前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的虛擬實驗論文主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：虛擬實驗論文范文

論文摘要:用網絡視頻新品,訂單唾手可得。復雜技術被網民輕松演繹,再次引發傳播潮。無限網絡也能派上用場。如今的虛擬世界,其傳播功力足以劍造奇跡。

成立于27年前的微軟硬件部門,也正是微軟的娛樂及設備事業部發明了世界第一款光電鼠標。在電腦周邊設備的24項科技發明創造中,有18項出白微軟。很難想象,小小的鼠標,其技術含量之高,在某種意義上可與巡航導彈的制導系統相比。然而,與所有電腦周邊設備一樣,鼠標的生命周期只有24個月。因此,如何在短期內啟動市場,縮短市周期并迅速拉高銷售曲線,是這個領域每年都要做好的必修課。

藍影鼠標是微軟在2009財政年度推出的新一代品。其特點是,采用高角度光電成像技術,岡而徹底擺脫了鼠標墊的束縛,從此,鼠標可以在大理石、地毯等任意表面運用自如。很快,市場推廣就拉開帷幕。網絡視頻新品2008年9月17日,藍影在中同市場亮相。

與以往的方法不同,這次新品會以視頻分享方式進行。作為此活動的策劃者執行者,微軟(中國)娛樂及設備事業部市場總監蔣東說,2006年的新品會,是在微軟(中同)技術中心的實驗室中舉行的。當時,現場布置成機場、臥室、辦公室等產品應用環境,并著力營造身臨其境的效果。2007財年的會選在北京世貿天階,有200多人席了會,場面非常壯觀。“我們希望2009財年的新品會有更大的影響力和更高的效率。對此,視頻分享網站非常適合。”

做法在酷6網為會開設的專區內,在陸續載的視頻中,有微軟亞太區負責人坐在咖啡吧里和觀眾聊新款鼠標;有藍影技術發明人詳細講解鼠標的由來和藍影的技術特點;電腦游戲高手和工產品設技師也來此談論對新品的評價等。通過這些視頻短片,人們可以多層次、多角度地了解新產品的功能和技術特。

借助視頻分享方式的廣泛參與特性,有超過20萬個獨立IP地址訪問過會專題,這是傳統活動無法比擬的。“以往舉辦會,只能邀請當地的媒體、經銷商到現場,有幾百人已經算大規模了。這次的視頻分享至少有20萬人直接參與,在推廣費用不增加的情況下,傳播效力翻了1000倍。”蔣衛東說。收獲除此之外,還有真金白銀的收獲。“會結束后約1個小時,我們就收到3000千多份訂單。而實際上,新產品要3個月后才能到貨,這次只是信息。”蔣衛東說,“這說明,經銷商的決策周期縮短了,消費者的購買行為提前了,該說,這是此次活動的最大成功。”據統計,此次新品會的瀏覽量,在酷6網當天排名高于殘奧會閉幕式和中秋晚會僅次于奧運會籃球決賽。

巧用互聯網

自主傳播在線會后,將營銷人群從專業轉向大眾,讓消費者自創傳播廣告。

2008年9月至12月,“微軟藍影無處不在——視頻創意征集大賽”在酷6網開賽。對于此次大賽,蔣衛東的想法是:“藍影采用的是一種復雜的光學追蹤技術,對此,網友們從自己的角度去理解,并在視頻中用消費者自己的語言加以詮釋,加網絡自主傳播力量就更大了。”

大賽總共收到577品,總瀏覽量超過1300萬次。可以說,這次大賽完全是基于網友自發性,通過制作、上傳、分享,一個新產品及其所附帶的技術知識,得到了廣泛的傳播。“我們發現,消費者在這里可以自愿地接受‘說服’,同時也在互相影響,這比傳統廣告有更大的滲透力。‘你可以想象,如果消費者到零售店里,在購買產品之前,聽了一個相聲就已經了解了產品,那是多愉快的事情。”蔣衛東說。經統計,大約900萬人次瀏覽過大賽頁面,超過1300萬人次觀看了參賽作品。蔣衛東說:“如果轉成常規的做法,要花多少錢才能引起900萬人的關注?更不用說即使看了廣告,參與的程度也不相同。”經過兩輪傳播活動后,購買曲線迅速上升。不少人在使用藍影鼠標后,還把自己的評價放到網上,無形中又出現了一次口碑傳播,這又是促成購買不可小覷的機會。

無線營銷Arc鼠標,是與藍影同時的另一款新品。對這世界上第一款可折疊鼠標的上市,微軟運用了無線路徑。“我們在移動夢網上產品廣告,同時做了一個購買鏈接。”蔣衛東拿出自己的手機,屏幕上的移動夢網主頁上,能看到Arc鼠標的文字廣告。具有突破性的是它的銷售模式。消費者可通過手機直接向當當網發送訂單,并在第二天接到確認電話,第三天就能收到貨。由此可見,整個銷售鏈條果真已經變短。

虛擬或成趨勢

第2篇：虛擬實驗論文范文

1.1虛擬實驗提高教學效益高效課堂的教學效益在于讓學生在一節課內知識的掌握、方法的運用、能力的培養效益最大化。虛擬實驗的引入目的在于在有限的時間內，發揮學生學習能力，獲得盡可能多的知識。虛擬實驗教學包括以下步驟：①實驗預習：實驗內容、實驗方法和實驗原理及預習評價習題；②虛擬實驗教學：操作實驗原理的過程、注意事項、實驗數據分析等方面的教學；③實驗評價：對實驗預習、實驗操作過程、實驗數據分析的評價體系。在教學過程中，課前學生根據學案預習新知，做好學習準備，發揮學生的學習主動性。課內教師適宜設置精講內容，充分調動學生積極性、主動參與性，組織學生分組學習，通過個體觀察發現、動手演練，組員團體總結理論，探討知識，教師啟發引導、講練結合展開教學活動，發揮學生在教學中的主體作用。實驗結束后，要對學生的實驗結果進行系統評價，評價內容包括對課前的預習、課上的實驗過程及實驗結果，使學生在激勵、鼓舞和自主中學習，掌握知識和技能。仍以放大模塊學習為例，整個模塊的學綱要求16課時，實際教學課時為12課時，通過將基本放大電路和分壓偏置放大電路驗證性實驗引入虛擬實驗，合理將課時壓縮，并成功完成教學任務，達到預期教學效果。整個課堂教學充分體現：（1）教學過程學生主動參與：學生通過教師的啟發誘導和對實驗現象的觀察分析，對學習內容進行研究探討，充分體現了“以學生為主體，教師為主導”的教學原則。（2）教學過程中三維目標有機融合：學生在學習過程中體驗了科學研究的嚴謹，在合作獲得知識和技能，在課堂任務的驅動下增強責任心，同時享受了學習成功的快樂。（3）教學過程多形式鞏固學生學習成果：教學中及時跟進、監測、反饋、消解，以多種方式幫助學生理解學習內容，使三維教學目標的達成度更高。

1.2虛擬實驗關注學生全面和諧發展通過引入仿真實驗，學生消除了畏懼心理，大膽的進行各種實驗模型的測試，開拓了視野，從而學生學習更加主動，學生由被動的知識容器和知識受體轉變為知識的主宰、學習的主體。學生在模擬的世界中得到分析問題、解決問題的能力，在疑問中掌握并鞏固所學的知識，記住重要的概念和定律應用，從而達到舉一反三的效果。課堂上師生共同交流合作，和諧互動，在輕松愉悅的氛圍中進行教學活動，在有效激發學生學習興趣，提高學習效率的同時，培養了主動探索、自主創新的能力和團結合作的精神。理實一體化教學模式旨在使理論教學與實踐教學交互進行，融為一體，讓學生在“學中做、做中學”，在學練中理解理論知識、掌握技能。虛擬實驗教學的引入，恰是幫助了學生更好得在學中做、更好的在做中學，虛擬實驗的無危險性、易操作性大大激發學生學習的熱忱，虛擬實驗的逼真環境增強學生的學習興趣，學生邊學邊練邊積極總結，培養了學生的學習能力，達到事半功倍的教學效果。

