基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计

基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计（共9篇）

1.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇一

开发校园实验资源的探索和实践

天台白鹤中学 王美华

摘要：科学实验是一种让学生理解科学知识、锻炼动手能力的重要学习方式。教师在生物实验教学时，经常因找不到实验材料而只能用讲解的方式代替科学实验过程，影响了教学效果和学生的全面发展。根据初中科学教材所编排的生物实验，开发校园实验资源，有利于实验的正常开展和学生创新精神和实践能力的培养。

关键词：科学实验实验资源开发和利用

新的教育理念是倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。新的教育理念还强调“教育要回归学生的生活世界”，尤其是科学教学，科学来源于生活，最后还要应用于生活。所以科学教育不能只让学生学会在嘴巴上“说科学”或在头脑中“思科学”，而要直面学生的现实生活。科学实验教学正是上述理念的最好载体。但是科学知识是一个动态的发展的知识体系，由于教材有其时间地域的局限性，不可能面面俱到。所以在科学教学中教师经常碰到科学实验取材难，开展科学探究更难的困境。特别是生物实验，许多实验都要用到植物的枝叶、花果等，这些材料在急用时不易找到，校园里的绿化树木是禁止学生攀折的，而有些物种在校园附近又找不到，也不象物理、化学仪器那样能够有计划地订购和保存，实验材料的限制极大地影响了生物实验的开展。科学实验是一种让学生理解科学知识、锻炼动手能力的重要学习方式。实验材料既然临时找不到，我们为何不早作安排，自己种植一些呢？ 环顾校园四周，教学楼前和校园的各个角落都有不少荒地，我就建议学校领导充分挖掘这些荒地的利用价值，在得到学校领导的认同和支持后，科学组的教师很快发动学生开发荒地并在上面种植实验所需的花木、瓜果、蔬菜等，都想把荒地变成非常宝贵的实验资源。

一、平整荒地，同时探究不同植物生长所需的环境条件。

校园内的荒地曾被建筑垃圾堆放，杂草丛生，高低不平，大小石块众多，我们利用活动课时间，对其进行平整。绝大多数师生都不懂耕种，我们就聘请有种植经验的家长来校指导，同时介绍作物的栽培季节、技巧和管理的注意事项。土壤的颜色不同，颗粒大小不同，肥沃程度不同，所适合种植的作物也不同。在劳动实践中，不仅拓展了学生的知识面，还让学生真正领悟到科学即生活，生活中到处有科学、各行各业都离不开科学知识的道理。极大地鼓舞了学生学科学，用科学的热情。

二、实验材料的种植。

仔细分析七至九年级《科学》教材内容所安排的科学探究实验所需的实验材料，并根据开辟出来的荒地上土壤的不同性状把荒地分成4个区，并在七、八年级选了80名学生，分成4个科学兴趣小组，分别负责不同的区域，种植不同的植物。

第一区为实验材料区：种植了天竺葵、蚕豆、洋葱等，为实验室的取材和实验的正常开展提供了物质保障。

第二区为劳动实践区：种植了仙人掌、蟹爪兰、女贞、桂花等植物，为七年级学生开展植物的嫁接繁殖实验作准备。

第三区在校园东南角的围墙旁盖了一个暖室，种植一些常见的花卉，为学生学习温室效应、观察种子的萌发、探究植物的向性提供学习的场所。

第四区在教学楼前的围墙边种植了几排桃树和桔树，当学生在学习花的结构、植物的顶端优势时，就有了充分发挥想象力、并付诸实践的机会。

三、实验资源的利用。

1、校园内有了自己创建的实验园，解决了以前在做生物实验时，由于找不到实验材料而无法开展、只能用讲解代替实验过程的难题。如要验证植物在阳光下制造淀粉的实验，我们可以直接到实验材料区搬几盆天竺葵、银边吊兰来使用；在学习植物的向触性时，提到含羞草的复叶受到碰触时能合拢，以前由于不容易找到含羞草，上课时只能观看课本的插图讲解，学生都感觉手痒，好想碰碰含羞草的愿望都未能实现，教师在上课时也感觉光凭口说既费劲，课堂气氛、教学效果又不好，现在学生终于能如愿，上课时教师也轻松了许多；在讲到温室效应时，课前，我们总是先让学生到暖棚去参观，让学生了解暖棚的构造原理等知识，这样，学生在学习温室效应时，教师若把温室效应中涉及二氧化碳的作用和暖棚的塑料膜的作用进行类比，学生理解起来就非常容易，使抽象的问题变得直观易懂，提高了课堂的教学效率。

2、嫁接是繁殖植物的重要手段，它既可以保持原有品种的优良特性，还能够快速繁殖，在农业生产中经常用到。虽然，我校的学生基本都来自农村，但真正操作过嫁接过程的学生几乎没有，碰到的机会也很少，有了劳动实践区，在学习本节内容时，教师在介绍了营养繁殖的操作要点和注意事项后，就让学生直接到实践区去活动，进行花卉造型和果树改良等训练，非常能吸引学生，激发他们学科学用科学的兴趣，能真正发挥科学技术与社会之间的关系，达到学以致用的目的。另外，通过课堂教学与课外活动的结合，通过学生对植物的嫁接及管理，既能巩固课内所学的知识，更能通过学生对科学的亲身实践，提高学生的科学实践能力，同时引发学生关注科学技术的兴趣。

植物的向性现象，对于农村学生来说，确实是司空见惯的事情。但是，对这些现象真正动脑思考的学生却少之又少。如今，给他们提供探究的机会，学生们个个兴奋不已，从家里带来了劳动工具、幼苗和化肥，都在自己分到的地里忙碌着，仔细地观察和记录幼苗的生长情况，精心呵护他们播下的种子。我想，学生的这种学习热情、科学态度和对这节知识的理解，只凭教师在课堂上讲解，无论讲多少遍都不及学生自己动手做一遍。正如一位教育专家说的：“我听过的，我忘了；我看过的，我记住了；我做过的，我理解了。”所以，作为老师我们应尽可能创设能够给学生动手、动脑、探究实践的机会。实践活动之后，教师要求每组学生上交一篇实践报告，从中选出写得较好的几篇放在宣传窗上展出，表示对他们努力后的劳动成果的肯定，也起到了示范和表率的作用。有时召开主题班会，让学生把自己的体验、感悟进行交流，最终让学生在倾听、交流、分享中获得人生观、价值观的教育，达到合作交流意识的培养和自主探究能力的提升。

3、在桃花盛开和桔花飘香的季节，我们种植的果树，不仅给我们提供了实验材料，还美化了校园环境，培养了学生创造美、欣赏美的情操，学生有了这些经历，我想以后再也不用我强调“爱护花草树木，不得踩踏草坪”之类的话了。我还让兴趣小组的同学摘下部分桃花进行解剖，观察桃花的结构，并做成标本，保存在仪器室，这样，当下一届学生再学习桃

花结构时，就不会只观察残缺的桃花模型而“忆桃花”和死记硬背桃花结构了。

四、实验资源的管理。

四个种植园区分别由对应的科学教师指导各自的兴趣小组进行管理，各组内的成员分工合作，轮流负责，给作物浇水、施肥、除草，呵护每一颗种子的萌发、成长、开花、结果，既培养了学生的爱心和责任心，也为学生提供了一个认知生活，体验生活的平台，让他们在与大自然的亲密接触中健康地成长，增长才智，体验快乐。寒暑假时，就安排住在学校附近的学生值班，避免假期间花木出现凋谢、枯萎现象。

