材料、新结构、新技术、新方法的不断涌现，力学的教学内容要与时俱进，在教学中积极补充课外实用知识，引入反映现代科技成果的新内容，并随时反复地回到力学基本概念中，培养学生独立思考的能力和科研兴趣。

3.改进教学模式，合理利用多媒体，提高教学效率和效果

力学课程有很强的工程背景。在教学过程中利用多媒体技术，将一些工程实例通过屏幕生动地展示既可以帮助学生理解知识、提高教学的效率和效果，又可以提高学生学习的兴趣。但过度使用多媒体将削弱学生的思维能力，由于多媒体教学信息量大、节奏快，难免重点不突出，学生很容易无法跟上教学的进度，此外，过多的视频或动画文件也容易分散学生的注意力。在实际教学中，应采用传统板书与多媒体相结合的授课方式进行教学，明确多媒体教学的辅助作用，教学中的重点难点一定要通过传统教学法完成。

目前，力学课程的考核多为期末的闭卷测试，题型一般分为选择、填空、判断和计算题，成绩约占80%，平时成绩占10%，实验成绩占10%，这样的应试教育学生压力比较大。学生为了通过考试而学习，不利于学生学习兴趣的培养，应鼓励学生结合专业背景分析工程中的力学问题，加大平时考核的比重，应用力学知识解决工程中的实际问题，以完成小论文或设计方案等形式的开放式作业作为平时考核成绩。

四、小结

力学课程的教学是一个复杂的过程，不可能有一种固定的模式，要综合考虑学生特点和当前的教学条件，因材施教、因人施教，将理论与实际相结合，使学生能够形成完整的力学理论体系，培养既具有创新能力又具备工程实践经验的高素质技术应用型专门人才。

参考文献：

[1]百度百科.力学[EB/OL].http：///view/34946.htm.

[2]穆建春，习会峰，李胜强.创新结构力学教学方法以提高课堂教学质量[J].中国建设教育，2011，2（Z2）：52-54.

[3]朱致英，段军飞.力学教学方法探讨与实践[J].教育教学论坛，

航空航天工程专业论文范文第4篇

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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