可视化技术研究范文第1篇

对教学过程而言，“思维可视化”是指将原本不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，以期实现增强记忆及加深理解的效果。其本质也就是隐性思维显性化的过程。本研究从主体目标来说是希望：①基于未来课堂环境，构建基于思维可视化技术的学科教学模式。重点通过让教师掌握各项思维可视化技术并将其运用到教学实践中，提高课堂教学效能，同时促进学生思维能力的发展。②探讨技术环境下的可视化学科教学实践，形成思维可视化技术进行学科教学的理论体系。（备注：在相关研究中，很多机构使用了“知识可视化”的概念，而我们使用的是“思维可视化”概念，这两者有何区别？我们认为“知识”这个概念比较表层化，不是本质，知识背后的规律以及加工知识的过程即思考过程才是本质，所以用“思维可视化”这一概念更能体现这个过程的本质。）

研究之目的

1.实现教学效能倍增

教学是教育的核心之一，好的教育必须要有好的教学，那么什么是“好的教学”？结合新课改的三维教学目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度），可以基本得出三项评价指标：第一，学生的学业水平（成绩）要好；第二，学生解决问题的能力（主要是思维能力）要强；第三，学生要有积极健康的人格。那么，能更好地实现以上目标的教学就是“好的教学”，也可称之为“高效能教学”；反之，则是“差的教学”，称之为“低效能教学”或“负效能教学”。那么当前在基础教育阶段，学校的“教学效能”是高、是低、还是负的呢？这个现状大家都很清楚：教师教得累，学生学得苦，然而学生的整体学业水平并不理想，成绩优秀者并不多，两极分化和大面积不及格现象非常严重。另外，厌学情绪在中小学生群体中不断蔓延，据调查数据显示，当前有近70%的学生具有不同程度的厌学心理，而至于“能力”这一项，显然比前两项的情况更糟糕。由此可见，“教学效能”的整体水平是很低的。那么原因在哪里？

本研究认为问题的根源在现行的教学方式和方法——教师为了提高学生成绩，挤、抢、霸占时间，大量、重复、机械地向学生灌输知识；学生则长期陷入“死记硬背”和“题海战术”之中，身心疲惫，晕头转向。关注“成绩”没有错，我们一直认为“不出成绩的教学”一定算不上“好的教学”，让学生取得好成绩，无可厚非。但问题出在大多数教师根本没搞清楚“好成绩到底是从哪来的”。其实，学生的成绩（尤其是初高中学生）并不是来自于教师们常挂在嘴边上的“四多”（多读、多写、多背、多做题），而是思维能力。因为今天的中高考，考的并不是死知识——基于对中高考试题的深入分析，我们证实中考题中有50%是考学生思维能力的，而高考题有80%是在考学生思维能力。因此，思维能力的强弱才是决定成绩优劣的关键因素。然而，传统教学模式过度关注“知识”却忽视知识背后的“思维”，使学生长期处于“浅思考”甚至“不思考”状态，从而导致学生的思维能力发展受阻。所以，年级越高，学生“掉队”的越多，两极分化和大面积不及格现象越严重。

本研究的主要目的之一是希望通过思维可视化技术的运用，引领教师把教学关注点从“知识”转移到“思维”，从而持续提升学生的思维能力，实现教学效能的倍增。

2.让自主探究学习“落地”

新课程改革要求教师培养学生自主、合作、探究的学习方式，使教学从“以教师为中心”转向“以学生为中心”。为积极响应教改计划，各地学校进行了大量的、有益的探索，如小组合作式学习、生命课堂、学本教育、生本教育等，但经调查发现，有不少学校，由于课堂没有教师主导又缺少具体、有效的方法支持，课堂秩序无法保证，学生一盘散沙，好动的静不下来，好静的不愿参与，结果遭到教师、家长、学生的一致抵制，难以继续推进。究其根源，在方向不清，定位不准，又缺少方法和技术支持的情况下，硬着头皮改变课堂教学模式，其教学效能必然大打折扣。推广自主探究式学习的前提是要提供行之有效的方法，让教师和学生都尝到“甜头”（效能的提高），然后逐步培养学生的自主学习意识，在“爱学习”和“会学习”的条件下实施，而其中“会学习”是自主探究式学习取得效果的关键因素，其核心是教会学生应如何思考，而这正是本研究的主要目的与价值之一。

3.实现“素质”与“应试”教育的统一

我国从1983年提出素质教育的方针以来，很多人便误认为“素质”和“知识”是对立的，始终将“素质教育”无法落实的根源归罪于“应试教育”，把矛头指向中高考。然而考试是一种相对公平的教育资源分配和人才选拔制度，是保证公平的有效方式，不会也不能被取消，所以“考试”并不是问题的真正所在。另外，不少人还错误地把学钢琴、学跳舞、学画画等当成“素质教育”，其实这并不是人的“核心素质”，而是一项技能、一种特长。人的“核心素质”是心智模式——思维能力（系统思考能力）和心理能力（积极健康的心理状态）。本研究将日常教学聚焦在“发展学生思维能力”上，使学生“会学”，同时带动学生“爱学”和“乐学”的积极心态，最终使学生获得好成绩。这样我们便能将“素质教育”和“应试教育”统一起来，实现教学效能的最大化。

4.为教育信息化开辟新的发展道路

从1946年美国教育家戴尔提出“视听教学法”开始，教育技术便作为辅助教学的重要手段发展起来。其后随着计算机和网络技术的发展，信息技术的教育应用也得到了突飞猛进的发展。进入数字化和网络化时代，信息的传播打破了时间、空间和对象数量的限制，如基于“云计算”的教育平台可以使教育资源在更大的范围进行共享，使学习者获取信息更为便捷。然而，对于个体学习者而言，下一步他们需要的是什么？是更快的网速、更大的信息量，还是更“酷”的用户体验？也许都要，但这些绝不是最重要的。最重要的是“效能”，学得更快、更清晰、更深入，同时还锻炼了思考能力，启发了智慧，这才是效能的真正体现。