总之，师生共同创建的校园科学实验资源为学生构建了开放的学习科学知识的环境，提供多渠道获取知识并将所学知识综合应用于实践的机会，促进他们形成积极的学习态度和良好的学习策略，培养创新精神和实践能力，也为以后科学实验的正常开展奠定了物质基础。

校园实验资源的开发和利用，我们还只是刚刚起步，正处在摸索阶段，其间我们收获过许多的成功和喜悦，也遇到过不少的困难和失败。当然，我们会不断地总结经验，吸取教训，创建更多的让学生实验锻炼的机会，促进学生全面发展。

参考文献：

［1］ 陈佑清.《适应新的发展取向的学习类型多样化探讨》、《课程〃教材〃教法》

北京：人民教育出版社，2007.3［2］ 曹冬林.《开设生物科技活动课程的研究与实践》、《教学月刋》 浙江：教学

月刋社2003.10

［3］科学(7～9年级)课程标准（实验稿）北京：北京师范大学出版社

2.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇二

关键词：科技,Java3D,3DS MAX,虚拟校园,优化

3D虚拟现实是近年来新兴的一种技术，而在计算机图形技术中，三维显示的技术已经走向了成熟，具有相当高的可应用性。虚拟校园是为了让校外的人了解学校的情况而出现的一种应用，因此在这项应用当中应尽可能地使参观者的感受接近于现实，而3D技术的引入无疑使其真实性得到了更大的提升。

作为延伸拓展，虚拟校园的建立还可以和网络社交联系起来。时下，社交网络处于不断发展的热潮之中，社交网络的应用也越来越多。如果可以将虚拟校园和社交网络进行结合，那么虚拟校园的价值就会得到巨大的提升。在这样的虚拟环境中，用户犹如身处一个真实的校园中，还可以和邻近的其他用户进行联系、交流。因为这是一个以三维建模的方式构建出来的虚拟平台，因此用户将获得身临其境的感觉，并且由此平台衍生出来的各种应用将十分丰富。

一、Java 3D与3DS MAX的优点

三维虚拟校园在于搭建出好的三维校园模型和对其进行恰当的可视化，因此重点放在对校园环境的模拟和可视化操作上。为了满足三维物体的显示和在互联网上应用的要求，选择合适的三维建模工具和可视化工具是非常重要的。在选择合适的建模工具以及合适的可视化工具上，这两者至少应该满足如下要求：可以简单快速地搭建出在虚拟校园场景中所使用的建筑和生物模型，且能将数据进行完整地导入和可视化操作;在虚拟环境中实现与场景中三维模型的人机交互;为了便于推广这项服务，项目所开发出来的虚拟校园最好便于在互联网上运行。

（一）关于Java 3D

在实现模型的可视化方面使用Java 3D，因为Java3D可以帮助开发者屏蔽较多的细节问题，降低了开发的难度。并且借助于Java可以使虚拟校园在互联网上的运行更为轻松。在模型文件的支持上，Java 3D能使用的外部模型文件为.obj。具体的类层次结构如图1所示。

(二) 3DS MAX

3D建模软件的选择以业界广泛应用的三维建模软件3DS MAX作为建模工具，因为3DS MAX入门比较容易，操作简单，建模方便，而且它导出的是.obj文件。

二、显示算法的实现和优化

（一）实景拍摄

在构建校园的3D模型中，3D模型实质素材的获取采用的是实景拍摄的方法。先用数码相机拍摄实景的材质，然后用Photoshop软件对所得图片进行处理，最后通过在3DS MAX的贴图通道，将处理过的图片作为材质贴到模型中。3D模型采用实景拍摄的优点：简化了模型，在导入Java 3D的时候减少了运算量，属于优化模型的一种手段;实景拍摄所得的图片具有一定真实性，总体导入后效果不错。所以在建立3D模型当中，这种方法有着广泛的应用。

（二）广告牌技术

广告牌技术在3D模型的显示上同样能优化整个模型。根据需要显示的物体的复杂度、大小等指标，可以把物体分为两类：一类是重量级物体，此类物体包含大量需要处理的数据，它们是整幅图景的重要组成部分，例如宿舍、教学楼等;另一类是轻量级物体，包含数据量较少，仅作为图景的修饰和美化成分，例如树、花等物体。根据以上分类，可以对重量级和轻量级的物体分别指定ID。

1. 轻量级物体的处理

轻量级物体只是作为视野的一种补充，因此对这些物体的要求不高，如果对此类物体进行深加工，不仅会加大工作量、占用大量的硬件资源，同时会影响计算机对客户需求的处理速率。为了达到更快的响应速度，实现内存空间的优化，轻量级物体统一采用2D图片代替。众所周知，2D图片只是一个平面(在3D世界中)，当观察者从某些位置观察轻量级物体时，不能看到该物体的真实形态，甚至根本看不到该物体。为了克服这个问题，我们使代替该轻量级物体的2D图片跟随3D情境中的摄像机旋转。为了实现这种方法，必须先算出观察者的观察方向向量，根据计算结果旋转2D图片，使得图片所在平面保持与观察者方向向量垂直。通过这种方法，无论观察者出于什么方位都能看到轻量级物体，并且不会出现看不到该物体或者看到不真实物体的情况。具体实现情况如图2所示。

2. 重量级物体的处理

对于重量级物体的实现，首先设定一个视线范围，当重量级物体在观察者的视线范围内时，利用搜索算法，搜索出与该重量级物体对应的ID，调用这些物体的3D模型，并对所调用的3D物体进行渲染。通过这种方法可以逼真地模拟出观察者视线范围内的重量级物体，为用户带来逼真的3D体验。

当观察者与重量级物体之间的距离超出预先设定的视线范围但在实景中可看到时，这些物体对于观察者来说，尽管可以看到它们的大致形态，但是由于距离较远无法看清该物体的细节，所以对此类重量级物体没有必要对相应的3D物体进行渲染以提高处理速度。对这类重量级物体的处理采取有别于上述重量级物体的方法，先搜索到与这些物体对应的ID，然后导入与这些物体ID对应的2D实景图片进行渲染。利用这种方法可以把这些重量级物体对应的2D图片当做轻量级物体来处理，处理方法和轻量级物体相同。利用这种方法可以大大减少计算机在对3D物体进行渲染时占用的硬件资源，提高计算机处理3D图景的效率和虚拟校园系统响应用户需求的速度，同时可以为观察者提供比较真实的场景效果。一般来说，这种以2D图片代替3D物体的方式已经达到虚拟校园对于场景渲染的需要，观察者也不容易看出他们与实际场景之间的差别。

3. 观察者移动

Java 3D中虚拟空间的坐标系统是右手坐标系的。x轴的正方向是水平向右，y轴的正方向是垂直向上，z轴正方向指向观察者。在移动的过程中，物体与所处虚拟空间坐标系的相对位置关系是不变的，改变的是观察者的位置。

