時間:2022-11-29 18:03:07
序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇計算機圖形學論文范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
關鍵詞:圖形學;發展;應用
1計算機圖形學的發展
計算機圖形學是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理,顯示的科學。經過30多年的發展,計算機圖形學已成為計算機科學中最為活躍的分支之一,并得到廣泛的應用。1950年,第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院(MIT)旋風一號——(Whirlwind)計算機的附件誕生.該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代,只有電子管計算機,用機器語言編程,主要應用于科學計算,為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期,并稱之為:“被動式”圖形學。
2計算機圖形學在曲面造型技術中的應用
曲面造型技術是計算機圖形學和計算機輔助幾何設計的一項重要內容,主要研究在計算機圖象系統的環境下對曲面的表示、設計、顯示和分析。它肇源機、船舶的外形放樣工藝,經三十多年發展,現在它已經形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數化特征設計和隱式代數曲面表示這兩類方法為主體,以插值(Intmpolation)、擬合(Fitting)、逼近(Ap-proximation)這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著計算機圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強,隨著幾何設計對象向著多樣性、特殊性和拓撲結構復雜性靠攏的趨勢的日益明顯,隨著圖形工業和制造工業邁向一體化、集成化和網絡化步伐的日益加快,隨著激光測距掃描等三維數據采樣技術和硬件設備的日益完善,曲面造型在近幾年來得到了長足的發展。
2.1從研究領域來看,曲面造型技術已從傳統的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接,擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉換和曲面位差。
曲面變形(DeformationorShapeBlending):傳統的非均勻有理B樣條(NURBS)曲面模型,僅允許調整控制頂點或權因子來局部改變曲面形狀,至多利用層次細化模型在曲面特定點進行直接操作;一些簡單的基于參數曲線的曲面設計方法,如掃掠法(Sweeping),蒙皮法(skinning),旋轉法和拉伸法,也僅允許調整生成曲線來改變曲面形狀。計算機動畫業和實體造型業迫切需要發展與曲面表示方式無關的變形方法或形狀調配方法,于是產生了自由變形(fFD)法,基于彈性變形或熱彈性力學等物理模型(原理)的變形法,基于求解約束的變形法,基于幾何約束的變形法等曲面變形技術和基于多面體對應關系或基于圖象形態學中Minkowski和操作的曲面形狀調配技術。
2.2從表示方法來看,以網格細分(Sub-division)為特征的離散造型與傳統的連續造型相比,大有后來居上的創新之勢。而且,這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設計加工中如魚得水,得到了高度的運用。
3在計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)的應用
這是一個最廣泛,最活躍的應用領域。計算機輔助設計(ComputerAidedDesign,CAD)是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力,輔助知識勞動者進行工程和產品的設計與分析,以達到理想的目的或取得創新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發展而形成的一門新興學科。計算機輔助設計技術的發展是與計算機軟件、硬件技術的發展和完善,與工程設計方法的革新緊密相關的。采用計算機輔助設計已是現代工程設計的迫切需要。CAD技術目前已廣泛應用于國民經濟的各個方面,其主要的應用領域有以下幾個方面。
3.1制造業中的應用。CAD技術已在制造業中廣泛應用,其中以機床、汽車、飛機、船舶、航天器等制造業應用最為廣泛、深入。眾所周知,一個產品的設計過程要經過概念設計、詳細設計、結構分析和優化、仿真模擬等幾個主要階段。同時,現代設計技術將并行工程的概念引入到整個設計過程中,在設計階段就對產品整個生命周期進行綜合考慮。當前先進的CAD應用系統已經將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個系統內?,F在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應用系統,這些系統主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素,目前在二維CAD系統中Autodesk公司的AutoCAD占據了相當的市場。
3.2工程設計中的應用。CAD技術在工程領域巾的應用有以下幾個方面:①建筑設計,包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計等。②結構設計,包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析等。③設備設計,包括水、電、暖各種設備及管道設計。④城市規劃、城市交通設計,如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設計,如自來水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設計,如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設計,如大壩、水渠等。⑧其他工程設計和管理,如房地產開發及物業管理、工程概預算等。
3.3電氣和電子電路方面的應用。CAD技術最早曾用于電路原理圖和布線圖的設計工作。目前,CAD技術已擴展到印刷電路板的設計(布線及元器件布局),并在集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的設計制造中大顯身手,并由此大大推動了微電子技術和計算及技術的發展。
3.4仿真模擬和動畫制作。應用CAD技術可以真實地模擬機械零件的加工處理過程、飛機起降、船舶進出港口、物體受力破壞分析、飛行訓練環境、作戰方針系統、事故現場重現等現象。在文化娛樂界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現實世界中沒有的原始動物、外星人以及各種場景等,并將動畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起,在電影制作技術上大放異彩,拍制出一個個激動人心的巨片。
