時間：2023-07-27 16:22:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇航空航天工程專業論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 飛行器制造工程專業 校企 “3+1”合作辦學
1.國內飛行器制造工程專業人才培養現狀
隨著我國飛機保有量和需求量快速增長，以及為實現從“航空航天大國”向“航空航天強國”發展、提升航空航天工業水平而實施的“大飛機”等項目產業政策的推進，我國對飛行器制造方面的專業人才需求不斷加大。近些年，各類高校依托教學科研優勢，不斷加強或開設了飛行器制造方面的專業，提高了行業參與度。至今，辦此本科專業的有西北工業大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學、南昌航空大學等十多所高校。各高校依托自身的優勢，積極開展專業特色化建設，培育自身的專業特長。如西北工業大學偏向于CAD/CAM集成的數字化制造技術、北京航空航天大學突出于板料成型技術專業教學和實驗、中北大學以飛行器特種制造為特色等，形成了面向飛機制造、適應航空航天發展要求的課程培養體系，培養出一批具有飛行器制造工藝技術的航空航天類人才。
從2002年開始，我國高校開始重視本科專業教育教學實習基地的建設，并以此為依托加強學校與企業的交流與合作，如帶領學生深入企業進行現場教學、企業人員為學生講課（講座）、征求企業意見制訂專業培養計劃、訂單培養等。我校飛行器制造工程專業主要面向航天航空飛行器產品制造等相關產業培養鈑金、鉚接、裝配技術類高素質應用型本科人才。由于本專業開辦時間短，目前我校在飛行器制造工程人才培養方面仍處在探索階段。加強實踐教學已成為飛行器制造工程專業人才培養模式的必然選擇，而其中最有效的途徑是校企合作。
2.校企“3+1”合作辦學的優勢
3+1校企合作辦學指前三學年的培養在校內進行，第四學年除部分課程及實驗教學在學校完成之外，其他現場課教學、生產實習、課程設計、畢業設計等環節均在企業內實施，以強化學生工程實踐、動手能力及綜合素質的培養，簡稱“3+1”合作辦學模式。校企合作辦學“3+1”模式，這種合作教育能夠實現工學結合，為學生提供在真實工作環境下學習的機會，是實現應用型工程技術人才培養目標的有效途徑，也是與就業聯系最密切的一種教育模式。
由于有很多限制條件，學校無法投入過多資金購置像企業的一些精密加工設備作為教學儀器設備，所以學生在校內學習期間只能在理論上了解基本成形原理和方法，根本看不到實際的設備及生產工藝過程，也就無法掌握一些知識。而合作教育提供的教學手段和設備資源，彌補了學校的教學條件的不足，解決了教學與生產實際脫節甚至落后于生產現狀的嚴重問題，實現了校企教育資源的優勢互補。
學生在航空航天企業生產實踐過程中會認識到，一個不受社會和企業歡迎的人是無法發揮才干的。到企業后，學生清楚地了解了用人單位人才需求目標，了解了作為飛行器制造專業的工程技術人員必須重點掌握的知識，明確了學習目的和方向，增強了學習主動性。在專業知識對生產過程發生作用的親身體驗中找到了成就感和危機感，提高了學習興趣，明確了專業思想，樹立了學以致用、理論聯系實際的觀念，使就業觀念和定位更符合社會與航空航天企業的需求，且學生就業之后，表現出的工程意識、創新意識和適應工作崗位的能力都明顯增強。
3.飛行器制造工程專業校企“3+1”合作辦學模式探析
我校長期以來，一直與一些航天企業有著較好的合作關系，并與其建立了校外實習基地，如中國航天科工集團柳州長虹機器制造公司、桂林航天電子有限公司等。這些公司每年都會吸收一批本科畢業生，以補充和優化專業技術人員結構。本科生在外語、計算機及基礎知識等方面表現出了一定的優勢，但普遍存在本科生專業知識與航空航天生產過程的需求脫節比較嚴重、獨立解決現場實際問題的能力非常薄弱，同時表現出對社會及企業的了解甚少，融入工作環境的協作精神比較欠缺等問題。這正是畢業生和企業共同擔心的問題。這些公司在航天專業技術領域與我校飛行器制造工程專業在培養學生過程中需要的全部專業知識具有良好的適應性?？梢娦Ｆ蠹皩W生三方都有合作辦學需求的基礎。
3.1合作辦學模式的定位
飛行器制造工程專業人才培養采取校內培養和企業聯合培養的方式，即學生在校期間的學習分為校內學習和企業學習兩部分。學制4年采用“3+1”模式，即3年校內通識類課程、大類學科基礎課程、核類專業基礎和專業課程的理論與實驗教學，著重加強學生基本知識、基本理論和基本技能的學習、鍛煉和培養；累計1年（主要集中在第四年）校外企業核類部分理論課程和實踐教學。重點是最后一個“1”的環節，具體而言在這一年的校外企業實踐教學環節中實行“部分專業課+課程設計+生產實習+畢業論文（設計）”的集成化教學方式，著重培養學生獲取知識、分析問題和解決問題的能力及創新能力。
3.2“3+1”校企合作辦學的主要特征
3.2.1規范選拔機制，組建一支優秀學生隊伍。第四學年初，學校需要在飛行器制造工程專業組建實驗班進行統一編班授課。學生自愿報名的基礎上，根據學生前三年在校成績及獲獎等綜合素質表現，擇優選拔出一定數量的學生，成立“飛行器制造工程專業‘3+1’校企合作試驗班”。規范的選拔機制應公平公正，公開透明，也是對低年級學生的一種激勵。再則，一支高素質學生隊伍是校企合作有效辦學的重要保障。
3.2.2校企雙方共同制訂和實施培養計劃。試驗班的培養計劃和教學大綱應由我校機械工程學院牽頭，與企業共同協商制訂，將學校教學過程和企業生產過程緊密結合，校企共同完成教學任務，使學生在掌握一定飛行器構造、飛行器制造工藝與工藝裝備的基礎理論和專業知識基礎上，具有鈑金、鉚接和裝配等基本操作技能，能夠從事飛行器產品零件的設計、生產及裝配、工廠生產管理和服務于第一線的工作的能力。實驗班往往會加入部分企業需要的專業課程，學校無法完成的可由在企業中聘請的兼職教師到學校講授。部分實踐教學依據學校實驗設備條件和企業生產進度協調安排。課程設計、畢業設計選題應盡量來源于企業的生產實際。
3.2.3建立校企雙向管理制度。學生實踐活動期間，不僅要保障學生安全和日常教學活動，還不能影響企業正常生產，因此，應嚴格實行校企雙向管理制度。學生的勞動紀律考核應由企業負責，盡量與員工保持同步。校企雙方應各派一名專職輔導員，有利于學生日常行為和具體事務協調與管理。由于航天企業有其特殊性，教學管理程序要適應航天企業產品研制與生產中的相關保密規定。
3.3“3+1”校企合作辦學實施的保障措施
許多學校在開展校企合作辦學的過程中，企業合作積極性不高，教學主體在實施過程中缺乏企業的實際參與和互動等問題。為了實現校企雙贏的合作關系，保障校企關系持久穩定，要在以下兩方面下工夫。
3.3.1尋求學校、學生與企業三方協調。學校有教學任務，學生有就業任務，而企業有其生產任務，校企合作教育應該在學校、學生與企業三者間尋求協調和統一，在學校教學管理部門、二級學院和專業教師的精心組織與周密安排下，加強與企業的溝通和聯系，加強與企業兼職教師之間的合作與協調。校企之間要協同制定相應制度，明確各自在應用型人才培養過程中的職責，成立專門部門，負責協調校企合作各項事宜，真正做到有政策制度的保障。特別要健全學生在企業實踐學習階段的教學質量考核與評價體系，優化企業對試驗班畢業生的擇優錄用機制。
3.3.2培養高質量“雙師型”教師隊伍。近年來，為了加強師資力量，學校引進不少擁有博士學位的畢業生補充到我校飛行器工程專業教師隊伍中，他們雖然有扎實的基礎理論，但工程實踐背景比較薄弱。因此，師資隊伍建設中，除注重學歷、年齡和職稱結構外，還特別強調教師的航空航天企事業單位工作經歷和工程實踐背景。為了加強專業課教師工程實踐能力的培養，學校要鼓勵或創造條件讓來自高校或沒有一線工作經歷的教師到相關企事業單位掛職，增強實踐能力，以促進校企合作教育的開展。
4.結語
合作辦學是以學生為中心的，在合作教育所有效益中，適合人才市場需求，提高學生的就業能力是利益的核心。校企合作辦學讓高校走向企業，也讓企業走進高校，將高校的理論教學與企業實踐有機融為一體。這種辦學模式對促進飛行器制造工程專業創新人才培養模式、拓寬人才培養思路非常有利。
參考文獻：
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中圖分類號：G3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00