然而，当前国内关于教育信息化的研究大多是集中在网络平台建设、信息环境优化、终端开发（如电子书包、智能手机、电子白板等）领域，很少有从事教学内容（当然是指能够提高教学效能的内容形式）开发的。即使有做内容开发的，也多是以题库、教学视频、动漫等形式呈现的，并不能帮助学生建立系统的知识架构并同时发展其思维能力，是信息和知识的可视化而非思维的可视化，对提高教学效能没多少帮助，甚至会强化学生“被动学习，不爱思考”的习惯，所以这些并不是高效教学资源的开发方向。而本研究就是要运用思维可视化技术开发出具有“思维可视”特点的新形式教学资源，实现“教”与“学”的效能倍增。

综上所述，让更多教师掌握和运用思维可视化技术，创建思维型课堂，开发思维可视化教学资源，使学生在学习过程中实现一举多得——建立清晰的知识体系，发展系统思考能力，同时获得良好的学习成绩，是我们推进教学改革，提高教学水平的唯一正确途径，是势在必行、刻不容缓的事情，也是教育信息化发展的新方向、新领域、新天地。

技术支撑

由于“思维可视化”的本质是隐性思维显性化的过程，也就是将不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，所以各类技术支撑就显得尤为重要。本研究中的未来课堂建设，就是为了充分利用现有各种新技术来支撑教育信息的有效呈现与互动。归结起来，思维可视化的技术支撑主要是：

1.图示技术

图示技术（是指能帮我们理清概念之间的逻辑关系并将其中的思考方法及思维路径以视觉信息呈现出来的图示或图示组合）是实现思维可视化的基础。最初，技术教育应用发端于视听技术，主要以录音、图像、电影等视听信息来辅助教学。依据1946年美国试听教育家戴尔提出的“经验之塔”理论，这些“视听信息”比其上层的言语和视觉符号更具体、更形象，所以更容易激发学习者的学习兴趣，也更好理解和记忆。然而，这些“视听信息”刺激的主要是人的感知记忆层，并不能将人的“知识加工”过程即“思考过程”呈现出来，所以无法实现思维可视化。自上世纪60年代开始，各种能呈现思考方法及思维路径的图示技术开始发展起来，如英国人东尼·博赞（Tony Buzan）发明的思维导图（mind map）、心理学家及教育技术学家诺瓦克于1970年在康奈尔大学提出的概念图（concept map）技术、日本管理大师石川馨先生发明的鱼骨图（因果图）技术等。这些图示技术被逐渐运用到高等教育、企业培训和基础教育等领域，都产生了较大的影响力，使知识可视化、思维可视化、读图时代、可视化思考等新学习模式逐渐流行开来。相对于国外，国内在这方面的研究主要体现为理论的提出及单一技术的应用实践。例如，北京师范大学林崇德教授提出的“思维型课堂”概念和基本模式；北京师范大学知识工程研究中心提出的较为完整的“知识可视化”理论，并且开发了“易思——认知助手”软件。据了解，开展相关研究工作的还有南京师范大学、河南师范大学、广西师范学院、陕西师范大学等，但至今尚未有与基础教育阶段各学科教学进行整合的思维可视化成果。目前，只有华东师范大学现代教育研究所在这一领域进行了比较深入的、系统的研究和开发工作并取得了一系列教学实验和教师培训的成功。

2.绘图软件

随着软件技术的发展，计算机软件可以帮助没有任何绘画基础的人将各种图示清晰、规范地绘制出来，这是保证每位教师都可以开发“思维可视化教学资源”的工具性前提。目前，这类软件有很多，学习和操作起来也比较简便，易学易用。例如，用来绘制思维导图的软件就有Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、MindV、imindmap等。这些绘图软件不但可以绘图，而且还可以将图示以动态的形式分步呈现出来，使内容开发者或学习者的思路更清晰。

3.交互软件技术

有效的教学是离不开交互活动的。从广义上讲，本研究的“思维可视化技术”并不仅仅指思维图示的绘制技术，还包括思维图示的呈现、传播、存储、交互、共享、修改等一系列技术。随着研究的深入，可将课题中产生的各种可视化的教学资源与软件开发技术结合起来，开发出一系列具有“思维可视化”特性的教学软件，实现学习者与学习资源、学生与教师、学生与学生的各种双向互动。

4.网络信息平台

随着计算机及网络技术的发展，包括各类有线与无线传送技术，特别是“云计算”的广泛应用，可将我们的可视化教学资源利用网络信息平台进行共享，突破时间、空间和学习者数量的限制，使学习资源的获取更加便捷，成本（经济成本和时间成本）更低。

5.通用技术

可视化技术研究范文第2篇

【关键词】LOD 数据分块 四叉树 实时渲染

一、引言

本文重点研究四叉树结构的LOD层次模型的生成方法，采用分层分块方法来组织大规模地形数据，结合DirectX渲染引擎，以块为单位进行实时调度和渲染。最后，使用雾化技术，使得三维场景更具有真实感。

二、LOD技术

LOD技术依次经历了离散LOD模型，连续LOD模型及多分辨率模型3个阶段。当前对地形模型的研究都集中在多分辨率模型上。这也是本论文的研究内容。多分辨率模型是指将不同区域具有不同层次细节的模型。

在满足显示精度要求的前提下，选择不同分辨率的模型，达到“距离越近看的越清，距离越远越模糊”的效果。如地形复杂区域的模型，与地形简单区域的模型并存，并用以描述地表起伏。

