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關鍵詞: 三維顯示;商業化;SID會展
中圖分類號:TN949.199 文獻標識碼:B
3-D Goes Deep at Display Week 2010
Jenny Donelan
(Information Display magazine)
Abstract: In recent years, Display Week has featured special sessions to demonstrate 3-D. For 2010, with the technology clearly on the commercial horizon, the Society for Information Display has designated dedicated sessions for 3-D papers. The 2010 technical program will feature nine sessions on 3-D technology: Polarization-Based Stereoscopic Projection Displays, Crosstalk in Stereoscopic Displays, Autostereoscopic Displays,Autostereoscopic-Display Measurements, 2-D/3-D Switching for Autostereoscopic Displays, Human Factors of 3-D Displays, Volumetric and Integral Imaging, 3-D TV and 3-D Video, and Novel 3-D Displays.
Keywords: 3-D displays; commercial; Display Week
引 言
盡管三維顯示技術并不能稱之為全新的技術――一提到三維顯示,人們的腦海中就會浮現出早在新維多利亞時代就有的立體視鏡,以及上世紀50年代早期的恐怖和科幻電影,然而該技術最近的發展勢頭的確令人耳目一新。在世界的許多地方,選擇觀看一部新電影的三維顯示版本還是“常規”版本已經是很常見的事情。根據美聯社的統計,2009年共有20部三維顯示電影發行,而2008年這個數字僅為8部。北美地區的三維影院也從2008年的1,514個發展到2009年的3,548個,增加了一倍以上。盡管三維電影僅占去年電影總發行量558部的4%,但票房收入卻占到了總票房收入的11%。因此,較小屏幕顯示器的制造者也急于抓住這一機會,今年初拉斯維加斯消費電子展會上大量三維電視的展示就是很好的證明。許多制造商了新款的三維電視,而零售商巨頭如Best Buy和沃爾瑪,或者已經開始銷售三維電視,或者計劃在今年下半年銷售三維電視(圖1所示為LG展示的三維電視樣品)。
上述市場動向表明,至少在電影領域,如同許多技術在普及之前一樣,三維顯示同樣面臨“先有雞還是先有蛋”的難題:三維顯示器只有在播放三維顯示影片時才可以顯示出真正的優勢,同樣三維顯示影片只有通過三維顯示器播放才能達到最佳的觀看效果。顯示器制造商希望市場上先有足夠數量的高質量三維顯示影片來確保對三維顯示器的資源需求,而影像內容制作者則希望在開發可立體顯示的影片之前,消費者已經有了方便觀看三維顯示影片的顯示器。現在,華盛頓大學機械工程系資深研究員、SID三維技術副主席Brian Schowengerdt稱,目前產業已經達到了這樣一個時點:即三維顯示器開發商開始確信將會有足夠數量的三維顯示影片來拉動三維顯示器的市場,反之亦然。三維顯示影院系統開發商RealD致力于堅定影院擁有者和制片人的信心――三維顯示影院與影片將有一個強勁互動增長,并指出導演詹姆斯卡梅隆(James Cameron)這樣的名人就為電影制片人提供了一個引人注目的范例。近期三維電影的大量涌現也為三維顯示器在家庭娛樂市場的普及提供了發展初期的重要片源數量積累。在家庭三維領域,許多重要的制造商(三星、索尼、LG等)已經開始生產或者準備生產三維電視。索尼已經以最公開的方式宣布三維顯示將成為整個公司的一個主要發展重點,涵蓋許多產品平臺(電視機、游戲機和攝像機等)。
1 三維顯示分會
基于上述原因,同時也由于有大量三維顯示相關論文提交,今年的SID增加了專門的三維顯示分會來迎合這股潮流。Schowengerdt稱,“在過去的幾年里,我們已經注意到了與三維相關的論文數量的增加。”然而,任何關注三維顯示,希望追蹤所有相關文章的人都面臨一個挑戰,它們不是一個分會或一個會場所能涵蓋的。Schowengerdt說:“三維顯示器的主題貫穿所有領域。” 事實上,在今年9場三維分會上,7場是聯合分會,包括投影、顯示測量、應用視覺以及其它領域等。
2 趨勢:三維電視和裸眼三維
毫無意外地,在今年的專題討論會中,三維顯示電視的發展是論文研究的主要動向之一。比如有一場論壇報告內容完全是三維顯示電視和三維視頻的研究。Schowengerdt稱有兩篇論文非常引人關注:SMD公司Baek-Woon Lee發表的“Novel Simultaneous Emission Driving Scheme for Crosstalk-Free 3D AMOLED TV”(新型同步發光驅動設計無串擾的三維AMOLED電視)和三星電子Dae Sik Kim發表的“New 240-Hz Driving Method for Full-HD and High-Quality 3D LCD TV”(新型240Hz刷新頻率的全高清和高品質三維液晶電視)。在視頻領域,由臺灣大學Chao-Chung Cheng發表的“An Ultra-Low-Cost 2-D/3-D Video Conversion System”(超低成本2-D/3-D視頻轉換系統)和“3D Video Framework Design for FVV Realization”(為FVV設計的三維視頻結構)也是值得關注的論文。
另一個在SID上從不同方向進行討論的主要議題是裸眼三維技術。盡管已經令人驚喜地證明了消費者愿意戴上特殊的眼鏡來觀看如“阿凡達”這樣的三維電影,然而要求讓眼鏡消失的意愿也很強烈。Schowengerdt說:“不需要眼鏡就獲得高保真的三維顯示是最高目標。”
三篇論文體現了裸眼三維技術的發展趨勢,微軟公司Adrian Travis發表的“Backlight for View- Sequential Autostereoscopic 3D”(視頻連續的全息三維顯示的背光)、3M公司John Schultz發表的“Directional Backlight Lightguide Considerations for Full Resolution Autosterescopic 3D Displays”(高解析度全息三維顯示屏的定向背光方向設計)和“Directional Backlight Timing Requirements for Full-Resolution Autostereoscopic 3D Displays”(全解析度全息三維顯示屏的定向背光時序要求)。Schowengerdt說這些論文受到關注是有原因的,首先,后兩篇論文表明3M已經投入大量的資金用于三維顯示技術;其次,三篇論文都通過背光的設計而不是利用透鏡陣列使得左眼和右眼獲得不同的圖像,這將使顯示屏的全解析度得到應用。
日本信息和通訊技術研究所Shunsuke Yoshida發表的“Prototyping of Glasses-Free Table-Style 3D Display for Tabletop Tasks”(用于桌面任務的裸眼三維顯示屏模型)也受到關注。本文探討了當三維顯示器置于水平方向而不是垂直方向時必要的特殊考慮。這種新型顯示器是一種倒錐形,使觀眾能夠坐在周圍觀看。這種整體的形式和顯示器能夠使每個觀眾都能看到正確的立體視圖。
另外,其它值得關注的問題還包括建立檢測和開發三維視頻和顯示器的標準,以及為消除能夠降低立體效果的左、右眼串擾問題的解決方法等。
3 特殊的三維電影活動
本屆SID研討會涵蓋了上述提到的三維顯示技術的各個方面,但需要記住的重要一點是,從最開始,三維顯示技術的發展就與娛樂產業密不可分。為體現這一結合,今年顯示周在5月25日星期二晚上,舉辦了一個特別的三維顯示電影活動。在一臺專門的30in大熒幕上播放三維短片,內容是三維電影制片人以及這個快速發展產業內其他相關人員的談話。
參考文獻
[1] 3-D boosts box office worldwide to record $30 bln. /s/ap/20100311/ap_en_mo/us_b- ox _office_year_end.
[2] Wal-Mart to Carry 3-D TVs in Select Stores. /wal-mart/wal-mart-carry -3d -tvs-slect-stores-18846.
[3] /united/3D.