2通過引入虛擬實驗，拓展實驗教學的時空性

通過引入虛擬實驗教學，打破傳統實驗教學的局限，優化了教學資源，拓展了實驗教學的時空性，為學生提供了一個開放性的實驗平臺，使學生快速、便捷地獲取各種所需的知識和技能。

2.1虛擬實驗拓寬了實驗室的空間虛擬實驗以計算機仿真技術為核心，融合了現代教育技術教學手段，具有建設速度快、成本低、易于管理的特點。傳統的實驗教學常常由于資金不足導致實驗設備緊缺且落伍，學生招收人數多引起設備數量、實驗場地的不足等等，這些因素都限制實驗室的發展。虛擬實驗作為現有實驗室功能的一個重要補充，它以自身獨有的計算機仿真技術優勢，以及虛擬實驗室中實驗儀器可復原、無限次使用的特點，大大降低了實驗成本，一定程度上彌補了真實實驗場地、設備數量的限制和資金的不足，拓寬了實驗室的建設空間，為學生提供一個身臨其境的實驗環境的同時，優化了實驗教學資源。

2.2虛擬實驗拓寬了實驗學習的時間在實際教學中課程實際教學學時常常少于大綱分配學時，從而導致學習內容多而學生學習時間的不充裕的情況，其次由于學校課堂時間和實驗室的使用有限性，學生往往無法將實驗現象全部理解。基于虛擬實驗室的資源共享性的優勢，學生可以安裝在自家電腦上模擬，根據自身的實際情況課余可以回家自行研究探索知識。虛擬實驗室使得學習打破了學習時間的限制，學習空間也得到了延伸，學生在學習中起到主導地位，掌握了學習的主動權。

第3篇：虛擬實驗論文范文

1.1用于實驗的計算機設備比較落后，零配件維修困難，實驗難于開展

因為電腦更新速度快，學院拆裝實驗室現有設備均為早期其他機房淘汰下來的落后設備，在實驗過程中一旦損壞很難在電腦配件市場上找到相同型號的配件。有些實驗如CMOS設置、硬盤分區、操作系統安裝、驅動程序安裝、注冊表修改等對于系統的穩定運行影響較大，破舊機型的相關設置比較復雜，學生在實驗過程中很難找到合適的方法、驅動程序等，因操作不當輕則會損壞硬盤數據，重則導致不能正常開機，嚴重影響了正常的教學秩序。另外，由于光驅老化、光盤劃傷嚴重導致實驗中斷，還容易挫傷學生的實驗積極性。因為機器運行緩慢，無法在規定的時間內完成實驗，降低了教學的質量和效率。

1.2實驗效果不好，計算機難以管理

部分實驗如操作系統的安裝、注冊表的修改、系統配置文件以及管理策略的修改等需要重啟計算機，而安裝了還原卡或還原軟件的計算機是不能達到實驗目的的。如果教師自己帶筆記本電腦上課，就會在每次實驗完成后影響到下一次開機使用，擾亂了正常的工作、學習。

1.3教師演示困難，學生觀察吃力

一部分實驗課的操作過程無法通過投影儀播放或使用凌波等電子教室軟件進行屏幕廣播來教學，不具備多媒體示范功能。比如CMOSE設置、硬盤分區、格式化、安裝操作系統等試驗，教師往往通過現場操作、講解，學生通過圍觀來學習，對于大班上課，授課效果比較差，學生得不到有效的實操訓練。

1.4虛擬機在教學中的應用

虛擬機是通過軟件將計算機硬盤和內存的一部分虛擬成具有獨立的CPU、硬盤、內存、聲卡、顯卡、網卡等功能的計算機的一種輔助技術。目前常用的有VirtualPC和VMware等虛擬機軟件，前者安裝快捷、操作簡單、占用空間少，后者專業化程度高、對多種操作系統平臺提供完美的支持、但操作起來相對復雜、占用空間較多，業內較為推崇，可以說這兩種虛擬機平臺技術各有千秋。在我院的計算機教學中，我們先后引入了這兩種虛擬機平臺進行教學，收到了獨特的效果。在《計算機組裝與維護》課程中很多實驗都可以使用虛擬技術來實現，例如：

1.5硬盤的分區與格式化

新購置的硬盤必須進行分區和格式化后才能正常使用，這是《計算機組裝與維護》課程的重要知識點。在虛擬機技術平臺中，分區和格式化更加直觀、真實。由于VMware對虛擬CD-ROM的支持，學生可以通過虛擬CD-ROM進入DOS系統，使用fdisk命令、format命令、PQMagic、DM等軟件反復練習該部分實驗，效果較好。

1.6操作系統的安裝

硬盤格式化后，必須安裝操作系統，使用VMware虛擬機完全支持MicrosoftWindows系列操作系統和Linux等操作系統。在虛擬機中，學生可以利用虛擬光驅使用鏡像文件（ISO格式的文件）安裝操作系統，同時具有快速、簡便、不中斷等優點，與真實的安裝無異。對需要重啟系統后才能使用的軟件，比如殺毒軟件、系統優化設置等系統軟件的使用也同樣有效。如果安裝和使用時出現操作系統崩潰的情況，還可以通過復制、覆蓋虛擬硬盤文件的方式迅速解決問題，不必擔心對宿主機系統的破壞。另外，由于虛擬硬盤文件可以任意復制和轉移，這對于教師在不同地點授課以及機房管理人員批量配置學生機都提供了極大的方便。

1.7修改CMOSE參數

CMOSE參數的設置也是學生學習的重點知識之一，但是這部分實驗對系統影響極大，設置不當可能會導致開機故障，同時教師在講解時也無法在投影機上顯示出來，不利于教學。使用虛擬機后，學生可以放心大膽地做BIOS的設置實驗，通過不斷地練習熟悉BIOS界面和各種配置，而不必擔心設置錯誤導致故障，而且教師可以將整個設置過程利用屏幕錄制為AVI視頻文件分享給學生，這樣就實現了BIOS設置狀態下視頻制作的難題。

1.8系統備份和恢復

系統備份與還原在《計算機組裝與維護》課程中應用廣泛，其中賽門泰克公司的Ghost軟件是常用的一個工具軟件，我們要求學生必須掌握其使用方法。該軟件功能強大，可以對硬盤進行分區、分區及整盤的備份和還原以及網絡克隆，速度快但操作危險性很高，稍有不慎就會造成數據毀壞，引入虛擬機后學生可以反復練習操作而不必擔心影響宿主機的系統。

1.9測試計算機病毒

在虛擬環境中，我們可以將虛擬的CPU、寄存器、硬件端口用調試軟件傳送病毒程序，通過觀察寄存器和端口的變化，加深學生對病毒程序運行過程的理解。在虛擬機中進行此類實驗，無需擔心計算機的數據安全性，而實驗效果和真機上的效果是一樣的。通過觀察研究，學生可以詳細了解病毒的工作原理，提高了病毒查殺能力。