三、三维地形可视化

（一）数据的分块

规则格网DEM数据具有结构简单，存储处理方便，进行构网绘制时快速直接等优点。本文使用规则格网DEM数据。有时原始的格网大小满足不了实际应用的需求，就需要对DEM进行内插，本文选用加权平均法进行格网数据内插，使得每块DEM数据大小为（2n+1）×（2n+1），将DEM数据分成等大小的块，所分的块不能太大，也不能太小。考虑到Intel的CPU的内存页大小是4K，块的大小应该为64×64比较合适，本文采用了32×32的块。如图1规则格网模型。

图1 规则格网模型

为了保证显示速度，还要对纹理按照与地形相同坐标范围进行分块处理，将纹理分割为与地形具有相同的子块数，并将地形子块与相对应的纹理子块保存在同一文件中，并为每块分块后的纹理构造纹理金字塔，以方便地形数据管理和调度。

（二）DEM的四叉树分割

在每个分块地形内部，采用自顶向下的四叉树方法进行地形分割。如图2所示，图3中每一个正方形为四叉树的一个节点，每个节点保存了一定区域的信息。根据地形条件，将地形不断分割成为四个相等区域，分割深度越大则得到的地形分辨率越高。即分割深度每提高一层，采样密度提高一倍。

图2 节点分割示意图

为了存储四叉树分割的结果，创建一个二维数组来记录每个节点的分割状态，节点被分割用true表示；未被分割，用false表示。实际上，很多地方在程序中是不需要访问的，主要是程序仅需要利用节点和中心的标志来判断该节点是否分割，1表示分割，0表示没有分割，没有被访问到的用问号表示，如图3数组元素分割标志说明。

■

图3 数组元素分割标志说明

（三）节点评价系统

采用自顶向下的绘制方式，必须给出一个评价准则，判断何时停止对节点进行分割。

首先，希望离观察者近的地方细节越多，反之则越少，则一个正方形距离视点的距离d和自身的边长e应该是一个指标来决定改正方形是否需要细分，根据文献评价方式来设置评价准则，可由公式（1）进行判断是否进一步细分：

■

节点边长e较大，需要进一步细分，否则不需要进一步细分。当C1的值越大，e的值越小，节点细节较为细致；相反，C1越小，e值越大，节点细节较为粗糙。

考虑到地形本身的起伏幅度不同，当地势平坦时，节点细节可以较少，反之节点细节应该较为丰富。参照文献[4]的粗糙度评价公式：

■

C2越大，细节程度越高。

综合以上两个公式，我们得到最终的节点评价公式：

f=■

公式中的字母含义同上，于是，当f1

（四）裂缝的消除

按照上述法则扫描数组后，就可以得到地形的分层信息，接下来的工作就是按照地形的分层信息来渲染地形。按照原来的顺序再次扫描分层数组，每当到达一个不需细分的节点时，如果该节点可见，就使用绘制三角形扇（TriangleFan）的方法将该小块地形绘制出来。但是这样在相邻小块的精度等级相差1倍或1倍以上时，渲染的地形会出现裂缝，本文利用文献方法进行裂缝的修补。即在两个不同分辨率节点之间加上一条边。这种方法全面，而且相邻两个节点层次可以是任意级别。

四、三维地形的真实性

高分辨率的纹理固然具有更高的真实感，但屏幕上的投影区很小，此时为其贴上高分辨率的纹理反而会产生失真，而且由于人眼的分辨率有限，这也是不必要的。给地形贴纹理时，低分辨率的图像由比它高一级分辨率的图像取平均得到。纹理塔的层数与对应的地形块的LOD层数相一致。此时本文采用纹理与视点相关策略，根据视点与节点距离确定纹理级别。视点离节点越近，则纹理级别越低，细节越丰富；视点离节点越远，纹理级别越高，细节越少，纹理级别采用如下公式：

■

其中，d是视点到数据块中心点的距离；e是当前格网的大小；nlevel 是当前纹理的级别。如图4叠加纹理后效果图。

图4 叠加纹理后效果图

五、试验与结论

采用上述方法，使用C#和DirectX实现了对海量地形数据快速漫游，为了提高真实感，在数据上叠加了用同样方式处理和调度的影像纹理，测试DEM数据大小为8k8k格网，每个格网2个字节。纹理大小为2000020000格网，每个像素3个字节。运行机器环境为Windows XP 操作系统、nVIDIA 64M 显卡、512M内存。

通过上述试验证明，本文利用四叉树分割算法实现了DEM数据的实时动态显示，在有效化简地形数据的基础上，尽可能的保证了地面的外观没有太大的变化，生成的三维地形能够达到20到30帧的速度，基本满足实时浏览的要求。

参考文献：

[1]彭庸，张建奇.一种基于LOD的大规模地形生成算法[J].电子科技，2009，（02）.

[2]胡志蕊，祝国瑞，徐智勇. LOD技术与制图综合在多尺度地图适时显示中的应用研究[J].测绘科学，2006，（05）.

[3]陈刚，熊兴华.海量地形漫游中动态LOD算法研究[J].测绘通报，2007，（04）.

可视化技术研究范文第3篇

关键词：教育技术学；研究热点；中外对比；可视化分析

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）08-0001-07

近年来，有不少学者利用各种方法对教育技术学领域的学术文献进行分析研究，揭示其研究现状、发展脉络和前沿趋势，对促进教育技术学研究的繁荣与发展具有重要的意义。Welch利用引文分析对《计算机辅助学习》杂志在2002至2011年间的文献进行分析，发掘被引频次最高的文献[1]；胡小勇等学者利用CiteSpace对2002至2012年间SSCI收录的文献进行了可视化分析，揭示了11年来国际教育技术领域的研究情况[2]；同时对2002至2012年我国教育技术领域的期刊M行了可视化分析[3]；兰国帅利用Bibexcel和Histcite对2004至2013年间两本国际期刊《计算机与教育》与《英国教育技术杂志》进行分析[4]。不难看出，目前学界特别重视文献的定量研究，然而将国内外教育技术领域发展、研究热点等同时进行可视化分析和横向比较的研究相对少有。借鉴国际教育技术学研究经验来丰富和发展我国的研究，一直是国内学者的重要学术活动之一。本文将利用可视化文献分析软件CiteSpaceIII对国际与国内两种权威期刊近10年所刊载的论文进行可视化分析，标示出国内外教育技术领域的研究热点、变迁以及前沿等，通过横向对比发现国内外研究的异同，为我国教育技术学的研究发展提供参考。