在实际生活中，观察者有向各个方向行走的行为，而在Java 3D的虚拟现实中，这主要体现为坐标的改变，如图3所示。

0为原点，x轴与z轴方向分别指向右方和下方，y轴垂直纸面，再标记2个点A和B，其中，OA垂直于OB;设定0A为观察者视线的方向，则OB即为向右走时的方向。由点A做一条直线垂直于x轴并交于点D，另做一条直线垂直于z轴并交于点C;同理，过B做x轴、z轴的垂线，垂足分别为E, F;而θ分别是OA与z轴负方向和OB与x轴正方向的夹角。从点O向前移动到点A时，相当于观察者先从点O沿z轴负方向移动到点C，再由点C沿x轴正方向移动到点A。其中|OC|=|OA|cosθ, |OB|=|OA|sinθ。假定观察者的原始坐标为(x1, z1)，向前移动了距离r，到达新的坐标(x2, z2);则可以得到如下公式：x2=x1+rsinθ，z2=z1-rcosθ。从点O向右移动到点B时，同理假定观察者的原始坐标为(x1, z1)，到达新的坐标(x2, z2)移动了距离r，可得x2=x1+rsinθ，z2=z1+rcosθ。同样的，θ在其他3个象限中时的情况可类似得到。

4. 关于场景元素的核心代码

该代码描述灯光、背景和物体是怎样加入到场景中的。其实现效果如图4所示。

三、结束语

基于Java 3D和3DS MAX建构虚拟校园，能实现可视化校园的效果。同时虚拟校园也可结合其他功能，例如在关联实际数据后，可以应用到具体的校园导航上面，对展现校园面貌和学校形象具有积极意义。而在导航上的应用同时可以扩展到外界终端，也可用于旅游景点和公共娱乐场所等地方，有实际的应用价值。另外结合虚拟校园社交，实现3D社交，同样也具有良好的应用前景。

参考文献

[1]陈俐燕, 黄鸣奋.3D虚拟社区的交互性研究[J].未来与发展, 2011 (6) :58-60.

[2]阳菲.3ds Max2010完全学习手册[M].北京:科学出版社, 2011.

[3]姚勇, 鄢竣.红色风暴III:3ds max建筑表现实例教程--建筑动画篇[M].北京:中国青年出版社, 2006.

[4]李一.3ds Max/VRay印象:超写实建筑表现全模渲染技法[M].北京:人民邮电出版社, 2011.

3.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇三

专项整治工作方案

一、工作目标

为认真贯彻落实省教育厅、公安厅、交通运输厅《全省校车和校园周边道路交通安全专项整治工作方案》（闽教安精神，强化学生和校车交通安全管理，有效预防校车道路交通安全事故，保障师生交通安全，制定如下整治工作方案：

通过专项整治，校车、集中接送学生车辆和驾驶人安全管理制度健全、责任落实、管理规范；校园周边交通安全设施更加完善，交通环境进一步改善，道路交通隐患得到排查整治；校车驾驶人、师生和家长的道路交通法制和安全意识进一步增强；无牌无证、不符合安全技术标准的车辆搭载学生的违法行为得到遏制。

二、组织领导

开发区管委会、驻片民警、小学幼儿园成立校车和校园周边道路交通安全专项整治工作领导小组和工作机构，具体负责整治工作的组织实施、督导检查、考核验收和信息通报。具体人员如下：

组 长：（开发区主任）常务副组长：（党工委副书记）副 组 长：（副主任）

副主任）

成 员：（安办主任）

（驻片民警））

三、工作重点

1、全面深入排查，建立健全档案

认真按照闽教安„2011‟6号和闽预防办„2011‟2号文件要求，对全区所有学校校车及其它集中接送学生车辆和驾驶人、校园周边道路状况、交通安全设施和交通安全隐患（包括秩序乱点、堵点及事故易发点）等情况，以及学校对交通安全设施建设、停车泊位施划和交通安全管理工作的意见等进行全面摸底排查，逐校建立计算机管理档案，实行一校一档，一车一档管理，做到底数清、情况明、基础实、台帐全。学校要通过老师、学生及其家长等发放《福建省中小学生幼儿园学生上下学乘车情况登记表》，对校车和集中接送学生车辆、驾驶人以及校车运行时间、行驶路线等情况进行调查、分类汇总并报送市教育局、镇交警中队、中心校备案核查。

2、加强重点管控，狠抓秩序整治

开发区安办要科学调配，会同驻片民警，结合开展“交通安全综合整治大会战”和“护卫天使行动”，切实完善“护学岗”建设，积极探索建立职能部门主导，社会、学校、家庭共建共管的护学模式。建立动态静态相结合的勤务制度，加强对校车和其它接送学生车辆运行重点时段和重点路段的巡逻管控，开展针对性整治，重点依法从严查处机动车辆在校门口乱停放、乱调头、超速行驶 “黑校车”、“黑出租”、“黑摩的”等接送学生、摊点占道经营、校车超员等违法行为，防止发生校园周边道路交通事故。

3、强化安全检查，严格校车管理

加强校车安全检查，重点检查校车是否参照相关规定按级办理校车登记；检查校车驾驶人是否具备驾驶校车条件；检查学校是否实行校车“六定”管理模式，即定人（固定驾驶员、随车管理教师或人员）、定车（固定班次）、定座位（固定学生座位）、定检（定时对校车进行检测维护）、定线路（固定接送线路）、定时间（固定接送时间）；检查中小学校长、幼儿园园长与校车管理工作人员、校车驾驶人、随车管理教师是否层层签订安全责任书，明确各自工作职责；检查学校是否建立防范校车交通事故的制度、措施和应急预案；是否按照规定对自有校车驾驶人和师生定期开展交通安全教育。规范并强化日常监管。各校要严格校车驾驶人的资格审查与聘用管理，建立校车及其驾驶人管理台账，切实加强校车及集中接送学生车辆的日常监管；各校校车必须在年底前安装并使用带有卫星定位功能行驶记录仪，并将校车安全工作落实情况纳入校园安全管理工作年终考核内容。

4、完善交通设施，消除安全隐患 各校要全面深入排查校园周边道路交通安全设施和交通安全隐患，对排除中发现破损、缺漏和不规范的交通设施以及存在的交通安全隐患，要及时书面报告交通中队进行汇总上报整改和送中心校备案。特别是要进一步完善校园周边道路的学校标志、人行横道标志标线、校车停靠标志标线、车辆减速设施等，合理规划停车泊位，科学实施停车管理，加强拥堵路段疏导，着力解决接送学生车辆停车难问题。

5、加强宣传教育、增强安全意识

驻片民警要结合交通安全宣传“五进”工作和实施“文明交通行动计划”，积极组织民警配合有关部门深入校园，开展交通安全宣传教育活动。各校要认真贯彻落实《道路交通安全法》、《中小学公共安全教育指导纲要》，将交通安全教育纳入学校教育、教学计划，真正让交通安全常识进学校、进课堂、进头脑。通过学科渗透、专题教育、实践活动、地方课程、专题讲座，充分利用墙报、黑板报、校园广播及班会、队会、国旗下讲话、安全演练等多种形式，深入开展交通安全教育，切实将学校交通安全宣传教育贯穿于整治工作全过程。

4.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇四

非常感谢您的真诚合作！

1．您对“生物课程资源”概念的熟悉程度是： A比较熟悉 B经常听说但不熟悉 C听说过 D没听说过

2．您认为生物课程资源开发及利用的必要性程度是多少？ A较大 B一般 C较小 D没有必要

3．您认为您工作中可开发和利用的生物课程资源多吗？ A比较多 B一般 C比较少 D几乎没有

4．您对开发利用生物课程资源所持的态度是： A会利用现有或己知的就行，自己不参与开发

B如果十分必要，可以偶尔参与开发，尽量利用现有资源 C适当参与开发积极利用课程资源

D主动开发课程资源，利用一切可以利用的资源为教学服务 5．您认为校内课程资源和校外课程资源相比，哪个更重要些？ A校内 B校外 C都重要 D没有可比性 6．您所在的学校位于