3.5其他應用。CAD技術除了在上述領域中的應用外,在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫療和醫藥乃至體育方面都會用到CAD技術。CAD標準化體系進一步完善;系統智能化成為又一個技術熱點;集成化成為CAD技術發展的一大趨勢;科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術是CAD技術發展的新趨向。
關鍵詞:圖形實時繪制 自然景物仿真
計算機圖形學(ComputerGraphics,簡稱CG)是一種使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。簡單地說,計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術上來看,圖形主要分為兩類,一類是基于線條信息表示的,如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等,另一類是明暗圖,也就是通常所說的真實感圖形。經過30多年的發展,計算機圖形學已成為計算機科學中最為活躍的分支之一,并得到廣泛的應用。本文將介紹計算機圖形學的研究內容、發展歷史,應用和圖形學前沿的方向。
1 計算機圖形學的發展簡史
1950年,第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院(MIT)旋風號—(Whirlwind)計算機的附件誕生了。該顯示器用一個類似示波的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代,只有子管計算機,用機器語言編程,主要應用于科學計算,為這些計算機置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期并稱之為:“被動式”圖形學。1963年,伊凡•蘇澤蘭在麻省理工學院發表了名為《畫板》的博士論文,它標志著計算機圖形學的正式誕生。此前的計算機主要是符號處理系統,自從有了計算機圖形學,計算機可以部分地表現人的右腦功能了,計算機圖形學的建立意義重大。
2 計算機圖形學的應用
2.1計算機輔助設計與制造
CAN/CAN是計算機圖形學在工業界最廣泛,最活躍的應用領域。計算機圖形學被用來進行土建工程,機械結構和產品的設計,包括設計飛機、汽車、船舶的外形和發電廠、化工廠等的布局以及電子線路、電子器件等。有時,著眼于產生工程和產品相應結構的精確圖形,然而更常用的是對所設計的系統,產品和工程的相關圖形進行人—機交互設計和修改,經過反復的選代設計,便可利用結果數據輸出零件表、材料單、加工流程和工藝卡,或者數據加工代碼的指令。在電子工業中,計算機圖形學應用到集成電路、印刷電路板,電子線路和網絡分析等方面的優勢十分明顯。在網絡環境下進行異地異構系統的協同設計,已成為CAD領域最熱門的課題之一?,F代產品設計已不再是一個設計領域內孤立的技術問題,而是綜合了產品各個相關領域,相關過程,相關技術資源和相關組織形式的系統化工程。
CAD領域另一個非常重要的研究領域是基于工程圖紙的三維形體重建。三維形體重建是從二維信息中提取三維信息,通過對這些信息進行分類,綜合等一系列處理,在三維空間中重新構造出二維信息所對應的三維形體,恢復形體的點、線、面及其拓撲關素,從而實現形體的重建。
2.2科學計算可視化
目前科學計算可視化廣泛應用于醫學,流體力學,有限元分析,氣象分析當中。尤其在醫學領域,可視化有著廣闊的發展前途。依靠精密機械做腦部手術是目前醫學上很熱門的課題,而這些技術的實現的基礎則是可視化。當我們做腦部手術時,可視化技術技術將醫用CT掃描的數據轉化成圖象,使得醫生能夠看到并準確的判別病人的體內患處,然后通過碰撞檢測一類的技術實現手術效果的反饋,幫助醫生成功完成手術。我們利用了可視化技術。天氣氣象站將大量數據,通過可視化技術轉化成形象逼真的圖形后,經過仔細的分析就可以清晰的預見幾天后的天氣情況。
2.3圖形實時繪制與自然景物仿真
重現真實世界的場景叫做真實感繪制。真實感繪制主要是模擬真實物體的物理屬性,簡單的說就是物體的形狀,光學性質,表面的紋理和粗糙程度,以及物體間的相對位置,遮擋關系等等。在自然景物仿真這項技術中我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應、顏色模型、紋理、光線跟蹤,輻射度等工作。這其中光照和表面屬性是最難摸擬的。而且還必須處理物體表面的明暗效應,以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實感。自然景物仿真在幾何圖形、廣告影視、指揮控制,科學計算等方面應用范圍很廣。除了建造計算機可實現的逼真物理模型外,真實感繪制還有一個研究重點是研究加速算法,力求能在最短的時間內繪制出最真實的場景。
2.4計算機動畫
隨著計算機圖形和計算機硬件的不斷發展,計算機動畫應運而生。事實上動畫也只是生成一幅幅靜態的圖象,但是每一幅都是對前一幅小部分修改,如何修改便是計算機動畫的研究內容,這樣,當這些連續播放時,整個場景就動起來。
早期的計算機動畫靈感來源于傳統的卡通片,在生成幾幅被稱作“關健幀”,連續播放時2個關健幀就被有機的結合起來了。計算機動畫內容豐富多彩,生成動畫的方法也多種多樣,比如基于特征的圖象變形,二維形狀混合,軸變形方法,三維自由形體變形等。近年來人們普遍將注意力轉向基于物理模型的計算機動畫生成方法。這是一種嶄新的方法,該方法大量運用彈性力學和流體力學的方程進行計算,力求使動畫過程體現出最適合真實世界的運動規律。然而要真正到達真實運動是很難的,比如人的行走或跑步,要實現很自然的人走路的畫面,計算機方程非常復雜和計算量極大,基于物理模型的計算機動畫還有許多內容需要進一步研究。
2.5計算機藝術
用計算機從事藝術創作,計算機圖形學除了廣泛用于藝術品的制造,如各種圖案、花紋及傳統的油畫、中國國畫等。還成功的用來制造廣告、動畫片甚至電影,其中有的影片還獲得了奧斯卡獎。這是電影界最高的殊榮。目前國內外不少人士正在研制人體模擬系統,這使得在不久的將來把歷史上早已去世的著名影視明星重新搬上新的影視片成為可能。這是一個傳統的藝術家無法實現也不可想象的。
關鍵詞:計算機圖形系統;功能;應用
中圖分類號:F49文獻標識碼:A
由于計算機圖形系統的廣闊應用領域和前景,使得我們不得不花更多精力和時間來研究這門技術。本文簡單介紹了計算機圖形系統的概念和發展概況,重點論述了計算機圖形系統的功能與應用問題。希望與相關學科的學者、專家共同探討。
一、計算機圖形系統概述
1、概念。計算機圖形系統是基于計算機技術的應用系統,由軟件系統、硬件系統和人員組成。其中,軟件是計算機圖形系統的核心,硬件系統為軟件正常運行提供了基礎保障和運行平臺;計算機圖形系統是一個輔助工具,系統的運行離不開系統使用人員及其智力活動。
2、歷史發展。上世紀五十年代,第一臺具有指揮和控制功能的CRT(陰極射線管)顯示器誕生,利用該顯示器,使用者可以用光筆進行簡單的圖形交互操作,這標志著交互式計算機圖形處理技術的誕生。六十年代是交互式計算機圖形學發展的重要時期。1962年MIT林肯實驗室的Ivan E.Sutherland在其博士論文中,首次提出了“計算機圖形學”這個術語,他開發的Sketchpad圖形軟件包可以實現在計算機屏幕上進行圖形顯示與修改的交互操作。在此基礎上,美國的一些大公司和實驗室開展了對計算機圖形學的大規模研究。七十年代,交互式計算機圖形處理技術日趨成熟,計算機繪圖技術也得到了廣泛的應用,基于電視技術的光柵掃描顯示器的出現,這些都極大地推動了計算機圖形學的發展。再之后,有關的圖形標準被相繼推出,如計算機圖形接口、圖形核心系統、程序員層次交互式圖形系統,以及初始圖形交換規范、產品模型數據轉換標準等。