STS是一門研究科學、技術與社會相互關系及其互動規律的多學科、多領域的綜合性新興學科。早在1938 年，美國學者默頓就在《17世紀英國的科學、技術與社會》一書中就第一次提出了“科學、技術與社會”這個概念，并提出了著名的默頓命題之一：經濟、軍事和技術問題是17世紀英格蘭科學革命的重要原因。同樣默頓指出：歸根結底，十七世紀是現代科技及其各技術分支還只是處在開始的時期，雖然默頓命題針對的是十七世紀的英格蘭，但默頓命題突出了科學技術對社會的重要影響并強調要對它們之間的互惠關系進行研究。近年來，全球的科學技術與社會研究更是獲得了非常顯著的進展，許多重要的專業期刊都不同程度地編發了科學技術與社會的文章，并對相關的一些學術活動做了重要的編述和整理，在這些學術論文和學術活動中對STS研究的重點和熱點問題都有涉及和討論。
隨著科學技術的飛速發展，有關科學技術與社會的研究也進入了新階段。國內外對科學技術與社會（STS）的研究現狀有一個更清楚的了解，相關的學術論文也有很多，主要包括兩個方面：
1 國際有關STS的現狀研究
2010年4S學會（ Society for Social Studies of Science，科學的社會研究學會）年會在日本東京召開，這次會議內容表現出了更多的學術比較性，許多學者開始反思歐美的STS研究傳統，主張建立多文化視角中的STS研究。開始關注各種各樣的全球問題，其中探究全球問題解決中的科技與公共政策的論文數量為最多，表現出了區域化、復雜化、多元化、經驗化和現實化等特征。
相關的學術論文還有馬會端，陳凡的《科學技術與社會發展：國際STS研究的多元化走向――第24屆國際科學技術與社會會議述評》等?！犊茖W技術與社會發展：國際STS研究的多元化走向――第24屆國際科學技術與社會會議述評》這篇文章主要表現了STS的多元化研究趨勢，在既定的大會主題下，學者們分別對埃呂爾技術社會思想，技術與能源環境政策等問題進行了討論。同時，也涉及STS教育、技術民主化、科學技術的社會建構、技術倫理、技術創新等諸多層面的問題。既從技術哲學的角度，又從科學技術與社會的角度，對當前人類社會發展面臨的問題及未來的發展趨勢，進行了廣泛交流。
2 中國有關STS的現狀研究
自從STS在中國誕生以來，國內的學者一直都從學派述評和思想評介兩個方面進行研究，可以說，我國STS學者較為全面的了解了國際STS研究的主要研究方法和理論，初步構建起了STS研究的理論圖景。目前，STS既要堅持“形而上”的理論研究，又要拓展實踐研究領域，使其在現在的學術潮流中保持旺盛的生命力。如東北大學的陳昌曙教授、中國社會科學院的殷登祥教授、東北大學的陳凡教授等對“STS的基本理論問題”、“ STS與中國國情”和“技術的社會化”等問題的探討并取得主要的成果。相關的學術論文有陳凡，陳佳的《論技術的社會化與STS的中國化》（2013年2月，自然辯證法研究）；金俊岐的《關注產業：STS研究的新視野》（2012年1月，河南師范大學學報）；田鵬穎的《科學技術與社會（STS）――人類把我現代世界的一種基本方式》（2012年6月，科學技術哲學研究）等。
陳凡教授指出STS中國化路徑可以走以下幾條道路：1.立足于中國時間情景的STS，澄清中國語境；2.堅持傳統的STS，要用中國理論直指導我國的STS研究；3.植根于中國文化的STS，深刻把握中國傳統哲學文化尊重自然和求真向善的精神，真正做到“古為今用”；4.聚焦于中國問題的STS，比如“西部大開發、中部崛起、航空航天工程、轉基因食品”等，這些都是中國STS研究本土化應該關注的重大現實問題。
研究的目的在于應用，研究科學、技術對社會產生的正面或負面的影響的目的是要使科學、技術更好地促進社會的發展，造福于人類。在探索未來我國STS研究的發展道路的過程中，我們將STS中國化的問題提出來，指出在中國的科學技術實踐領域中，將STS的基本理論和中國STS的實際相結合，并最終形成中國語境的STS。這是當前我國STS研究的一個重要課題。同時，關注產業研究也是STS拓展新領域的一個重要方向，關注產學研結合，產業創新與革命等問題也是STS的一個重要內容④?？偠灾琒TS要有中國風格和中國特色，研究STS要真正的為我所用。
關鍵詞：航天科普 發展困境 破解之道
中圖分類號：G230 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0242-03
21世紀是科學技術蓬勃發展的新時代，國家的強盛離不開科學的力量。加強科學知識的普及教育，提高全民族尤其是青少年的科學素質，是增強國家創新能力和國際競爭力的基礎性工程。
航天科技是國家綜合科技實力的重要體現。隨著中國航天事業不斷取得舉世矚目的成就，尤其是載人航天工程、月球探測工程等重大航天工程的順利實施，航天科技越來越受到全社會特別是廣大青少年的關注，并由此催生出一股航天科普熱，使航天科技逐漸揭開神秘面紗，進入社會公眾的視野。
國內出版界近年來也積極加入到普及航天科技知識的熱潮中，編輯出版了一大批種類豐富的航天科普圖書。據不完全統計，從2000年以來，出版界出版的集中講解航天科技知識的在銷科普圖書達到近300種，涉足航天科普圖書出版的出版社數量超過200家。此外，還有很多百科知識類科普圖書設有宇宙太空、航天飛行的分冊，或有專門章節講解航天科技知識。如果算上這些圖書，航天科普圖書的出版數量是非常大的。這對培養社會公眾對航天科技的興趣和愛好，激發廣大國民尤其是青少年崇尚科學、熱愛航天、探索未知的熱情與夢想，有著深遠的歷史意義和現實意義。
在這股熱潮的席卷之下，我國航天科普圖書的質量與傳統科普圖書相比已經有了長足的進步，取得的成績應該予以肯定。但我們也應清醒地認識到，航天科普圖書出版在科普理念、選題定位、內容質量、作者隊伍、原創力量、編輯水平、市場份額等方面仍然存在不容忽視的問題。成就讓人欣慰，但存在的問題也應引發我們的理性思考。
1 發展現狀分析
1.1 內容形式極大豐富，但與國外相比仍有較大差距
在2003年神舟5號載人飛船發射之前的很長一段時間里，航天科技還帶有一層神秘的色彩，眾多的航天知識并不被大家所熟知，此前僅有與航天科技相關的少數科技類出版社出版了一些航天科普圖書。這時期的航天科普書，大多是概略性地介紹航天科普知識，科普講解主要以文字內容為主，圖片為輔。因圖書出版資金投入所限，圖書大多為黑白印刷，只有少量航天科普圖書配有彩色圖片或彩色印刷。這些圖書雖然具備知識的權威性和講解的系統性，但是出版內容不夠豐富，圖書表現形式相對單調，趣味性和可讀性明顯不足。有人戲稱那時的航天科普圖書“恨不得一本書把讀者培養成航天專家”?！翱贫黄铡保莻鹘y航天科普圖書被廣泛詬病的一個缺點。
2003年以來，隨著“航天熱”的不斷升溫，航天科普圖書出版的品種不但越來越豐富，而且各出版社借鑒國內外科普圖書創作出版的成功經驗和做法，在圖書的內容和形式上也有所創新突破，開始大量使用圖片、繪畫和故事來普及航天科技知識，文字講解更通俗易懂，配發的圖片越來越豐富，裝幀設計和印刷越來越精美，對讀者的吸引也越來越強。從布滿文字、黑白印刷的傳統航天科普讀物，到配有精美圖片的彩色航天科普圖書，再到加入手繪圖、故事元素和趣味性強的航天科普繪本，航天科普圖書的表現形式越來越豐富，圖書的可讀性越來越強。
比如浙江少年兒童出版社2005年7月出版的《藍貓淘氣3000問――楊利偉航天科普系列》繪本圖書，借鑒國外少兒科普圖書繪本理念，把豐富的航天知識融入到富有趣味的繪畫和故事之中，受到了少年兒童的普遍喜愛。該系列圖書一套6本，每本開卷監測累計銷量都在1萬冊以上，在少兒類航天科普圖書銷量排行榜上居于首位，也是比較成功的一套少兒航天科普叢書。
雖然進步是明顯的，但是不得不說，像這類質量優秀的航天科普圖書，在國內仍可算是鳳毛麟角。同國外優秀的航天科普圖書相比，不論是文字內容的可讀性、趣味性，還是書中圖片的豐富性、圖片信息的內涵、圖書裝幀設計的精美程度，以及圖書中蘊含的科學精神和人文氣質，國內出版的航天科普圖書，都還存在一定的差距。
1.2 屢屢獲獎，卻“叫好不叫座”
在“科教興國”方針的指引下，國家十分重視科普事業的發展?？破請D書的出版經常得到一些科普出版基金的支持，也頻頻捧得國內諸多圖書獎項。航天事業是國家科技發展的重要支柱產業之一，航天科普圖書更是屢屢獲獎。
政府的高度重視和支持，是促進航天科普圖書不斷發展進步的一大動力。但是與此形成對比的是，航天科普圖書大都銷售得不溫不火，沒有出現引人注目的暢銷圖書?，F在的航天科普圖書首印量一般只在3000～5000冊，首印上萬冊的幾乎難覓蹤影。還有一些圖書做出來就是單純地為了迎合政府部門的喜好，這大大降低了航天科普圖書的社會效益，出版社也難以在出版中獲得更好的經濟效益。
2 困境解讀及對策思考
從現狀分析來看，航天科普圖書出版似乎走入了一個瓶頸期。造成這一局面的原因是多方面的，既有作者、編輯等人才資源的匱乏，也有圖書自身選題定位及內容形式上的不足，而社會大環境的限制更是不容忽視。如何突破困境，找到破解的對策，值得我們深思。本文嘗試從以下幾個方面進行探討。
2.1 應對多種傳播媒介的沖擊，加速數字化出版進程
目前我國社會正朝著信息化、網絡化、數字化時代大步邁進，傳播知識信息的媒介和渠道越來越多，新的傳播媒介都能快速有效地向讀者傳播科學知識，這使航天科普紙質圖書出版面臨巨大的挑戰。