A城市 B农村 C城乡结合部 D山区

7．根据教学情况，您会带学生去博物馆参观吗？ A经常这样做 B很少这样做

C自己从来不主动这样做 D学校不允许

8．根据教学情况，您会带学生去科技馆学习体验吗？ A经常这样做 B很少这样做

C自己从来不主动这样做 D学校不允许

9．根据教学情况，您会带领学生去植物园、野生动物园参观学习吗？

A经常这样做 B很少这样做 C自己从来不主动这样做 D学校不允许

10．您所在的学校附近有哪些可以利用的校外生物课程资源？ A图书馆 B科技馆 C博物馆 D植物园或动物园

11．您所在的学校附近有哪些乡土资源可以利用？ A果园 B养殖场 C农场 D山川河流

12．根据教学情况，您会带学生去做社会调查或指导学生参加社会实践活动吗？

A经常这样做 B很少这样做

C自己从来不主动这样做 D学校不允许

13．您认为网络课程资源重要么？ A非常重要 B一般重要 C可有可无

D根据需要确定其重要性

14．您的学生是如何利用网络课程资源的？ A每天上网查询 B根据需要上网查询 C让家长帮助上网 D不会上网

15．您对于网络上的教学资源

A经常上网查阅教学资源，并主动上传或下载教学资源 B有需要的时候才上网查阅 C学校条件有限，无法上网 D不会上网

16.您对校外生物课程资源开发和利用意义是怎么理解的？ 17.您平时注意开发和利用了哪些校外生物课程资源？ 18.您认为在教学工作中利用校外课程资源不方便的原因主要是什么？

19.对于校外生物课程资源的开发与利用您还有哪些新的认识？哪些意见和建议？

5.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇五

1 关于virtools和3ds Max

1.1 Virtools

Virtools是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形和音效等。Virtools还是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，可以制作出许多不同用途的3D产品，如网际网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等。Virtools是一个创作应用程序，允许你快速容易的生成丰富、对话式的3D作品。Virtools提供了许多可再用的行为模块，图解式的界面几乎可以产生任何类型交互内容，而不用写一行程序代码。

Virtools可以直接利用拖拽的方式，将行为交互模块(Building Blocks，简称BB)赋予给适合的对象或者是虚拟角色，以流程图的方式决定BB的前后处理顺序，从而实现可视化的交互脚本设计，逐渐编辑一个完整的交互式虚拟世界。

它可以完成计算机游戏，仿真与产品展示方面的设计任务等。同时它也广泛用于虚拟现实和仿真的领域，具有较好的扩展性。

1.2 3ds Max

3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。它广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，可以说3ds Max是当今最流行的三维游戏软件。

2 游戏策划设计

2.1 游戏故事介绍

MR.P原本是安徒生童话书中的一页，可由于宝宝的顽皮，MR.P被撕掉了。MR.P被扔在废纸篓旁边。晚上宝宝的爸爸给宝宝讲故事的时候，缺少了结局，宝宝哭的很伤心。作为故事结局的MR.P，他的使命感促使他想要回到书中去，游戏就这样慢慢展开了。

2.2 UI设计

图1为主界面与各选项界面。

2.3 关卡设计

关卡级别：第一关(NO.1)

过关目的：通过门下方的挡板，进入下一关。

过关条件：需要引开挡在门前的宝宝，并且移开靠在门上的布娃娃。根据场景提示要求一步步完成过关条件。

场景所涉及到的物品：积木，玩具车(及其车轮)，布娃娃，气球，绳子。

2.4 交互设计

在游戏中，Paper和很多的道具都有交互，比如当Paper在距离婴儿一定距离时，婴儿会主动攻击Paper,Paper不抓紧时间跑开就会死亡，游戏结束。当Paper去澡盆里捡车轮时，如果不小心沾了水，Paper死亡游戏结束。Paper还可以找到开启飞船的方法进行整个房间的俯瞰浏览。

2.5 音乐

音乐风格以柔和舒缓为主。角色遇见危险的时候，背景音乐会作出相应的变化，如急促，加快节奏等。

音效：根据游戏剧情而定，如积木跨塌声、玩具汽车开动的声音等。

3 游戏美工设计

3.1 游戏人物设计

图2为MR.Paper。

形象描述：

MR.P形象可爱灵动，身高25CM，形态为圆筒状。一双机灵的黑色眼睛嵌在纸面上。颜色呈牛皮纸的淡黄色。角色没有手和脚，圆筒的一边作为头部，纸边有撕边状。另一边作为脚，脚有褶皱，以跳跃的形式行走，角色跳跃的时候根据频率进行伸缩。

3.2 游戏场景设计

图3为游戏场景。

3.3 游戏道具设计

4 游戏详细设计

1)游戏界面实现：游戏界面是玩家直观的反应，图5是一个游戏开始界面实现的BB。

2)游戏交互实现(如图6)

3)游戏特效实现(如图7)

4)音乐实现(如图8)

5 结束

在设计这款游戏的时候遇到了很多的问题，都对这些难点进行了解决。第一、场景很小，物体挡住了摄像机。采用透明材质，当摄像机碰到物体的时候，物体变成透明进行解决。第二、由于视角比较小，采用鼠标右键来推拉摄像机，来显示的更大的视角。第三、用特效的方式让paper变飞机，让paper不仅能够在地面上运动，还可以在天上飞行。第四、为了增加游戏的可玩性，我们多处采用特效，比如：车少一个轮子，我们安装了轮子就可以坐汽车等。总之，这款游戏不管是从效果还是可玩性都达到了理想的效果，还能训练大脑的灵活度。

致谢在此,我向对本文的工作给予支持和建议的同行,尤其是四川师范大学数字媒体系的各位领导和老师，还有数字媒体系游戏工作室的成员。

参考文献

[1]付志勇,高鸣.三维游戏设计[M].北京:清华大学出版色,2008.

[2]刘明昆.三维游戏设计师宝典:Virtools开发工具篇[M].四川:四川电子音像出版社,2005.

[3]王立群,李红松.电脑游戏策划与设计:Virtools简明教程[M].上海:复旦大学出版社,2008.

[4]刘明昆.三维游戏设计师宝典:Virtools游戏开发实战[M].广东:汕头大学出版社,2006.