一、数据的来源与分析的方法

布拉德福（B.C.Bradford）早于20世纪30年代提出“文献离散规律，又称布氏定律”，即“大多数关键文献往往集中发表于少数核心期刊”[5]。因此，本文选取《Computers & Education》和《电化教育研究》两本期刊作为研究对象，分析中外教育技术学的研究热点、发展脉络及前沿趋势。《Computers & Education》是社会科学引文索引（SSCI）的来源期刊，且为国际教育技术顶尖权威期刊，影响因子高达2.556，位居国际教育技术领域期刊排名首位，题录数据源自“美国科学技术信息情报所ISI”所提供的“Web of Science”（简称WOS），截止到2015年12月31日，选择“全纪录与引用的参考文献”并以纯文本的形式下载《计算机与教育》（Computers & Education）2006-2015年间的文献题录数据，选择论文（Article），共收集到文献题录数据1920条。《电化教育研究》是中文社会科学引文索引（CSSCI）的来源期刊，且为国内教育技术核心期刊，影响因子高达1.975，刊发在其上的论文基本上象征着目前国内教育技术领域相关研究的最高水平[6]，题录数据源自“中国社会科学引文索引数据库”，以“电化教育研究”作为关键字，时间段设定为2006至2015年，选择“论文”类型，共收集10年间《电化教育研究》文献题录数据2267条。文献题录数据包括各文献的标题、作者、摘要、来源出版物与参考文献等。

基于收集的文献题录数据利用可视化文献分析软件CiteSpaceIII的“文献共被引分析”以及“关键词共现分析”这两项功能，对近10年中外教育技术领域的两本代表期刊刊发的文献进行分析，概括并比较中外教育技术学领域的研究内容，在对比分析的基础上，揭示中外教育技术学研究的异同，从而更好地借鉴国外先进经验，为我国教育技术的研究发展提供参考。

二、文献共被引分析

在CiteSpaceIII中，研究Time Slicing（时间跨度）设定为2006-2015年（10年），Year Per Slice（单片时间分区）设定为1年。在Selection Criteria中设定阈值Top=30，即每个时间分区选取30个高频词，这样一来在保证高被引文献突出显示的前提下，提高了网络的清晰性。Node Type（节点类型）选择Cited Reference（共被引）。

1.《Computers & Education》文献共被引分析

《Computers & Education》文献共被引分析如图1所示。文献共被引分析得到284个节点，引文之间共有1424条连线，图中圆圈大小代表了被引频次的高低，带有紫色外环的节点意味着该文献拥有比较核心的影响力。根据知识计量学相关知识，一定时间内被引频次高的文献在一定程度可以反映该领域的研究热点。不难看出，这些被引频次高的节点往往集中在几大领域，也就意味着这几大领域的文献受到了大众的广泛关注。从图1文献共被引图谱中还可以看出引文数量激增的一些术语（又称突现术语，即图中标示出的红色圆环），Connolly， T.M、Ertme， P.A、Kirschner， P.A、Azuma， R.T、Ottenbreit - Leftwich， A.T、Kebritchi， M、Shute， V.J等作者的研究文献被引频次在很短时间内激增，即说明这些学者所研究的问题以及研究结果受到越来越多的关注。

从图2的文献共被引时间序列图可以看出，这几大区域的主题分别为：“empirical study（实证研究）”、 “e-junior project（虚拟学习环境，例如MajaWrzesien所开展的E-junior项目，通过虚拟学习环境来帮助学生学习自然科学课程[7]）”、“web-based conferencing（网络会议）”、“instrument（技术工具）”、“competence（竞争力）”、“review material（复习材料）”、“TPACK（整合技术的学科教学知识）”、“scale construction（量表编制）”、“gender（教育中的性别差异研究）”等。经过进一步统计发现，被引频次高于50次的文章有13篇，其中高于100次的论文有3篇，分别是Vygotsky（维果斯基）的论文“Mind in Society： The Development of Higher Psychological（1978，被引120次）”、Cohen（肯恩）的文章“Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences（1988，被引108次）”以及Davis（戴维斯）的文章“Perceived Usefulness， Perceived Ease of Use， and User Acceptance of Information Technology（MIS Quart）（1989，被引103次）”。由此可以看出，在国际教育技术领域，维果斯基、科恩、戴维斯等著名学者及其经典作品在当今仍有较高的影响力。

2.《电化教育研究》文献共被引分析

《电化教育研究》文献共被引分析如图3所示。文献共被引分析得到385个节点，引文之间共有663条连线。从图中可见共被引频次较高的节点，不难看出，核心文献亦集中于几大区域。从图3文献共被引图谱中所标示出的突现热点（图中的红色圆环）可见，何克抗、南国农、吴明隆、许良、余胜泉、李克东、乔纳森、陈琦、盛群力等作者的研究文献被引频次在2006-2015年间激增，即说明这些学者所研究的问题以及研究成果受到越来越多的关注。这些被引频次激增的文献主要为何克抗2002出版的书籍《教学系统设计》，南国农的《电化教育学》、《教育传播学》以及《信息化教育概论》，吴明隆的《问卷统计分析实务SPSS操作与应用》、许良的《技术哲学》、余胜泉的《泛在学习环境中的学习资源设计与共享》，李克东的《教育技术学研究方法》，陈琦的《建构主义学习观要义评析》，盛群力的《现代教学设计论》，祝智庭的《现代教育技术――走进信息化教育》。