不得不承認，諸如電視、多媒體光盤、網絡，乃至電影、科學館等，在信息時代快節奏的生活模式下，這些高科技傳媒手段是科學普及的最佳傳播方式。它們能使抽象枯燥的科學原理變得形象具體，趣味橫生。相形之下，靠文字描述和圖片靜態展示科學知識的紙質出版物未免顯得蒼白無力。
尤其近年來，每到重大航天活動實施的前后一段時間，各大網站、電臺電視臺等新聞媒體都會推出或制作相關專題，開辟專門欄目介紹相關活動，其中大量內容都是與航天科普知識相關的航天活動背景知識。這些節目或欄目大都具有跟進速度快、內容豐富生動、形象直觀等特點，在很多方面具有航天科普圖書無法比擬的優勢。特別是互聯網上推出的航天科普專題和欄目，對圖書銷售的沖擊尤其嚴重，這是導致航天科普圖書銷售不佳的原因之一。
面對這種情況，航天科普圖書出版應加速向數字出版轉型，以便利用網絡多媒體手段，借助重大航天活動的契機，快速有效地推出融合多媒體技術和多種表現能力的數字化航天科普圖書。
2.2 挖掘優秀的作者資源
沒有好的作者就沒有好的作品，高水平的科普作者是科普圖書出版的必要條件?？破請D書不同于一般的文學作品，它需要同時具備科學性和通俗性兩大特點，優秀的科普圖書更是需要濃厚的趣味性來吸引讀者，其特殊性便在客觀上提高了對作者的要求。優秀的航天科普作者不僅要對航天科技知識非常精通，還必須具備較為深厚的寫作功底和人文素養，但投身于航天科學領域又文筆出眾并愛好寫作的人是少之又少，這自然加大了挖掘優秀作者的難度。
目前，航天科普圖書的作者多為高?；蚝教炜蒲袡C構的技術專家，當下正是我國航天事業迅猛發展的時期，航天技術專家往往奮斗在科研一線，攻關任務艱巨，很難擠出寶貴的時間從事科普圖書的創作。加之目前國內現行的評價獎勵機制，并不鼓勵科學家們投身科普創作，晉級晉升只看有多少學術成果，不會看寫了幾本科普讀物。這些都成為尋找優秀航天科普圖書作者的阻礙。
面對這些難題，一方面，我們應把目光投向年輕的航天科普圖書創作隊伍中，注重培養專業的航天科普創作人才，這樣也有助于改善我國優秀科普作者青黃不接、出現斷層的現狀?？梢栽诟咝Ｖ邪l現和培養青年教師和學生從事航天科普創作，也可采取科學家與青年作家合作的形式，以老帶新，在完成科普創作的同時，鍛煉新人，使其快速成長起來。
另一方面，我們應向西方國家學習，調動科學家投身科普事業的積極性。在西方發達國家，科學家做科普已經蔚然成風，這被看成是一種社會責任。而我國尚未能形成這種環境和機制，科技界甚至流傳著這樣一句話：“拿不到課題的做科普，退休的老者做科普，愛出風頭的做科普”。搞科普被視為不務正業，或者認為搞不出像樣科技成果的才搞科普?？茖W家在青少年心目中有著非常崇高的地位，理應承擔起科普職責，因為如果沒有科學家群體的參與，任何科普都是無源之水。
為此，國家有關部門應出臺相應政策，明確科普著作是科技成果的一部分，提升科學家從事科普創作的社會地位和職稱待遇，從觀念上扭轉學術界對科普創作的態度，這樣才能真正調動起科學家從事科普創作的積極性。
同樣，由于航天科普圖書的特殊性，對從事這類圖書出版工作的編輯也提出了較高的要求，要求他們不僅要具備扎實的文字功底和編校技能，同時還要懂得基本的航天科技知識。但目前，國內出版社編輯的素質還很難達到這樣的要求。
對于航天科普編輯自身而言，應明確工作要求，不斷學習，注重自我提高。首先，要更新科普觀念及出版觀念，勇于創新。其次，要適時學習和補充航天科技知識，關注航天科技發展的熱點和前沿，保持職業敏感性。最后，要樹立市場意識，拓展工作職能。
2.4 找準選題的讀者定位
圖書出版應以讀者受眾為中心，在選題的策劃上，應準確定位讀者群并明確讀者需求。但現今國內的航天科普圖書在選題內容的設定與讀者群之間存在一定程度上的錯位。
航天科普的主要對象應是青少年，特別是小學高年級以及初高中學生。因為這一階段的學生是最需要普及和了解航天科技知識的，而這一階段也正是他們掌握科學知識、培養科學素養、樹立科學精神的關鍵期、黃金期。通過科普閱讀強化青少年學生這方面的科學素養，無疑是最為重要和有效的途徑。目前國內出版社出版的航天科普圖書在選題策劃時，大多也是針對這一閱讀群體的。
事實上，航天科普圖書的主流購買和閱讀人群卻是孩子家長和學齡前幼兒、小學低年級學生。
初高中學生升學壓力大，作業多，為了提高學習成績，實現升學目標，他們無暇閱讀科普圖書。即使有一些閱讀時間，也大多被文學閱讀和網絡閱讀占據。很多老師和家長認為科普教育與升學關系不大，不鼓勵甚至不支持青少年學生閱讀科普圖書，導致針對該讀者群的科普圖書銷售不景氣。反過來，受科普圖書出版經濟效益不佳的影響，出版社在出版針對該年齡段讀者群的科普圖書上表現得越來越審慎，導致適合該年齡段學生閱讀的優秀圖書品種越來越少。除少量引進品種之外，基本上沒有適合或受到中高年級學生普遍喜愛的航天科普圖書，更不用說經典和暢銷的航天科普圖書。
相反，由于學齡前兒童和小學低年級學生沒有升學考試的壓力，該群體反而有大量時間閱讀科普圖書，年輕父母也很重視該年齡段兒童科學知識普及和科學精神的培養，因此是學齡前和小學低年級學生成為了航天科普圖書的主要閱讀對象。
然而出版社在做航天科普圖書的選題策劃時，很少將這一群體定位為目標讀者群，因此，市場上針對低幼群體的航天科普類圖書品種較少，這也是導致航天科普圖書銷量不佳的一個重要原因。比如內容廣受家長好評的《中國少年兒童科學閱讀》和《當代中國科普精品書系?航天卷》，很多家長購買后普遍反映：“內容介紹的很深很全面，但是更適合大一些的孩子閱讀?！?/p>
出現這樣的錯位現象，說明出版社編輯在選題策劃環節沒有將市場調研做深做透，沒有對讀者群的需求和認知能力做準確深入的了解。鑒于此，航天科普圖書的編輯在工作中一定不能閉門造車，要培養自己對市場的敏銳洞察力，多做調研，實地了解讀者需求，在此基礎上做好選題的讀者群定位。
另外，航天科普圖書的作者和編輯對圖書閱讀對象的把握還不夠深入和細致。
不同年齡的航天科普圖書讀者，對科學認知的水平存在較大的差異。航天科普圖書作者以及出版社編輯，要更新科普觀念，加強對航天科普圖書讀者群的認識和研究，特別是要研究青少年群體的科學認知水平、理解能力、心理特點和閱讀喜好，根據他們的知識水平和閱讀喜好來創作、開發出適合不同年齡特征，具有較強針對性的科普讀物。
科學普及出版社從美國引進出版的《科學素養的導航圖》一書，根據青少年的生理、心理特點，將其從學前教育一直到高三所有年齡段的特征進行了分析，對每一年齡段適合于接受哪些科技知識進行了科學規范的分類，最后用圖表的形式進行完整的展示。這本書對于推動青少年科學教育的研究以及相關資源的開發都有重要的參考價值，對從事航天科普創作的專家和科普圖書編輯在進行選題策劃時也具有一定的參考價值，對創作和開發出有針對性的航天科普圖書是極有意義的。只有使航天科普圖書充分體現科普的貼近性，讓青少年讀后愛不釋手，航天科普圖書的創作出版才能真正獲得成功。
2.5 內容形式亟待改進
目前我國航天科普圖書在內容上的一大弊病是厚重有余，趣味性不足。
華羅庚曾說過：“深入固然不易，淺出更是困難。”我國的航天科普圖書就是在“淺出”上做得還不夠。很多航天科普圖書在敘述和表達方式上刻板、生硬，失去了科普讀物應有的通俗性、趣味性和文學性，有的圖書甚至寫得像科學論文，專業術語大量堆積，語言晦澀難懂。這樣的作品其實并不符合科普創作的要求，達不到科學普及的目的，更不會受到讀者受眾的喜愛。長此下去，將直接影響航天科普市場的培育和開拓。
從大眾傳播學的角度來看，傳播者傳播的信息只有被受傳者接受并滿足了預期的心理期待，傳播的效果才能得以實現。如果圖書的內容、形式、敘述等方面給人感覺太厚重，不能引人入勝，那將很難為讀者所接受，科學傳播的目的就更無從實現了。這就要求航天科普圖書在內容形式的創作上要在科學性與通俗性、知識性與趣味性之間找到平衡點。
其一，可注重通過繪畫、故事等內容調動讀者的閱讀興趣。
興趣是最好的老師，好的科普書能夠激發讀者興致盎然地去探索和理解各種科技知識，而不僅僅是堆砌難懂的名詞、枯燥的數字和干巴巴的定理。
比如中航出版傳媒有限責任公司2012年出版的《世界航天科普叢書》，就做到了把航天知識融入故事之中，用簡潔的文字、生動的情節、有趣的插圖來傳播航天科技知識，減輕青少年讀者閱讀過程中產生的“疲勞感”，從而激發出青少年的閱讀興趣，極大地提高了該系列叢書的閱讀效率。
一位青少年讀者在當當網評論中說：“整套圖書內容都挺不錯，個人最喜歡宇宙飛船這一本，該書匯總了各個航天大國的全部宇宙飛船，講述了人類在太空探索過程中遇到的各種驚險故事和令人敬佩的英雄人物，看得我熱血沸騰，為探索中失去生命的勇士惋惜，為探索中取得的一次次突破感到無比的高興。他們的努力付出，為人類的發展做出了巨大的貢獻。”
一位媽媽從網上訂購該系列圖書后說：“本來圖書是買給孩子看的，但我先生翻看后同樣愛不釋手。他說里面的故事很多，不是那種枯燥的航天科技知識授課。”