2結論

第4篇：虛擬實驗論文范文

【關鍵詞】開放式實驗；自主式；醫學生；機能實驗學

醫學機能實驗學根據我校對衛生部和國家教委的教改項目而創立的一門新的人體機能實驗學課程。在我校，該課程主要設立了醫學生理學、病理生理學、醫學藥理學三門實驗課程，這三門課程綜合概述了人體正常和疾病狀態下的生理機能機制、疾病發生的基本機制和藥物治療學原理[1]，因此醫學機能實驗學將三門學科的知識和內容融會貫通、精煉精華而形成的新的實驗課程體系。面對21世紀的醫學培養需要堅實理論基礎、良好的醫學機能素質的需求，醫學機能實驗學以培養學生獨立思考、獨立操作、團隊合作和綜合分析能力為目標[2]，通過近幾年的醫學實驗教學模式改革，同時通過對醫學機能實驗課的研究，進行了開放式自主式實驗教學的探索，使醫學生對醫學機能課的學習產生了濃厚的興趣和動力，參考我校的具體應用情況提出幾點具體方法并對其實踐的意義作一簡單概括。

1 開放式教學模式的建立和運轉

人體機能學實驗室是教學科研的重要場所，為鼓勵學生在課余時間參加開放式實驗，進而加強學生的素質培養，同時也充分的發揮實驗室資源，從2007年起，機能學教研室就開展了開放式實驗教學的工作。為保證教學秩序的穩定和學生管理問題，制定了許多合理的規定，保證此教學模式的順利進行：①總體上提高實驗室的開放率和開放內涵，充分發揮教學實驗資源效益。②綜合設計實驗內容，統計可能的實驗材料。在每學期開學初，要求統計開放實驗的內容、學生數量、實驗室開放的頻次等由教務部門協調，最終向開放的學生人群公布。③嚴格落實開放式實驗的預約申請登記制度。在實驗開始之初，由于忽視了預約的重要性，導致實驗的進展緩慢。④執行嚴格的實驗操作記錄管理程序。

2 自主性實驗的設計和執行

自主性實驗是培養學生獨立學習和自主思維的有效途徑[3]，但是不能偏離實際教學內容。因此在我們實踐過程中結合醫學生學科特點，設計了幾種模式的實驗板塊，分別為：①基礎生理學實驗板塊，在這個實驗模式中可以探索人體各大系統的生理機能機制，同時可通過對實驗動物的生理機能研究，加深醫學基礎知識理解的程度；②綜合實驗手術機能操作板塊，可以通過各種實驗部分的外科手術操作，加強醫學生實踐操作技能培訓，為以后綜合實驗的開展奠定良好的基礎；③驗證性實驗板塊，設立驗證醫學知識點的范圍和程度，引導醫學生合理思維、勇于創新、善于發現問題等方面有積極的作用；④綜合性實驗板塊，綜合以上3門學科的知識點，融會貫通，從生理現象、疾病模型復制和藥物治療等方面綜合分析生命現象，從而提高學生分析問題、解決問題的能力，這是理論聯系實際的有力體現；⑤科研技能創新模塊，在此模式下結合三大學科的科研優勢，由承擔國家、省自然科學基金的項目負責教師帶教培訓，提高學生對未知領域的積極探索，進一步加強學生的科研興趣與技能，培養學生的合作能力、團隊意識和科研創新意識有重要的推進作用。

3 結合開放式虛擬實驗的補充作用

近年來，隨著醫學改革體制的深入發展，如招生規模的擴大，師資力量的薄弱、實驗室資源的配備數量不足等客觀因素的作用，制約了開放式實驗的進展。因此我校引進了VBL-100虛擬實驗實驗系統，建立了標準的實驗室，同時也對全校醫學生開放，有力的補充了開放式實驗物質上的不足。虛擬實驗作為傳統實驗教學的一種有效的補充，虛擬實驗教學已經成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段[4]。引進數年來，深受學生和老師的好評。主要優勢如下：①豐富了教學實驗內容，尤其是對那些現有條件缺乏實驗對象和器材，完全彌補了這方面的不足；②節省了教學資源和提高了教學效果，在此教學實驗中無需任何實際的實驗器材、實驗對象和耗材，無論開設多少實驗，均不需準備任何材料，因此節省了大量的教學資源；同時在實驗過程中，學生自主性得到了充分的發揮，也提升了教學效果。

4 開放自主性實驗在醫學機能實驗學中的意義和應用前景開放自主性實驗打破了在傳統實驗教程模式下，教師把實驗目的、實驗原理和實驗步驟設備的使用方法全部灌輸給學生的模式，學生被動學習轉變為自主主動學習，在實驗過程發現問題，解決問題，極大地提升了醫學生的學習興趣和思維判斷能力。在實踐過程中，學生對醫學的未知領域也產生了濃厚的科研興趣。比如，自主書寫實驗論文，部分學生的實驗發現論文也在省級以上刊物發表。總之，根據近幾年開放性自主實驗的運行和實施，它對實驗教學改革，尤其在學生獨立、主動學習方面，起到了積極的推動作用，非常有必要進行廣泛的推廣。

【參考文獻】

[1]胡浩，等.機能實驗學教學改革的實踐與探索[J].醫學教育探索，2004（03）：119-120.

[2]王金發，等.開放式實驗教學的創新性及實踐效果[J].高等理科教育，2003（06）：91-93.

第5篇：虛擬實驗論文范文

長期以來，經濟學被廣泛地認為是一門非實驗的科學。似乎經濟學研究只能借助于對真實經濟生活的觀察，而與可控的實驗室實驗無關。但今天的經濟學研究己經開拓出新的領域實驗經濟學。如今，實驗經濟學和行為經濟學己經成為經濟學中最有活力的領域，正是由于在這一領域的突出成就，被稱為實驗經濟學之父的弗農史密斯與創立決策學中前景理論的經濟學家丹尼爾.卡涅曼分享了2002年的諾貝爾經濟學獎金。實驗經濟學現階段己發展成為一個獨立的經濟學分支，2002年弗農.史密斯被授予諾貝爾經濟學獎，標志著實驗經濟學作為一門獨立的學科己步入主流經濟學舞臺。起初，人們希望借助在課堂上做實驗的方式更加形象易懂地向本科生或研究生講授抽象乏味的經濟學理論。隨著實驗基數的增大，人們發現大量的經濟學理論可以通過實驗來證明，研究隊伍逐漸擴大，擴散到個人決策實驗、市場實驗以及博弈實驗，越來越多的西方國家主流經濟學雜志不斷刊登有關實驗論文，實驗經濟專刊、專著和論文集等相繼出版，2002年的諾貝爾經濟學獎就充分說明了世人對實驗經濟學的重視。

1931年，瑟斯通使用系力學研究中通用的實驗技術，探討關于偏好的無差異曲線是否確切地代表了個人的選擇行為，由此揭開了經濟學實驗的序幕。1948年，著名經濟學家E.張伯倫在哈佛大學創造了第一個課堂市場實驗，用以驗證市場的不完全性。20世紀50年代，張伯倫教授的學生弗農史密斯( Vernon Smith)在自己的工作中大量運用實驗來引導自己的學生通過自身的體驗進行學習，并且同時驗證經濟學理論。在我國，金雪軍教授在2003年向浙江大學研究生院申報了經濟學教學案例與案例實驗室建設項目，成立了實驗經濟學研究項目小組，建立了經濟學實驗室并且編寫了一套經濟學教學案例叢書。2005年以來東北財經大學經濟學院的教師們在教學過程中積極探索并嘗試運用經濟學課堂實驗教學方法，學院的教師與研究生共同翻譯奧西多C.伯格斯特龍和約翰H.米勒合著的《Experiments with Economic Principles》來幫助學生學習微觀經濟學。2008年北京信息科技大學經濟管理學院建立實驗經濟學實驗室，為教師和學生提供更好的學習平臺。