作者簡介:Jenny Donelan,《Information Display》雜志社主編,E-mail:。
關鍵詞: 三維激光掃描、誤差來源、精度
中圖分類號:O343.2文獻標識碼: A 文章編號:
一、引言
地面三維激光掃描技術是繼GPS技術后測繪領域的又一次革命,傳統的單點測量已無法滿足現代測繪對目標真實情況反映的要求,而三維激光掃描技術以其非接觸性、高效率、高精度、主動性的優點被不斷應用到更多的領域之中。
二、地面三維激光掃描儀的原理
從工作方式上地面三維激光掃描儀可以看做一臺高速運轉的自動測角、測距的無棱鏡全站儀[1]。一般包括掃描儀、控制系統和供電系統。掃描系統主要包括激光測距系統、激光測角系統、儀器內部控制校正系統和CCD相機。三維激光掃描儀通過儀器內部伺服馬達系統精密控制反射棱鏡的快速轉動,發射并接收物體反射的激光脈沖,測量每個激光脈沖傳播的時間(或相位差)并以此來計算掃描儀到被測目標的距離,同時角度編碼器記錄掃描瞬時的水平角、垂直角、目標的反射強度信息I。由測得的水平角、垂直角和距離根據公式(2.1)就可計算出目標點的空間三維坐標(X,Y,Z)[2]。
圖2.1地面三維激光掃描儀原理
(2.1)
三、地面三維激光掃描儀的誤差
與其他測量儀器相同,受掃描儀器本身構造缺陷、外界環境等其他各種因素的影響,地面三維激光掃描儀在掃描作業的過程中不可避免的存在誤差。
根據誤差的來源不同可將地面三維激光掃描儀誤差分為4類:與儀器相關的誤差、與被測物體有關的誤差、與操作有關的誤差以及與環境因有關的誤差。
1、與儀器相關的誤差:該誤差主要是由于儀器本身的性能缺陷造成的,主要包括激光測距誤差,測角誤差。激光測距信號處理的各個環節都會帶來一定誤差,主要是光學電子電路中激光脈沖回波信號處理引起的誤差。測距誤差的綜合體現為測距中的固定誤差和比例誤差,可以通過儀器校檢來確定它們的大小;測角誤差主要有水平角測角誤差和豎直角測量誤差,該誤差主要是因為掃描鏡的微小震動、伺服馬達的不均勻轉動等綜合因素引起的。
2、與被測物體有關的誤差:由于地面三維激光掃描儀需要接收被測物體反射的激光信號來計算坐標。因此,目標表面的反射特性對觀測結果有很大影響。不同距離、顏色、材質、粗糙度以及不同傾斜角度的物體反射率都不相同。距離的遠近影響時接收到的反射信號強度,距離越近信號越強,反之,信號越弱;不同顏色的光譜特性也不相同,對激光的吸收和反射強度都不相同,一般情況下,淺色物體的反射率大,深色物體的反射率小;目標表面粗糙時能產生更多的漫反射從而有更多的信號返回;當物體傾斜時,物體表面切平面法向量與激光束方向不重合,導致激光光束返回不能被完全接收,對測距、測角都有影響[3]。因此,要根據測量目標的不同合理設置測站的位置,以減小測量物體的反射特性對測量結果的影響。
3、與操作有關的誤差:操作人員的熟練和細心程度不同會引起地面三維激光掃描儀在對中、整平、目標框選以及各種掃描參數設置等各方面中產生相應的誤差。對于這些誤差,應認真按照規范對中、整平,根據不同的條件合理設置掃描間隔、溫度、濕度、大氣壓強等參數以減小這些人為誤差的影響。
4、與環境有關的誤差:不同的溫度、氣壓、磁場、天氣狀況會對地面三維激光掃描儀的內部精密部件和其發射的電磁波在空中的傳播路徑產生一定的影響,特別對于,大霧、陰雨天氣更會影響電磁波的傳播。對此,應該選擇合適的天氣保證在掃描儀在一定的溫度、氣壓和磁場環境范圍內工作并設置相應環境下的掃描儀參數。
四、總結
地面三維激光掃描儀以高效率、高采樣率、高精度、非接觸性、主動性等優點在地形測量、變形監測、逆向工程、考古、醫學,公安等方面都有廣泛的應用空間。但由于各種誤差的存在,在利用三維激光掃描儀掃描數據的時候應該注意:
選擇合適的天氣條件進行掃描作業,特別溫度應介于在0-40°之間;
根據不同的掃描目標,合理布設測站位置,使掃描距離一般不超過70m,特殊情況下不超過90m;
掃描時嚴格按照測量規范操作,精確對中整平儀器;
掃描時根據不同的外界環境設置相應的掃描參數;
參考文獻:
[1]官云蘭.地面三維激光數據處理中的若干問題研究[D].同濟大學博士論文,2008
[2]鄭德華,沈云中,劉春.三維激光及測量誤差影響分析.測繪工程,2005,31(2):32-34
經過一年的“理論實踐理論”教學經驗探索,撰寫了探究式教學理論、五環節教學設計理論、多元教學效果測評在實踐中應用案例,形成了具有較好實效的應用理論。在歷時一月的應用推廣中我課題組的理論成果取得了較好的成效。課題組教師在研究過程中提升了業務素質和研究技能,學生在新型教學模式下培養了學習興趣、提高了解題能力、形成科學的學習態度。
【關鍵詞】探究式教學五環節教學設計多元教學效果測評
一、問題的提出
近年來,我國新課程改革要求高中數學課堂教學從簡單地進行知識傳授的教學方法中脫離出來,既要重視傳授知識的結果,也要重視傳授知識的過程和傳授知識的方法。眾所周知,教學設計決定了教學的效果,教學的設計圍繞三維目標展開,對于三維目標的研究是數學教學者的迫切需要和高中的數學教學推動新課程改革的需要。為積極建構與新課程教學實踐相適應的教學設計理論和操作體系,為教師實施有效教學提供支持,在新課程理念向教學實踐轉化過程中,使新課程教學目標得以落實,從而推動教學效益和質量得以提升,這是一項相當浩大的工程。本課題組承擔這項浩大工程中關于三維目標之一的“過程與方法”目標在高中數學新課標(人教A版)必修2第2章教學設計的研究。
二、國內外研究現狀
我國從上世紀八十年代開始對課堂教學探究式教學設計進行理論和實踐的研究,隨著新課程標準的出臺和對學生創新能力的要求不斷提高,重視學生課堂學習過程和學習方法的教學設計理論和實踐研究也受到更多的重視,有了很多成果。從國內外的研究現狀可以看出,各個國家對重視學生學習過程和學習方法的理論研究都在不斷推進,但是在具體的操作層面上研究的卻相對較少,基本上都是將教育學中教學設計理論加上數學的例子組合而成,忽視了數學學科本身的特點。特別是針對性地開展某一知識模塊內容的教學設計研究還很少。教師應該怎樣培養學生學會主動地發現數學問題,確定并分析數學問題、合作意識及邏輯思維能力和批判意識的能力,進一步提高學習過程的效率和重視方法的選擇,還亟待進一步研究。
三、研究的方法和意義
1、研究方法
(1)文獻研究法(第一階段采用文獻研究法奠定理論基礎、提升理論素養)。
(2)行動研究法(第二階段采用行動研究法預診問題、提出解決方案、實施問 題解決設想方案、檢測問題解決效果、分析存在原因、提出改進設想)。
(3)抽樣調查法(第二階段教學效果檢測過程采用抽樣調查法,確保對象具有代表性、結果具有有效性)。
(4)經驗總結法 (第三階段采用經驗總結法總結課題研究經驗形成研究結論)。
2、研究的意義
(1)將三維目標中過程與方法目標落實到具體的知識章節中,實現數學教學由教師為主體向學生為主體的轉變。
(2) 通過教學設計研究,尋求新課程改革理念下有效提高教學效率的教學方法,形成可操作性較高的教學設計理論。
(3)通過對高中數學(人教A版)必修2第2章第2節3個小節6個課時教學內容做教學設計研究給廣大數學教師以教學設計上的參考。
(4)為研究其他教學內容的課題組提供借鑒素材,推動整個新課改教材的教學設計研究。
(5)通過對“過程與方法”目標的思考、研究,進一步深化素質教育,全面提高中學生的數學素養。
四、研究過程
1、明確課題組成員,制定分工方案,課題組成員根據分工方案認真研讀理論書籍、相關論文材料,做好讀書筆記,奠定課題研究理論基礎(2013年1月至2013年3月)。
我校承接課題后,積極組織我校數學教學一線教師參加課題研究,成立了課題研究小組。并于當月召開課題開題報告會,制定了課題組成員分工方案。明確了以下分工:
安尊朝:主持課題組全面工作,督促和協調各成員間的工作安排,負責課題研究方案設計; 定期召開課題研究交流會;負責《高中數學課堂教學三維目標中“過程與方法”研究》論文的撰寫;完成課題研究結題報告和工作報告。
黎祥權、羅實強:重點研究教師在數學課堂教學中“過程與方法”設計、實施上存在的優點和不足;負責《高中數學課堂教學三維目標中“過程與方法”教學設計、實施上的優點和不足》論文的撰寫。
譚益強、葉正悠、趙麗娟:重點對學生在數學課堂教學中“過程與方法”設計和實施上進行問卷調查和課外交流,掌握目標達成度,并負責理論資料的收集與整理。
安飛、徐亞明、陳慶芬:負責《高中數學課堂教學三維目標中“過程與方法”》的教學設計的撰寫及整理;負責課堂教學中典型案例(成功與失敗案例)的收集與整理及課題成果匯編。