這就是一個成功的案例。如果能將面向青少年的航天科普圖書當作繪畫書、故事書、文學書甚至游戲書來做，那么航天科普圖書就不再是一幅冷冰冰的生硬面孔，在好讀好看的同時，潛移默化地普及了航天科技知識，培養讀者的科學精神，達到事半功倍的效果。這樣的航天科普圖書還有其他幾種，如《中國少年兒童科學閱讀》《當代中國科普精品書系 航天卷》等，但這種出版潛力還遠沒有被充分挖掘出來。
其二，應從簡單地傳授航天科普知識，向弘揚航天精神和科學探索精神發展。
一般說來，科普分三個層次：第一個層次為科學知識的普及；第二個層次為科學方法的普及；最高層次為科學精神的普及?？破?，除了普及科學知識，更重要的是通過大眾傳播媒介，將科學的方法、科學的精神、科學的思想傳遞給受眾。也就是說，科普圖書內容的重點應從介紹客體向解剖主體邁進。
在這一方面，中國宇航出版社作為一家航天科技集圖公司所屬的出版社，表現出了航天專業出版社的深厚底蘊、探索和追求?！短旎辏汉教炀窦o事》是2011年中國宇航出版社為紀念中國航天事業成立55周年而編寫的一部紀實性文學作品。該書運用紀實文學手法，講述了中國航天事業從無到有、從弱到強的發展歷程，再現了中國航天人自力更生、艱苦創業的精神和“嚴、慎、細、實”的工作作風，集中展現了中國航天人不怕困難、敢于犧牲的精神追求，揭示了“兩彈一星”精神和載人航天精神孕育形成的曲折過程。該書主題內容豐富，資料詳實，情節跌宕起伏，文字真摯感人，具有極強的感染力和表現力，堪稱為“一部揭秘航天人艱苦創業奮發圖強的英雄史詩，一首航天人不懈求索開拓天疆的嘹亮贊歌，一本記述航天人自主創新為國爭光的生動教材”。
該社引進出版的《登陸火星》一書，是由美國航空航天局“火星探險車”項目首席科學家史蒂夫?斯奎爾斯（Steve Squyres）博士創作的一部紀實性文學作品。該書作者作為一名參與火星探測項目的科學家，在“精神號”和“機遇號”成功登陸火星并順利完成探測任務后，詳細回顧和記錄了參與該項目的整個過程。美國航空航天局“火星探險車”項目團隊華裔科學家王阿蓮評價該書時說：“該書講述了從科學目標的確定、科學團隊的組建，到成功登陸火星的大量臺前幕后、驚心動魄和感人至深的故事，真實記錄了本項目中那些如臨深淵、如履薄冰、血脈激蕩的分分秒秒，為中國未來的深空探測提供了不可多得的實證經驗，是中國航天科學家、工程師、科研計劃的組織者、領導者、管理人員，以及航天愛好者、青少年和大中學生的最佳參考書?！?/p>
中國宇航出版社出版的這些航天主題的文學性作品，不僅具有豐富的航天科技知識，而且讓讀者能夠從閱讀中體會到科學家和科技工作者尊重科學、重視技術的理性精神，實事求是、尊重規律的嚴謹態度，奮發向上、開拓創新的進取意識，這正是科學思想、科學精神、人文精神的真正內涵。中國宇航出版社的努力與嘗試，也極大地豐富了航天科普出版的深度、廣度和精神內涵。
其三，航天科普圖書還需解決圖片和繪圖缺乏的難題。
圖片以其直觀、形象的特點，在科普圖書中具有舉足輕重的作用。受歡迎的知識類航天科普圖書，大都具有圖片豐富、清晰、拍攝角度好、圖片構圖和創意佳等優點。目前國內出版的航天科普圖書中，大多采用的是美國二十世紀五六十年代航天活動的圖片，其中很多圖片是從國內外網站、雜志上借用過來的，圖片清晰度不夠，分辨率不高，色彩失真，是這類圖片存在的一個極難解決的問題，嚴重影響了航天科普圖書的表現力。國內航天活動的照片大多分散保存在不同航天科技崗位和細分領域的技術專家手中，這些圖片流傳不廣，再加上受制于保密審查問題，很多難得的鏡頭和畫面，在國內出版物中很難見到。
另外，航天領域的科普專家，大多缺乏自己動手制圖繪圖的能力，使展示航天科技原理的示意圖奇缺，而這些圖片對于提高航天科普圖書的品位和水平，具有極為重要的作用。比如專門介紹載人航天的科普讀物中，幾乎沒有哪一本書能夠以畫面的形式直觀逼真地展示載人飛船的內部景象，更難得一見載人航天器生命支持系統的原理圖和結構圖，也沒有哪一本圖書能夠展示艙內航天服和艙外航天服的結構示意圖。對于以介紹載人航天為主要內容的科普讀物來說，這不能不說是一個極大的遺憾。建議航天科普作家培養和掌握手工繪圖能力，以提高航天科普圖書的內容豐富性和品位。航天科普網站也要大力收集并展示航天科技人員制作的相關原理圖、結構圖和手繪示意圖，由國內外航天科普專家以及航天科普圖書出版社自由下載使用。
此外，對于國內民用航天科技項目，也要盡可能放松航天科普圖書內容和圖片的審查，以便相關的科普圖書內容有相應的展示載體。建議由相關部門建立定期解密航天器原理圖和實物結構圖的規則和標準，適時以圖片形式向國內外公眾展示航天科技成果。這樣國內出版的航天科普圖書就可以盡量避免使用國外幾十年前的老舊圖片，不再因為缺乏圖片或文圖不匹配，而降低航天科普圖書的內容表現力和吸引力。
3 結語
論文摘要：隨著虛擬現實技術的出現，城市規劃建設發生了革命性的變化。而虛擬現實建模語言vrml正是相應其產生的，人們可以根據自己的豐富的想象力模擬構造出任意模型，從而實現城市規劃的預見。當然，也可以從模型中發現缺點和不足，從而做進一步的改進和完善。本文正是基于這種技術和vrml開發工具實現了城市的仿真，能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可以從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，公眾的參與也能真正得以實現。
本文研究的主要是虛擬現實技術在城市規劃領域中的應用。意義在于針對現代城市建設的盛行，利用環境學、工程學、規劃設計等的綜合，將虛擬現實技術運用其中，實現對城市的仿真，更真實、鮮明、生動地展現城市面貌，便于對城市規劃的可行性研究，有利于城市的規劃，建設和完善。
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 緒 論
1.1 什么是虛擬現實技術
虛擬現實是計算機模擬的三維環境，是一種可以創建和體驗虛擬世界（virtual world）的計算機系統。虛擬環境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術、傳感與測量、仿真、微電子等技術的綜合集成技術。用戶可以通過計算機進入這個環境并能操縱系統中的對象并與之交互。
虛擬現實不是真的，也不是現實，它只是一個在桌面上可實時地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統及鼠標驅動用戶界面一樣，虛擬現實可使計算機的運用更加有效、透明。根據設計者的構想，用戶可以沉浸到數據空間中，將用戶在一定時間內與現實環境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環境中，并且駕馭其中的數據，使人有一種身臨其境的感覺。
虛擬現實是一門綜合技術，它以計算機技術為主，綜合利用計算機三維圖形技術、模擬技術、傳感技術、人機界面技術、顯示技術、伺服技術等，來生成一個逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自身的功能和一些設備，對所產生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察[1]。
虛擬現實有三大特點：浸沉感、交互性和構想性。
浸沉感指的是人浸沉在虛擬環境中，具有和在真實環境中一樣的感覺；
交互性指在虛擬環境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內容；
構想性指虛擬的環境是人構想出來的，因而可以用以實現一定目標的用途。
1.2 虛擬現實技術的發展前景
虛擬現實（virtual reality，vr）是近來計算機網絡世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發展前景，更是數字地球概念提出的依據和基礎技術。
虛擬現實的應用領域十分廣泛，主要在工程設計、計算機輔助設計（cad）、數據可視化、飛行模擬、多媒體遠程教育、遠程醫療、藝術創作、游戲、娛樂等方面。 web的出現更使虛擬現實技術引起人們普遍的關注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術使世界各地的人，可以在三維環境下交流。多個用戶可以進行基于文本的或是聲音技術的閑談，在網上建立一個真正的三維社區已不再只是夢想中的事[2]。
虛擬現實發展前景十分誘人，而與網絡通信特性的結合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現實生活中一樣。使用網絡計算機及其相關的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!