6.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇六

江西省铅山县鹅湖中学：谢柏顺

⑴ 了解中学语文教学评价的现状，了解新课程标准的评价理念，并结合自己的教学实践进行语文教学评价理念进行理解。

⑵ 通过对形成性评价的学习，了解形成性评价的内涵、功能、方法、原则等。

⑶ 在案例分析中，透彻把握形成性评价的操作方式。

⑷ 要有计划地根据教学内容灵活设计形成性评价的环节，做到持之以恒。

⑸ 设计一个教案要有学生学习活动的形成性评价和课堂教学的形成性评价。

⑴ 了解初中语文教学设计的内容，研究一些录像或文本的教学实录，以使对语文教学设计的认识和理解具体化；并结合自己的或者他人的教学实践对本课程倡导的教学设计理念等进行思考。

⑵ 能够从课程资源开发与运用的角度对已有的教学设计和课堂教学进行客观评价。

⑶ 动手进行教学设计，并进行交流研讨、反思修改（有条件的可付诸教学实践），以获得切实体验。

⑷ 完成学员作业和测试题。

7.设计和开发控制程序 篇七

2.范围

适合沃尔达公司客户来图、来样要求开发的产品和定型产品的改进活动。

3.职责

3.1总经理负责新产品开发项目的审批。

3.2商务部负责市场信息调研，客户开发意向的确认。签发“新产品开发通知单”和参加有关评审。

3.3技术部负责新产品开发的可行性分析，及相关图纸和资料的编制，并对新产品的开发负最终责任。包括手机开发的策划、输入、输出、评审、验证、确认以及相关记录的保持。

3.4采购部负责新产品开发过程中所有外购物料的采购。

3.5生产部协助新产品开发过程中的试制及外购、外协等相关工作和参加开发评审。

3.6品管部对新产品开发各个阶段的零件，及成品进行测试，确保新产品符合设计要求。

3.7新产品开发项目小组（以下简称项目小组）由技术部、品管部、生产部制定人员组成，并对新产品的试制过程负全部责任。

3.8总经理负责监控开发全过程并批准有关文件。

4.工作程序

4.1设计和开发的策划

4.1.1设计和开发项目的来源：商务部根据市场调查、预测或接到客户来样、来图要求开发新产品，按《产品要求的确定及合同/订单评审控制程序》的规定、相关产品标准的要求及其他相关信息，登记并填制《新产品开发通知单》，经总经理审批同意后，将原客户来样或图纸的复印件，叫技术部经理签收后，由技术部在实验室，对客户来样进行相关性能的测试，其执行标准见《ISO/IEC17625实验室管理体系》，由技术部经理组织，商务部牵头召集有关人员，以会签的方式进行评审，并组建项目小组，确定设计或开发进度。评审的内容包括：

A、性能要求；

B、材料要求；

C、尺寸、规格；

4.2设计和开发的输入

设计和开发输入是设计和开发过程的依据。

项目组根据《新产品开发通知单》、《设计开发可行性报告》、合同及技术协议，或相关产品标准，确定设计和开发的输入。产品设计输入的文件，由技术部备案存档。设计开发的输入是产品设计、试制、试验、评审和鉴定的依据。内容包括：

A、功能和性能要求（包括：型号、规格、外观、试用条件）；

B、法律、法规、产品标准要求的内容；

C、合同及技术协议要求；

D、产品简要说明和用途，以及产品工作环境和安装要求；

E、以前类似设计提供的信息。

4.3设计和开发的输出

4.3.1设计人员依据《新产品开发通知单》、《设计开发可行性报告》等文件，开展设计开发工作，进行立项。

4.3.2设计开发输出文件，应以能够针对设计开发的输入，进行验证的方式提出，并应在放行前得到批准，以便于证明满足输入的要求，为生产和服务提供适当的信息（包括产品接收准则）：

4.3.2.1设计图纸：

A、技术部制定项目经理，依据客户的来样、来图，按“新产品开发通知单”的规定和该产品的基本要求进行设计，装配图、零件图和明细资料。

B、设计时，指定项目经理要考虑公司现在有设备条件及工艺水平，采用有关标准、提高标准通用化、系列化水平和成本、技术经济等因素。

C、完成图纸设计后，由项目经理指定人员校对，和适时组织有关人员进行全面系统的评审，及早发现设计缺陷和薄弱环节，提出改进意见并提交技术经理批准。

D、如属客户指定开发的产品，必要时，须将图纸交客户审核确认。若客户有改进意见，应将改进后图纸，交客户再次确认合格。

E、如按客户图纸开发的产品，客户设计一般不得更改。若需更改，必须提出设计更改申请（DAR），取得客户同意后方可执行更改。

4.3.2.2物料需求确认

A、项目小组分拆样品试制的需求物料，确认自制或外购、外协。

B、项目小组依据外购、外协件的要求，选择协助方并约定交期，向协作方发放图纸或样件，并进行必要的技术交待。

C、样品试制的需求物料由项目小组确认，4.3.2.3工装配置及检验

A、在自制样品中，需要配置新制模具或夹具时，由项目经理开出“购买物资申请单”，交技术经理批准，并指定人员进行委托加工或采购。

B、配置工装合格与否，由项目小组对试制样件，进行检验来认定。

C、合格工装，由生产部负责进行编号、标识、办理出入库手续并登入“工装台账”。

4.3.2.4样品试制

A、当新产品试制物料、工装齐备后，项目小组负责试样。

B、样品吧零部件由项目小组，组织相关车间或协作方有关人员，确定试样日期及各自工作任务，由技术部讲解、发放图纸或样件以及试制样品的各项技术要求，并进行必要的指导。

C、在样品试制的各个阶段，项目小组要及时地对产品进行检测，并迅速将检验信息与项目经理沟通，必要时，报告技术经理协调。

D、试制样品的各种零配件齐备后，由项目小组负责装配，并将装配中发现的问题进行记录，为今后试产提供依据。

E、样品试制完成后，品管部经理负责检测，并将全部检测数据记入“样品检验报告”。

4.3.2.5产品搬运、包装储存防护要求；产品使用说明书。

4.4设计和开发的评审

4.4.1在设计和开发的适当阶段，应依据所策划，安排对设计和开发进行系统的评审。由项目经理提出申请，技术部经理批准，并会同相关人员和部门进行。评价设计和开发结果满足要求的能力、资源配置的适宜性，以及识别和预测存在问题的部位和薄弱环节，提出纠正措施，确保最终设计满足顾客要求。

4.4.2设计项目评审。即对《设计开发可行性报告》的评审，通过评审，以确保其实否与顾客要求、本公司技术力量和资源相符合。评审的主要内容包括：

A、零配件的符合性；

B、工艺装备的符合性；

C、与产品相关性能的测试报告；

D、出现问题点的列表及应解决完成的情况。

4.5设计和开发的验证

4.5.1依据所策划，安排对设计和开发进行验证，及通过检查和提供客观证据，表明规定要

求已经满足认可。设计验证应在设计适当阶段进行。设计验证注意采取样件测试，也可采取与类似设计进行比较、设计评审等方式进行。

4.5.2样件测试

样件测试是对设计图的检验，借以验证设计的正确性，产品的功能、性能及技术指标的符合性。评审验证的结果由技术部编写“样品验证报告”。若达到客户要求则由商务部负责寄样；若部分项目存在问题，但不造成样品整体缺陷影响特性要求，亦由商务部向客户说明，得到客户认可后寄样。

4.5.3对样件测试结果进行分析比较，确定设计输出满足设计输入的程度。如发现问题，采取措施，修正和完善设计，并重新进行验证。对客户的修改意见，必须认真接受满足。若确有难度由技术部反馈到商务部，由商务部与客户沟通。

4.5.4经验证后的设计，技术部应填写《设计开发验证报告》并保存。

4.6设计和开发确认

4.6.1试产准备

A、商务部应就样品确认事宜，同客户保存密切联系。在得到客户对试制样品的认可后，并有下单的意向时，应及时将信息转达给总经理。

B、商务部在得到顾客认可后，组织相关部门在产品交付和实施之前，进行设计和开发的确认，填写《设计开发确认表》。

C、总经理依据客户信息适时召集技术部、品管部、生产部、计划部等有关部门负责人就新产品批量生产，拟定计划和工作任务，其中包括：全套图纸、样件、检测规程、工装夹具、采购资料及相关的控制文件等。