劉來兵:負責各次會議的記錄、攝像、圖片收集、資料收集,協助完成結提報告和論文。
介于對課題研究需要理論支撐,課題組組織課題組成員研讀下列書籍、理論材料:
《課堂教學論》、《新教材將會給教師帶來些什么——談新教材新功能》、《高中數學新課程理論研究與實踐》、《數學教學研究與案例》、《有效教學的理論與實踐》、《基礎教育課程改革綱要(試行)》、《新課程改革下高中數學課程標準》等。
2、課題組成員共同擬定課題實施方案,組織對課題組成員課堂教學進行調研,收集舊教案,認真編寫新教案并對編寫的新教案共同研究、修改,進行課堂實施并對課堂實施效果及時進行學生抽樣調查,分析信息反饋(2013年3月至2013年6月)。
3、課題組成員對實施的課題進行經驗總結(找出成功之處、不足之處的案例)并認真分析、研究形成結論(文本)(2013年6月至2013年8月)。
4、課題組成員撰寫結題報告,對研究的課題申請結題(上交記錄、圖片、教案、論文等),課題完成(2013年9月至2013年11月)。
六、研究結論
1.本項研究所取得的理論成果
(1)探究性教學是增加教師在數學教學中的探究性教學空間,通過落實“過程與方法”目標培養學生的創新能力,探究能力和實踐能力,進一步深化素質教育和提高學生的數學素養的有效途徑。
(2)五環節課堂教學結構對于優化教師教學設計結構、促進知識結構生成、引導學生認識知識本質和提高學生應用知識的水平、激發學生的學習興趣、提高教學效率具有重要意義。課題組從課題研究實踐中總結出以下五個課堂教學環節:① 創設問題情境,明確學習目標;② 指導學生開展嘗試活動;③ 組織變式訓練;④ 認知結構的組織和再組織;⑤ 根據教學目標,及時反饋調節。
(3)對課堂教學效果的檢測結果做回歸分析對于提高數據分析質量,深度發掘影響因素之間的內在關系,找準、找全問題成因有者重要作用。課題組在實施課堂教學設計過程中,通過努力探索、親身實踐、積極反思,確定了回歸分析在檢測教學效果方面的重要性。
2.本項研究所取得的應用成果
(1)課題組采用行動研究法診斷傳統教學法存在的不足,提出運用探究式教學體現學生的主體地位,使教學過程成為在教師指導下自覺的、開放的、探究式教學活動從而落實教學目標的改進設想、運用開展實地授課方式驗證設想優劣、提出改進探究式教學的實踐操作完善設想。通過在實踐中反思理論上提出改進設想回到實踐中檢驗,讓學生在探究中掌握知識、在探究中學會用數學思維去思考和對數學方法的靈活運用、在探究中形成科學的學習態度。
(2) 課題組在實施設計過程中嚴格落實五環節教學設計方法,有側重地開展重要環節的教學活動,根據班級學生實際情況,針對性實施教學計劃,收到良好的教學效果。
(3)從學生的反饋信息上分析看出,學生在課題組精心設計的五環節教學設計引導下,較大幅度提高了學習興趣、較大幅度增強了對新知識的認知和構建能力、較大程度提升了解決數學問題的能力和水平。
(4)教師的專業素養得到較大幅度提升,集體備課效率大大提高,對落實數學新課程教學目標有了比較明確的思路,能夠較好地通過落實“過程與方法”目標落實“知識與技能”目標和“情感態度與價值觀”目標,比較切實地將教師的課堂角色轉換到“教師主導,學生主體”上來。
(5)我課題組經過實踐、反思設計的《落實“過程與方法”目標之探究性課堂教學效果問卷調查表》采用多指標檢測課堂教學效果較為客觀、真實地檢測了課堂教學效果。
八、致謝
感謝貴州省、銅仁市相關領導對我課題組的信任、指導和支持!
感謝思南縣教育局教研室相關領導、工作人員同志對我課題組研究工作的親切指導!
關鍵詞 專科教育 課程建設 實證歸納 三維動畫
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.07.019
Abstract At present, most colleges and universities offer a 3D animation course professional degree is not high and do not have integrity, progressive and total score of, resulting in the talent shortage of both and the difficult problem of employment, this paper studies the construction of this course. In this paper summarized based on 3D animation and higher vocational education characteristics of both the course of the construction goals, objectives, guiding ideology and principle of were discussed, and the empirical inductive method design of five aspects of the content of construction and guarantee method summed up the curriculum, teachers construction, organization of teaching content, teaching methods and assessment method. Research results will provide the market with the required 3D animation or game talent.
Key words college education; course construction; empirical induction; three-dimensional animation
三維動畫課程是培養藝術類大專生三維動畫制作這一職業的素質與技能的課程。在國外,職業院校起步早,發展成熟,其三維動畫課程職業化程度高,能較好地培養學生三維動畫制作的職業素質與技能。在國內,職業院校起步較晚,正在探索中發展。其課程的職業化程度整體不高,且各院校發展程度參差不齊。有些高職院校(上海工藝美術職業學院)的課程中含有完整的制作流程,具有遞進的項目學習方式,先通識后精專的布局安排。學生既能學到職業的整體技術技能又能精于職業中某一項技術技能,同時還具備了職業素質。而有些高職院校特別是民辦高職院校的三維動畫課程不具有完整性、遞進性和總分性。課程內容只有三維動畫整體制作流程中的中期環節(模型、編排、動畫和渲染),而后期環節(剪輯、特效、音效和合成)的內容則被設置為另一門課程且與其關系不明顯,此外也未安排精專某項技術技能的課程。此安排會使學生既對三維動畫整體流程不能產生清晰的認識又不能精專于某項技術技能,直接影響學生質量,導致就業問題。為此提出研究三維動畫課程的建設,從市場需求出發探究出課程建設的目標、宗旨、指導思想、原則、內容與方法,以提高教學質量,解決就業問題。
1 建設目標、宗旨與指導思想
高職培養的是高技術技能人才,根據這一特點和市場需求出發,三維動畫課程所涉及的工作領域有角色、場景、道具和視頻制作等四個。其中角色、場景和道具制作這三個工作領域又各自都有其造型、光影、動畫和特效制作四個工作任務;而視頻制作這個工作領域則有視頻剪輯、視頻效果制作、視頻轉場制作、視頻特效制作、音頻編輯和視音頻合成六個工作任務。因此,此門課程的建設目標應為培養具有這四個工作領域共十八個工作任務中職業能力的高技術技能人才。由此得出,此課程的建設宗旨是“以學生為本,幫助應用藝術設計專業學生具備三維動畫制作這項生存能力”。進而得出建設的指導思想為幫助學生掌握關于三維動畫制作的素質、知識和技能三方面的職業能力。
2 建設原則
在建設應用藝術設計專業三維動畫課程時需要遵守以下六項原則:(1)課程設置科學性。依據循序漸進的學習規律,螺旋上升、由易到難、由全到專地安排此課程。(2)師資職業化。配備“雙師型”教師或同時配備講師和技師共同授課。(3)教學內容完整科學性。螺旋上升、由易到難地安排教學項目,每個教學項目行為點、知識點和技能點都須齊全。(4)教學項目時效性。教學項目應與當時中小企業制作項目接近或一樣,并實時更新。(5)教學方法科學性。符合制作技術學習規律,配合教學內容采取項目教學法,利用兩步訓練法,配以崗位體驗法,因材施教,具有針對性地層層遞進地增強職業能力。(6)考核市場化。教師、企業和職業鑒定機構共同考核,以考核表為形式,考核結果最好與經濟利益掛鉤。