我們相信社會的發展和技術的創新使這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將來，或許就在十年以后，或許二十年以后。
1.3 國內外虛擬現實技術的研究概況
美國是vr技術的發源地。美國vr研究技術的水平基本上就代表國際vr發展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。
在當前實用虛擬現實技術的研究與開發中日本是居于領先位置的國家之一，主要致力于建立大規模vr知識庫的研究。另外在虛擬現實的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現實硬件是從美國進口的。
在vr開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備（包括觸覺反饋）設計和應用研究方面，在歐洲英國是領先的。到1991年底，英國已有從事vr的六個主要中心，它們是windustries（工業集團公司），british aerospace（英國航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要從事vr職產品銷售）[3]。
和一些發達國家相比，我國vr技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據我國的國情，制定了開展vr技術的研究，例如，九五規劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發展計劃等都把vr列入了研究項目。 在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。
北京航空航天大學計算機系是國內最早進行vr研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出了部分硬件，并提出了有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環境網絡設計，建立了網上虛擬現實研究論壇，可以提供實時三維動態數據庫，提供虛擬現實演示環境，提供用行員訓練的虛擬現實系統，提供開發虛擬現實應用系統的開發平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接[3]。
浙江大學cad&cg國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，另外，他們還研制出了在虛擬環境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。
哈爾濱工業大學計算機系已輕成功地虛擬出了人的高級行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調的向步等。
還有其他一些大學在虛擬現實發面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了?？傊?，雖然我們和其他一些發達國家相比還存在差距，但我國的發展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。
1.4 本文研究的主要內容
本文主要是介紹了虛擬現實技術極其應用，及其相應的實現工具vrml語言。通過對城市的模擬設計，更深入的了解虛擬現實技術及掌握vrml語言的使用。
第一章主要講了虛擬現實技術的基礎知識、發展前景以及現今國內外的發展狀況。以便讓讀者對虛擬現實技術有一定的了解。
第二章主要講了虛擬現實技術的實現工具vrml語言的發展歷史，虛擬現實與vrml的聯系以及vrml的創作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握vrml。
第三章是系統的概要設計，主要講了虛擬現實技術的應用和vrml的使用。通過介紹虛擬現實技術在城市規劃領域的應用，物理建模技術以及城市模型的概要設計，使得讀者對虛擬現實技術的了解更加深入和透徹。
第四章主要講了系統的詳細設計，主要是告訴讀者怎樣利用vrml語言實現模型的虛擬實現。通過本章的學習可以使讀者的運用vrml語言的能力大大增強。
第五章主要講了在系統的設計過程中遇到的問題及相應的解決方法。
第二章 vrml簡介
2.1 vrml的發展歷史
vrml使用場景圖數據結構來建立3d實境，這種數據結構是以sci開發的open inventer 3d工具包為基礎的一種數據結構。vrml的場景圖是一種代表所有3d世界靜態特征的節點等級：幾何關系、材質、紋理、幾何轉換、光線、視點以及嵌套結構。幾乎所有的生產三維產品的廠商，無論是cad、建模、動畫、虛擬現實，還是vrml,它們的結構核心都是場景圖。
1993年9月，tong parisi和mark pesce開發了第一個vrml瀏覽器，稱為labyrinth，它是www上三維瀏覽器的原形。
1994年春，在日內瓦第一屆www大會上，由tim berners-lee和dave raggett所組織的一個名為bird_of_feather (bof)的小組提出了vrml這個名字，當時所代表的含義是virtual reality makeup language，但是后來為了反映三維世界的建立而改成了virtual reality modeling language，縮寫為vrml。在這次大會以后，一個www-vrml mail list的組織成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通過選擇open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案經修訂，在1994年第二次www大會上公布為vrml1.0的初稿。
另一位sgi的原open inventor設計師paul strauss開始作一個vrml公共域的詞解程序，當時流行于業界的名字叫qvlib。這個程序的作用是把vrml的可讀文件格式轉換成瀏覽器可理解的格式。這個詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。
1996年8月在sgi的 moving worlds提案基礎上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎上進行了很大的補充和完善。
vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎制定的，于1997年4月提交國際標準化組織iso jyci/sc24委員會審議，依照慣例命名為vrml97。
1998年12月在原vrml組織的基礎上成立了web3d聯盟，致力于vrml ng標準的制定，并致力于制定x3d網絡三維標準。在x3d的旗幟下，vrml將結合java3d和xml等技術，成為internet上三維虛擬世界的主要標準。
2.2 vrml與虛擬現實技術
虛擬現實的英文名稱為virtual reality，簡稱vr，即利用計算機的高科技手段構造出一個虛擬的世界，使參與者獲得與現實一樣的感覺。虛擬現實是一個在當今國際上倍受矚目的課題。
當計算機技術尚未出現的時期，仿真只能在實物上進行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點是：由于仿真是在實物上進行，因而實時性強且精度較高，但是實施的難度和費用都較大。在計算機技術問世且被引入仿真領域的初期，仿真技術步入了半模擬半數字的階段。這時系統中的一些部分由計算機代替，另一部分則由實物充當，所以，在一定程度上仍然保留著實時性仿真的特點[5]。
80年代后期，仿真在諸多方面都發生了重大的轉變，仿真研究的對象已由連續轉向離散事件系統。仿真已由重視實驗轉向重視建模與結果分析。計算機已成為一種重要的仿真工具。計算機仿真是一門利用計算機模擬真實系統進行科學實驗的技術。
由于從強調并重視與人工智能結合轉向強調與圖形技術和對象技術結合，仿真系統的交互性大大加強。就應用領域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學、運動學特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統的設計和運行，并進一步擴大到后勤供應、庫存管理、產品開發過程的組織、產品測試等，涉及到企業制造活動的各個方面。這些轉變明顯地說明，計算機仿真已經進入了一個嶄新的發展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現實促進了仿真技術的發展。虛擬現實是采用計算機仿真技術生成的一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環境，置身于該環境中的人們可以通過各種傳感交互設備與這一虛構的現實進行相互作用，達到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術的發展，特別是高性能海量并行處理技術、可視化技術、分布處理技術、多媒體技術和虛擬現實技術的發展，使得建立人機一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，仿真因此形成一些新的發展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現實仿真等[5]。
2.3 vrml原理
1.vrml對三維虛擬世界的描述
vrml規定了3d應用中大多數常見的功能。
(1)建模能力，vrml定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節點，建模能力較強。
基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder
構造幾何形體：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid
造型編組、造型定位、旋轉及縮放：group、transform
特殊造型：billbord、backgroud、text
基本幾何形體節點只能作十分有限的幾種造型，用點、線、面索引節點及拉伸節點就可以構造任意復雜的實體形狀。特殊造型節點可用于場景中的文字、背景顏色等設置。造型編組可以用來描述裝配關系，其中transform節點可以確定裝配位置、方向。
(2)真實感及渲染能力，通過提供豐富的相關節點的渲染，可以很精細地實現光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。
光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight
材質著色：material、appearance、color、colorinterpolator
紋理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform
霧：fog
明暗控制說明：normal、normalinterpolator
三維聲音：sound
場景光照的設置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節點可以提供各種虛擬場景的光源。不同材質的物體色彩及反光效果不同，vrml的材質及著色節點的使用可以仿造如同真實物體給出的視覺效果。文理節點可以對實體表面粘貼圖片或進行像素點的設置以使實體具有同實物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對場景的光線反射有影響。聲音節點可以在場景中模擬出實際空間可能產生的各種聲響，如音樂、碰撞聲等[6]。
(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點可以控制對三維世界的觀察方式。
傳感器：cylindersensor、planesensor、visibilitysensor、proxymitysensor、spheresensor、touchsensor
控制視點：viewpoint、navigationinfo
各種傳感器節點可以感知用戶鼠標的指針，touchsensor節點在數控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點控制可以預先提供給用戶一些更好的觀察角度。
(4)動畫，vrml提供了方便的動畫控制方式。
關鍵幀時間傳感器：timesensor
線性插值器及姿態調整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator
這兩組節點的配合使用可以產生場景中的動畫效果，關鍵幀時間傳感器節點驅動線性插值器節點按時間順序給出關鍵值插值，這些插值就是關鍵震動畫時控制實置、狀態所需要的中間過渡值。
(5)細節等級管理及碰撞檢測：lod、collision