二、經濟學實驗的運用完全競爭市場均衡實驗

筆者嘗試運用經濟學家查爾斯.A.霍爾特曾在自己課堂上所做的一個實驗，運用需求與供給理論在競爭市場中展開口頭雙向拍賣，進行課堂實驗，以此驗證經濟學實驗在經濟學教學中的應用。學生為實驗者，分別扮演需求方與供給方，雙方在市場中口頭叫價，模擬日常生活中的市場，再現市場這只看不見的手的神奇力量。此次實驗參與人員共24人(4名實驗工作人員，20名實驗參與者),20名實驗參與者中10名同學扮演商品的買入方，10名同學擔當商品的賣出方，想象買賣雙方通過買賣圓珠筆來賺取利潤。買入方的同學每人會得到一張紅色手牌(紅桃或方塊)，手牌上的數字代表每單位商品對應的價值;賣出方的同學每人會得到一張黑色的手牌(黑桃或梅花)，手牌上的數字代表每單位該商品的成本。實驗開始后，買賣雙方開始報價和出價，報價出價應當遵守以下規則:1.報價必須是0. 5的倍數。2.買入方的出價應小于手牌數字，叫價同時要大于己有的商品出價。3.賣出方的要價應大于手牌數字。實驗共分3個階段，每階段5輪，完成15次的交易后進行數據統計，依據數據完成供給與需求曲線。依據曲線進行解說:在教室中有眾多的實驗參與者，現試想將整個市場擴大開來，有更多的需求者供給者。實驗中，可以感受到自身在交易時被動地接受市場己經給出的價格，如想要在交易中有利可圖只能被動接受由市場決定的價格。在虛擬的市場中，如有學生在交易中途退出競拍，或又有學生加入競拍，不會影響正常交易，不會因為加入或者退出新的交易者而使交易無法進行下去，這說明虛擬市場是完全自由的市場。實驗中所想象的是圓珠筆買賣市場，商品具有同質性和替代性，故虛擬的完全競爭市場中同類商品可進行互換。在我們實驗的過程中，買方和賣方通過口頭喊價的方式報價能夠自由活動且沒有任何交易限制，商品信息、交易人員、價格完全無阻礙自由流動，使得實驗所得數據具有參考性和真實性，真實地反映出需求與供給的規律，這些都是可以通過實驗而總結出有關完全競爭市場的相關特點。

三、經驗總結與啟發

在整個實驗中可以發現，實驗教學方法不但讓學生們擺脫了以往學習經濟學理論的枯燥感，而且大大激發了學生利用經濟學原理來思考身邊周圍事物的興趣，它提高了學生學習的積極性以及思考問題的主動性。此次實驗不僅僅是要讓學生學習完全競爭市場理論這一知識要點，而且在學習知識點的同時利用實驗本身具有的趣味性提高學生學習西方經濟學的積極性，筆者認為這是最為重要的。一種好的學習方法，不但要教授學生學習知識內容以及運用所學，而且能夠提升學生的積極性與主動性，讓學生自主學習。通過在本次實驗中進行觀察總結，可以發現實驗教學有助于培養學生的觀察能力、思維能力、創新能力和綜合分析能力，在提升學生綜合學習運用能力方面也有很好的效果。

當然實驗教學也有它的不足之處，首先，由于前人較少運用實驗教學此種方式進行授課與教學，所以實驗教學相關教案以及具體操作過程具有較高的不確定性，導致實驗前的每一步準備工作都很重要，在課前要做好充分的準備工作，考慮到每一種突發狀況以及解決方法，這關系到授課能否達到預期的教學效果。其次，一般教學方法都是按照課時進行安排，具體的時間完成具體教學任務，但實驗教學具有其特殊性，授課過程中任何問題都將影響到教學安排，所以在實驗前讓學生很好地理解實驗規則很重要。但在熟悉規則的同時又不能因為教師的解說而影響實驗結果，這一點關系到實驗的真實性，把握好解說的度很重要，對于教師自身的能力有較高要求。再次是，實驗方法授課的活動性很大，對于課堂秩序有很大挑戰，要使得學生能夠自如地進行實驗，但同時不能影響課堂教學質量，在這一點上對教師的管理能力和組織能力有很高的要求。

每件事物都具有兩面性，實驗教學也是如此。實驗教學雖然能夠很好地調動學生學習積極性以及學習興趣，但對教師的專業、組織等能力有更高的要求。通過本次實驗案例得到相關啟示如下:

1.在實驗課前要做好充分的準備工作，提前閱讀大量相關案例和相關知識，編寫適合于授課班級的詳細教案。

2.實驗前提前熱身，使學生能夠對實驗規則有更好的理解。

第6篇：虛擬實驗論文范文

圖書館是搜集、整理、收藏圖書資料以及向讀者提供文獻資料的科學、文化、教育機構，具有傳承人類文化、開發信息資源、參與社會教育、傳遞學術情報、加強學術交流等職能，距今已有5，000多年的發展歷史。??前，建設世界一流大學，提升自主創新能力是我國高等教育發展的主要目標，是實現科技強國的重要途徑。高校圖書館為科研人員提供信息搜集及科研情報傳遞等方面的服務，是科研工作順利進行的重要保障。然而，隨著信息資源的數字化、網絡化和開放化，圖書館的學術服務職能嚴重弱化，更多的科研人員選擇通過網絡來進行信息搜集，這一方面造成了圖書館資源的巨大浪費；另一方面因檢索方法和技巧單一，常常導致科研信息搜集不全，給科研工作的開展帶來一定影響。為了最大限度地發揮圖書館在科研工作中的資源和技術優勢，必須對面向科研人員的高校圖書館服務模式及館員的角色定位進行重新審視。嵌入式服務模式是繼學科服務模式之后新提出的一種新型的圖書館服務模式，顛覆了圖書館傳統的被動式服務理念，要求嵌入式館員主動融入用戶工作環境，挖掘用戶真實和潛在的資源信息需求，為用戶提供高效服務，提升信息資源利用率[1]。為了提升嵌入式服務模式在科研服務中的服務效率，圖書館需要對嵌入式館員在科研活動中的角色進行合理定位。筆者從高校科研人員的信息需求狀況分析入手，對面向科研人員的嵌入式服務模式和館員角色定位進行了研究，以期為提高高校圖書館科研服務效率提供參考和借鑒。

1 高校科研人員的信息需求狀況分析

1.1 高校科研人員的信息需求特點

高校科學研究團隊主要以教師、博士生、碩士生為主，在信息需求方面常存在以下幾個方面的特點：①在確定研究方向階段，科研人員需要通過查閱大量的國內外文獻來了解該學科領域的前沿熱點、研究動態及發展趨勢，為研究方向的確立提供科學依據。②在項目申報階段，科研人員需要閱讀和分析大量該領域內的國內外文獻并進行分類管理，針對當前研究中存在的問題找準自己的研究切入點，確定研究方案、技術路線及實驗方法。③項目實施階段，科研人員需要時刻對該領域的研究進展進行密切關注，對實驗數據進行及時分析總結，并對自己的研究方案和技術路線做相應調整。④成果總結發表及項目結題階段，科研人員需要掌握該領域的研究動態，將自己的研究結果與前人研究結果進行比較分析，在充分閱讀大量相關文獻的基礎上撰寫結題材料及實驗論文。⑤成果發表以后，科研人員需要通過查詢論文被引用次數、成果應用情況等來對自己的研究成果在學術界的影響力進行追蹤，及時關注相關的研究進展，確定后續的研究方向。