二、計算機圖形系統的功能
隨著計算機硬件功能的不斷提高、系統軟件的不斷完善,計算機繪圖已廣泛應用于各個相關領域,并發揮愈來愈大的作用。計算機圖形系統功能強大,主要有計算功能、存儲功能、輸入功能、輸出功能和交互功能等。
1、計算功能。計算機圖形系統的計算功能包括形的描述、分析和設計;圖形的平移、旋轉、投影、透視等幾何變換;曲線、曲面的生成;圖形之間相互關系的檢測等。
2、存儲功能。在計算機圖形系統中圖形數據庫可以存放各種圖形的幾何數據及圖形之間的相互關系,并可以快捷便利地實現對圖形的編輯、刪除、增加、修改等操作。
3、輸出功能和輸入功能。在計算機圖形系統中圖形數據經過計算后可在顯示器上顯示當前的狀態,經過圖形編輯后的結果,同時還能通過繪圖儀、打印機、一體機等設備實現輸出,以便長期保存。
4、交互功能。設計人員可通過顯示器或其他人機交互設備直接進行人機通信,對計算結果和圖形利用定位,拾取等手段進行修改,同時對設計者或操作員輸入的錯誤給以必要的提示和幫助。
5、算法生成。計算機圖形系統所涉及的算法是非常豐富的,圍繞著生成、表示物體的圖形、圖像的準確性、真實性和實時性,其算法大致可分為以下幾類:基于圖形設備的基本圖形元素的生成算法;基本圖形元素的幾何變換、投影變換、窗口裁剪等算法;山、水、花、草、煙云等模糊景物的生成算法;三維或高維數據場的可視化算法;虛擬現實環境的生成及其控制算法。
三、計算機圖形系統的應用
隨著計算機技術的快速發展以及計算機圖形系統的不斷更新和圖形軟件功能的不斷擴充,使得計算機圖形系統中計算機硬件功能的不斷增強和系統軟件不斷完善,計算機圖形系統在近年得到了愈來愈廣泛的應用。目前,主要的應用領域有:用戶接口;計算機輔助設計與制造;科學、技術及事務管理中的交互繪圖;繪制勘探,測量圖形;過程控制及系統環境模擬;電子印刷及辦公室自動化;藝術模擬;科學計算的可視化;工業模擬,一個十分大的應用領域,包含對各種機構的運動模擬和靜,動態裝配模擬,在產品和工程的設計、數控加工等領域迫切需要;計算機輔助教學,計算機圖形系統已廣泛應用于計算機輔助教學系統中,通過它可以使教學過程更加形象、直觀、生動,可以極大地提高學生的學習興趣和教學效果。
計算機圖形系統的應用領域還有許多其他的領域,追溯計算機圖形系統的起源,計算機圖形系統技術自開始出現起就與動畫制作、影視廣告、造船、汽車制造、電子、機械、土建工程、園藝建筑、地理信息、輕紡化工等各個領域和行業緊密結合。
論文摘要:本文在技術后現代性的視野下把數碼畫的技術分為兩個層次,即藝術家自身的技藝和機器的技術系統,由于數碼畫迥異于傳統繪畫的機械性特點,本文重點闡述了與數碼畫相關的機器的技術系統,并對數碼畫的技術類型進行了限定。
就本體而言,任何一個畫種都包括技術和藝術兩個方面,所謂數碼畫藝術就是一門借助于數碼技術手段進行繪畫創作的藝術。然而與數碼畫相關的技術到底有哪些,傳統繪畫的技術、機械復制的動畫技術與數碼畫的技術關系如何?目前理論界尚沒有做出明確和系統的回答,對于這一問題的回答直接關系到什么是數碼畫以及數碼畫所涵蓋的藝術類型究竟有哪些。本文重點從后現代性技術視野下對數碼畫的技術展開闡述。
一、后現代性技術與數碼畫的技術限定
界定數碼畫首先要對數碼畫藝術中的技術因素進行界定,這一技術有別于傳統繪畫的前現代技術,機械復制的現代技術,我們把它定位在后現代性技術。在西方的藝術史長河中,技術因素是直到現代社會才充分重視起來的。
在現代之前,由于生產力落后,和藝術相關的技術發展水平也一直比較低,所以在思想家的眼中藝術的本質更多地是和歷史、理念、精神、信仰等因素結合在一起。而人類進人現代社會以后,飛速發展的科學技術對藝術產生了重大影響,藝術品從制作、傳播到接受都發生了本質變化。
技術,尤其是現代科學技術能從形式和內容兩個方面對藝術產生巨大影響,關于此,德國思想家瓦爾特.本雅明的理論尤其值得重視,哈佛大學的學者林賽·沃特斯這樣概括本雅明的理論:“藝術作品中沒有一個突然出現并能夠解決一切難題的藝術創造者;相反,那兒卻有一個機器,它與人一起創造了如電影和搖滾樂等一些思想高超的人寧愿其流產的藝術形式。這其中,隱含的話語是有一種技術(那是代表機器的技術)參與了藝術品的創作,由此可以看出,藝術中的技術自此分為兩個層次,一是以人的“肉體”為基礎的“技藝”,即藝術家制作藝術品的技能二是以機器為基礎的“技術系統”,前者是主體所具備的技能技巧,后者是指人類社會發明的機器所構成的系統,這個系統可以幫助人們擴張自己的技能技巧,它是獨立于藝術品和藝術家的技術體系。后者是在前者的基礎上被發展起來的(其發展的動力就是科技進步)?;蛘哒f被“科學化”的技藝構成了數碼畫的技術系統。應該說,數碼畫技術的這兩種含義是統一的,因為技術系統的功能應該是人類自身技藝的延續和拓展,就像麥克盧漢所說的,技術是人的延伸,人是技術的主人。因此在技術現代性的背景下,數碼畫的技術已非傳統繪畫的“肉體技藝”,而是包含了“機器的技術系統”。該系統包含了現代的機械復制技術系統以及后現代的數字仿真技術系統,本文論述的重點不是前現代的“肉體技藝”,也不是現代的機械復制技術而是與數碼畫相關后現代的計算機的技術,它涉及到數碼畫的創作、傳播與接受環節。這些技術主要分為三大類,一是數碼畫的制作(生產)技術,包括類傳統繪畫技術(非真實渲染靜態作品的技術)、三維技術、動畫技術等二是數碼畫的傳播技術(網絡等技術);三是數碼畫的接受技術(多媒體互動技術等)。
生產數碼畫的技術,數碼畫技術的核心是其創作(制作、生產)技術,即數碼畫的創作者在創作數碼畫時使用的技術,它能夠直接造成數碼畫的獨特藝術形式及類型。它實際上包含了接受環節與大眾互動的技術以及在創作環節與其他畫家或大眾互動的技術,在創作數碼畫的時候同樣也要考慮到數碼畫的傳播環節與接受環節對數碼畫創作技術上的限制。
1.非真實渲染靜態作品的技術
計算機科學的迅速發展對人類的藝術活動產生了廣泛而深刻的影響,提出了許多新的命題和挑戰。在視覺藝術領域數字藝術迅速成長和壯大,漸漸成為主流的藝術形態。數字藝術以嶄新的理念和多樣的形式向我們展示了它的迷人魅力,但是我們也驚奇地發現,在數字圖形圖像的研究和表現領域還存在著一種以模擬傳統繪畫風格為目標的技術和藝術,它在滿足藝術應用領域需要的同時,也體現了人們對傳統藝術的留戀之情。對傳統繪畫的數字仿真,專業名稱叫“非真實渲染”,又叫“非照片真實感繪制”,顧名思義,是“指利用計算機生成不具有照片般真實感,而具有傳統手繪風格的圖形的技術。非真實渲染以模擬傳統繪畫效果作為自己的目標,很自然的我們就會想將它與傳統藝術進行比較,非真實渲染和傳統手繪都是在二維平面上以點、線、面等造型元素構成的一種藝術形式,因而所呈現出來的視覺特征總體來說是一致的,而且,非真實渲染就是把模擬傳統手繪的效果作為自己的根本任務,傳統繪畫的藝術效果正是非真實渲染技術所孜孜以求的。
2.基于三維建模的模擬繪畫技術
傳統繪畫中由于透視規律的發現大師們創作出了在二維平面中描繪深度空間的杰出作品,數碼畫中的三維技術則虛擬性的統攝下創造了類似雕塑圓雕的全方位的空間效果,就是說我們可以從任何一個角度欣賞數碼畫,這進一步拓展了繪畫表現的空間,三維技術是數碼畫的一項主要專業技術,應用三維軟件建模后再導入繪畫軟件,可以在三維的空間中實現模擬繪畫的效果,或者在三維軟件建模后直接渲染出繪畫效果,目前在創建的三維模型上可以渲染出國畫等畫種的效果,至于渲染的其他更多更好的繪畫效果有待于軟件師和畫家們的共同努力。