細節等級管理是對復雜實體的細節顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠離視點時不顯示或粗略顯示。vrml自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場景中的替身與實體的碰撞。
(6)超鏈接及嵌入：anchor、inline
這兩個節點使vrml可以由一個虛擬場景直接鏈接到另一個場景，或者將另一個場景中的實體嵌入自己的場景中。
2.vrml的執行模式
通過使用vrml的script節點編程、與java間事件訪問和建立場景圖內部消息通道能夠很方便的實現虛擬實體的交互和動畫功能。vrml場景圖可以接受兩種事件驅動：從路由語句傳過來的入事件及由外部程序接口寫入的直接事件。路由語句說明由場景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個節點的出事件域傳出的事件傳遞到一個節點的入事件域。場景中傳感器節點通常定義了觸發事件，它通過路由發送到場景圖的其他節點的入事件域。如傳感器節點的觸發事件直接傳遞到插補器節點產生關鍵值插值，也可以傳遞script節點進行運算處理產生關鍵值插值。script節點的處理過程就是javascript語法編寫腳本程序。script節點還可以通過url域引入java程序到其他需要的節點，比如傳送給實體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應，它應該能夠有讀取節點出事件域數據的接口[7]。
2.4 vrml的創作工具
創作vrml可以用你喜歡的文本編輯器，如windows95下的notepad，dos下edit等。當然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復雜的三維造型，如果vrml語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時也是無法完成的，幸運的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發了vrml文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創建一個三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對于復雜的三維造型vrml環境中顯示就不成問題了。
推薦讀者使用的vrml創作工具是vrmlpad，它是一種功能強大且簡單好用vrml開發設計專業軟件，其完全vrml97標準。vrmlpad可以對vrml文件進行瀏覽編輯，對資源文件進行有效的管理，并且提供了vrml文件的向導，可以幫助開發人員編寫和開發自己的vrml虛擬現實作品[8]。
第三章 系統的設計
3.1 虛擬現實技術在城市規劃領域的應用
3.1.1 概況
隨著全球知識經濟的興起，信息產業正以前所未有的速度蓬勃發展，上至政府、軍隊，下到各企事業單位都開始重視信息技術的創新研究和長遠發展，并已經或準備給予大量的投入。而作為信息技術發展重要驅動力的“虛擬現實”技術，也隨之成為人們關注的熱點之一。
由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規劃決策者、規劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。vr技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用vr技術能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的[9]。
3.1.2 虛擬城市的有機組成
仿真的虛擬環境
類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是vr技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統；而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。
多方式、運動中感受城市空間
在虛擬現實系統中，可以全方位,多種樣式（步行、驅車、飛行、ufo等）,完全由用戶自由控制在場景中漫游。vr技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而vr技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。
實時多方案比較
運用虛擬現實系統，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過vr技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現實系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。
三維空間信息交流
虛擬現實系統的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口與gis信息相結合，即所謂的vr-gis，從而可以在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，虛擬現實系統還可以與網絡信息相結合，實現三維空間的遠程操作。
公眾參與與方案展示
對于公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，虛擬現實系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。
3.1.3 虛擬現實技術對城市規劃的影響
1．城市規劃管理
信息技術對城市規劃管理的影響主要表現在辦公自動化方面，目前的辦公自動化方面，目前的辦公自動化主要是提高城市規劃管理部門內部的管理水平、質量和效率。隨著社會的信息化，通過因特網可以建立城市規劃管理部門與城市建設者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網實現網上報建，報建單位只要在本單位與因特網相連的計算機就可完成報建過程和提供所需的材料，規劃審批可以在因特網上完成。
規劃管理與規劃設計更緊密的結合，實現管理與設計的一體化，審批的結果可以電子數據的形式迅速的反饋給設計部門，而設計部門可盡快地將設計結果以電子數據的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網來完成。
通過因特網可以進行規劃評審，各地的專家可以在家里對規劃成果進行評審，規劃成果將利用虛擬現實技術展現專家所需的各種信息（如建筑物三維動態模型），通過網絡會議交流意見，專家甚至可以實時與規劃師交流，提出自己意見和設想，并可以較快地通過建立數字模型加以證實[10]。
2．城市規劃設計
城市規劃設計將更廣泛應用cad和gis技術，而計算機圖形輸入技術的改進和智能化，五筆輸入技術，使規劃設計師進行設計更為方便，而不影響靈感產生。
設計過程中所需的數據將數字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進行設計，而各種地下管線的資料由于數據庫的建立而更加方便的獲得。現在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應信息系統建立而能很方便地獲得。
虛擬現實技術的發展與應用，使規劃設計成果的三維動態建模更加方便，設計成果更加形象和直觀。
在規劃設計和規劃審批中由于規劃成果的數字化，使得對各種規劃成果和方案的定量分析、模擬和預測成為可能，經濟可行性分析也更為方便，促進規劃決策的科學化。
通過因特網由分布在全球各地的規劃設計專家共同合作完成設計也將成為可能，這樣可以構建了一個不受規劃師的空間分布制約的虛擬設計事務所。
3．公眾參與
公眾可以通過因特網動態了解規劃設計方案和參與規劃審批，而且規劃方案與成果的表現形式由于采用虛擬現實技術和多媒體技術更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規劃師的意圖，公眾通過因特網發表個人的意見，與規劃師、管理人員和其它有關人員進行直接對話，使公眾參與更加有效，促進決策過程的民主化。
4．城市規劃研究與教育
因特網構成了一個巨大的電子圖書館，各種城市規劃研究成果將以電子出版物的形式出現，城市規劃研究者將通過因特網查到各種城市規劃資料，并可通過電子郵件、bbs（電子公告欄）及其它一些網絡通信方式進行交流。
因特網同時也將成為一個龐大的遠程教育網，城市規劃專業的學生可以通過因特網利用多媒體技術學習城市規劃的理論與知識。
在信息時代，電子游戲也將成為一個很好的教育手段，城市規劃方面的游戲軟件將出現，可以對規劃設計與審批及城市建設過程進行模擬，使城市規劃學習及城市規劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。
總之，信息時代的到來，使人類構造了一個與現實世界相對應的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現實空間和由比特（bit）構成的信息空間(cyberspace)中，現實空間與信息空間的物理界面（interface）是由計算機及網絡和數據庫構成的信息基礎設施，人們通過這一界面可跨越現實空間與一些時間的限制，了解現實世界的過去和現在，預測未來，進行思想交流。城市規劃將在信息空間中構造城市發展的藍圖，并通過建設者在現實世界中實現。
3.2 物理建模技術
3.2.1 人工的幾何建模方法
由構造vr的觀點看，幾何建模是構造vr的致命技術，它的限制可能妨礙vr的進展。vr研究將受益于共享的開放的建模環境，包括物理建模環境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個vr工作所報告的模型獲取過程。vr的幾何建模一般通過基于pc或基于工作站的cad工具獲取。在北卡大學漫游建筑的項目中，autocad用于產生構成一座教堂幾何模型的12000個多邊形。討論的一個問題是"由為其它目的寫的cad程序中取出要求的數據"。由autocad產生的文件取出三維幾何并不困難，但問題是并非所有要求的數據都以vr要求的形式提供。特別是沒有提供有關建筑物實際物理的數據，用于實時漫游算法的劃分信息，以后由手工或專用程序加入。
vpl reality built for two (rb2) 系統使用macintosh ⅱ，作為固體建模的設計站，用iris工作站作為繪制/顯示站。rb2是用于設計和實現實時vr的軟件開發平臺。在rb2下開發是快速的交互的，具有可實時編輯的屬性約束和交互。rb2的幾何建模功能利用了軟件模塊rb2 swivel和數據流/實時動畫控制臺body electric。rb2在組織上有大量跟隨者，他們沒有足夠的資源開發自己的vr。rb2是交鑰匙系統，它的幾何物理文件格式是專有的。
在npsnet項目中，初始的三維插圖集由simnet數據庫得到。這些模型知道的武器系統的三維外表比simnet少得多。結果，研究者開發了保存這些三維模型的開放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫了系統，包含了面向對象的動畫能力。例如，npsnet研究組正在利用multigen cad工具開發無物理的模型，這用于sgi基于performer的npsnet-4系統。有物理的cad系統已開始開發，但還很貴，只是專用的。許多ve應用要復制真實世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動獲取模型。自動獲取復雜環境模型(如工廠環境)當前還不現實，但這是合適的課題。同時，自動或接近自動獲取幾何模型，現在在某些情況是現實的。部分自動的交互式獲取在不久將是可行的?，F在已有利用激光掃描建立實際物體三維外形的設備出售。
3.2.2 自動的幾何建模方法
三維掃描儀（3 dimensional scanner）又稱為三維數字化儀（3 dimensional digitizer）。它是當前使用的對實際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實世界的立體彩色信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了有效的手段。它與傳統的平面掃描儀、攝像機、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對象不是平面圖案，而是立體的實物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個采樣點的三維空間坐標，彩色掃描還可以獲得每個采樣點的色彩。某些掃描設備甚至可以獲得物體內部的結構數據。而攝像機只能拍攝物體的某一個側面，且會丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個采樣點的三維空間坐標和色彩的數字模型文件。這可以直接用于cad或三維動畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。