根据被引频次的数量从高到低排列，得到表1，从表中可以发现，被引次数在10次以上的有9篇，其中被引频次在20次以上的有6篇，即6大节点所代表的6篇核心文献，分别是南国农的著作《信息化教育概论》（2004），何克抗论文与著作“信息技术与课程深层次整合的理论与方法”（2005）以及《教学系统设计》（2002），南国农的论文与著作“教育技术学科建设――中国道路”（2006）以及《电化教育学》（1985）。从中可以看出，国内教育技术的研究偏向教育技术理论以及整合技术与教育的研究。

三、文献关键词共现分析

利用CiteSpaceIII对文献题录数据进行关键词共现网络分析，在Selection Criteria中设定Top N% per sliced值为30%，选择Pathfinder算法，得到高频关键术语共现图谱，即研究热点知识图谱。

1.《Computers & Education》文献关键词共现分析

《Computers & Education》文献关键词共现分析如图4所示。共得到109个节点，关键词之间存在1373条连线。年轮大小代表频次，紫色的年轮表示高中介中心度的关键节点。中介中心性数值的高低体现了其在整个网络中的地位的重要性。[8]

将关键词进行中介中心度的降序排列，如表2所示，从频次排序上来看，“teaching/learning strategies”一词频次最高（353次），在图中的年环最大；从中介中心度来看，“interactive learning environment”、“computer-mediated communication”烧咧行亩茸罡撸占据领域研究的核心位置。综上所述，2006～2015年间国际教育技术领域中，“interactive learning environment”相关研究最广泛，但相对突出的研究热点是“interactive learning environment”、“computer-mediated communication”、“improving classroom teaching”、“post-secondary education”等研究。

从而进一步验证了图4的结果，即2006-2015年间教育技术领域的研究热点包括：“teaching/learning strategies（教与学策略）”、“interactive learning environment（互动学习环境）”、“students（学生）”、 “pedagogical issues（教学法话题）”、“education（教育）”、“improving classroom teaching（提高课堂教学）”、“technology（技术）”、“computer-mediated communication（计算机媒介通讯）”、“cooperative/collaborative learning（合作/协作学习）”、“performance（成绩）”、“media in education（教育媒介）”、“design（设计）”、 “elementary education（初等教育）”、“knowledge（知识）”、“secondary education（中等教育）”。

从图5中可以看出，关键词主要分为6个聚类，分别为：“young children use（青少年技术使用能力）”、“revisiting technological pedagogical content knowledge（重审TPACK）”、“re-examination（复审）”、“designing（设计）”、“collaborative knowledge building environment（协作知识建构环境）”、“student practice（学生实践）”、“online self-correction（在线自查自纠）”、“review material（复习材料）”。

2.《电化教育研究》文献关键词共现分析

《电化教育研究》关键词共现网络分析，共得到262个节点，关键词之间存在514条连线。在图6中可以看出，2006-2015年间国内教育技术领域的研究热点包括：“教育技术”、“教育信息化”、“信息技术”、“教学设计”、“远程教育”、“电化教育”、“教学模式”、“教育研究”、“网络教学”、“网络课程”、“高校”、“网络环境”、“教学改革”、“大学生”、“网络教育”等。

将这些关键词进行中介中心度的降序排列，如表3所示，从频次排序上来看，“教育技术”一词频次最高（237次），在图6中的年环最大；从中介中心度来看，“教学模式”、“教育信息化”以及“教育技术”这三者中心度最高，占据领域研究的核心位置。综上所述，2006～2015年间国内教育技术领域中，“教育技术”相关研究最广泛，但相对突出的研究热点是“教学模式”、“教育信息化”、“电化教育”、“信息技术”、“远程教育”等研究。

四、研究热点与前沿变迁

利用CiteSpaceIII以关键词作为节点，选择节点类型为“burst term（突现术语）”，设定Top N% per sliced值为30%。同时选择“citation burst（标注突现术语）”，进行研究前沿与热点变迁分析。

1.《Computers & Education》研究前沿及热点变迁

《Computers & Education》的研究前沿与热点变迁分析如图7所示，图中标注的热点即当时的研究前沿。并生成Network Summary Table（网络汇总表），对突现术语的频次、突现率、突现强度与突现时间跨度进行整理，见表4。由此可以得知，在这10年中《Computers & Education》研究前沿的关键术语有：“architectures for educational technology system （教育技术系统架构）”、“country-specific developments（特定国家发展）”、“computer games（计算机游戏）”、“distributed learning environments（分布式学习环境）”以及“comprehension（理解）”。

结合表4与图7可以看出，国际教育技术领域的各类研究主题在2006年或之前就已基本成熟化，呈现出静态与稳定性。2006～2015年间除了对原先研究主题的深化研究外，每年都会出现一些新的研究热点。 2006年国际教育技术的研究热点主要集中在教学策略以及各类学习环境（例如交互式学习环境、分布式学习环境）；2007年则集中在技术、设计、多媒体系统、模型等的开发；2008年主要由技术的开发转向对课堂等环境中技术的应用；2009年侧重于教师与学生信息技术应用情况的分析；2010年继续深入分析学生学习动机、学习满意度等的研究；2011年关注技术应用策略以及用户技术经验等；2012年开始侧重教学设计、性别的差异、技术应用技巧等更深入的话题；2013年研究目标更多落在高等教育、技术接受模型的开发等。值得一提的是，“computer games（电脑游戏）”作为突变专业术语，即该关键词在2013年的出现频次激增，表明学者开始大量关注电脑游戏的教育应用。2014年研究社交工具（例如Facebook）的应用，还包括学生信念、参与度等方面。2015年聚焦移动学习、元分析、大学生、情景学习以及严肃游戏等方面，其中严肃游戏是指以计算机游戏和视频游戏为主，能够使参与者的某些知识或能力的提高的游戏，是一种不以娱乐为最终目的的游戏[9]。同时，2015年 “metaanalysis（元分析）”作为热点术语，表明这一分析方法在不断受到广泛运用。元分析是用统计的概念与方法收集并分析前人的实证研究结果，找出问题与变量之间的明确关系模式，可弥补文献综述的不足[10]。综上分析可以看到，2006-2015年间，国际上教育技术领域的核心研究热菥历着一系列的变化：研究重点从技术层面转向用户层面，更加注重情境因素对学习者技术应用的影响；研究主题逐渐偏向学习者或者用户的技术体验，利用各种新型技术手段以及新型学习理念来更好地促进教育教学。