3.計算機動畫技術
計算機動畫技術是指使畫面由單純的靜止狀態流動起來的的技術,包括二維、三維技術,一般來說,按電腦軟件在動畫制作中的分類,電腦動畫有電腦輔助動畫和造型動畫兩種。電腦輔助動畫屬于二維動畫,造型動畫屬于三維動畫。電腦動畫的產生大致有這樣幾個程序:(1)關鍵幀(原畫)的產生;(2)中間畫的生成;(3)分層制作合成;(4)著色;(5)預演。傳統的數字動畫就是靜圖的連續播放,而新的動畫技術允許通過各種特殊的插值技術產生動畫系列,Flash動畫甚至允許用戶互動,動畫給數碼畫帶來了新的有別于傳統繪畫的面貌,數碼畫不僅需要動,而且動的技術是數碼畫的核心技術之一。
4.計算機圖形圖像處理技術
數碼畫的素材可以包括數碼化的傳統繪畫,也可以包括利用計算機軟件直接繪制的圖畫。在創作的過程中這些素材都可以運用計算機圖形圖像處理技術進行處理和重新布局。一般意義上,照片和電視掃描片等現有圖片的修改或解釋稱為圖像處理(image processing )。盡管在計算機圖形學和圖像處理中所使用的技術有所重疊,但兩種領域著重于不同的操作。計算機圖形學中,計算機用來生成圖形;而圖形處理技術用來改善圖片質量、分析圖像或為機器人應用識別可視圖案。然而,圖像處理技術經常應用于計算機圖形學,計算機圖形學的方法也頻繁應用于圖像處理。數碼畫的生成和修改(包括構圖)都經常應用到這種技術。這也是數碼畫與傳統繪畫的區別,就是說數碼畫不一定是“畫的”或者說“繪的”,它可以是運用計算機圖形圖像處理技術生成處理出來的,目前這一技術廣泛應用于數碼畫制作之中。
5.基于創作的互動技術及基于創作在接受環節的互動技術
(1).媒介的發展導致了媒介的革命。藝術家的藝術作品就伴隨著媒介的發展而改變,采用新的表現載體,不斷地刺激人類的視覺感官,挖掘人類的主觀能動性。信息社會最大的科技革命就是人類對信息的接受從被動轉變為主動,所以藝術創作主體、客體與創作對象之間的關系也發生了巨大的轉變。藝術對象既可以是欣賞者,又可以直接參與到藝術創作之中,成為藝術創作的主體。這就需要在創作環節互動技術的支撐,藝術家和觀眾可以通過網絡在創作上進行互動,藝術家必須預先考慮到藝術品在欣賞的時候與觀眾的互動而在創作時就把這種互動技術包含在數碼畫的作品之中。藝術對象與創作客體之間不再是被動的關系,而是互動的關系?;颖戎暗乃囆g表現形式更加深化了藝術創作對象與客體之間的交流和溝通。從如今的發展趨勢來看,客體愈加智能化、人性化,它越來越渴望扮演人類的角色,從而與創作對象以及接收對象之間建構了一種人際關系。
(2).傳播數碼畫的技術,任何數碼畫作品都還原成相應的藝術信息,最終是數碼性,二元性,是0和1的組合,那么數碼畫發揮作用的過程也就可以被還原成信息傳播過程。所以,傳媒技術對數碼畫這一藝術范式的形成具有革命的作用,正如麥克盧漢所說:“機械媒介將藝術的存在普及并強加在人們頭上,因此越來越有必要研究傳播對社會的功能和影響。
(3).接受數碼畫的技術,即數碼畫傳播終端的技術。這種技術決定人們接受時的狀態。比如同樣是接受小說的內容,維多利亞時期的貴族是流行聽仆人把小說的內容念出來,他們接受的是人的聲音信息;現代社會讀者習慣于捧著書閱讀,他們接受的是文字的信息;當媒介技術進一步發展的時候,讀者可以通過廣播聽小說聯播,可以通過電視觀看小說改編的電視劇,此時他接受的是電子聲頻的信息。不同的技術導致了人們完全不同的接受狀態,也造就了不同的藝術形式。數碼畫可以通過流媒體技術、手機、電腦顯示屏、電視接收機等媒體與觀眾交流互動。我們也可以把這三種技術看成是廣義上的傳媒技術,因為任何一種傳媒技術都能涵蓋藝術的制作、傳播和接受的過程。
論文摘要:計算科學主要講述了一種科學的思想方法,計算科學的基本概念、基本知識它的發展主線、學科分支、還有計算科學的特點、發展規律和趨勢。
引言:隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生,和計算科學的快速發展以及取得的大量成果。計算科學這一學科也也應運而生?!队嬎憧茖W導論》 正如此書的名字,此書很好的詮釋了計算科學這一學科,并且指導了我們應如何去學好這一學科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學生活。正如趙老師書中所講的:“計算科學是年輕人的科學,一旦你選擇了計算科學作為你為之奮斗的專業類領域,就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個有志于從事計算科學研究與開發的學生,必須在大學幾年的學習中,打下堅實的基礎,才有可能在將來學科的高速發展中,或在計算機產品的開發和快速更新換代中有所作為。
什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程,包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統研究。全部計算科學的基本問題是,什么能(有效的)自動運行,什么不能(有效的)自動運行。本科學來源于對數理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究,形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生,人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現實。計算科學的快速發展以也取得大量成果,計算科學這一學科也也應運而生。
計算科學的發展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發明打開了現代計算機的大門和發展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子,一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的(控制器)組成它有一個狀態集和符號集,而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運行原理隱含了存儲程序的原始思想,深刻的揭示了現代通用電子數字計算機的核心內容。現在通用的計算機是電子數字計算機,而電子數字計算機的發展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩定態的元器件。這在今后的計算機制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優越性。