3 建設內容與方法
3.1 建設內容
欲實現建設目標須至上而下地進行課程建設,所以三維動畫課程建設內容應包含其課程設置、師資建設、教學內容組織、教學方法運用和考核方法設計五個方面,而這五個方面的建設應環環相扣、緊密相連、相輔相成。
3.2 建設方法
(1)課程設置。三維動畫課程須含有視頻編輯這一內容,以形成一個整體。在此基礎上,將該課程分為初級和高級兩階段,安排在兩個不同的學期進行教學。由于初級是通識教育,造型、光影、動畫作、特效和視頻制作五部分都需包含在其中。而高級是精專教育,造型、動畫、特效(含光影)和視頻制作四部分由學生自選其一進行學習。
(2)師資建設。三維動畫課程須配置“雙師型”專業教師為任課教師,既具有教學經驗又具有企業經驗的教師。如任課教師只具有教學經驗,則建議再配備一個具有企業經驗的技師或高級技師一起進行教學。而對于只是講師的專業教師,須定期安排到三維動畫或游戲企業掛職實踐以拓寬社會渠道和提高作為三維動畫技師的職業能力。同時還應吸收有社會渠道的三維動畫技師作為兼職教師并培訓他們的教學能力。以此逐漸形成一個完全由“雙師型”教師組成的教學團隊。
(3)教學內容。根據初級課程的要求不同,應相應地安排教學內容。而在每門課程中也應遵循學習規律循序漸進地安排教學內容并通過項目承載它們。在開發教學資源時可需結合火星時代等各大公司官方網站和三維動畫或游戲教育網站中制作案例、游戲美術設計師(高級)職業技能和全國信息化工程師(游戲美術設計師)考證教材及題庫進行開發,將這些內容處理成具有行為點、知識點和技能點的制作項目。另外,為豐富教學手段,還需收集和整理三類視頻:第一類是三維動畫電影或游戲制作花絮;第二類是三維動畫制作案例的視頻教程;第三類是關于三維動畫制作團隊其管理方法的視頻。
(4)教學方法。為提高學生的職業能力,應通過項目載體實施項目教學法,項目需分解成任務,由不同職稱(高級技師、技師和制作員)與職務(組長和組員)的學生任選與其職稱職務相應的任務來完成,完成項目后還需總結項目所包含的技術、流程、方法與標量和展示其制作成果。對于起初的項目可使用跟做的方法教學,而隨著學生能力的變強而采用臨摹的方式教學。另外,對于不能在課堂中有限的時間內訓練的項目,還需制作成以任務為單位劃分了等級的教學視頻,利用網絡平臺上傳到網上供學生自學。所以,在課內教學中應采用項目教學法、團隊協作法、任務驅動法、成果匯報法、崗位體驗法、開放式教學法和兩步教學法七種教學方法。而在課外則采用項目教學法、任務驅動法、開放式教學法和自學教學法四種教學方法。此外,在教學過程中要時刻關注三維動畫制作技術與標準的變化,以更貼近三維動畫與游戲行業的發展趨勢和要求。
(5)考核方法。在考核內容上應加入了職業素質、制作管理和職業資格證書取得情況三方面的考核。在考核方式上建議聘請具有企業經驗的技師或高級技師參與學生技能考核,即任課教師與企業技師或高級技師共同考核,其分值比為4:6。考核情況應記錄在考核表上,其考核項目應劃分得細致些并附帶說明和權重,還需配以具有相應分值的五個等級評價標準。考核結果建議與經濟掛鉤,除最后成績與獎學金相聯系外,通過企業審核的項目其負責學生可申請橫向項目中的經費,通過職業素質考核的學生可申請勤工儉學助學金,通過制作管理考核的學生可申請任課教師負責的與教學改革相關的科研項目中的經費。
3.3 保障方法
(1)課程設置。課程設置須體現在專業培養計劃中才能得以實現,所以在應用藝術設計專業培養計劃中的課程介紹里應注明三維動畫制作課程被分為兩個不同階段的兩門課程,即三維動畫(初級)制作和三維動畫(高級)制作。其中,初級為通識教育,造型、光影、動畫、特效和視頻制作五部分都應俱全,而高級為精專教育,造型、動畫、特效(含光影)和視頻制作四部分由學生自選其一進行教學。另外,在該專業培養計劃中的教學進程表里應將三維動畫(初級)制作安排在第三學期,實踐課應占到總課時的3/4;三維動畫(高級)制作安排在第四學期,實踐課應占到總課時的2/3。
(2)師資建設。對于講師的掛職實踐,專業主任應為其制定三年掛職實踐計劃:第一年,每周三天都在三維動畫或游戲公司實踐,完成不少于12個被錄用的商業項目;第二年,每周兩天實踐,完成不少于8個被錄用的商業項目;第三年,每周一天掛職,完成不少于4個被錄用的商業項目。完成三年計劃的任課教師需在以后的寒暑假里完成加起來不少于一個月的掛職實踐,完成不少于1個被錄用的商業項目。同時,專業主任還需監督計劃的實施和考核實踐的質量。
(3)教學內容。教學內容須具化到課程教學大綱中,以供任課教師作為實施的參照。在三維動畫制作(初級)中除安排三維動畫基礎知識這一理論章節外,還需先安排入門制作章節再安排初級制作章節最后安排中級制作章節;三維動畫制作(高級)中先安排中級制作章節再安排高級制作章節,每一章節中都以項目為載體。對于網絡教學視頻,其內容需涵蓋面廣難度深,還應整合成具有數個等級的等級標準,這一文本中的內容須與等級相對應。
(4)教學方法。對于課內團隊協作法的實施,可以組織學生自由成組并推舉出組長來實現,同時組長與組員姓名還需填寫在項目申請單中的相應位置;對于課內崗位體驗法的實施,可以將每位隊員的權利和義務形成工作職責這一文本來實現,其中規定的隊員制作計劃、組長審核計劃、組長監督進度和組長監督質量四方面內容都需體現在項目監督表相應的填寫位置中;對于項目教學法和任務驅動法的實施,可以將項目分解成任務來實現;對于開放式教學法的實施,可以由小組自由選題和隊員自由選任務來實現,團隊所選的題及隊員所選的項目任務也需填寫在項目申請單中的相應位置。但在選項目時還需根據職稱和職務來做,而職稱是根據個人完成制作項目的成果為依據初步授予的,在以后的訓練中是可以繼續晉升。對于網絡教學視頻,其教學項目應根據等級標準進行分類。以任務為單位錄制,上傳到網上,并附上項目簡介、標準及其中包含的技術、知識與技能,每段視頻建議按照工作順序羅列且標明其所屬的職稱(高級技師、技師和制作員)等級。
(5)考核方法。學生的考核情況都須填寫在考核表上,考核分為職業素養、實訓考核、制作管理三個部分,其權重比為2:7:1。職業素養分為考勤紀律、職業習慣和學習習慣三部分,其權重比為3:5:2;實訓考核也分為知識技能掌握、成品展示和社會評價三部分,其權重比為3:1:1;實訓考核同樣也分為計劃制定、監督工作和整理資料三部分,其權重比為1:3:1。在評價主體上除任課教師外還增加了企業評價和學生自評與互評。職業素養中考勤紀律和學習習慣為教師評價,職業習慣由教師與企業共同評價;實訓考核中知識技能掌握由教師與企業共同評價,成品展示采取了教師與學生自評互評的評價方式,社會評價主要由教師評價;實訓考核中計劃制定和整理資料為教師評價,監督工作由教師與企業共同評價。每項考核項目都分為優(90~100)、良(80~89)、中(70~79)、合格(60~69)、不合格(
解決“三維動畫或游戲企業難于找到適合人才,畢業生難于找到工作”問題的關鍵在于從市場需求出發合理建設三維動畫課程,使其建設目標、宗旨、指導思想、原則、內容與方法都具有科學性。而本課題主要解決的就是三維動畫課程不具有完整性、遞進性和總分性問題,以能培養出既具有職業化素質又具有三維動畫制作整體技術技能及精于某項技術技能的復合型人才為目的。其理論成果對多數民辦高職院校在建設三維動畫課程時能起到一定的指導作用,從而解決應用藝術設計專業人才市場中的供需矛盾。
參考文獻
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關鍵詞新課程教學三維目標
在實施新課程的過程中,教學目標在結構上有了重大的變化,呈現出知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維結構形態,這三個維度之間相互交融,相互滲透。如語文課程總目標的第3條目標指出:“培植熱愛祖國語言文字的情感,養成語文學習的自信心和良好習慣,掌握最基本的語文學習方法。”則重于談習慣和方法,但其中卻有“情感態度”的內容,體現出“過程與方法”和“情感態度”的融合。又如第7條目標,雖然側重于談閱讀能力的培養,但是,“學會多種閱讀方法”屬于“過程與方法”的內容;而“受到高尚情操與趣味的熏陶,發展個性,豐富自己的精神世界”,又屬于“情感態度和價值觀”的內容。這條目標實質上是三個維度課程目標的有機結合。就“閱讀能力”培養方面,有“教”的維度,包含預設目標,還存在著理性的靜態思考;“學會多種閱讀方法”里,則是“教”和“學”兩種成分兼而有之,是教學靜態形式和動感成分的有機結合體,也是預設目標和生成目標的結晶;“受到高尚情操與趣味的熏陶,發展個性,豐富自己的精神世界”更是強調課堂資源的動態生成,這可以說是學生全面發展和終身發展的“支點”。之所以要強調生成,是因為教學不是一件技術活,完全按照預設的教學目標展開教學過程是不現實的,也是不可能的,教學在固定之外,還有動態生成的一面,這是由教學的育人功能決定的。因此,三維目標在內涵和形態上更為豐富,有待于廣大教學工作者認真實踐、總結和反思。