2.《电化教育研究》研究前沿与热点变迁

《电化教育研究》的研究前沿与热点变迁分析如图8所示。图中所标示出的热点即研究前沿。并生成Network Summary Table（网络汇总表），对突现术语的频次、突现率、突现强度与突现时间跨度进行整理，见表5。

由此可以得知，在这10年内国内教育技术界的研究前沿的关键术语有：“教育研究”、“翻转课堂”、“教学研究/改革”、“网络教学”、“课程整合”、“云计算”、“教育信息化”、“TPACK”、“大数据”、“实验研究”、“教育游戏”等。

结合表5与图8可以看出，国内教育技术领域的各类研究主题同样在2006年或之前就已基本成熟化，呈现出静态与稳定性。当然，2006～2015年间除了对原先研究主题的深化研究外，每年都会出现一些新的研究热点。 2006年国际教育技术的研究热点主要集中在教育技术、教育信息化以及教学设计等话题，其中远程教育、网络教育、学习环境等也逐渐受到越来越多的关注。2007年研究对象更多定位在高校，关注网络环境下师生生态，协作学习以及教师专业化发展等；2008年主要探讨研究方法、研究中小学教育、教育技术能力等；2009年开始关注各类教学策略与模式、内容分析、技术应用等愈加受到关注；2010年移动学习作为突现热点，引起了国内学术界的广泛关注，其中还包括技术使用的影响因素、网络的应用等。2011年关注互联网、网络课程开发、知识建构以及教育游戏都引起了广泛的讨论；2012年研究热点聚焦个性化学习（学习者特征）、云计算（教育云）、虚拟现实等，各类社交平台（微博、博客等）的教育应用，以及个人学习环境方面的研究。2013年国内重点聚焦翻转课堂、电子书包、大数据领域的研究，也兴起了对各类技术应用的比较研究与效果反思。同时，各类在线学习相关的话题（在线学习活动、学习设计、web2.0、协作学习）也不断涌现。2014年研究关键词为在线学习与大数据，这与国际上各类网络教育学习平台（Coursera、Udacity、Edx）的兴起不无相关，研究关注学习模式、学习方式、学习效果等方面，实验研究成为新的主题词，交互式电子白板等新兴技术不断整合进入课堂。2015年更多落在开放教育资源的设计，关注知识共享、信息加工、问题解决，聚焦泛在学习、深度学习、自我效能感。同时，引文分析以及可视化分析作为一种新的研究方式逐渐成为研究的热点与趋势，这也从另一个侧面印证了本文的研究方法是目前甚至未来研究热点趋势。

五、结论

可视化技术研究范文第4篇

关键词：大型水利水电工程；建筑物；三维可视化建模技术

在现代信息技术不断深化发展的过程中，大型水利水电工程建设现代化、数字化发展已经成为其发展的必然趋势，而三维可视化仿真模型的构建是推动其发展的重要环节，三维可视化仿真模型的直观性、可操作性都明显优于传统设计方法，所以对其展开研究对提升大型水利水电工程整体性能具有重要的意义。

1大型水利水电工程的数据模型

数据模型的性能决定其包括能够描述系统的静态特征的数据结构、能够描述系统动态特征得到数据操作和保证系统整体持续运行的完整性约束三个主要结构，其共同使数据模型能够对现实世界真实的模拟，能够通过计算机实现并被人类理解。通常大型水利水电工程建筑物中同时存在规则和不规则的实体，在建筑模型中需要将建筑物中真实存在的面和体分为规则和不规则两种类型，通常平面区域或规则的曲面区域在数据模型中会视为规则面对像，否则为不规则面对像，体对象作为多个面对像构成的空间实体，其中如果存在一个及其以上的不规则面对像，则数据模型视其为不规则体对象，由此在数据模型中将规则面对像表示为多边形或函数构造面；将规则的体对象表示为长方体、圆柱体等几何构造体；将不规则面对像表示为TIN面片；将不规则体对像表示为以上基本元素的组合。某大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术中需要面对建筑物的点、线、面、体对象构建数据模型，其点对象的三维空间位置可以通过Q(x，y，z)表示，而两个点对象的三维空间位置即可以描述建筑物的线段对象，而多个线段对象将共同组成线对象，线对象又可以描述几何要素，由此可见数据模型可以实现对规则或不规则建筑实体的描述，三维可视化建模的数据模型实质上是以面对像或面对像的组合形式对建筑物实体进行仿真，所以在设计的过程中可针对不同的面对像进行优化，有利于建筑物整体性能的提升。

2大型水利水电工程建筑物的建模思路

由于构建的三维可视化模型既要表述系统的组成，又要表述复杂系统中不可分解的子系统，所以模型要由不同的模块构成，而模块之间既要有层次结构，又要具有组成和可连续的关系；不同模块其在构建的过程中需要用独立的物理设备或部件；能够通过独立的数学描述各模块的特征。三维可视化模型模块之间的关系决定，对建筑物实体的描述可以通过以下方法实现：针对单纯以简单物体粘合形式构成的物体可以通过空间分割描述，如长方体、圆柱体等；针对简单物体复杂粘合形式构成的物体，可通过构造实体几何表示的方法描述，如并集、交集等；针对复杂物体可通过边界表示法，对物体边界的点、线、面进行描述，不同性质实体描述方法的差异决定某大型水利水电工程应用三维可视化建模技术的过程中需要通过GIS平台，CAD，3dsmax图形处理软件等进行稽核建模、形象建模、三维显示。