b、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現代意義上的電子數字計算機ENIAC的誕生。掀起了社會快速發展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題,必須事先編好程序。因此就出現了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后,計算機的發展步入了實用化的階段。然而,在最初的應用中,人們普遍感到使用機器指令編制程序不僅效率低下,而且十分別扭,也不利于交流和軟件維護,復雜程序查找錯誤尤其困難,因此,軟件開發急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設計語言。1952年,第一個程序設計語言Short Code出現。兩年后,Fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言,Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位,并使之成為世界通用的程序設計語言。Algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。該語言的文本中提出了一整套的新概念,如變量的類型說明和作用域規則、過程的遞歸性及參數傳遞機制等。而且,它是第一個用嚴格的語法規則——巴科斯范式(BNF)定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的PASCAL語言,適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ADA,支持并發程序設計的MODULA-2,支持邏輯程序設計的PROLOG語言,支持人工智能程序設計的LISP語言,支持面積對象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計算機系統和軟件開發方法
現代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件(系統軟件、應用軟件)。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發也成為了一個重要課題和發展方向。軟件開發的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網絡、分布式處理和多媒體的發展。在各種高級程序設計語言中增加并發機構以支持分布式程序設計,在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后,在模數/數模轉換等接口技術和數據庫技術的支持下,通過擴展高級語言的程序庫又實現了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后,并行計算機和分布式大規模異質計算機網絡的發展又將并行程序設計語言、并行編譯程序、并行操作系統、并行與分布式數據庫系統等試行軟件的開發的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關,如各種并行、并發程序設計語言,進程代數,PETRI網等,它們正是軟件開發方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發的程序設計語言和支持這些軟件開發方法和技術的理論基礎----計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發展中。隨著它的存儲容量的增大,也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發展,促使圖形化界面的出現。計算機圖形學是使用計算機輔助產生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助教學(CAI)、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試(CAT)等方向的發展。圖形化界面的出現,徹底改變了在一個黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司Microsoft 。
4、計算機網絡
隨著用戶迫切需要實現不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網絡就在我們的需求中誕生了。網絡的發展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網絡計算機。這也促進計算機的發展和廣泛應用。
計算機學科的主線及發展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究,形成學科發展的主流方向與學科發展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內容按照基礎理論、基本開發技術、應用以及他們與硬件設備聯系的緊密程度分成三個層面:
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統,信息、管理與決策系統,移動計算,計劃可視化,科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業基礎層
它是為應用層提供技術和環境的一個層面,包括軟件開發方法學,計算機網絡與通信技術,程序設計科學,計算機體系結構、電子計算機系統基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數學理論,高等邏輯等內容。其中計算的數學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
計算機的網絡的發展及網絡安全
(1)計算機網絡與病毒
一個現代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯網絡、匯編程序、 編譯程序、操作系統、外部設備、通信通道等內容的系統。
通過上面定義,我們發現互聯網絡也被加入到計算機當中。說明了網絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰略資。信息科學成為最活躍的領域之一,信息技術改變著人們的生活方式?,F在互聯網絡已經廣泛應用于科研、教育、企業生產、與經營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯網Internet 正在爆炸性的擴大,已經成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯網的快速發展與應用,我們各行各業都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網絡的發展,計算機網絡系統的安全受到嚴重的挑戰,來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負面影響和損失是刻骨銘心的,譬如1999年爆發的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計算機為我們服務,我們就必須很好的利用它,利用網絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施,以抵抗外來信息的侵入,保護我們的信息不受攻擊和破壞。
( 2 )計算機病毒及它的防范措施:
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時,嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼,但更多的病毒攜帶毒碼,一旦被事先設定好的環境激發,即可感染和破壞。
、病毒的入侵方式