1.2 高校科研人員信息獲取現狀

筆者采取隨機調查問卷和個別訪談相結合的方法，對包括教師、博士生、碩士生在內的部分科研人員的科研信息獲取方式進行了調查研究，發現科研人員在科研信息獲取中常存在以下幾個方面的問題：①隨著信息資源的電子化，90%以上的科研人員習慣于通過互聯網的方式來獲取電子科研信息，很少去圖書館參考紙質文獻，導致圖書館資源在一定程度上的浪費。②信息化時代科研信息增長迅速，對信息檢索提出了更高要求，85%以上的科研人員缺乏電子資源檢索方面的相關知識，檢索文件信息的途徑較為單一，僅關鍵詞檢索途徑較為常用，而文獻分類等途徑很少被采用，導致對科研信息的掌握不夠全面，影響科研效率。③大多數科研人員疏于文獻的分類整理，僅有7%的人員在日常科研中熟知并運用Endnote、NoteExpress等專業的文獻管理軟件來管理文獻，更多的人僅聽說過文獻管理軟件，但因不會操作而未使用。隨著文獻數量的增加及時間的積累，導致很多前人的研究結論找不到相應的文獻出處。④在實驗實施階段，科研人員常將大量的時間用于實驗研究，忽視了對該領域研究動態的追蹤，不能及時調整實驗方案及技術路線，導致在撰寫論文時有可能發現別人已經發表相似的結果，浪費人力物力。上述問題的存在對科研人員的科研效率產生了很大的影響，作為服務科研人員的高校圖書館應針對上述情況調整自己的服務模式，最大限度地發揮圖書館在信息資源搜集等方面的優勢，以期使上述問題得到有效解決，提高科研人員的工作效率。

2 面向科研人員的高校圖書館嵌入式服務模式

2.1 嵌入式服務的背景

嵌入是指將一種事物嵌套到更大的實體或環境中的一種狀態。自嵌入式理論在1985年被美國斯坦福大學教授馬克格蘭諾維特引入學術界以來，引起了人們的濃厚興趣，在眾多領域得到了廣泛應用，比如嵌入式采訪、嵌入式技術、嵌入式家電及微軟的全球嵌入式事業部等。近年來，隨著信息資源的電子化，圖書館的職能遭到嚴重弱化，國內外圖書館學家對于圖書館未來的發展方向進行了較多的思考，嵌入式服務正式進入圖書館學領域，國外關于圖書館嵌入式服務做了大量研究。1950年，美國內布拉斯加大學首次正式設立學科館員，針對特定學科進行專門服務；1981年，美國卡內基梅隆大學首次推出了“跟蹤服務”的圖書館服務模式，為學科用戶提供專業性幫助，隨后該模式相繼在法國、荷蘭等國圖書館得到了大力推行。2007年，David Shumaker等[2]從不同的維度對“嵌入式圖書館服務”進行了詳細的解釋，并總結出了物理嵌入、組織嵌入和虛擬嵌入三種嵌入類型。國內關于圖書館嵌入式服務的研究起步較晚，清華大學于1998年首次在我國建立了學科館員制度，邁出了學科化服務的第一步[3]。2006年，國家圖書館提出“融入一線、嵌入過程”的模式，嵌入式服務應運而生[4]。2007年，郭文麗等在《現代圖書情報技術》雜志發表了題為《嵌入式數字圖書館工具條的設計與實現》的研究報告，首次在國內圖書館領域提出并引入了嵌入式工具[5]。到目前為止，國內外學者關于圖書館嵌入式服務做了大量的研究，也有相當一部分圖書館在嘗試嵌入式服務，這表明嵌入式服務已得到業界廣泛的認同，它是改善圖書館職能弱化現象的有利工具。

2.2 面向科研人員的圖書館嵌入式服務模式

圖書館嵌入式服務模式打破了傳統的圖書館服務觀念，圖書館不再是唯一的服務場所，圖書館員不再是讀者和圖書館的“聯絡員”，它要求圖書館員深入用戶的工作環境中，主動了解客戶的實際需求，利用自身信息化方面的特長為客戶提供個性化服務。面向科研人員的圖書館嵌入式服務模式可以采用“嵌入式科技創新服務”和“嵌入式學術交流服務”兩種策略：①嵌入式科技創新服務。在嵌入式科技創新服務方面，圖書館員應主動融入科研人員的研究課題中，與其建立密切的合作關系，充分了解其真實需求，利用自身特長解決其在信息方面面臨的難題。首先，在項目申報初期，圖書館員可以充分利用其信息檢索技巧方面的特長為科研人員提供該研究領域最新最全的研究進展，解決科研人員因信息檢索技巧單一而導致的科研信息掌握不全面的問題；其次，在項目實施過程中，科研人員可將主要精力放在實驗研究方面，而圖書館員作為信息專家可將主要精力放在國內外研究動態的追蹤方面，及時為科研人員提供最新的研究動態，提高科研效率；最后，在論文撰寫和項目結題方面，圖書館員可以將本研究所涉及的參考資料準確地提供給科研人員，供其參考，并協助其對實驗結果進行分析，然后給出相應的寫作和投稿意見。總之，在整個科技創新活動中，圖書館員應始終與科研人員密切合作，充分發揮其在文獻檢索、追蹤、分析、管理方面的特長，為科研人員的創新工作加油助力。②嵌入式學術交流服務。在嵌入式學術交流服務方面，圖書館員應充分利用其在資源信息交流方面的優勢，主動為科研人員進行廣泛的學術交流提供幫助。首先，圖書館員要通過網絡、講座等形式積極宣傳開放存取資源的新型學術交流模式，使科研人員認識到該模式存在的優勢并廣為應用，方便科研人員進行學術交流活動，提升開放存取資源的利用率；其次，圖書館員針對科研用戶的資源需求，利用其在網絡信息資源組織方面的技術優勢對海量的開放存取資源進行分類、整理，構建個性化的信息資源庫。綜上所述，嵌入式服務模式不僅可以為科研人員提供高效的科研服務，提高科研效率，而且有助于提升圖書館在科研活動中的地位，是未來圖書館發展的必然趨勢。作為嵌入式服務模式下的圖書館員，其角色較以往有了較大區別，為了更好地發揮嵌入式服務的優勢，必須對嵌入式館員的角色進行重新定位。

3 面向科研人員的嵌入式館員角色定位

嵌入式館員是指在圖書館嵌入式服務模式下，對圖書館員角色的重新定位，它要求館員主動深入科研工作一線，積極參與科研活動，與科研人員建立良好的合作關系，充分挖掘科研人員在資源信息方面的真實和潛在需求，利用其在資源信息方面的優勢為科研人員提供幫助，并培養科研人員的信息檢索和文獻管理技能，為科研任務的順利完成提供保障。在科研工作中，館員應該是資源信息搜集的指導者、資源信息的分析者、資源信息的管理者、研究動態的追蹤者以及學術交流的組織者。

3.1 資源信息搜集的指導者

在項目起始立項階段，科研人員需要通過閱讀相關領域內的大量國內外文獻，掌握該領域的國內外研究現狀及發展趨勢，以便科學合理地確定研究方案和技術路線。嵌入式館員應深入科研一線，向科研人員學習專業方面的知識，并與其詳細溝通，掌握其在文獻資源方面的真實和潛在需求，利用其在文獻檢索技能方面的優勢對科研人員進行檢索技巧培訓，提升科研人員的信息獲取能力，幫助科研人員搜集相關文獻，力爭全面準確地搜集文獻資料。另外，嵌入式館員還應加入科研人員的學術研討活動中，對其文獻資料方面遇到的問題給予及時解決。

3.2 資源信息的分析者

信息分析是一項具有科研性質的活動，是根據特定需求對相關文獻資源進行搜集、分類、鑒別、分析、綜合等一系列加工形成的增值信息，對提高科研人員的信息利用率有較大幫助。高效的信息分析需要情報學和信息學方面的知識，對一般的科研人員來說具有一定難度。嵌入式館員具有情報學和信息學方面的專業知識，可以用文獻信息計量、引文分析法及先進的信息技術對海量的資源信息進行分析，挖掘重要文獻，協助科研人員確立研究的切入點，提升科研質量。因此，嵌入式館員是科研團隊中最佳的資源信息分析者。