然而,在三維目標的實踐過程中,大部分教師備課時就把“三維目標”并列起來。這樣,“三維目標”就變成了三個目標,自然導致一節課分為三大環節,通常做法是先解決知識與技能,再解決過程與方法,最后留出一點時間來滲透情感態度與價值觀。如:去年我聽一位老師教學《艱難的國運與雄健的國民》一文時,教學情節是這樣的:第一教學情節,學生朗讀課文,勾畫出文中“艱難的國運”、“雄健的精神”、“雄健的國民”、“趣味”等詞語以及表現趣味的句子,讓學生討論這些詞句的意義后,老師歸納并講解了相關詞句的含義,這個教學情節就是解決知識與能力目標的環節。第二教學情節:學生自由讀課文,并讓學生在課文中找出“趣味”、“艱難的國運”、“雄健的精神”出現幾次,安排學生討論這些句子表達了作者怎樣的思想感情?接著教師小結,就這樣處理了“過程與方法”目標。第三教學情節:學生默讀全文后自由選讀課文,再讓學生討論文中重點詞句所反映的愛國思想,讓學生各抒己見,發揮一番,結束本節課。這是完成“情感態度和價值觀”目標的具體方式。這樣實踐三維目標,是對“三維目標”最大的誤解。筆者認為:首先三維目標不是三個目標,它是一個教學目標的三個方面,它們的統一不是一一對應的關系,不是一種知識與技能對應一種過程與方法,對應一種情感態度與價值觀。這樣,就把理解“趣味”、“艱難的國運”、“雄健的精神”等重點詞句的“能力”和相應的“過程與方法”及其“情感態度和價值觀”對等起來了,這是教學的一種誤解。從這個層面上講,“三維目標”很像一條教學原則。它是這一原則上的三個維度;其實,在三維目標的實踐中,重在有三維意識。因為過程與方法、情感態度與價值觀目標很難在一節課中完成見效,它們更可能是一個單元的目標,甚至是一個學段的目標。如人教版義務教育課程標準實驗教科書七年級上冊語文的第一單元的教學總目標是以人生為話題,子目標是體味人生,關注生命;第二單元教學總目標仍是人生題材,子目標是謳歌理想,闡述信念;第三單元目標是品味大自然,品味詩文,培養愛美的心靈,發現美的眼力,也沒有走出人生觀的分水嶺;第四單元是以崇尚科學為話題,仍是人生范疇;第五單元是以品味親情為話題,也沒離開以人為本的思想;第六單元是培養人的想象力作品,還是鮮活的人本思想;人教版八年級上冊語文的第一單元以戰爭為題材,培養人的正義感,識別人生中的真善美與假惡丑能力,仍屬于人生觀選擇問題等等。所以,教育教學重在有三維意識。從見效的時間上看,需要相當長的時間;從實踐過程上看,需要一定數量的實踐,量變到一定程度才能看到質的本色,才能看到三維目標的實踐效果。備課時,每節課都將其作為三維目標列出來,是讓老師上課時有三維意識,但大部分教師認知錯位,感覺就是本節課必解決的目標。其實不然,它強調的是每節課都必須注重三維意識。以往講的所謂“堂堂清”是因為那時的教學目標更多地指向知識與技能目標,教學思想是以知識與技能作為思維定勢來培養學生。正如中考、高考的標準化試題是有力的例證,教學目的是為了應試,為了百分之幾的升學率等。培養的學生純屬考試的工具,而非創造性的獨特的人,嚴重違背了“以人為本”的教育思想。現在情況不同了,相應地,在評價一堂課時,“三維目標”是否都落實了是很難衡量的,評價者主要應該看教師在整個教學過程中是否有“三維目標”的意識。有這個意識的教師,“三維目標”一定能夠在一定的教學時空里凸現出來。所以,語文教師要樹立以人為本的“大語文觀”,讓學生從中悟出生活處處皆語文的道理。
在上課的過程中,還有不少教師誤認為“情感態度與價值觀”目標可以通過講授來實現,通常的做法是,在知識與技能目標完成后,引申講授其中蘊含的情感體驗,科學精神、價值取向等,讓學生發揮一番,并以這種“升華”來實現新課程的理念。如上述《艱難的國運與雄健的國民》一文,教師讓學生把文中的“艱難的國運”、“雄健的國民”、“趣味”等重點詞句的含義理解之后,引導學生討論如何愛國,用怎樣的行動來愛國。從表面上看,學生都能發表自己的觀點。其實,這種愛國精神和愛國行動這短短的一節課里是無法見效的,只要學生初步覺悟到要有這種愛國情感就可以了。要實現這種“情感態度與價值觀”目標還需要一定的時間和實踐過程。因此,這種教法是不太科學的。雖然“三維目標”是并列呈現的,但它們在性質上有明顯的不同,知識與技能目標是顯性的,而過程與方法、情感、態度與價值觀目標是隱性的。如果說顯性的目標可以通過講授來完成的話,那么隱性的目標靠講授是不可能實現的。《語文課程標準》明確指出:閱讀是“獲得審美體驗的重要途徑”,是“學生的個性化行為”。其中,語文新課標在第四學段要求學生對課文的內容和表達有自己的心得,能提出自己的看法和疑問;欣賞文學作品,能有自己的情感體驗;對作品的思想感情傾向,能聯系文化背景說出自己的評價;對作品中感人的情境和形象,能說出自己體驗。所述的心得、看法和疑問、情感體驗、評價等都是學生的個性化行為,都需要實踐和相應的時間過程,靠老師的計授是無法實現的。所以,隱性目標的實現,只能依靠創設情境和氛圍,由學生親自體驗、親身實踐來完成。
當然,過程與方法、情感態度與價值觀這兩個維度是難以測量的,而且這兩維目標的實現需要相應的時間。的確,迄今為止,人們還沒有找到測量過程與方法、情感態度與價值觀的最佳方式。“三維目標”的實踐,正如語文課程標準解讀所說,就閱讀而言,要顧及學生閱讀態度的主動性、閱讀需求的多樣性、閱讀心理的獨特性。一方面要重視學生在閱讀過程中的主體地位;另一方面還要注重學生的獨特感受和體驗。老師只是課堂閱讀的組織者、學生閱讀的促進者和閱讀中的對話者之一。就情感態度而言,養成閱讀的興趣和習慣是學生的行為,教師只能做到創設閱讀情景,把學生引入閱讀角色,讓他們產生閱讀興趣,再引導學生持之以恒,就有可能養成良好的閱讀習慣。其中,老師只起組織、促進、對話的橋梁作用。所以,教學要充分考慮到學生的感受和體驗,為學生的多樣閱讀需求著想。因而,教學的“三維目標”還有很多工作要做。致于“過程與方法”、“情感態度與價值觀”這兩維目標是否達標,怎樣測量學生的情感體驗等等,還沒有這把尺子。但難以測量并不等于不關注。此外,雖然“三維目標”的發展是不平衡的,一定有一個中心目標,這個中心目標是知識與技能有可能,正如中考、高考中的標準化試題(選擇題)是一個典范;是其他兩維也有可能,升學考試中的開放型試題不能不說是一個有力的例證,而且目前升學考試中的開放型試題分值比例越來越重,這是“三維目標”實踐中的一大亮點。我想:在教學實踐中,只要我們反復實踐,不斷探究,認真反思,做到具體情況具體分析,三維目標及其中心目標的落實問題,一定會找到歸宿,產生效果,還能引領我們走出“課本是世界”的誤區,為“以人為本”的教育教學指明方向。
參考文獻
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在新的學期里,我縣中學語文教研工作將以課程改革為中心,加大教學研究和教學改革的力度,努力創設良好的語文教學環境,進一步提高我縣中學語文教學質量,為全體學生的健康發展提供條件。本年度工作從兩方面入手:一是抓好校本教研工作,一是抓好課題研究工作,并且將二者與課程改革有機地結合起來,充分發揮它們在課堂教學中的引領作用。
一、樹立較強的校本研究意識
在新的一年里,要把握好校本教研的特征:校本教研必須立足課堂;校本教研必須立足學生;校本教研必須珍視經驗,注重反思。要從“知識和能力、過程和方法、情感態度和價值觀”這三個維度去研究學生在課程學習中所獲得的發展廣度和深度。總之,從學生出發,又回歸到學生,這是校本教研的本質要求。充分發揮教研組的功能,提升教研組活動的質量,很好地利用教研組資源,發揮語文組集體的智慧,形成老、中、青全方位能量的互補,全面提高語文教師的素養和課堂教學水平,具體解決什么問題,怎樣解決,學校語文組要根據本校的實際情況而定。本年度中學語文活動主要圍繞兩個方面的問題來開展:一是如何開展綜合性學習活動的問題,二是如何提高學生的寫作興趣,開展行之有效的寫作指導的問題。為了減輕負擔,可將“創新寫作”和“綜合性學習”的研究一并歸入到“三維目標”的課題研究中來。