1.無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發射到對方電子系統中。此方式是計算機病毒注入的最佳方式,同時技術難度也最大。可能的途徑有:①直接向對方電子系統的無線電接收器或設備發射,使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數據。根據得到的或使用標準的無線電傳輸協議和數據格式,發射病毒碼,使之能夠混在合法傳輸信號中,進入接收器,進而進人信息網絡。③尋找對方信息系統保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數據鏈路,將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
2.“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件(如芯片)和軟件中,然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方,使病毒直接傳染給對方電子系統,在需要時將其激活,達到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽,即使芯片或組件被徹底檢查,也很難保證其沒有其他特殊功能。目前,我國很多計算機組件依賴進口,困此,很容易受到芯片的攻擊。
3.后門攻擊方式。后門,是計算機安全系統中的一個小洞,由軟件設計師或維護人發明,允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統。攻擊后門的形式有許多種,如控制電磁脈沖可將病毒注入目標系統。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊,如目前普遍使用的WINDOWS98,就存在這樣的后門。
4.數據控制鏈侵入方式。隨著因特網技術的廣泛應用,使計算機病毒通過計算機系統的數據控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術,可以很容易地改變數據控制鏈的正常路徑。
病毒攻擊的防范的對策
1.建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。一是訪問控制層;二是病毒檢測層;三是病毒遏制層;四是病毒清除層;五是系統恢復層;六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系,須有有效的硬件和軟件技術的支持,如安全設計及規范操作。
2.嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統所用設備和系列產品,應建立自己的生產企業,實現計算機的國產化、系列化;對引進的計算機系統要在進行安全性檢查后才能啟用,以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
3.防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法,阻斷電磁波輻射,這樣,不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的,而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4.加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統安全支援分隊,以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經濟損失的慘痛經歷,不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運,造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為,小小的字符串帶給我們的損失已經太多。因此,如果你是數據庫程序開發人員、如果你是系統級應用程序開發人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員......請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁,及時在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經常殺毒,注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
總結
在學了計算科學導論之后,讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業的方向。正如計算科學這座大樓一樣,在不斷的成長。信息安全也必將隨著網絡的進一步發展而更多的被人們重視??傊畬W習了這門課之后讓我受益匪淺,也知道自己應該好好努力,爭取在自己的專業領域上有所成就。
參考文獻
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3、《計算機應用于基礎》(第三版) 丁愛萍 著 西安電子科技大學出版社 2006版
4、《軟件工程》 薩莫維爾 著 機械工業出版社
關鍵詞:計算機學科;軟件學院;克萊門森大學;中國科學技術大學
文章編號:1672-5913(2013)18-0073-05
中圖分類號:G642
0 引言
為促進國家新型軟件工程的成長,教育部在中國內地37所大學建立國家示范性軟件學院。軟件學院的建立對國家經濟結構戰略性調整起到了重要的促進作用,其辦學模式、管理體制和運行機制也是我國高等教育改革和創新的一種有益嘗試。張堯學院士曾指出:“軟件學院是一個連接學校與產業的開放式平臺”,軟件學院應“以市場需求為導向,培養具有國際競爭能力的多層次實用型人才”。
克萊門森大學創建于1898年,位于美國南卡羅來納州的同名城市,是一所歷史悠久的公立大學,2011年U.S.News&World Report的排名為全美公立大學25名。中國科學技術大學軟件學院(以下簡稱科大軟院)每年會聘請克萊門森大學的教授進行授課,軟件學院的教師也可前往克萊門森大學進修,同時學院的優秀學生可申請赴克萊門森大學攻讀碩士及博士學位。筆者于2012年1~7月在該校計算機學院進行了為期半年的訪問學習,體驗和學習了克萊門森大學在教學、管理和科研方面的優點和先進經驗,在軟件學院課程建設、人才培養方面進行了一些思考與探索。
1 克萊門森大學計算機學院教育體系
1.1 培養方案
克萊門森大學的計算機學院分為3個專業:計算機科學(Computer Science)、可視計算(Visual Computing)和人本計算(Human-CenteredComputing)。這3個專業中,計算機科學覆蓋的領域包括計算理論、算法、軟件工程、網絡基礎設施、計算機系統;可視計算的重點是計算機圖形學、可視化、計算機視覺和圖像處理、電子游戲設計、特效和動畫藝術;人本計算則是一個較新的領域,專注于如何使用計算技術更好地影響社會。
克萊門森大學計算機學院的碩士研究生學位專業方向分為計算機應用、計算基礎、圖形學和可視化、交互式計算、軟件工程以及系統和實現。碩士學位分為學分學位和論文學位。學分學位要求學生完成10門(30學分)認可課程的學習,為完善學生知識體系,每個專業方向的學生除了完成專業必修課之外,必須選修其他專業的一門必修課,且GPA不低于3.0。論文學位則適用于對研究感興趣的學生,除獲得足夠的學分外,還要求學生原創性地完成具有創新性的項目,研究成果在期刊或者會議上發表,同時論文需通過院指導委員會的答辯。