3.3 資源信息的管理者

在科學研究過程中，隨著研究的深入，文獻資料的積累會越來越多，如果不能對文獻資料進行高效的管理，常會造成文獻資料的紊亂，先前的研究結果找不到相應的文獻出處，耗費大量的時間和精力。嵌入式館員在科學研究的過程中應充當文獻管理者的角色，充分利用其在Endnote、NoteExpress等專業文獻管理軟件應用方面的技能，為科研人員提供文獻資料管理服務，提高科研效率。

3.4 研究動態的追蹤者

在科學研究過程中，科研人員需對該領域的研究動態進行實時追蹤，并對自己的研究方案和技術路線做相應調整，提升項目的科研價值，避免重復研究。科研人員可以承擔起研究動態追蹤者的角色，及時為科研人員提供最新動態，節省科研人員在信息追蹤方面的時間，讓他們把更多的精力放到實驗研究中，提高科研效率。

3.5 學術交流的組織者

隨著資源信息的電子化、網絡化，開放存取資源的學術交流模式將是未來的發展趨勢。嵌入式館員應作為學術交流的組織者對海量的信息資源進行分類、整理，構建完整有序的數據庫，方便科研人員使用。另外，嵌入式館員可針對科研用戶的具體需求，在海量的資源信息中將其所需的資源進行過濾、取精、分類、整理，為用戶提供個性化服?眨?構建個性化的信息資源庫。

第7篇：虛擬實驗論文范文

作者簡介:彭偉（1984-）,男,江蘇啟東人，碩士研究生，主要研究方向：科學計算可視化、虛擬現實； 李建新（1953-），男，浙江杭州人，教授，主要研究方向：智能信息處理與成像； 閆鑌（1976-），男，河南內黃人，副教授，博士,主要研究方向：X射線成像、三維圖像處理。

文章編號:1001-9081（2011）08-02221-04doi:10.3724/SP.J.1087.2011.02221

（信息工程大學 信息工程學院，鄭州450002）

（）

摘 要:GPU加速體繪制已成為體可視化領域的研究熱點，然而超出顯存的大規模數據無法直接載入，成為GPU應用的瓶頸。分塊技術能夠在保證圖像質量的條件下解決該問題，但分塊數據的頻繁加載和訪問明顯降低了繪制速度。針對上述問題，通過建立最優化分塊模型得到了大規模數據的最優分塊，并通過構造節點編號紋理和改進距離模板設計的方法進一步提高了基于八叉樹的分塊體繪制算法的繪制速度。實驗結果表明，該方法加速效果明顯。

關鍵詞:體繪制;最優化分塊;八叉樹;節點編號紋理;距離模板

中圖分類號: TP391.413文獻標志碼:A

Volume rendering acceleration method based on

optimal bricking for large volume data

PENG Wei, LI Jian-xin, YAN Bin, TONG Li, CHEN Jian, GUAN Shi-yong

（Institute of Information Engineering, University of Information Engineering, Zhengzhou Henan 450002, China）

Abstract: GPU-based volume rendering has become an active research area in the domain of volume visualization. Large volume data cannot be uploaded directly due to the limitation of GPU memory, which has been a bottleneck of the application of GPU. Bricking method could not only solve this problem, but also maintain the quality of original volume-rendered image. However, the data exchange via the graphics bus is really time consuming and will definitely degrade the render performance. As for these difficulties, the optimal bricking for large volume data was calculated by establishing the model for optimal bricking, and also a 3D texture named node code texture was constructed and distance template was improved to accelerate the octree-based bricking volume rendering. The experimental results illustrate that the proposed method can significantly accelerate the bricking-based volume rendering for large volume data.

Key words: volume rendering; optimal bricking; octree; node code texture; distance template

0 引言

隨著人們對成像目標分辨率要求的不斷提高，體數據規模日益增大，大規模數據給人們提供更豐富信息的同時，也給可視化技術帶來了更大的挑戰。體繪制能夠展現物體的內部信息，便于人們對三維目標進行觀察、理解和分析，在醫學、生物、無損檢測等領域獲得了廣泛的應用［1］。

近年來，利用GPU對體繪制進行加速已成為實現實時體繪制的主要方法［2］。然而主流GPU內存非常有限，超出顯存的大規模數據不能直接載入，成為GPU應用的一個瓶頸。常用的解決辦法主要有：分塊、多分辨率［3-4］,［5］185-197和數據壓縮［6-7］。多分辨率和壓縮技術分別是通過降采樣和壓縮數據的方法減小數據，從而解決顯存有限的問題，但是由于原始數據信息一定程度上受到破壞，繪制質量受到影響。分塊體繪制技術則可以保持所有的原始信息，從而保證了體繪制的圖像質量。但是分塊體繪制需要在繪制過程中頻繁地從內存向顯存傳輸分塊數據，并且需要進行多次繪制。因此繪制效率較低，導致繪制性能下降。

目前對于分塊體繪制的加速研究主要集中于提高分塊數據的繪制速度。其中使用八叉樹分級數據結構組織體數據，然后跳過無效子節點，是常用而有效的體繪制加速方法［5］187。該方法的實現過程主要分為3步。

1）八叉樹分級數據結構的生成。

八叉樹分級數據結構生成的方法可分為如下幾種。

a）剖分過程中是否改變原始數據的存儲方式。剖分過程中改變數據存儲方式，會產生許多獨立的分塊數據［8］524,［9］74,［10］1686，該方式可以解決大規模數據問題，但是產生太多子塊，降低了繪制性能；若不改變數據存儲方式，分塊數據仍存在原始數據中［11］237，該方式不能解決大規模數據問題，但是數據傳輸速度較快。

b）剖分結果是否是滿叉樹。滿叉樹在剖分過程中保留所有節點信息［8］524-525,［9］74,［10］1686,［11］237，傳遞函數改變時，不需要重新剖分，但是預處理時間較長，并且需要占用更大的內存資源；非滿叉樹在剖分過程將無效節點剔除［12］3,［13］58-59，預處理時間短，占用內存少，但是一旦傳遞函數改變，需要重新剖分。

文獻［12-13］首先將體數據分成盡量少的數據塊，然后對各分塊進行不改變數據存儲方式的八叉樹組織，從而既解決了大規模數據問題，又保證了分塊數據的快速傳輸速度。但是該方法是基于Shader Model 4.0實現的，繪制性能受到GPU固定流水管線限制，并沒有很好發揮GPU的性能優勢。

2）采樣點的判斷。

繪制過程中，需要判斷每一個采樣點是否處于有效子節點所對應的分塊數據內，如果有效則繼續對該采樣點進行采樣及顏色合成操作；否則，應該跳過該采樣點所對應的子節點。因此，如何快速判斷采樣點的有效性是減少繪制時間的重要因素之一。

判斷采樣點有效性的通常做法是：首先得到采樣點所屬的子節點，然后根據該子節點的最大最小值來判斷是否有效［10］1687,［11］237。該方法復雜度較大，需要多次訪問紋理，影響繪制速度；并且該方法需要將更多的節點信息，比如：子節點的位置信息、子節點的最大最小值信息等傳至顯存，增加了GPU的負荷。