1．三維信息獲取技術
早期用于三維測量的是坐標測量機（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標準立體測量裝備。它將一個探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅動探針沿三個方向移動。當探針接觸物體表面時，測量其在三個方向的移動，就可知道物體表面這一點的三維坐標。控制探針在物體表面移動和觸碰，可以完成整個表面的三維測量。其優點是測量精度高。其缺點是價格昂貴，物體形狀復雜時的控制復雜，速度慢，無色彩信息。
機械測量臂借用了坐標測量機的接觸探針原理，把驅動伺服機構改為可精確定位的多關節隨動式機械臂，由人牽引裝有探針的機械臂在物體表面滑動掃描。利用機械臂關節上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標。因為人的牽引使其速度比坐標測量機快，而且結構簡單，成本低，靈活性好。但不如光學掃描儀快。也沒有彩色信息。faro和immersion公司提供這類產品。
借助雷達原理，發展了用激光或超聲波等媒介代替探針進行深度測量。這是激光或超聲波測距器。測距器向被測物體表面發出信號，依據信號的反射時間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點法"或"圖像雷達"。不少公司開發了用于大尺度測距的產品（如用于戰場和工地）。小尺度測距的困難在于信號和時間的精確測量。leica和acuity推出了采用激光或紅外線的測距器。senix公司推出了超聲波測距器。它受遮擋的影響較小。但要求測量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反射特性的影響。
基于計算機視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復形狀法，從運動恢復形狀法，結構光法，編碼光法等。其中的結構光法，編碼光法成為目前多數三維掃描設備的基礎。這些方法可以分為被動式和主動式兩大類。被動式法的代表是立體視覺法。主動式法的代表是結構光法，編碼光法。光學掃描的裝置比較復雜，價格偏高，存在不可視區，也受到物體表面反射特性的影響[11]。
用于獲得物體內腔尺寸的方法之一是工業ct。它以高能x射線對零件內部進行分層掃描。它的缺點是精度不高，價格昂貴，且存在放射性危害。
美國cgi公司生產的自動斷層掃描儀（automatic cross section scanner, acss）可以克服這些缺點。但要求對被測物體進行破壞。
2．三維掃描系統的關鍵技術
在硬件和控制技術方面，掃描運動的伺服裝置要求精度高，運行平穩，可定位性好。用電子掃描代替機械掃描是當前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。
三維信息獲取技術方面，三維信息獲取的原理應綜合考慮精度，速度，易實現性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實施方案，采用巧妙的技術策略，提升產品的性能。還要研究計算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數據的預處理和后處理技術。
色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質和對入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現的色彩。
三維構型，顯示及修改技術方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點的坐標和色彩。這些采樣點的集合稱為"點云"（point cloud）。必須用點，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點云"構成"形"。同樣的點集進行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復雜表面的散亂點的構形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對缺陷進行人工修改。還必須支持多種數據格式，將結果按指定的格式輸出[12]。
定標技術方面，確定有關的裝置參數就是定標。它與計算模型和誤差模型有關。定標精度和可靠程度直接影響測量精度。定標還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標問題。
3.3 城市建模
本設計采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。
3.3.1 總體建模
總體建模初步構造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎之上對局部布景的詳細設計,是個逐步細化的過程。
整體建模如下：用background設置天空和地面的色彩。background節點用于生成vrml的背景空間，背景采用了立方體空間的表現形式，在其外放置了一個地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著vrml世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠不能接近它們。用viewpoint節點定義了瀏覽者在虛擬環境中的游行方式。viewpoint視點節點定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。在每一個新的觀察點，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動，就使得取景器不斷的調整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺和現實世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現在我們面前的將是一個個黑漆漆的模型。同時用worldinfo定義了境界信息，在運行界面的標題欄可以看見該設計的名稱，作者等等。worldinfo節點用來聲明一個空間的標題以及想提供的其他注解，它對vrml場景的創建并不產生影響。
運行效果如圖3-1。
圖3-1 背景圖
上圖只是一個非常非常粗略的框架，在此之上，用transform節點創建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。transform節點是一個組節點。transform節點包含一個子節點列表，這些子節點可以是shape節點、group節點或transform節點。在transform節點中的所有子節點將在transform節點的坐標系原點處建立。該節點包括位置的確定、造型節點的旋轉軸和方向、造型節點大小的縮放比例及縮放旋轉軸，以及形體造型的構造等，它的功能比較強大，使用相對簡單。transform節點在放置場景中的對象并確定其方向時具有很大的靈活性。transform節點也是一個形成vrml場景層次結構的基礎節點。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節點box構成的，只是在大小，位置，方向上做了相應的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。
城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪，為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。這里也采用了城市規劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當。
圖3-2是設置后的運行效果。
圖3-2 簡單的樓房
很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹，那是反映一個稱呼司綠化程度和建設特色的標志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構造的簡便，本人用圓柱體和球體來構造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構造。
在這里所用到的立方體box、球體sphere、圓柱體cylinder都是簡單形體造型節點，但是運用它們可以構造更復雜的對象，需要初學者靈活的掌握和運用它們。除了上面提到的簡單造型節點之外還有圓錐體cone。
圖3-3是一棵樹的造型。其實，它不僅僅是一棵樹，更是一個希望，象征著人類對環境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。
圖3-3 樹
圖3-4 綠化的城市
圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構造。雖然有點空曠，但是，地廣人稀正是我們人類所向往的?，F在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個建設者的最終目的和任務。而且我們也應該珍惜每一片土地。
3.3.2 局部建模
局部建模也稱為細致建模，具體步驟如下。
一個城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對粗略的城市進行細化。首先，先建立一個花壇，花壇也是有簡單的造型構成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成?；▔念伾O置為淺綠色，錯落有致。有樹有花壇，當然也得有草了，所以，還要做一個草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設置為深綠色，是一個大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復雜的，但是什么復雜的東西都可以簡單化，本人用兩個球體和兩個圓柱體做成了一個小汽車。兩個球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。
圖3-5 小車
草坪建好了，也要為其進行裝飾，因此在上面放了凳子和一個供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個球體，并在草坪的四角各放了一個半球。為了體現國民的保護環境意識，在草坪的邊上有放置了一個圓柱形的垃圾箱。在此基礎之上，為了體現虛擬現實世界的動感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補器corlorinterpolator和時間傳感器timesensor來實現的。corlorinterpolator節點是vrml提供的附加的插補器節點，利用它可以構造色彩的變化效果。corlorinterpolator節點在它的key和keyvalue域中使用一系列關鍵時刻值和色彩值。corlorinterpolator節點通過在兩個色彩值中內插，來計算一個中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。timesensor節點可以像時鐘一樣標記時間的流逝，還附加有定時發送相關時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關，開始及結束一些過程。通常與插補器、傳感器聯合使用。timesensor節點能夠作為任何組的子節點。
效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。
圖3-6 奇異的草地甲
圖3-7 奇異的草地乙
虛擬現實，也就是模擬現實，使得呈現的景象和現實世界的一樣逼真。在這了，本人將要設計的城市的四個游樂場所中的一個做了一點變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當替身與游樂場的距離在一定范圍內時，中間的立方體會自動的旋轉一定的角度。這種變化是如何實現的呢？其實很簡單，這里使用了臨近傳感器proximitysensor。臨近傳感器感知觀察者進入并在一個空間的長方體區域中移動的時間。當觀察者接近區域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當觀察者離開時停止這個動畫。proximitysensor節點能夠作為任何組的子節點。并且它可以感知觀察者何時進入、退出和移動魚當前坐標系內一個長方體區域。可以檢測到觀察點接近的信號，利用它可控制其他操作。