克萊門森大學的學期分為秋季學期(8月底~12月底)、春季學期(1月初~5月初)以及可以自由選修的暑期小學期。2012年度Clemson計算機學院在春季和秋季學期分別開設了50門左右的課程,包括計算機語言、操作系統、算法、編譯、網絡、圖形學、GPU、虛擬現實、軟件工程、數據挖掘、生物信息等多個領域。從課程編號即可了解課程的適用范圍。課程從100~999編號,其中,100-499為本科課程,以教師講解為主,主要是理論和基礎課程,都有相應配套的實驗課;500~699為高年級本科生和低年級研究生課程;700~799則是碩士研究生課程;800及以后則適用于博士生,偏向研究,授課特點是教師提出研究問題,學生課后實踐,上課討論;900之后的為Seminar講座課程,一般由教師和學生對自己的研究課題進行講解。
1.2 授課特點
筆者在克萊門森大學旁聽了操作系統設計、面向對象程序設計、計算機編程語言翻譯、算法設計與分析等多門課程,其中體會最深刻的是克萊門森大學計算機學院在授課中體現的理論聯系實際、強調動手能力的特點。這點也在和赴美學習的科大軟院的學生交流時得到印證,也是美國工程教育回歸工程、服務社會的一個例子。
克萊門森大學的授課非常注重學生的實際動手實踐。教師課堂上的理論講解與課后的作業及項目要求結合緊密,充分體現學以致用。以計算機編程語言翻譯課程為例,課堂上教師的講授從詞法分析、語法分析到代碼生成和優化,逐步實現編譯器的各項功能,在課程最后實現一個完整的編譯器。面向對象程序設計課程的目標是介紹C++語言,教師基于SGL圖形庫,在課堂上由簡到難,一步步完成一個游戲的設計。課堂上,教師主要進行代碼編寫和演示,在發現和解決問題的過程中引入傳參、指針和引用等重要的概念。在計算機圖形學課程中,不同于國內大量的公式和算法的鋪陳,學生在了解基本概念后,馬上開始學習使用程序實現一些簡單的圖形,然后不斷編程實現圖形,進行色彩、形狀等方面的美化。在課程的后半段學習使用瑪雅這樣的大型軟件。最終學生可以設計出以假亂真、媲美動畫電影的圖片。
克萊門森大學授課的另一個優點是課程內容變化和更新快。計算機行業發展迅速,知識更新快,相應地,授課內容也需要隨之調整。在筆者旁聽的幾門課程中,教師基本沒有指定教材,而是給出參考資料或查詢網址。在操作系統設計課程中,教師要求學生在硬件設備上實現操作系統,課程主要內容便是相應的代碼設計,隨著軟硬件的發展和更新,每年的具體實現都不相同。另外,不少教師所承擔的課程與他們的研究領域密切相關,科研和教學結合得比較緊密,可以自行組織授課材料。以算法導論課程為例,授課教師本人的研究方向是算法,上課所用的教材也是教師自己編寫,且隨著研究進展和深入不斷更新。
最后在旁聽過程印象深刻的是大多數的課程中課堂氣氛極為活躍。因為國內外文化的差異,學生習慣于隨時舉手打斷教師的授課進行提問,教師也會隨時停下,詢問學生是否有不解之處。教師還會在教授新內容之前,對學生在課后任務中遇到的問題進行講解。師生關系融洽的另一表現是課堂上允許適當的飲食,有教師也會帶上自己做的甜點分發給學生。嚴格的成績管理和寬松的氛圍相輔相成,帶來更好的教學效果。
1.3 程管理和考核
克萊門森大學的教學非常注重過程管理,課程考核嚴格,學生的最終成績取決于期中和期末考試成績、課程項目、到課率、課堂測試成績以及作業成績等多方面。嚴格的考核制度的另一個體現便是課程難度大。在克萊門森大學,碩士研究生1個學期一般只能完成3~4門課程。
不同于國內的研究生課程主要由期末考試成績決定,克萊門森大學計算機學院在授課過程中基本每月都有課堂測試,每次的考試成績都會影響到最終得分。因此學生在1個學期4個月中,基本時刻處于緊張狀態,在每一階段都需要掌握好相應的知識點,而不是靠考前突擊。
另一個影響成績的主要因素是課程項目。課程項目一般從課程早期便開始,要求代碼量大,實用價值高,因此難度也很大。課程項目通常設立若干時間節點,若過了提交的截止時間,該段的成績便記為0分。
教師還通過提供office hour進一步加強對學生的管理。部分課程的教師要求學生在指定的時間段進行當面交流,還會針對課程內容和學生的作業及項目進行提問。這種做法一方面可以有效甄別學生是否獨立完成作業以及學生對課程的掌握程度,另一方面可以檢查授課效果,對教師的授課也起到促進作用。
另外,和很多西方大學一樣,克萊門森大學強調對學生溝通能力和表達能力的培養。如課程項目的最終檢查方式是由項目組成員進行演講和匯報,每人分別對自己的工作進行介紹,教師和其他學生可以隨時打斷,提出問題。小組合作以及匯報演講可以鍛煉學生的表達和組織能力、分工協作能力以及增強團隊精神。
1.4 科研情況
在大學高等學府中,科研和教學相互促進,相輔相成。積極開展科研活動不僅可以提高教師本身能力和教學水平,同時可以通過引導學生參與,提高學生的學習興趣和科研能力。
克萊門森大學計算機學院學術氛圍濃厚,學院下設20個實驗室項目組。計算機學院基本每周都有其他大學的教授前來作學術報告,進行交流。筆者參加過的幾場,幾乎每次都座無虛席。學術交流對于了解業內的最新進展、拓展思路、促進個人研究都很有幫助。
在促進學生科研方面,除帶領本校學生進行科研外,克萊門森大學會提供暑期的學生交流崗位,由教師提供崗位和研究經費,供外校學生申請。在暑期科研交流結束之際,學生負責將自己的工作制成海報,每人在自己的海報前,向全院的教師和學生做展示。聽取了部分學生的匯報后發現,很多學生在暑期中完成的工作量大,質量高,而且具有來源于應用、服務應用的特點。同時,學生思路開放,涉及多領域合作,橫跨化學、生物基因、氣象科學計算等眾多應用領域。
2 對中國科技大學軟件學院教育改進的啟示
中國的軟件學院經過10年的發展,在培養學生人數、學生就業率、實驗室和實習基地建設以及企業對學生滿意度等各方面都取得了很大的進步。
科大軟院是國家教育部和國家計委首批批準建立的示范性軟件學院之一,秉承中科大優良的教風和學風,一方面依托學?,F有的基礎及專業師資力量和教學資源進行辦學;另一方面,聘請海內外著名企業和大學的專家、教授授課,課程設置與國際接軌,課程內容面向軟件市場和企業需求,強化實踐教學。學院一直致力于不斷提高教學質量,為了適應教育國際化的需要,學院與美國克萊門森大學合作,創立了碩士聯合培養項目,旨在培養一批具有高技術和英語水平,滿足IT業界需求的高素質人才。
科大軟院在培養懂技術、熟練進行外語溝通,以及具有國際化的思維方式和團隊協作能力的人才上做出了不懈的努力。在課程設置方面非常注重教育的國際化,借鑒了國外著名大學的課程設計,并隨著軟件行業的發展和行業人才需要不斷優化課程設置和教學內容。學院的外語教學受到重視,英語教學改革方面已經取得了一定的成績??拼筌浽好磕甓寄茌斔投嗝麑W生前往日本富士施樂公司等國外公司實習。但不可否認,和國內相比,美國的教育體系在課程安排和師資力量等方面都有較大優勢。軟件學院教育是一個較新的嘗試,軟件學院也需要學習和吸取已有的先進經驗,不斷提升教育水平和國際化程度。從Clemson大學計算機系的教學中,國內軟件學院可以從中汲取經驗,從以下幾方面進行改進:
(1)嚴格教學,規范課程管理。國內部分課程考察存在盲點,考核體系不完善,導致學生平常松懈、考前突擊,依靠死記硬背得高分。與國外的教育相比,國內學生在知識掌握程度、實踐和動手方面的能力亟須提高。通過加強對課程的過程管理,包括增加作業、實驗、測驗等對課程成績的影響比重,有效檢測學生的真實水平和能力,促進學生認真學習。規范考核系統的一個挑戰是國外的課程課堂規模一般較小,教師可以和每個學生進行足夠的交流。例如克萊門森大學的計算機課程大多數都是小班授課,1個班級一般在20人左右,Seminar課程的人數則更少。但充分的師生交流在國內實行起來就困難得多,軟件學院教師需要在教學過程中不斷摸索,不斷提高課程設計,完善檢查機制,平衡選課人數,以達到最優授課效果。