1.三月初各校教研組上報校本培訓方案,執行計劃和全年的學習內容安排,促進學校認真開展校本教研。
2.各校教研組要認真組織若干節研討示范課,選好上課老師,針對教學實際確立研討課的內容和目的,精心備課,保證公開課質量,抓好聽課出勤率,加強評課活動并有詳細記載,充分發揮公開課的研討示范作用,各校教研組也應在校內各年級組織好同類研究課。
3.各校教研組要大力推進校本教研活動,充分開發校內教研資源,要及時發現先進典型,總結經驗,加以推廣。適當安排校際之間的觀摩、考察、學習、交流活動,將校本教研活動推廣到全縣各學校。
二、圍繞課題研究開展工作
我縣有兩所學校參與國家“十一五”重點課題“創新寫作教學研究與實驗”的實驗研究,有一所(自治區申報的教育部課題)《語文課堂教學中三維目標的設置與實施》的實驗基地學校,本年度圍繞課題開展以下工作:
(一)加強理論學習,不斷提高語文教師的思想和教學素養。
1.各校教研組要組織全體語文教師認真學習課程理論,進一步認識到加強雙基教學、培養學生良好的語文學習行為和習慣的重要性和必要性;認識到語文學科教學對每一位學生的健康發展的重要作用;并努力將這些正確的思想理念轉化為積極可行的教學實踐活動。
2.各校教研組要鼓勵并組織廣大教師,特別是中青年教師加強自身業務素質的提高;深入開展讀書活動,不斷提高自身的思想和教育教學素養。各校教研組要進一步組織全體語文教師深入學習一、兩本教育教學論著,每位教師要認真通讀一、兩種語文教學研究刊物,從而提高廣大語文教師的理論素養。
(二)加強課改交流研討活動,切實提高課堂教學的質量和水平。
1.繼續組織全體語文教師認真學習語文課程標準和新課標語文教材,充分利用網絡資源,提高教師自主學習的能力。
2.繼續組織骨干教師對語文課程標準和新課標實驗教材進行專題性研討,并引導學校教研組備課組圍繞課改中出現的帶有普遍性的問題開展研討,扎實有效地開展校本教研。
3.進一步抓好以“教材教法研究”為主要內容的備課活動,開展積極有效的“教材教法”研究活動,全面推動語文學科教研氛圍,確保資源共享。
4.繼續做好課改系列調研工作,從內涵上切實提高教師自身的素質,讓各種先進的教學理念和教學手段化為語文教師們的具體的課堂教學實踐,在實踐中不斷提升教師自身的語文素養和教學能力,以適應課改形勢的需要。
(三)加強課題研究,抓好課題研究的實效性工作,以課題研究為載體,提高我縣教師隊伍的整體專業理論水平。
1.認真落實課題實施計劃,各校教研組繼續組織實驗教師全面、深入地進行課題實驗工作。
2.加強課題研究指導,各實驗校課題組成員要經常交流、探討,按照課題方案要求,開展實驗與研究。認真做好搜集、積累和整理資料工作,及時做好成果匯總和研究備案工作,認真撰寫課題實驗階段性總結。
3.開展多種形式的研究活動,活躍教研氣氛,提高課題研究水平。開展優質課評選和交流活動,教學案例、論文評選活動,各教研組每周要安排一次教研活動,每學期至少要圍繞課題組織一次大型的教研活動。
4.課題組要開展有效的教研活動,加強集體備課,要通過“教學設計——課堂觀察——行為跟進”環節的反復,來讓更多的語文教師受益。收集教師在課題研究中的優秀論文和案例以及學生創新寫作優秀作文。
5.“課堂教學中三維目標的確立和融合”課題本年度要做好結題的準備工作。
學校自選某一方面進行研究,如學段中的五個板塊,識字和寫字、閱讀、寫作、口語交際、綜合性學習,可以取其一進行橫向研究。根據學生的年齡和認知水平聯系起來,結合學情,按年級進行縱向研究。
6.組織參加四月初州創新寫作教學研究與實驗研討課活動。實驗學校要有階段計劃和總結,要有作文方面的專題總結報告。“十一五”期間的實驗學校將于2011年全部結題,要認真收集過程資料。
(四)抓好教學常規,保證教學任務的順利完成。
1.三月初學校將達標計劃和活動安排上報教研室,開始校級達標活動,四月份必須在校級達標的基礎上開始申報達縣級標。達標計劃要有步驟、有安排,分上半年和下半年兩次,以年初申報為準。
2.組織全縣中學語文教師參加縣級創新寫作研討課選拔賽暨新教材課堂教學交流活動。
3.征集關于“課堂教學中三維目標的確立和融合”的教學論文、教學案例和教學實錄,截稿時間為3月20日,并將征稿中的優秀篇章編輯成冊。
4.為及時掌握中考方面的信息,有效地抓好中考復習工作,參加四月份州中考研討會。
5.四月份舉辦奇臺縣第四屆“春蕾杯”中小學生綜合素質大賽活動。
6.繼續實施優質課工程。
7.認真組織期末考試、抽測的評卷、教學質量分析工作。
8.組織好自治區第四屆現場作文競賽的組織工作。
9.各校編輯學生“創新寫作優秀作文集”和教師“創新寫作優秀論文集”。
10.參與縣教研室《奇臺教研》的編輯工作。
2011年奇臺縣中學語文教研活動安排表
時間
活動安排
一月份
1.期末考試及評卷、質量分析。
2.制定2011年度學科工作計劃。
3.召開教研工作年終總結會。
二月份
1.參加“三維目標的確立和融合”的教學論文、教學案例、課堂教學實錄征文及評選活動。
2.全面展開“創新寫作教學研究與實驗”、“語文課堂教學中三維目標的確立和融合”這兩個課題的實驗與研究工作。跟蹤課題實驗學校的研究情況。
3.教研組長工作例會。上報各中學語文教研組的教研計劃、達標計劃以及校本培訓方案、執行計劃和全年的學習內容安排。(截止3月14日)
三月份
1. 初中課改經驗交流,組織語文教師參加縣級“創新寫作教學研究與實驗”研討課賽活動。
2.組織參加州“創新寫作教學研究與實驗”初、高中研討課賽活動及中考、高考研討會。(下旬)
3.準備第四屆“春蕾杯”競賽。
4.參與《古城教研》第一期的編輯工作。
四月份
1.各校在校級達標的基礎上開始申報縣級達標。
2.第四屆“春蕾杯”大賽。
3.參加學校“綜合性學習中三維目標的確立和融合”課題研討課活動。(二中、四中、天和、老奇臺、西北灣、東灣)
五月份
1.各校教研組征集學生創新寫作優秀作文、教師優秀論文。
2.準備期末考試。
3.參加學校校本教研活動。
4.教研組長工作例會。(督促檢查課題開展情況)
5.視導評價。(學校待定)
六月份
1.征集教師優秀論文、教學案例、課堂實錄。
2.認真組織期末考試、評卷、教學質量分析工作。
3.參與《奇臺教研》第二期的編輯工作。
七、八月份
1.本學期期末質量檢測試卷抽樣分析。
2.對縣級第三屆“學科帶頭人、中青年骨干教師”進行考評。
九月份
1.教研組長工作例會。
2.各校在校級達標的基礎上開始申報達縣級標。
3.參加學校校本教研活動。
關鍵詞:激光 點云數據 三維建模 模型重建
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)04(a)-0000-00
作者簡介:鄧世軍(1976~),男,工學博士,畢業于武漢大學攝影測量與遙感學院,主要研究領域為地理信息系統、BIM、智慧城市。
傳統的三維建模是基于圖片信息的場景建模和表現,這種技術存在著缺少真實感,三維幾何信息不準確以及處理速度緩慢的缺點。因此,近年來基于激光掃描技術的三維建模技術成為了研究熱點。激光掃描儀能夠直接獲取景物的深度信息,方便快捷。此外,利用激光掃描技術進行三維重建能夠有效恢復出具有準確幾何信息和照片真實感的三維模型。
整個點云數據建模過程包括數據預處理和模型重建。數據預處理為模型重建提供可靠精確的點云數據,降低模型重建的復雜度,提高模型重構的精確度和速度。數據預處理階段涉及的內容有點云數據的濾波、點云數據的平滑、點云數據的縮減、點云數據的分割、點云數據的分類、不同站點掃描數據的配準及融合等;模型重建階段涉及的內容有三維模型的重建、模型重建后的平滑、殘缺數據的處理和模型簡化等。實際應用中,應根據三維激光掃描數據的特點及建模需求,選用相應的數據處理策略和方法。
1 數據預處理
針對車載激光點云數據的特性,將數據預處理方法分為兩類,半自動的數據預處理方法和全自動的數據預處理方法。
1.1 半自動數據預處理方法
半自動的方法主要是利用現有的各種類型的點云數據處理軟件,如三維激光掃描儀配帶的相應點云數據處理軟件或逆向工程領域比較著名的商業點云處理軟件,一般都具有點云數據編輯、拼接與合并、數據點三維空間量測、點云數據可視化、空間數據三維建模、紋理分析處理和數據轉換等功能,但它們往往具有通用的處理功能,對于特定的數據處理效果有一定的不足之處,在功能和性能上也或多或少存在一定缺陷,且一般比較昂貴。
1.2 全自動數據預處理方法
全自動的數據預處理方法主要是通過一定的算法來實現點云數據預處理,包括點云數據濾波,點云數據分類等。
