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科学计算可视化技术研究背景

作者:毕业论文网时间:2024-02-21 00:44:01阅读:152来源:本站

俗话说,“百闻不如一见”,视觉是人类获取信息最重要的方式。超过80%的人类信息是通过视觉系统获得的。经过长时间的演变,人类视觉信息处理具有高速、大容量、并行工作的特点。这些特点早已为祖先所认识和应用。古长城上的烽火台可以快速、广泛地传播重要信息。“河图洛书”的传说也显示了“图”在我国文明发展和未来发展中的作用。


1.科学计算可视化技术研究背景


作为一个研究领域,科学计算可视化始于1987年,首先是为了有效地处理和解释科学数据而提出和形成的。它以图形图像的直观方式显示了大量无聊的数据,使观察者能够准确地找到隐藏在大量数据背后的规则,从而帮助人们更好地理解和分析这些数据。


VISC的研究包括两个方面:一是VISC工具的研究。即如何将科学数据和数值图像转化为可视图形和可理解信息的算法和工具;二是VISC应用研究,即将可视化工具应用于科学和工程各学科的方法和方法。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计和图形用户界面。科学计算可视化技术具有重要意义,大大加快了数据处理速度,有效利用每天生成的大数据;实现人与机之间的图像通信,提高人们观察事物规律的能力;使科学家知道计算过程中发生了什么,改变参数,观察其影响,引导和控制计算过程。


2.科学计算现代教育方法中可视化技术的应用


在信息时代,学习是一种社会活动,个人不能脱离社会环境孤立学习,抽象、多维信息处理能力越来越重要,如果科学计算可视化与教育有机结合,教育与社会需求之间的差距将缩小,因为科学计算可视化本身就是对客观对象的模拟,学习环境与实际生活环境有关。科学计算可视化的沉浸式和互动为学习者提供了一个可以直接互动的三维空间,并将学习者置于主动学习的中心地位,有利于学习者知识的建设。


2.1虚拟现实技术创造“真实感受”


虚拟现实可以完全打破时间限制,虚拟学生在学习过程中提出的各种假设模型,通过虚拟系统可以直观地观察到假设的结果或效果。例如,利用虚拟实验系统,学生可以探索和学习温室效应、电路设计、建筑设计等方面,从而研究二氧化碳对全球气候的影响规律,或设计新的电路和建筑。虚拟现实的沉浸式和互动使设备和环境塑造更接近现实,有利于学生的技能训练,如军事作战技能、手术技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电气维护技能等。


美国巴尔的摩Johns Hopkins大学化学工程系教授卡尔威在计算机网络上建立了一个模拟各种实验的虚拟实验室,使工程系的学生能够通过计算机网络进行实验,并尝试解决工程中遇到的各种问题。例如,通过虚拟钻油实验,学生可以知道某个位置油井的深度,从而估计油层的形状和成本。


2.2计算机动画展示“实物”效果


计算机动画在教育中具有广阔的应用前景。一些基本概念、原则和方法需要给学生一个感性的理解,在实际教学中可能不能用实物来演示。此时,借助计算机动画,各种表面现象和实际内容可以直观地演示和形象教学,从宇宙形成到基因结构,无论是化学反应还是物理定律,使用计算机动画都可以生动地表达出来。


此外,计算机动画在网络游戏、文化娱乐等方面也有着广阔的应用前景。基于PC的三维游戏越来越多,其制作也离不开三维动画技术。开展三维数据场可视化技术研究,探索提高身体绘制质量和速度的理论和关键技术,对提高身体绘制理论、拓展身体绘制应用领域具有重要的理论和实践意义。


3.现代教育方法科学计算可视化技术的价值和意义


从教育的发展过程来看,任何新技术、新媒体的出现都会导致教育革命。例如,纸印技术的出现、广播电视技术的发展、计算机和网络技术的发展都引起了教育的质的飞跃。毫无疑问,科学计算可视化与教育的结合也将在教育领域产生质量和数量的飞跃。因此,探索科学计算可视化与教育相结合的理论基础,是教育发展和科学计算可视化技术本身的发展的必要和现实。利用计算机动画技术,科学计算过程和计算结果可以转换为几何图形或图像信息,并显示在屏幕上,以便观察、分析和交互处理。计算机动画已经成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具,即“科学计算可视化”。


实现科学计算的可视化具有重要意义。它可以大大加快数据处理速度,有效利用大量数据;实现人与数据、人与人之间的图像通信,使人们观察传统科学计算中的现象,成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具;同时,实现计算过程的指导和控制,改变计算基础的条件,观察其影响。简而言之,科学计算的可视化将大大提高科学计算的速度和质量,实现科学计算工具和环境的进一步现代化,从而从根本上改变科学研究工作的外观。


4.结语


如何促进科学计算可视化技术在教育中的更好应用,作者认为应注重以下方面:学习过程中的信息处理和认知能力培养、学习者个性年龄特征分析、空间感和运动能力、交互机制等,以克服虚拟现实技术本身的局限性。同时,教育部门必须认识到,任何技术在教育中的应用都有优缺点,应尽可能培养优势,避免弱点,确保虚拟现实技术更好地服务于教育。


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