一個城市只有高樓沒有平房也是不切實際的，本人又在城郊建立了幾個平房區。每個平房也是由簡單的幾何造型節點box構成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標拉動一個角度的。房門轉動是通過圓柱傳感器cylindersensor的實現的。cylindersensor節點可以感知一個觀察者的拖動動作，并且計算旋轉軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標的動作轉換成適于操作造型的輸出。cylindersensor節點可以是任何組節點的子節點，它可以感知觀察者在組及子節點的任何造型上的動作。通過將傳感器節點的輸出路由到transform節點來引起造型物體的旋轉。平房區建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個圓錐體組成的，只是遠近和大小不同，顏色也做了調整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結果如圖3-8。
圖3-8 山與平房
一個城市沒有人是不可能的，只是多少的問題。人的造型本人是用球體和立方體組成的，胳膊，腿，身體已經脖子是幾個立方體，頭部是一個球體，效果如圖3-9。
圖3-9 人
除了以上的各個造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設計更加完美。
設計的最終結果如圖3-10。
圖3-10 美麗的城市
以上就是虛擬現實技術的應用，是基于vrml技術的，在整個設計和建模過程中，要求設計者有很好的邏輯構想思維方式，時刻以城市規劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現實技術和vrml技術，理解城市規劃的要領，能夠靈活的運用vrml語言，達到舉一反三的程度。
四章 系統的編碼實現
本設計是以虛擬現實技術為基礎，應用vrml語言實現的城市環境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個城市模擬視圖圖4-1。
圖4-1 城市運行圖
在這里的核心技術是vrml語言。在第二章已經對vrml語言做了簡要的介紹，這里就不再贅述。
編碼實現的過程實際上是如何應用vrml語言的建模過程，編碼設計的核心也是vrml語言。在這里，對編碼的實現過程作一下簡要的介紹。在城市的模擬過程中，許多造型都是用簡單的造型節點構造的，用到的簡單造型節點有立方體box，圓錐體cone，球體sphere和圓柱體cylinder，盡管它們比較簡單，但是它們是基礎造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個編碼實現過程。
background節點是用來設置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元顏色值，用來設置變化的顏色。skyangle中包含一系列角度值，用來設置顏色變化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小異。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節點是用來設置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設置方向，下面的例子中所設定的方向為光線沿著y軸負方向照射。相當于光線是從頂部照射下來的。
directionallight {
direction 0 -1 0
}
navigationinfo節點是用來定義導航信息的，type域可以定義為飛行fly，行走walk等方式，speed域設置觀察著在場景中暢游的速度，單位為米每秒。headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。avatarsize域指定一些距離參數，這些參數決定了在考慮碰撞檢測和視點隨地形起伏的用戶可移動范圍。該域的第一個只是碰撞被探測出以前用戶的位置與一個碰撞幾何體間允許的距離；第二個只是視點與地面間應保持的高度；第三個只是視點可以跨過得最高障礙物的高度。公共域avatarsize值描述了觀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節點是一個組節點，該節點包括一個子節點的列表。這些子節點可以是shape節點、其他group節點或transform節點。translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節點的變換影響的子節點。這個節點是整個程序設計中的基礎節點，幾乎每一個模型的建立都用到了transform，因此，對transform的靈活運用尤為重要。下面的例子使用transform節點設置地面。
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節點是視點定義節點，定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。position用來設置視點的位置，它是一個三元值，jump域決定了視點的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。orientation域是一個四元值，前三個值指定了視點的旋轉軸，第四個值說明了旋轉角度的正負。description域的值指定了一個用于描述視點的文本串。下面是一個關于視點aa的例子。
def aa viewpoint {
position 25 5 70
jump false
orientation 0 1 0 0.4
description "aa"
}
在vrml編程中，group節點也是一個很重要的節點。group節點提供了最簡單的節點編組，可以包含任意數目的子節點，與一個沒有轉換域的transform節點相當。該節點與transform節點一樣，也有一個children域。它用來收集節點和創建不需要實施變幻的層次結構。似乎有了transform節點，group節點并沒有什么用處。但有時在對一個整體進行操作時，以transform節點組織的整體相比group節點組織的整體并不能顯示出優勢。如果在使用傳感器或插補器節點時，祖作為一個整體，可以使用def來給它定義一個名稱，并且在vrml文件中使用use重復的引用。
一個組可以具有任意數目的成員，成為子節點。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節點的組節點被稱為父節點。因為組節點可以其他的組，一個組的父節點可能是一個更高一級組的子節點。高級組的父節點可以是一個更高級組的子節點。從此上溯直到最高級父節點，稱為根節點。造型可以組織在一起來創建更大、更復雜的造型。由于group節點和transform節點很相似，在這里就不再舉例子了。
以上介紹的幾個節點是vrml語言的核心節點，整個程序的設計都是通過這些節點的不同設置和組合來實現的。除此之外，還有兩個重要的工具，這就是節點名定義def及引用use，這是vrml世界提供給我們的兩個避免重復勞動的工具，節點命名是以關鍵字def加上所命名名稱在一起，置于節點類型定義之前開完成的。這兩個說明符可以放在任何允許節點的地方。use語句并不是復制該節點，而是把該節點再次插入它所在的場景圖。節點名只在本文范圍內有效。
總之，系統的編碼實現就是利用vrml中的基本造型節點對已經涉及好的模型進行的模擬實現過程。在這個過程中，需要設計者能夠熟練的掌握和運用vrml語言，懂得融會變通，才能使預想創建的模型得以實現。
當然，vrml中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續學習和探索，筆者在這里就不再過多描述了。
第五章 系統的測試與分析
5.1 系統的測試
隨著程序的逐步完成，系統的測試也開始了。系統的測試采用的單元測試法，即逐步測試的過程。將程序分成若干個程序模塊，單獨進行測試，觀察結果，與預期結果進行對比。當發現問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進式的整合成幾個較大的模塊，重復上面的工作，最終形成整體的模塊，構成城市的整體建模。
5.2 測試中遇到的問題
在測試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。
問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。
問題二：在程序的編碼過程中，當對一個簡單的形體造型節點進行紋理貼圖時，運行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。
問題三：在運行界面的標題欄添加境界信息時，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。
問題四：程序中的許多節點的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進行正確的定位，本人總是在這個方面大費周章。希望可以找到一個好的方法來解決這個問題。
問題五：程序中的許多route與語句的使用總是和預想的存在差距。
當然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進行深入的探究，希望有興趣的人繼續努力。
5.3 問題的解決方法
對于第一個問題，通過察看資料以及對其他程序的研究，本人認為，應該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應該就行了，經驗證結論成立。
對于第二個問題，本人經過細心研究，反復實驗，終于找到了答案。由于不同的vrml瀏覽器對圖片的識別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應的圖片格式，就可以實現貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發現了這些。
對于第三個問題，經過本人的細心研究發現，有些vrml瀏覽器提供特殊菜單選項來顯示虛擬空間的標題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標題定位于瀏覽器窗口的標題欄。可以在空間使用任意多的worldinfo節點。但只有第一個worldinfo會被瀏覽器顯示。因此，在使用worldinfo節點時只要針對不同的瀏覽器采用相應的準則就不會出錯或不合心意了。
對于第四個問題，在vrml世界中，內層節點的定位可以說是獨立于外層節點的。一旦外層節點定義好了，就可以只考慮內層節點了。當然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構想，也許需要多多練習，熟能生巧。
對于第五個問題，route的使用是一門技術，需要初學者多看一些相關的書籍和例子，掌握其中的要領和規律，還要多多練習。俗話說的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習。
以上這些只是筆者個人的一點見解，由于知識有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。
結論
“虛擬現實技術的應用---基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現，充分體現了虛擬現實技術在城市規劃建設中的作用，它能夠減輕設計人員勞動強度，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。而vrml在實現城市規劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實現任意模型的虛擬，虛擬現實技術的優勢也才得以實現，使得城市的設計布局合理、美觀，支出價有所值。
在該設計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運用vrml和虛擬現實技術，就必需扎實的學習vrml語言和虛擬現實技術的基礎知識。隨著科學技術的飛速發展，虛擬現實技術在各個領域都顯示了其特殊的作用。時代的發展也使得我們掌握虛擬現實技術成為一種時尚的潮流。
設計的過程就是一個發現問題---解決問題---發現問題---解決問題的循環反復過程，但是它讓學習的人逐步進步，就好像滾雪球一樣，一點一點，越滾越大。通過“虛擬現實技術的應用-----基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現，本人在vrml語言的運用以及對虛擬現實技術的發展方面有了很深的了解，受益匪淺。當然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續研究。
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