D、项目小组负责对产品试制过程中存在的问题，同相关部门进行沟通。

4.6.2小批量试产

A、接到订单后，项目小组编制《设计开发试制计划》，进行小批量试产，由生产部组织技术部、品管部要密切检测各个工序的生产质量，及时反馈。

B、小批量试产完成后，生产部应召开小批量试产后的评审会议，凡参加试产的人员要到会，必要时总经理参加，以总结试产中存在的问题并将信息传递给有关部门。

C、所有的评审记录都须在“设计开发评审报告”上反映，由技术部归档保存。

4.7更改控制

4.7.1更改要求提出

A、客户要求更改；由商务部填写“设计更改申请表”，将客户的意见反馈给技术部；

B、协作方（供货商）要求更改：由采购员填写“设计更改申请表”向技术部说明是何种原因提出；

C、生产车间要求更改：由该车间填写“设计更改申请表”经生产部审核确实需要更改，再与技术部协商；

D、对无法接受的更改请求，技术部应做出不予接受或修正请求的回复。

4.7.2更改执行

A、重大更改如结构变动，造成物料损失重大等须经过评审，批准后执行。

B、微少更改如不影响功能、不改变型式，仍符合客户要求，经总经理审批后执行。

C、更改时，要仔细考虑对库存品、在制品造成的损失，并报请总经理批准。

4.7.3经更改的图纸或资料，若在正式发放前更改，均应在相关设计记录中反映；若已正式发放应更换，或更改所有受控图纸文件，应及时避免出现差错。

5.支持性文件

5.1《文件控制程序》

5.2《信息交流控制程序》

5.3《产品要求的确定及合同/订单评审控制程序》

6.记录

6.1新产品开发通知单

6.2设计开发可行性报告

6.3设计开发评审报告

6.4样品检验报告

6.5设计开发验证报告

6.6设计开发确认表

6.7设计更改申请表

8.预防和抵制校园暴力教学设计 篇八

一、教学目标

１、知识目标：了解校园暴力的成因及危害，学会预防校园暴力，掌握应对暴力的方法及技巧。

２、能力目标：通过校园安全教育，提高学生自我保护能力；能够正确处理生活中的各种冲突。

３、情感态度与价值观：增强学生自我保护意识，自觉抑制校园暴力，树立正确的安全道德观念。

二、教学重、难点

【教学重点】了解校园暴力的实质和危害，掌握正确应对校园暴力的方法和策略，学会自我保护。

【教学难点】学会巧妙地处置校园暴力。

三、教学背景分析：

1、我校总人数多，寄读学生多，生源差，大部分来自农村，留守儿童较多，学生之间家庭背景、成长经历相差较大，易起摩擦，比起其他学校，更易发生校园暴力事件。

2、中学生心理、生理都不够成熟，社会经验也不足，往往对校园暴力认识不够。有的缺乏对自我保护重要性的认识，缺乏自我保护方法和技巧，遇到侵害时则显得胆小怕事，不知所措；有的则受家庭、社会影响，遇事冲动，遇到侵害时，可能选择以暴制暴，不计后果。

四、教学对象：高一学生

五、教学手段

【教学手段】教学过程中，主要采用创设情境、案例分析、故事暗示、启发归纳等教学方法，指导学生进行案例分析、合作交流、自主探究。

六、教学过程 导入新课。

观看《校园暴力》视频，引入新课。活动一：什么是校园暴力 思考：

（一）通过观看视频认识什么是校园暴力？你遭遇过校园暴力吗? 学生结合观看的视频和思考介绍回答。

校园暴力：是发生在校园中的一些学生奉信暴力决定一切，以多欺少，以大欺小，以强凌弱等现象，校园暴力是个全球性的问题。

（二）校园暴力的表现形式多种多样，主要有以下七种：

1、索要钱物，不给就软硬兼施，威逼利诱。

2、以大欺小，以众欺寡。

3、为了一点小事大打出手，伤害他人身体，侮辱他人人格。

4、同学间因“义气”之争，用暴力手段争短论长。

5、不堪受辱，以暴制暴，冲动报复。

6、侮辱女同学。

7、侮辱、恐吓、殴打教职员工。

校园暴力还可以分为硬暴力和软暴力。如果拳打脚踢、拔刀相向是硬暴力；乱起绰号、骚扰、恐吓等等就是软暴力，软暴力对学生心灵的伤害甚至超过了硬暴力，同样可以置人于“死”地。

活动二：走近校园暴力

展示校园暴力案件的照片及文字材料，让学生对校园暴力产生直观感知。

事件一：

2016年5月16日，一段校园暴力视频疯传，一名男生被一名身体强壮的同学殴打，先是边拉上衣边踹，踹倒在地后继续踹胸部。不少学生围观，有的学生甚至嬉笑着说，“别打他腮”、“再来一遍”，据网友称，此事发生在五莲街头中学。经了解，事情发生在5月6日早饭后，当事学生因被同学起外号，怀疑同学向老师打小报告等产生不满，遂发生打骂现象。

事件二：

2015年4月8日，济宁邹城大律中学的初二女生小青，已经有一周时间不肯去学校了。在父母的追问下，小青终于道出了实情。上周一晚上，小青被同年级的三名女生殴打侮辱，跪在地上自扇耳光长达一小时。不堪其辱的小青再也不肯回去读书了。事件三：

因为简单的一句话，小丽误以为舍友小雪冤枉自己偷内衣，她和九名女生一起殴打小雪超过5个小时，强迫其脱下裤子暴露下身，并用手机拍下施暴与受辱的照片和视频。图片展示：

这一环节让学生通过案例、图片，走进校园暴力，认识校园暴力的危害，然后，教师进行简单的归纳。

探讨： 你还知道哪些校园暴力现象？

校园暴力的最可怕之处在于其施暴者是学生，而受害者也是学生。对施暴者来说，其过早染指了不良恶习，日后的成长令人担忧。而对受害者来说，这样的经历无疑是一场梦魇，很容易留下永久的伤痕。

活动三：分析校园暴力产生的原因

校园暴力的产生原因比较复杂，受多方面的影响。有家庭原因，有社会因素，也与教育工作者和学校管理有关。调查中发现，从施暴者自身来看，主要原因有以下几个方面：

1、强烈的好斗心理和过分要强。

2、性格严重内向，压力长期累积不得释放。

3、性格孤傲，不听意见，逆反心理强。

4、缺乏法律常识，做事不考虑后果

5、心理不健康，精神空虚。

6、传媒渲染（网络、电视、电影、广播、报刊等），社会暴力文化的影响。从受害者自身来看，主要原因有以下几个方面：

1、性格内向、懦弱，缺乏自信心，易忍气吞声，可以委屈自己而顺从别人。

2、缺乏法律常识，缺乏自我保护意识和能力。

3、摆阔、追求新潮，接触不良学生。

活动四：校园暴力有哪些危害？

结合案例让学生自主探究校园欺凌会产生哪些最直接的后果。案例：福建永泰初三男生遭围殴脾被切除 此前被同学欺凌4年

2016年6月10日上午，16岁的永泰县东洋中学初三学生小黄，在结束中考语文科目考试后，难以忍着剧烈腹痛继续参加中考，这才向父母道出了一个藏掖4年多的秘密：自小学五年级起，他就经常被其他同学无故殴打。8日晚，小黄再次遭同班同学夏某、林某和张某围殴，忍痛2天后被送医，却被发现脾脏出血严重，于11日晚，经手术切除了脾脏。