3）跳過無效子節點。

跳過無效子節點的理想辦法是精確計算光線在該子節點對應的包圍盒中穿行的距離，然后跳過該段距離，然而精確計算的代價很高，會導致繪制性能的下降［14］60。通常的做法有：a）增大采樣步長［10］1687,［11］238；b）得到光線在緊致包圍盒中穿越的起始點［13］58-59；c）使用距離模板［14］62-63。方法a）中，如果采樣步長較小則加速效果較差，步長太大又會影響圖像質量；方法b）實現方法較為復雜，并且對于體數據的中空部分不能進行跳躍；方法c）中的距離模板是預定義的距離標尺，它規定了在模板的某一位置需要跳越的距離，從而減少對無效節點跳躍距離的計算。但是原始距離模板的構造方法過于保守，跳過無效子節點的效率太低。

分塊體繪制完整繪制一次的時間主要由兩部分組成：各分塊數據的傳輸時間和各分塊的繪制時間。上述研究都是針對減少分塊繪制時間來提高整體速度的，但事實上，分塊的數量、尺寸對傳輸速度和繪制速度都有較大影響［5］，但是目前的分塊方法一般還是依賴于經驗，存在較大盲目性，因此很可能導致傳輸速度和繪制速度的降低。

針對上述問題，本文首先通過建立最優化分塊的模型給出最優解，通過實驗驗證了其正確性；然后利用不改變數據存儲和非滿叉樹的方式對各分塊數據進行八叉樹組織；在繪制過程中，通過構造節點編號紋理，加快了采樣點有效性的判斷，并改進了原始距離模板的設計方法，提高了跳過無效子節點的速度，實現了對大規模數據的光線投射算法加速。

1 最優化分塊策略

考慮到分塊方法對分塊體繪制整體性能的影響，本文通過研究分塊體繪制算法的“計算―存儲―通信”（Processing-Memory-Communication, PMC）［15］屬性來求解最優化分塊問題。這里，“計算”是指分塊的繪制時間，“通信”是主機向設備傳輸分塊數據的時間，由于“存儲”時間較短，在本文算法中可忽略。假設分塊體繪制完整繪制一幀的時間為T，體數據大小為A×B×C個體素，分塊大小為X×Y×Z個體素，每個體素大小為Mb。為了避免對分塊數據的邊界進行插值計算時出現錯誤，需要對每個分塊數據向外擴充一個體素，因此分塊的實際大小為（X+1）×（Y+1）×（Z+1）個體素。tC、tP分別表示單個分塊的傳輸時間和繪制時間，sC表示當前硬件條件下的主機向設備傳輸數據的速度，可知tCM（X+1）×（Y+1）×（Z+1）/sC。為了得到各分塊的繪制時間，必須知道數據規模與繪制時間的關系，通過對傳統基于GPU的光線投射算法進行測試，可以發現數據規模與繪制時間存在近似的線性關系，如圖1所示。因此分塊的繪制時間tPkPM（X+1）×（Y+1）×（Z+1），kP是斜率。

因此總的繪制時間：

TN（tC+tP）NM（X+1）×（Y+1）×

（Z+1）（1/sC+kP）（1）

其中：N「A/XS「B/YS「C/ZS，“「?S”運算符表示向上取整；可以看到M只與體數據本身有關，對于某一數據該值是確定的，并且在某硬件配置下，sC和kP也都是確定的值，因此總的繪制時間T只與原始數據的尺寸和分塊數據的尺寸有關，而不受硬件參數的影響。

圖1 數據規模與繪制時間的關系

針對有限的顯存，將分塊數據的大小限制在128MB以內。由此可得優化模型如下：

min T（2）

s.t.（X+1）（Y+1）（Z+1）≤128×1024×1024

X,Y,Z>0

針對不同數據規模求解以上優化模型，分別求得最優分塊X*×Y*×Z*如表1所示。

表1 不同數據規模下的最優分塊（體素個數）

為了驗證理論的正確性，本文在不同的硬件配置下，如表2，對數據規模相同的實際數據進行多種尺寸的分塊實驗。

表2 實驗平臺硬件配置

實際的最優分塊結果如表3所示，可以看到在不同的硬件配置條件下，實際最優分塊的尺寸與表1基本吻合。可以看到，原始體數據各軸幾乎都為最優分塊數據對應軸的整數倍，說明獲得最優分塊時應盡量減少由于不等分產生的數據冗余；也可以看到，最優分塊跟待分塊的各軸尺寸有關系，并且都是首先從較大的軸開始分塊。當然，部分最優分塊結果與表1還存在差別，比如在配置1條件下，火花塞數據的實際最優分塊尺寸相對較小，這是因為配置1中雖然顯存是128MB，但實際上并無法載入大小相當的分塊數據。從這點也可以看出，最優分塊的大小應盡量接近最大可用顯存；另外配置2和3中，最優分塊與表1也存在一些差別，而且部分原始數據并沒有被等分，但是其實際的繪制時間與表1中給出的最優分塊的繪制時間相比并沒有相差太多，因此這種誤差在容許范圍之內。

表3 最優的分塊實驗結果（體素個數）

為了便于將最優化分塊過程與體繪制過程相結合，通過對理論推導和實驗論證結果的分析，本文給出以下優化分塊方案：

1）在滿足分塊規模小于可用顯存的條件下，應當以最大的分塊得到最少的分塊數量。

2）應當從待分塊數據的最大軸開始分塊。

3）應當等分原始體數據；如果無法等分，應在盡量減少冗余數據的條件下再進行等分。

根據測試可知優化分塊方案得到的結果與理論計算是一致的，因此實際可根據優化分塊方案來實現最優化分塊，并且根據優化分塊方案可方便地實現對大規模數據的自動分塊。

本文采用以上優化分塊方案對體數據進行了分塊，從而可減小由于盲目分塊導致傳輸和繪制速度下降的可能性。另外，在分塊數據的存儲方面，由于主機端的內存可以分為“可分頁內存”和“頁鎖定內存”，其中頁鎖定內存始終位于物理內存，在向GPU進行數據傳輸的時候無需進行頁交換，從而提高傳輸速度。因此，本文在存儲分塊數據時，直接利用cudaHostAlloc函數將分塊數據存儲到“頁鎖定內存”，從而進一步提高了分塊數據的傳輸速度。

2 分塊體繪制加速算法

本文算法首先在優化分塊方法指導下對原始體數據進行分塊，并利用八叉樹對各分塊數據進行剖分。本文算法采用了從后向前的合成方式，因此需要根據視點所在位置，對分塊數據從遠及近進行排序，然后依次載入分塊到GPU并進行繪制，最后合成各分塊的繪制結果。其流程如圖2所示。

圖2 分塊體繪制算法流程

2.1 八叉樹的生成

本文算法在對分塊數據進行八叉樹組織時，不改變分塊的數據存儲方式，僅僅統計八叉樹各節點對應的分塊數據的最大最小值、包圍盒的頂點和深度信息等。考慮到傳遞函數一般不需要經常改變，同時為了避免八叉樹數據結構占用太多的內存資源，本文算法在剖分過程中僅保留了有效的子節點。圖3中實線對應的包圍盒說明了不同剖分深度下有效子節點對應的體數據大小的變化情況，可以看到隨著深度的增加，有效體數據的范圍也將越來越小，并更加接近有效區域。

圖3 不同剖分深度下有效子節點對應體數據大小的變化

2.2 節點編號紋理的構造

傳統采樣點有效性的判斷較為復雜，需要多次訪問紋理，并需要向顯存載入更多的子節點信息。針對這一問題，本文設計了簡單易行的判斷方法。以八叉樹剖分深度等于3為例，對分塊數據各軸按圖4所示方法進行編號，其中黑色部分表示有效子節點對應的數據塊，白色部分表示無效子節點對應的數據塊。

圖4 節點編號紋理構造方法

通過包圍盒的頂點信息（min,max）可計算出當前子節點的編號（Codex,Codey,Codez），如果當前深度為Depth，分塊大小為X×Y×Z，則編號的計算公式如式（3）：