數據濾波的目的是為了去除測量噪聲。實際測量過程中存在各種因素的影響,觀測數據往往不是理想的結果。為了得到合理正確的目標物體形體信息,需要對觀測數據進行濾波,剔除掉含有粗差的相關觀測數據和無效形體數據,從而得到目標物體形體信息的最佳估值。
由于激光掃描儀對空間信息采集的盲目性,使得激光點云數據在三維空間的分布形態呈現隨機離散性,在這些離散點中,有些位于真實地形表面,有些位于人工建筑物(房屋、塔、輸電線等)或自然植被(樹、灌木、草等)上。如果直接利用這些點進行建模,處理的難度非常大。因此,要在激光點云數據中提取目標對象的三維信息進而構建其三維模型,就需要對去噪濾波后的數據點進行分類,將其劃分成具有單一幾何特征的拓撲結構區域。
1.3 數據預處理結果
按照以上算法流程編寫 MATLAB 程序,實現地面點與非地面點的分離,用本算法進行濾波時要注意濾波參數的設置,通常要根據不同地表形態來選取適當的參數。應用本算法對鐵路兩旁的數據進行了濾波處理,前后對比效果如圖1、2所示,從中可以看出該算法能很好的實現地面點與非地面點的分離,但是該算法需要輸入很多濾波參數,如地形坡度,窗口大小等,這些直接影響著濾波的效果,因此要實現很好的濾波需要根據實際地形情況反復試驗幾個濾波參數。
圖1 濾波前點云數據圖
圖2 濾波后點云數據圖
2 模型重建
點云數據經過濾波分類處理之后,就可以針對分出來的不同類別采用不同的建模方法了,這里濾波分類主要分為地面點和非地面點,所以,模型重建也通過這兩類來分析。
2.1 地面點建模
與通常的柵格影像數據不同,激光點云數據是離散分布的不規則點數據。因此,要用模型的形式表示地形表面分布,就需要進行網格化處理,即將離散的點連續化。我們采用三角網的方式對數據進行組織,地形表面由連接數據點的三角形構成,通過進行插值實現對地形表面的逼近和近似,這是對地形表面的一種精確表達。
在本文的試驗研究中,采用 TinModel 5 提供的構網模塊實現了將分類后的離散的地面點構建為不規則三角網(TIN),如圖3 所示。
圖3 構建的 TIN 網
2.2 非地面點建模
非地面點比較復雜,包括建筑物、植被、道路兩旁設施等。隨著 AutoCAD、Maya 、逆向工程等三維建模軟件的出現,可以通過人機交互的手段來輔助三維建模,如圖4所示為利用逆向工程軟件 ImageWave 對城市道路兩旁的建筑物點云數據進行建模效果圖,圖5展示了利用軟件對模型進行紋理映射與可視化。但這些方法費時費力,而且對使用者的技巧要求很高,對于結構復雜、不規則的場景建模更是無能為力。
圖4 利用 ImageWave 對點云數據建模
顯然純粹地利用三維建模軟件實現激光點云非地面點數據的模型重建,并非一個好的辦法,研究怎樣從這些離散的三維點云中快速準確地構建出真實的模型顯得尤為重要,逆向工程中用激光掃描某個特定物體獲得的數據直接重構物體,但此方法在車載激光掃描測量中不可行,因為是它是自動目標采集,掃描無特定目的,不能控制掃描哪些物體。所以激光掃描的數據量非常大,如果直接進行三維重構的話消耗太大,必須先對距離圖像進行處理,提取出特征點、特征線和特征面再繼續建模。由于到目前為止,還沒有距離圖像分割和特征提取的成熟、可行方法,使得當前的激光掃描系統都采用與 CCD 或類似圖像采集設備集成,其中距離圖像以用于構建高精度的 DEM 為主,圖像分割和特征提取則采用 CCD影像數據解決。這種聯合作業方式使得系統運行成本高、控制比較復雜、數據存儲量大、多源數據處理與融合復雜。目前對距離圖像的數據處理方法集中在構建DSM/DEM 上,或者附加 CCD 影像進行融合,對直接從距離圖像中進行目標分類和特征提取的研究比較缺乏。鑒于此本文通過閱讀文獻,針對車載激光點云數據總結了以下的建模方法和步驟。
圖 5 將建好的模型可視化效果圖
(1)對非地面點進一步分類
通過車載掃描系統獲得的點云數據中非地面點存在很多雜點,受車體行駛周圍影響很大,如要對道路兩旁建筑物建模,則建筑物點云受路兩旁的樹木,廣告牌、線桿以及周圍車輛等影響很大。這樣直接用這些點云數據進行建筑物建模,效果會很差,所以有必要對非地面點進一步分類,可分為建筑物,線桿以及其它地物點(如植被、路燈、公交站牌、廣告牌等)等。其中建筑物是非地面點中最重要的部分,也是通常最關心的地物。
(2)通過點云數據對建筑物進行特征提取
利用前面提出的數據分類方法,考慮建筑物自身的幾何特征,設計了一個簡單的建筑物特征提取方法:首先,從分類后的激光掃描數據中提取出建筑物數據;然后,從建筑物數據中提取出每個格網單元中 Z 值最大和 Z 值最小的數據點,這些點就是建筑物的特征點;后續處理中,可以從這些特征點中探測線特征或者用線段擬合這些特征點得到建筑物的特征線,也可以導入專業建模軟件直接參與三維建模。
(3)線桿提取
線桿提取基于以下的假設:1)、桿是獨立的直線;2)、桿近乎垂直;3)、桿有最小高度;4)、桿應在建筑物或墻面的前面。當然以上假設也限制了一些桿的提取,比如桿正好在建筑物或墻面附近,這樣干擾點比較多,本算法暫不考慮這些。設置一個距離門限值來識別獨立的直線,線的獨立性通過計算線間的垂直中心距離來得到;設置一個傾斜角門限值來識別直線在傾斜角范圍內是否垂直;有時,桿的底部被植物或小的物體掩藏起來,此時只能得到桿的上部。因此設置另一個門限值來檢查桿的底部的位置;當桿目標很小時,激光數據也可能不包含反射自桿的點,這些小物體的獲取依賴于車速。車速決定激光數據的沿軌跡分辨率,當車速過快時極少桿被掃描到,所以有些時候還要人工對比一下圖像數據再做決定。
(4)其它地物提取
其它地物如樹,對其進行特征提取和重構由于樹形狀的極度不規則性,數據處理非常復雜,且在城市環境中知道樹的具體形狀特征意義也不大,一般情況下只要知道樹的位置和高度既可。
3 結束語
本文結合某三維建模案例,探討了基于激光點云數據的數據預處理方法和模型重建方法,論文探討了半自動數據預處理方法和全自動數據預處理方法,給出了全自動數據預處理的算法流程,在模型重建中,論文探討了地面點重建和非地面點重建。該方法能夠很好的為快速三維建模進行服務,尤其是比較關注街道兩側信息的三維獲取,這將大大減少人工三維數據獲取及其建模的工作量,將有很好的應用前景。
參考文獻
[1] 石波, 盧秀山, 王冬, 陳允芳. 基于多傳感器融合的車載三維測量系統時空配準[J] 傳感器與微系統:2007 年第 26 卷第 9 期,14~16
論文摘要:本文以培養具有較強工程實際應用能力的人才為目標,構建了畫法幾何、工程制圖、計算機繪圖三部分內容融會貫通,徒手繪圖、儀器繪圖、計算機繪圖三種繪圖能力全面培養,機電產品、工程項目、軟件系統三種對象協調應用的工程圖學課程教學內容體系。
工程圖學是工科學生最早接觸的技術基礎課程,它是一門將知識、實踐、素質和能力融為一體的綜合型課程,在培養學生的空間思維能力、提高學生的綜合素質和創新能力方面具有重要作用。教學要服務于人才培養目標的實現,地方本科院校主要為地方經濟建設和社會發展服務為前提,培養具有創新精神和實踐能力的高素質應用型人才。因此,構建工程圖學課程教學內容和體系,以適應較強工程實際應用能力的人才培養目標已是當務之急。
一、 基于應用型人才培養的工程圖學教學目標
為達到“厚基礎、寬口徑、重能力、高素質、強能力、具有創新精神”的應用型人才模式培養目標,使學校所培養的學生適應地方經濟發展和社會需要,不妨借鑒英國的機械類教育模式,即在教學中強調一個“用”字,一切以將來的實際應用為目標,對任何一門課程,都要求教師努力做到讓學生在學習了這門課程之后即可運用所學的知識解決生產中的某些實際問題,這就要求每門課程設定的目標較清晰,讓學生了解這門課程所學習的知識和培養的技能將來在社會工作中有何用途。為此,我們設定了如下明確的課程教學目標:一是熟練運用投影理論并遵照國家標準規定繪制和閱讀工程圖樣;二是具有工程圖學思維能力和工程圖學素質,包括形象思維能力、圖形表達能力、空間想象能力和嚴謹細致的工程素質;三是熟練運用某種cad軟件進行二維繪圖和三維構型設計。
二、 構建符合人才培養目標的理論教學體系
教學體系直接反映了教學目的和培養目標,是培養學生綜合素質和創新能力的核心環節。在教學過程中,我們把基本理論、創新能力、綜合素質的協調發展作為教學目標,在學時少的情況下,不過于強調知識的完整與系統,對教學體系進行了重新優化和整合。
(一) 畫法幾何部分強調基礎理論作用,淡化其難度