(2)開展課程改革,強調因材施教。軟件學院當前招生的明顯特點是學生人數多、跨專業背景,教育機制是1年理論課學習、1年企業實踐。學生只有1年在校時間,要在獲得足夠學分的情況下提高學習質量,對于教師的課程內容安排和課程設計方面提出了較高的要求。在學生背景知識和水平差別較大的情況下,教師要能夠找到平衡點,積極聽取其他教師和學生的意見,不斷改進教學水平。同時需要規范課程大綱,詳細介紹課程內容,保證學生在選課之前了解課程難度和深度,選擇適合自己專業和能力的課程。
(3)強調溝通和交流能力的培養,全面提高學生“軟實力”。筆者在參加克萊門森的課程項目答辯時發現,國內學生的英語演講和表達能力仍然存在一定程度的欠缺。計算機從業人員,除了專業技能和知識等硬技能之外,交流和合作等“軟技能”非常重要,國外不少大學(如普渡大學的理工學院)都會設置包括寫作和演講、團隊合作、語言文化等文科類模塊,全面培養學生的能力。國內在這方面則有所不足,學生在專業技能方面可能已經達到一定的水平,但在交流、論文、演講等方面存在較大的短板,不利于學生的長期發展。譬如,數據挖掘課程的最后答辯中,中國學生的項目完成情況并非不好,但臺上的表達能力和演講效果比美國、甚至印度學生存在很大差距。語言表達和溝通能力是立足社會的最基本能力,良好的團隊協作精神、國際化的思維方式更是企業看重的能力。軟件學院在課程整體設置、課程設計中應該將軟實力的培養作為目標。
(4)推動教師科研工作,積極開展校企項目合作。與克萊門森大學計算機學院相比較,科大軟院的專職教師相對年輕,參與科研活動還不夠,科研能力還有待增強,在科研促進教學,教學輔助科研,帶領學生科研等各方面還需要進一步探索。同時,為了更好地適應軟件學院學生的培養目標,教師應該具有更多的實際項目經驗,學院應積極支持和鼓勵教師和企業開展項目合作。
3 結語
了解和借鑒國外大學的培養制度和經驗,可以促進和改善國內教育的發展,同時也需要結合我國教育的實情和學生的特點,因材施教。我國軟件學院學生眾多,教學資源相對緊張,學生背景不同,全面提高教學水平,提高學生能力存在著不少困難。他山之石,可以攻玉,如何把國外大學先進的教育理念和方法融入到我國教育的培養體系中,借鑒他山之玉,積極促進我國教育的國際化進程,是需要我們不斷探討和研究的問題。
參考文獻:
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關鍵詞:巖土工程;勘察設計;數字化系統;方案;技術
中圖分類號:U445.5文獻標識碼:A
一、我國巖土工程勘察的現狀
在工程設計過程中,巖土工程勘察是重要的環節之一,是對工程地質的斷層、地形、地貌以及地下水位等資料的調查搜集。就目前實踐狀況來看,巖土工程勘察信息是對地質情形的靜態表達,難以實現對地質參數的動態和多維反映,不能滿足巖土工程空間分析對信息的要求。近年來,我國經濟社會建設的加快使得巖土工程勘察設計快速發展,技術水平有了很大的提高。特別是隨著計算機網絡和現代科學技術的進步和廣泛應用,我國巖土工程勘察設計發展迅速,巖土工程勘察設計的數字化得到了推廣。但在實際實踐過程中,我國巖土工程勘察設計尚未完善,仍面臨著諸多問題和困難,主要表現在:勘察資料過于地質化、巖土工程勘察設計數字化系統綜合能力差、巖土工程勘察設計數字化系統的空間分析能力缺失、研究成果與實際應用脫節。
二、巖土工程勘察設計數字化系統方案分析
巖土工程勘察設計數字化系統是在結合計算機網絡和現代先進技術的基礎上,對巖土工程信息進行勘察的有效手段。就巖土工程勘察設計數字化系統的方案制定來看,可以從以下兩個方面進行分析:
(一)巖土工程勘察數字化
數字化就是將一些分散而多種多樣的要素或單元合并組合成一個更加完整或協調的整體。巖土工程勘察數字化系統是指應用當代測繪技術、數據庫技術、計算機技術、網絡通信技術和CAD技術,通過計算機及其軟件,把一個工程項目的所有信息有機地集成起來,建立綜合的計算機輔助信息流程,使勘察設計的技術手段從手工方式向現代化CAD技術轉變,作到數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化,逐步形成和建立適應多專業、多工種生產的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。
(二)巖土工程數字化系統的組成
巖土工程數字化系統的組成。巖土工程勘察數字化系統涉及的地理信息系統、數據庫、計算機圖形學、地質學、地質統計學、地質建模、AutoCAD和Word自動化等一系列技術,他們以巖土工程勘察、設計規范作為相互聯系的基礎組成一個系統工程
三、巖土工程勘察數字化模塊技術分析
巖土工程勘察設計數字化系統的應用能夠實現巖土工程勘察中場地方域的數字化、場地物性指標的數字化、場地地層的數字化以及巖土工程勘察數據庫的設計,有效解決了傳統巖土工程勘探中由于數據內容的復雜性和形式的多樣性造成的處理困難。在具體運行過程中,巖土工程勘察數字化的實現將地質統計學的相關基礎理論與現代技術進行融合,采用科學合理的手段和方法。本文就巖土工程勘察主要數字化模塊技術的實踐,從以下幾個方面進行了簡要分析:
(一)GIS在巖土工程勘察中的應用
雖然GIS和巖土工程勘察設計一體化有區別,然而二者也有一定的相似之處,即二者皆涵蓋和空間坐標相關的信息,GIS注重空間信息的采集與分析,而巖土工程勘察設計一體化注重空間信息的分析與決策。一般來說,和以往巖土工程勘察設計技術相比,GIS具有強大的數據采集與處理能力、形式與內容上復雜多樣性、較強的可視化操作功能及空間分析能力等優勢。
(二)巖土工程建模
一般來說,多樣化的場地地層構造皆能夠抽象為點、線、面及體4種要素的集成。場地地層在空間上都需要一定的地點與范圍,空間關系、屬性及空間等特征是場地地層的重要基本特征。場地地層的數字模型包括準備、簡化假設及建模等階段,具有確定性、可視化及可修改性等特點,其中場地地層建模過程為:現場勘察資料的采集、地質與變量描述、空間分析。在場地地層建模中一般常用的方法是表面模型法,此外還有數字模型法與圖示模型法。
(三)數據庫建設
巖土工程勘察設計是一項系統性工程,需要涉及到信息的共享,因此,構建高效經濟的數據庫顯得尤為重要。巖土工程勘察數據常常具有空間性與多源性的特征,一般數據庫技術是很難實現對這些數據的處理。隨著GIS、計算機圖形學及空間科學的發展,這為復雜的空間數據采集、存儲及分析建模提供了重要的條件?;诘乩硇畔⑾到y的巖土工程勘察數據庫的出現為巖土工程領域復雜的數據管理,空間數據分析提供了高效快捷的手段,目前,以GIS技術支持的數據庫技術已經應用到地質學的眾多領域。
四、結語
巖土工程勘察設計數字化系統是現代工程設計的重要工具,能夠為巖土工程勘探提供動態、多維、有效的地質數據信息。目前,我國巖土工程勘察設計數字化系統建設已得到了高度重視和廣泛推廣,但相關技術的不成熟和系統功能的不完善,使得空間分析能力的不足、勘察信息數字化程度不夠成為了我國巖土工程勘察設計中存在的重要問題。這就要求必須深化研究,采取有效措施確保巖土工程勘察設計流程的數字化,從而解決巖土工程勘察數字化問題,實現巖土工程勘察設計的一體化,以推動我國工程設計的發展。
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