Codex2Depth－2（min.x+max.x）/X

Codey2Depth－2（min.y+max.y）/Y

Codez2Depth－2（min.z+max.z）/Z （3）

因此，各軸的編號范圍均為（0～2Depth－1－1）。

如果將所有有效子節點（圖4中的黑色部分對應的子節點）的編號對應的標記為1、其余（圖4中的白色部分對應的子節點）編號標記為0，則可生成一個同時保存節點編號信息和節點有效性信息的體數據，該體數據的各維度長度均為2Depth－1，其每一個體素的位置就對應節點的編號，其體素的灰度值就對應節點的有效性。將該體數據傳至GPU，并綁定為三維紋理，本文將該紋理稱為“節點編號紋理”。在繪制過程中，每得到采樣點的位置（sx,sy,sz），即可得到該采樣點所在子節點的編號（Code′x ,Code′y ,Code′z ），計算公式如式（4）：

Code′x 2Depth-1sx /X′

Code′y 2Depth-1sy /Y′

Code′z 2Depth-1sz /Z′（4）

其中X′、Y′、Z′分別表示對當前分塊數據擴充至2的整數次冪后的長、寬、高。通過該編號訪問節點編號紋理即可得到0或1值，如果值為1，表示該采樣點屬于有效子節點；如果為0，表示該采樣點屬于無效子節點，并應該跳過該采樣點所在的節點。

節點紋理編號的構造方法簡單，只需訪問一次節點編號紋理就能快速判斷采樣點有效性，并且無需將其他信息載入GPU，從而不但減小了GPU端紋理存儲器訪問壓力，同時也減小了GPU端的存儲壓力，提高了繪制速度。

2.3 改進的距離模板設計方法

利用距離模板可有效跳過無效子節點，而無需對跳躍的距離進行計算。圖5以8×8×8大小的距離模板為例，說明了距離模板的構造方法。可以看到，距離模板保存了任意位置的采樣點到子節點對應的分塊數據各邊距離的最小值。

圖5 距離模板構造方法

圖6給出了基于距離模板的空間跳躍示意圖。可以看到距離模板的構造非常保守，在子節點間的邊界處總是需要跳躍兩次，這樣雖然能保證對有效子節點采樣的連續性，但是卻需要在無效子節點內采樣多次。由于無效的采樣點仍需首先訪問節點編號紋理來判斷其有效性，無效采樣點越多則訪問頻率越高，進而影響繪制速度。

圖6 利用距離模板進行空間跳躍示意圖

考慮到與無效節點相鄰的有效節點內部通常不會完全是有效體素，并且在它們的邊界處通常仍然是無效體素，據此，本文改進距離模板的構造方法，使光線通過較少的采樣次數就能完全跳過無效子節點。改進的距離模板構造方法很簡單，只需增加原始的距離模板中的值，考慮到安全性，本文僅將模板中的值加1，圖7給出了利用改進的距離模板進行空間跳躍的示意圖。可以看到改進的距離模板通過較少了采樣次數就能跳過無效子節點，從而減少了對無效采樣點的處理，提高了跳過無效子節點的效率。

圖7 利用改進的距離模板進行空間跳躍示意圖

3 實驗結果和分析

為了測試本分塊體繪制算法的加速效果，選取4組實驗數據，其分塊尺寸和分塊數量如表4所示，其中每一體素大小為8b。硬件配置：CPU為四核E5520 2.26GHz，內存為24GB，顯卡為NVIDIA GeForce GTX 295，顯存896MB。編程環境為Windows7 64位系統下，利用Visual Studio 2008結合CUDA 3.0進行開發。

表4 實驗數據及其優化的分塊尺寸

實驗結果如表5所示。

表5 加速前后各類數據繪制時間比較

ms

由實驗結果可以看到，不同的剖分深度下，加速效果不同。當剖分深度較小時，繪制時間并沒有提高或者提高很少，這是因為此時沒有或者只有較少的無效子節點被剔除；隨著剖分深度的增加，越來越多的無效子節點被剔除，繪制速度得到迅速提高；而到達一定深度后，可剔除的無效數據越來越少，而需要跳過的無效子節點的數量卻越來越多，因而需要在GPU進行更多的操作，繪制速度難以繼續提高，甚至反而降低。可以看到前兩種數據在剖分深度為6時獲得最好的加速效果，后兩種數據在剖分深度為4時獲得最好的加速效果，并且加速比均大于2。四種數據的繪制結果如圖8所示。

圖8 繪制結果

4 結語

針對大規模體數據的分塊體繪制算法需要在內存和顯存之間多次切換分塊數據而導致整體速度下降的問題，本文通過分析分塊體繪制的計算―存儲―通信屬性，建立了求解最優化分塊的模型，并給出最優解。在繪制過程中，通過構造和訪問節點編號紋理，加速采樣點有效性的判斷，并且改進了距離模板的設計方法，提高了跳過子節點的速度，從而減少了基于八叉樹的分塊體繪制的繪制時間。通過提高基于八叉樹的分塊體繪制的整體速度，實現了大規模數據分塊體繪制的加速。

參考文獻:

[1] 管偉光，馬頌德.三維體數據可視化技術［J］.CT理論與應用研究,1995,4（1）:1-6.

［2］ FANGERAU J, KROMKER S. Parallel volume rendering implementation on graphics cards using CUDA ［M］// Facing the Multicore Challenge. Berlin: Springer-Verlag, 2010: 143-153.

［3］ LAMAR E, HAMANN B, JOY K. Multiresolution techniques for interactive texture-based volume visualization ［C］// VIS'99: Proceedings of the 10th IEEE Visualization 1999 Conference. Washington, DC: IEEE Computer Society, 1999: 355-361.

［4］ WEILER M, WESTERMANN R, HANSEN C, et al. Level-of-detail volume rendering via 3D textures ［C］// Proceedings of the 2000 IEEE Symposium on Volume Visualization. New York: ACM Press, 2000: 7-13.

［5］ BOADA I, NAVAZO I, SCOPIGNO R. Multiresolution volume visualization with a texture-based octree ［J］. The Visual Computer, 2001, 17（3）: 185-197.

［6］ GUTHE S, WAND M, GONSER J, et al. Interactive rendering of large volume data sets ［C］// VIS'02: Proceedings of the Conference on Visualization 2002. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2002: 53-60.

［7］ SCHNEIDER J, WESTERMANN R. Compression domain volume rendering ［C］// VIS'03: Proceedings of the 14th IEEE Visualization 2003. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2003: 293-300.

［8］ 趙星，胡晶晶，楊濤，等.基于圖形處理器（GPU）的分塊光線投射算法［C］//第十一屆中國體視學與圖像分析學術年會論文集.寧波：中國體視學學會，2006:523-527.

［9］ 閆冰，李若愚，高小玲.動態紋理載入的光線投射算法設計與實現［C］//2010通信理論與技術新發展――第十五屆全國青年通信學術會議論文集:上冊.昆明：中國通信學會，2010:72-77.

［10］ 粱承志,高新波,鄒華，等.空間跳躍加速的GPU光線投射算法［J］.中國圖象圖形學報，2009,14（8）:1684-1688.

［11］ 葉良,單桂華,遲學斌.基于CUDA加速的光線投射法研究［C］//圖像圖形技術研究與應用（2010）.北京：北京圖像圖形學學會，2010:235-240.

［12］ 高新波，鄒華，呂新榮，等.基于分塊策略的大規模數據場體繪制方法：中國，101604453A［P］.2009-12-16.

［13］ 鄒華.基于可編程GPU的體繪制關鍵技術研究［D］.西安：西安電子科技大學,2009.