畫法幾何是滿足工程設計的需要誕生的,它為工程和科學技術各個領域解決機械結構、空間幾何及工程設計等問題提供了可靠的理論依據及解決問題的有效手段,可提高學生的空間想象能力和邏輯思維能力。但是,長期以來畫法幾何占用了大量的教學時間,因此,在教學中,我們重點講清點、線、面和立體投影的基本理論,為學生學習工程制圖打下基礎,不強調畫法幾何的深度和廣度,對于圖解法、在三維建模時自動生成的截交線和相貫等比較抽象、難度較大的部分適當刪減,剩余內容留作自學,學生可以根據自己的掌握情況選擇取舍,教師可以給予相應的指導,做到因材施教。
(二) 工程制圖部分重在工程實踐和實際應用
工程制圖的基本目的是培養學生利用二維圖形表達三維形體的能力、閱讀和繪制工程圖樣的能力。這是一個從“畫法幾何”理論到“工程圖樣”應用實踐的跨越過程,而工程制圖的實質內容就是零件圖、裝配圖兩大部分,教材中各章節都應該圍繞這兩個部分展開。授課時,首先采用現場教學的方式,在實驗室和實訓中心,甚至帶學生到校外實習基地,讓學生直接感受、觀察、裝拆、測繪或模擬工程安裝,使學生對零件圖、裝配圖的實用性這一特點有一個清楚的認識。
關于零件圖部分,主要通過多個實例的講解,把重點放在機件的表達方法、表面粗糙度、公差與配合等主要內容的實際應用上,對于尺寸標注和和專業課程密切相關,在此只是復習組合體尺寸標注部分,適當介紹一些常見工藝結構如鑄造圓角、退刀槽等的標注方法。技術要求部分則重點介紹書寫格式及其在圖樣上的標注方法,對有關符號的含意和選用只作簡介,由學生自學。
關于裝配圖,在圖形表達部分,重點介紹裝配圖表達方法的特點,即規定畫法和特殊表達方法。尺寸標注重點講解裝配圖中必要尺寸與零件圖中完整尺寸標注的不同,通過舉例說明性能尺寸、安裝尺寸及裝配尺寸等,使學生了解其標注的重要性,在后續課程學習和應用中引起重視。技術要求中配合符號在裝配圖中的標注及其與零件圖的關系要向學生講清楚,其余留待學生自學和后續課程講解。讓學生明確標題欄中的名稱對看裝配圖的重要性以及明細表中零件的名稱及材料對看圖和拆圖的重要性。
(三) 加強利用cad軟件進行三維構型的教學
在制造業中,設計人員在設計過程中實際是先在大腦中形成空間形體模型,然后運用投影法進行表達,畫出平面圖樣,而生產技術人員首先閱讀工程圖樣,然后通過空間想象,把圖樣中的內容轉化到空間去,構建出三維形體后再按尺寸和技術要求進行加工生產,因此,在設計制造過程中,三維構形貫穿始終。但根據我國目前機械裝備現狀,采用三維實體建模設計的企業絕大部分還只在產品的設計、研發、分析等環節采用三維技術,而最終的生產制造環節還要將其轉換為二維圖樣進行生產,從我國制造業發展縱向分析,工程形體的三維造型表達完全取代二維圖樣還需要一個過程,因此,在教學中要做到制圖基礎與實體構形相結合,零件圖繪制與零件實體造型相結合,裝配圖繪制與虛擬裝配相結合,常用零件的畫法與相應零件的實體模型相結合,三維造型設計與制造、分析相結合。
三、 構建符合人才培養目標的實踐教學體系
工程圖學是一門實踐性很強的技術基礎課,只有通過實踐,讓學生盡快將圖學知識轉化為圖學能力,學生的創新素質和應用能力才能得到提升,因此,我們構筑的實踐教學體系主要有以下幾方面:
(一) 徒手繪圖、儀器繪圖、計算機繪圖基本技能訓練
在儀器測繪、討論設計方案、技術交流、現場參觀時,受現場條件或時間的限制,經常繪制草圖,草圖對于捕捉設計靈感,現場記錄,加速新產品的設計、開發,幫助技術人員組織、形成和拓展思路非常有用。儀器繪圖既是工程技術人員的必備基本技能,又是學習和鞏固圖學理論知識不可缺少的方法,在計算機繪圖技術廣泛應用的今天,仍然必不可少。因此,在教學中,徒手繪圖、儀器繪圖和計算機繪圖一樣作為基礎平臺,貫穿在教學的全過程。
(二) 部件測繪動手環節
在部件測繪動手環節中,學生通過測繪方法的確定、尺寸數據的獲取及處理、公差與配合、工量具的正確使用、裝配圖的表達方案的最優選擇等內容,增強工程意識,理論與實踐相結合,為提高學生的圖學能力和工程應用能力打下了基礎。
(三) 三維構形設計
三維構形設計就是在給出一定約束條件的前提下,讓學生通過自己的想象、分析,構思三維形體,自主進行組合體、零件和裝配體的設計以及計算機輔助造型等一系列設計,采取自由創作和發現、收集、分析、比較案例的實踐方式,培養創新設計能力,從而促進學生圖學素質和創新素質的提升。
綜上所述,培養工程應用型人才應強調學用結合,在工程圖學教學中應重點突出“學以致用”,而不是主要強調知識的完整性和系統性。筆者面向企業應用與技術創新,推動工程圖學教育改革,使畫法幾何、工程制圖、計算機繪圖三部分內容融會貫通,徒手繪圖、儀器繪圖、計算機繪圖三種繪圖能力全面培養,機電產品、工程項目、軟件系統三種形態對象協調應用,加強測繪和設計環節教學,并且在教學中注重充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用,采用啟發式、討論式、案例式等教學方法,為學生圖學能力的提高和勝任相關工作奠定了良好的基礎。
參考文獻:
[1]王蘭美.機械制圖[m].北京:高等教育出版社,2003
關鍵詞:支持向量機;逆向工程; 孔洞修補
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1003-2851(2011)09-0-01
一、支持向量機基本原理[1]
SVM是從線性可分情況下的最優分類線發展而來的,最優分類線就是要求分類線不但能將兩類正確分開,而且使分類間隔最大。
設有個樣本及其所屬類別表示為;
(,),∈{+1,-1},=1,…,(1)
超平面方程,能將兩類樣本區分,且間隔最大的優化問題可表示如下:
在式 []-1≥0,=1,…, (2)
的約束下求
||||2(3)
的最小值。
該問題可轉化為其對偶問題,即:在式
=0,和≥0,=1,2,…,(4)
的約束下求下式的最大值:
(5)
求解出上述系數、w、b對應的最優解*、w*、b*后得到如下的最優分類函數:
=sgn()=sgn (6)
在線性不可分的情況下,因此引入松弛變量≥0來實現,此時約束條件就變為:
[]≥1-,=1,…,(7)
當分類出現錯誤時,大于0,為此引入錯誤懲罰分量,這樣目標函數就變為
(8)
上面是對線性問題的解決方法,對于非線性問題,可以通過非線性變換將其轉化為某個高維空間中的線性問題。根據泛函的有關理論,在最優分類面采用適當的內積核函數K(xi,xj)就可以實現從低維空間向高維空間的映射,這時的尋優目標函數式(5)變為:
而分類函數式(6)也變為
=sgn()
二、基于SVM的三角網格曲面孔洞修補
(一)孔洞檢測及樣本采集
采集孔洞多邊形的頂點及其相鄰幾層(一般為三層)三角片的頂點作為樣本訓練SVM,使其能表示孔洞周圍表面的函數形式。采集方法如下:在由孔洞多邊形的頂點組成的集合P0中任取一頂點,尋找與其相鄰的三角片頂點,將不在P0中的頂點放入另一集合P1中,當遍歷完P0中的每一頂點后,集合P1便為孔洞多邊形向外的第一層三角片的頂點;重復以上步驟,直至向外采集達到所設定的層數,搜索結束。
(二)特征面的填充
特征面的填充實際上是一個投影多邊形平面三角化的過程。平面三角化已經有很多學者研究,本文所用的算法簡述如下: 1、對需要修補的孔洞,用其邊界頂點構造一張最小二乘平面,并以孔洞多邊形的重心為原點,在最小二乘擬合平面上任取兩個相互垂直的單位向量與該平面的單位法矢量建立一局部坐標系;2、構造新三角片。每次尋找投影多邊形夾角最小的一對鄰邊,按照文獻[3]給定的規則,構造新三角片;然后更新孔洞多邊形,直至新增三角片覆蓋整個孔洞;3、將新增三角片的頂點由局部坐標系下的坐標變換到全局坐標系下。
(三)利用SVM實現孔洞的修補
孔洞填充實現了對孔洞多邊形的平面三角網格化,孔洞修補的實質就是將這些在平面上獲得的新增三角片頂點映射到三維空間。三維空間中的曲面可以用函數關系式z=f(x,y)來表示,訓練好的SVM能精確映射樣本函數z=f(x,y)。本文用采集到的三角片頂點的x、y分量作為輸入,z分量作為訓練目標,訓練SVM,訓練好后的系統就能表示孔洞周圍局部表面的函數形式。
三、實例
為了驗證本文修補算法的有效性,運用本文的算法對一具有真實孔洞的鴨子模型三角網格曲面進行了修補,其效果圖如下圖所示。
四、結論
論文提出一種利用支持向量機實現三角網格曲面孔洞的修補算法。利用孔洞邊界周圍的三角片頂點作為訓練樣本訓練SVM模型,然后用已訓練好的SVM模型將平面填充獲得的新增三角片頂點映射到三維空間,最終實現孔洞的修補。結果表明,支持向量機在處理孔洞修補這類問題時更優,為該領域的研究工作提供了一種新的參考。
參考文獻:
[1]張學工.關于統計學習理論與支持向量機[J].自動化學報,2000,26(1):32-42.