3大型水利水电工程建筑物几何建模技术

几何建模技术即结合建筑物实体特征点的实际数据，计算其法向量，进而形成三维几何模型的过程，由于大型水利水电工程建筑物较复杂，其存在简单的建筑物、同高程水域平面、复杂三维实体构造等。构建简单的建筑物模型，可以通过空间分割描述，例如将箱体式房屋视为屋顶面和多个铅直外墙面构成的实体；构建同高程水域平面三维模型可以利用边界多边形的三角剖面表示；构建复杂三维实体三维模型利用制图软件将三维实体的数据在三维空间坐标体系中直接定位，然后利用以下技术进行建模：一种是参数化实体建模技术，其是通过多个参数控制特征部件表述建筑实体的几何关系，并利用代数方程对各部进行结构约束和尺寸约束，此技术以变参数几何模型作为模型构建的基础，能够实现交互参数驱动，而且能够定义参数约束。在某大型水利水电工程中其泄洪潮进水塔、溢洪道等建筑物属于复杂三维实体，在构建三维可视化模型的过程中需要通过以下步骤完成，首先，对建筑物全局变量和局部变量进行定义，例如在构建泄洪潮进水塔三维可视化模型时要选择此建筑物中心线底面点作为控制点，结合其边墙、启闭室等组成部分的关键点与中线点的距离，从全局的角度对其位置、尺寸等进行定义，然后根据定义的数据对局部变量的尺寸进行确定，通过Polylinez等绘图函数将其主体建筑物进行绘制，如进水塔；然后将其次要的组成部分利用拓扑关系按照固定点进行组合，由此形成泄洪洞进水塔建筑物的三维几何模型，此技术的优点是当设计发生改变时，只要对全局变量和局部变量进行更改即可，并不需要彻底的改变几何模型。另一种技术是CAD实体建模技术，此技术是利用CAD软件，通过获取几何元素及表达几何元素关系的约束条件，对几何元素进行确定的技术，如某大型水利水电工程的大坝为例，以大坝的填筑材料、结构等为划分标准，整个大坝会划分为不同的部分，而每部分的形状都很难规则，将不规则的部分细分成规则的形状，针对大量规则的构件进行建模，此时模型中的定量信息成为可以调整的参数，通过对参数赋予不同的数值，可以直接改变各部件的形状、体积，而相同或相似的部件可直接通过软件的图形处理功能实现，使构建的效率和准确性都得到保证，通过对某个部件的构建，实现整体大坝的三维模型构建。针对特征模型还可以利用特征建模技术，其是在系统特征库中存在建筑物建模所需的模型，通过对其进行尺寸约束和位置约束可以将特征模型直接应用于建筑物建模过程的技术，此技术具有效率高、可用性强的特点。

4大型水利水电工程建筑物形象建模技术

形象建模技术是针对已完成的几何模型进行形象美化的过程，使三维模型与建筑物实体更加接近，形象建模技术通常针对建筑物的颜色、透明度、纹理、光泽等进行调整或通过贴图达到使建筑物美化、真实的目的；另外，在形象建模的过程中要考虑到建筑物在真实应用的情况下会存在彼此的遮挡，所以在此过程中需要通过计算消除隐藏面，算法主要有两种，一种是将窗口内的单独像素作为处理单元，确定处理单元中距观察点最近的物体为可见；另一种是以场景中的物体为独立处理单元，以每个物体表面为可见面。

5大型水利水电工程建筑物三维显示技术

三维显示技术即将已经形象美化后的建筑物三维模型投影设置观察点，并对其位置进行合理的调整后将其通过计算机屏幕进行展示的技术，使计算机屏幕上展示的三维可视化模型与建筑物实体两者的逼真度达到最高，三维显示不仅要求对建筑物的整体形象进行展示，而且要求对建筑物与视点的距离、物体与实现的方向、建筑物构件的体积、形状等细节进行展示，可见三维显示技术与计算机的分辨率之间存在密切的关系，分辨率越高，越能够达到三维显示的要求。例如在某大型水利水电工程整体场景展示时，计算机屏幕显示器的分辨率要满足细化水利水电工程中厂房、进水塔、大坝等重要建筑物的需要；当视点转向上游时，计算机屏幕分辨率要满足细化上游洞口、渣场等建筑物的需要，在利用三维显示技术的过程中不仅可以达到通过建筑物三维可视化模型更加了解水利水电工程建筑物，快速获取相关数据的目的，而且其可视化的优势有利于优化建筑物设计细节，提升建筑物的整体性能。

6结论

通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到大型水利水电工程在经济发展、社会稳定中所起到的重要作用，并结合工程计算、计算机图形学、图像处理、人机界面等多学科的知识，创建并不断完善建筑物三维可视化建模技术，为提升大型水利水电工程整体性能提供有效的工具。

参考文献：

[1]王正．水利水电工程三维地质建模可视化技术研究[D]．长沙：中南大学，2013．

[2]苗倩．基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真研究[D]．天津：天津大学，2011．

[3]杜成波．水利水电工程信息模型研究及应用[D]．天津：天津大学，2014．

[4]郑淞午．基于CATIA的水利水电工程三维地质建模技术研究[D]．长沙：中南大学，2014．

[5]聂琼．小南海坝基软弱夹层发育规律及三维可视化[D]．北京：中国地质大学，2014．

[6]王威．基于网格快速重构的三维地质体建模研究与应用[D]．武汉：中国科学院研究生院，2010．

可视化技术研究范文第5篇

关键字：城市工程地质、断层、地质剖面图、钻孔柱状图

中图分类号：K915 文献标识码： A

1 引言

一个大型城市地质工程项目从可行性研究阶段、初步设计阶段到详细设计阶段，乃至到工程施工与运行阶段，往往积累了大量的地质资料，用三维模型图形图像来表达和解释如此庞大的资料，比光靠数据库和图表图纸等传统手段来得有效的多。现有的地理信息系统（GIS）都主要表达二维的地表地物的图形和属性信息，要扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统还有差距。建立工程地质体的三维模型，处理岩层界面与结构面组合关系，逼真反映地下主要地质结构全貌，将为工程地质工作者分析研究工程地质现象和发现掌握岩土体结构规律，提供一种崭新的研究手段和研究方法。

2关键技术

2.1多源异构的工程地质数据库管理

城市工程地质数据涵盖了地质调查中所涉及到的所有类型的数据信息，包括钻孔基本信息数据库、物理力学室内试验数据与原位测试数据等。这些地质调查数据具有明显的专业分类与从属关系，为了实现各类数据信息的关联，在设计数据表和图形属性表中，采用关键字实现表与表之间及表与图之间的关联和信息传递。历次区域地质调查所获得的以上各种地质特征的属性和空间数据，都是地质数据库需要存储和管理的数据。此外，城市工程地质调查工作在时间尺度和空间尺度上具有很大的跨度，再加上该工作是由不同勘察单位协同完成的，使得城市工程地质数据具有多源、异构的特征，即使钻孔卡片已标准化，但其室内实验测试与原位测试数据均存在一定标准差异性，这给工程地质数据库质量控制工作带来了很大的困难。

2.2三维工程地质模型的建立

地层分布的复杂性、不可见性给工程地质三维建模带来了很大困难。基于标准地层层序的土层层面TIN建模方法，可以较好的表达土层尖灭现象，正确反映层面拓扑关系且符合岩土工程原始资料获取的特点。

其中建模过程中关键环节有：

1）建立标准地层层序表。

2）标准化钻孔资料。

3）生成各地层层面的TIN和高程插值拟合。

4）层间填充，生成三维地质模型。

2.3工程地质三维剖切的实现

工程地质三维剖切的实质是依剖切平面将单个地质体切割成两个三维实体，实现三维剖切的关键是拆分被剖切地质体。由于地质体是由层面TIN构成，层面TIN又由工程钻孔三角化形成，因此，拆分地质体最终需要通过拆分组成层面TIN的钻孔点来实现；另外由于工程地质剖面必然是剖切后两个三维实体的一个表面，必须在剖切后的三维实体中得以体现。

3 总体架构

城市工程地质三维可视化系统综合运用计算机技术、图形图像技术、地理信息技术及空间信息管理等技术，采用海量数据管理调度技术、三维底层渲染技术，实现宏观和微观尺度的空间信息可视化表达、仿真等功能。

平台同时具备与主流二维GIS系统对接的能力，为城市的应急辅助决策分析提供更好的分析与决策能力。

图1系统总体结构图

Fig1： The overall system structure diagram

4 系统功能设计

在收集整理现场勘测数据后录入勘测空间数据库各分项数据表，这些数据表不仅包括地质信息的位置数据，更重要的是提供属性数据。以地层岩性数据表为例，要求录入钻孔编号、岩层起始深度、岩层终止深度、层厚、岩性（地层名称）、地层代码（地层年代）、岩层走向、岩层倾向、岩层倾角、接触关系、地质描述等数据。随着工程勘测的进展，能够方便地修改补充和管理勘测数据。

4.1 三维浏览

通过孔口坐标和测量数据等的离散数据的拟合和插值法绘制地表曲面网格，进而可在三维图形环境中进行虚拟现实浏览观察。

4.2 三维地质图

利用工程勘测数据，建立三维立体地质图。能够体现地层岩性组合为情况。通过有限的工程勘测数据得出的立体图，能够较好地满足工程地质的精度。

4.3 三维可视化查询

通过图形与工程勘测数据库中的属性数据的链接，实现可视化查询地层岩性和其他工程地质信息，最终完成向三维地质信息系统的转变。通过创建的被断层错断的水平多层地层模型，通过模型的每个地层实体名称与数据表中的岩石名称字段对应链接，能够查询地层的岩性，地质年代，起止深度和地质描述等工程地质人员关心的地质信息。

4.4 钻孔柱状图

主要表示平面图区内的地层层序、厚度、岩性变化及接触关系等。可以有二三维结合的展示方式。

图2钻孔柱状图

Fig2： The bore histogram

4.5 地质剖面图

在平面图上，选择一条或数条有代表性的图切剖面，以表示岩性褶皱、断层的空间分布形态及产状、地貌特征等。

图3 地质剖面图

Fig3： The geological profile

4.6 三维工程地质切割

能否进行三维体交互式切割分析，是判断工程地质三维体数字化是否实现深入应用的一个重要标志。所以为充分展示工程地质三维数字化特提供三维层状工程地质分割功能。

图4 地质体三维切割效果图

Fig4 The 3D cutting effect chart of Geological

5结束语

随着时代的发展，工程建设的规模不断扩大，而且新式建筑的出现也对地质工程提出了更高的要求。多采用比如像航片卫片进行测绘分析、将岩土技术与勘探结合起来，加强模型的构建工作，丰富工程地质的数据库，才能够在工程地质工作上展开发展，形成工程地质技术的规范化，为其余的工程地质建设提供参考，更好的为工程建设服务。运用先进的可视化技术与交互图形技术建立数据库，存储和管理现场勘探实测和试验数据，建立工程地质体的三维模型，工程地质工作者可随着勘察或研究工作的不断深入细致，及时修改勘察或研究工作方案，指导下一步勘探或研究工作的实施。

参考文献

[1] 方光辉等，基于GIS的三维数字城市基础平台原型系统设计与实现[J].《西南大学学报（自然科学版）》，2011年12期

[2] 黄汉平， 浅谈工程地质三维建模与可视化[J].《四川建材》，2006年01期