讨论：结合案例探讨校园暴力有什么危害？

（小组探究）

（学生一般会针对受害者一方发言，指出对受害学生身体和心理造成的后果，施暴者那？）图片展示危害： 图片一： 图片二： 图片三：

对受害学生来说，由于校园欺凌具有一定的隐蔽性，受害人往往受到对方的威胁而不敢向老师、家长和有关部门报告，因此会反复遭到勒索、敲诈和殴打，身心健康倍受摧残，必然影响其学习、生活和其他各个方面。校园暴力不仅给受害者的身体带来伤害，更严重的是危害受害者的心理健康，使受害者产生不安全感，产生恐惧和焦虑。

校园欺凌对施暴者和受害学生都有极大危害。对施暴者一方而言，容易使其形成以强凌弱的暴力意识，从而走上违法犯罪的道路。

同时也直接影响到其家长的正常工作，影响到学校的正常秩序，甚至破坏社会的和谐、法律的尊严。

本环节通过自主探究法、案例警示法让学生明确校园欺凌的危害，产生警示效果：让施暴者停止侵害，让受害者不再沉默，从而增强了学生的安全意识，也培养了其自主探究的能力。

活动五：如何避免和预防校园暴力？

1、校园暴力的特点

暴力容易发生的时间在： 清晨或傍晚，校园里人比较少的时候。

暴力容易发生的地点在： 空教室、阴暗的角落、大家不常走的走廊和巷子、教学楼背后等人少的地方。

容易遭受暴力袭击的是： 身体瘦小的同学、胆小的同学、花钱大手大脚的同学、爱炫耀的同学、独来独往的同学、喜欢滋事的同学等。

2、结合校园欺凌成因谈谈怎样才能避免自己受到校园暴力的侵害？（小组讨论）

预防措施：

不摆阔气；学会调节和控制自己情绪，同学间有矛盾及时化解；不结交不良朋友；与人相处，不能恣意妄为，要学会合作交流，又要讲原则，遇事不能一味退缩；在外不存贪婪之心；对不熟悉的人的邀请要心存警惕；发现违法犯罪现象，要及时报告，否则就是在姑息养奸。

3、面对校园暴力怎么办？

（1）遭遇校园暴力，应在学校、警方或家长的帮助下，制止暴力，决不能逆来顺受或以暴制暴。

（2）与不法行为作斗争一定要讲策略，运用智慧，具体情况具体分析，尽可能避免正面的直接搏斗，以免引起不必要的伤亡。必要时尽量满足对方提出的要求，与此同时一定要记住对方的体貌特征，及时报警，或向老师、家长寻求帮助。（3）当有人，尤其是陌生人，约自己到较偏僻的地方去时，一定要坚决拒绝；当侵害到来时，一定要想办法逃脱，并积极寻求帮助。

（4）要增强法制意识，在侵害发生后，要能够勇敢站出来，用法律的武器维护自己的正当权益。

情境训练：放学路上，假如你遇到几个不良青年向你索要钱物，还扬言如果不给就会给你颜色看看？（讨论后交流）-突破难点

分析总结

当我们遭遇校园暴力时，千万不能忍气吞声、逆来顺受。要保持清醒的头脑，敢于同邪恶势力作斗争，但最好不要进行正面搏斗，以免受到不必要的伤害。可以采取及时告知老师、家长的措施，有必要时要寻求法律的保护。不能以暴制暴、以牙还牙，恶意报复只会导致雪上加霜。近期和几个好友一起行动，避免落单；如有伤口，及时到校医务室或医院处理。

寄语：我们除了要学会保护自己，我们也不能去做校园暴力的施暴者。

活动七：课堂回顾

通过视频更直观的认识校园暴力的危害、表现形式以及如何应对校园暴力，掌握正确应对校园暴力的方法和策略，学会自我保护，结束本节课。课堂小结

校园本应是我们学习知识、接受教育的地方，但频频出现的校园暴力却打破了校园应有的宁静。校园暴力是人际冲突的一个极端，对我们来说是双重伤害，同时也体现出人际交往的问题。我们青少年共同生活在一起，就应当互相帮助、互相谅解、互相包容，仇恨的种子长不出和平的芽，暴力不能真正的解决问题，让我们一起大声说“远离校园暴力”。

最后提出倡议：预防校园暴力从我做起。

教学反思：

校园暴力是—个全球性的现象,如何将暴力行为赶出校园,已经成为各国和各地区面临的刻不容缓的挑战。本课教学分析学生的暴力心理,在此基础上,重点介绍应对校园暴力的一些积极有效的策略。通过一节课的教学我的收获颇多，感慨也不少。下面我从一下三方面谈谈自己的体会。

一、注重创设情境引入新课。

二、从生活实际引入，并在进行新知的探究活动中密切联系生活实际。这一环节让学生就其平时听到或遇到的校园暴力进行讨论，然后，教师进行简单的归纳，之后引出校园暴力的概念。在此基础上，用大量的实际实例让学生感受到校园暴力的后果，调动了学生学习的积极性，潜移默化的对学生进行了学习目的教育。

9.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计 篇九

INTRODUCTION

With the wide use of the networked, intelligent and digital distributed control system, the data acquisition system based on the single-chip is not only limited in processing capacity, but also the problem of poor real-time and reliability.In recent years, with the rapid development of the field of industrial process control and the fast popularization of embedded ARM processor, it has been a trend that ARM processor can substitute the single-chip to realize data acquisition and control.Embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consumption, and so on.In this paper, a new kind of remote I/O data acquisition system based on ARM embedded platform has been researched and developed, which can measure all kinds of electrical and thermal parameters such as voltage, current, thermocouple, RTD, and so on.The measured data can be displayed on LCD of the system, and at the same time can be transmitted through RS485 or Ethernet network to remote DAS or DCS monitoring system by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The new

generation remote data acquisition and moni-toring system based on the high-performance embedded ARM microprocessor has important application significance.STRUCTRUE DESIGN OF THE WHOLE SYSTEM

The whole structure chart of the remote data acquisition and monitoring system based on embedded ARM platform is shown in Figure 1.In the scheme of the system, the remote I/O data acquisition modules are developed by embedded ARM processor, which can be widely used to diversified industries such as electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.This system is mainly used for the concentrative acquisition and digital conversion of a variety of electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermo-couple in the production process.Then the converted data can be displayed on the LCD directly, and also can be sent to the embedded controller through RS485 or Ethernet network communication interface by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The data in the embedded controller platform is transmitted to the work-stations of remote monitoring center by Ethernet after further analyzed and pro-cessed.At the same time, these data can be stored in the real time database of the database server in remote monitoring center.The system has the dual redun-dant network and long-distance communication

function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The hardware platform of the Remote I/O data acquisition system based on emb-edded ARM uses 32-bit ARM embedded microprocessor, and the software plat-form uses the real-time multi-task operating system uC/OS-II, which is open-source and can be grafted, cut out and solidified.The real time operating system(RTOS makes the design and expansion of the application becomes very easy, and without more changes when add new functions.Through the division of the appli-cation into several independent tasks, RTOS makes the design process of the application greatly simple.Figure 1 Structure of the whole system THE HARDWARE DESIGN OF THE SYSTEM

The remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform has high universality, each acquisition device equipped with 24-way acquisition I/O channels and isolated from each other.Each I/O channel can select a variety of voltage and current signals, as well as temperature signals such as thermal resis-tance, thermocouple and so on.The voltage signals in the range of 0-75 mV ,1-5V ,0-5V, and so on, the current signals in the range of 0-10mA and 4-20 mA, the thermal resistance measurement components including Cu50, Cu100, Pt50, Pt100, and the thermocouple measurement components including K, E, S, T, and so on.Figure2.Structure of the remote I/O data acquisition system based on ARM processor The structural design of the embedded remote I/O data acquisition system is shown in Figure 2.The system equipped with some peripherals such as power, keyboard, reset, LCD display, ADC, RS485, Ethernet, JTAG, I2C, E2PROM, and so on.The A/D interface circuit is independent with the embedded system, which is independent with the embedded system, which is system has setting buttons and 128*64 LCD, which makes the debugging and modification of the parameters easy.The collected data can be sent to the remote embedded controller or DAS, DCS system by using

Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol through RS485 or Eth-ernet communication interface also, and then be used

for monitoring and control after farther disposal.The system of RS485 has a dual redundant network and long-distance communication function.As the embedded Ethernet interface makes the remote data exchange of the applications become very easy, the system can choose RS485 or Ethernet interface through jumper to communicate with host computer.Ethernet interface use independent ZNE-100TL intelligent embedded Ethernet to serial port conversion module in order to facilitate the system maintenance and upgrade.The ZNE-100TL module has an adaptive 10/100M Ethernet interface, which has a lot of working modes such as TCP Server, TCP Client, UDP, Real COM, and so on, and it can support four connections at most.Figure3.Diagram of the signal pretreatment circuit

Figure 3 shows the signal pretreatment circuit diagram.The signals of thermo-couple such as K,E,S,T etc and 0-500mV voltage signal can connect to the positive end INPx and the negative end INNx of the simulate multiplexers(MUX directly.The 4-20mA current signal and 1-5V voltage signal must be transformed by resis-tance before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.The RTD thermal resistance signals such as Cu50, Cu100, Pt50 and Pt100 should connect one 1mA constant current before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.Figure4.Diagram of ADC signal circuit Figure 4 shows the ADC signal circuit, which using the 16-bit ADC chip AD7715.The connection of the chip and the system is simple and only need

five lines which are CS(chip select, SCLK(system clock, DIN(data input, DOUT(data output and DRDY(data ready.As the ARM microprocessor has the characteristics of high speed, low power, low voltage and so on, which make its capacity of low-noise, the ripple of power, the transient response performance, the stability of clock source, the reliability of power control and many other aspects should be have higher request.The system reset circuit use special microprocessor power monitoring chip of MAX708S, in order to improve the reliability of the system.The system reset circuit is shown in Figure 5.Figure5.Diagram of system reset circuit

SOFTWARE DESIGN AND REALIZATION OF THE SYSTEM

The system software of the remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform use the real-time operating system(RTOS uC/OS-II, which is open-source and can be grafted，cut out and solidified.The key part of RTOS is the real-time multi-task core, whose basic functions including task management, resource management, system management, timer management, memory management, information management, queue management and so on.These functions are used though API service functions of the core.The system software platform use uC/OS-II real-time operating system core simplified the design of application system and made the whole structure of the system simple and the complex application hierarchical.The design of the whole system includes the tasks of the operating system and a series of user applications.The main function of the system is mainly to realize the initialization of the system hardware and the operating system.The initialization of hardware includes interr-upt、keyboard、LCD and so on.The initialization of operating system includes the control blocks and events control blocks, and before the start of multi-task schedu-ling, one task must be started at least.A start task has been created in this system, which is mainly responsible for the initialization and startup of clock, the start-up of interruption, the initialization of communication task module, as

well as the division of tasks and so on.The tasks must be divided in order to complete various functions of the real-time multi-task system.Figure6.Functional tasks of the system software Figure6 shows the functional tasks of the system software.According to importance of the tasks and the demands of real-time, the system applications are divided into six tasks with different priority, which including the tasks of A/D data acquisition, system monitoring, receive queue, data send, keyboard input, LCD display.The A/D data acquisition task demands the highest real-time requirements and the LCD display task is the lowest.Because each task has a different priority, the higher-priority task can access the ready one by calling the system hang up function or delay function.Figure7.Chart of AD7715 data transfer flow Figure 7 shows the data conversion flow of AD7715.The application A/D conversion is an important part of the data acquisition system.In the uC/OS-II real-time operating system core, the realization process of A/D driver depends mainly on the conversion time of A/D converter, the analog frequency of the conversion value, the number of input channels, the conversion frequency and so on.The typical A/D

conversion circuit is made up of analog multiplexer(MUX, amplifier and analog to digital converter(ADC.Figure8.Diagram of the application transfer driver Figure8 shows the application procedure transfer driver.The driver chooses the analog channel to read by MUX, then delay a few microseconds in order to make the signal pass through the MUX, and stabilize it.Then the ADC was triggered to start the conversion and the driver in the circle waiting for the ADC until its completion of the conversion.When waiting is in progress, the driver is detecting the ADC state signal.If the waiting time is longer than the set time, the cycle should be end.During waiting time of the cycle, if the conversion completed signal by ADC has been detected, the driver should read the results of the conversion and then return the result to the application.Figure9.Diagram of serial receive Figure9 shows the serial receive diagram with the buffer and signal quantity.Due to the existence of serial peripheral equipment does not match the speed of CPU, a buffer zone is needed, and when the data is sending to the serial, it need to be written to the buffer, and then be sent out through serial one by one.When the data is received from the serial port, it will not be processed until several bytes have been received, so the advance data can be stored in buffer.In practice, two buffer zones, the receiving buffer and the sending buffer, are needed to be opened from the memory.Here the buffer zone is defined as loop queue data structure.As the signal of uC/OS-II provides the overtime waiting mechanism, the serial also have the overtime reading and writing ability.If the initialization of the received data signal is 0, it expresses the loop buffer is empty.After the interrupt received, ISR read the received bytes from the UART receiving buffer, and put into receiving buffer region, at last wake the user task to execute read operation with the help of received signal.During the entire

process, the variable value of the current bytes in recording buffer can be inquired, which is able to shows whether the receive buffer is full.The size of the buffer zone should be set reasonable to reduce the possibility of data loss, and to avoid the waste of storage space.CONCLUSIONS

With the rapid development of the field of industrial process control and the wide range of applications of network, intelligence, digital distributed control System, it is necessary to make a higher demand of the data accuracy and reliability of the control system.Data acquisition system based on single-chip has been gradually eliminated because the problem of the poor real-time and reliability.With the fast popularization of embedded ARM processor, there has been a trend that ARM processor can alternate to single-chip to realize data acquisition and control.The embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consum-ption, and so on.In this paper, A kind of ARM-based embedded remote I/O data acquisition system has been researched and developed, whose hardware platform use 32-bit embedded ARM processor, and software platform use open-source RTOS uC/OS-II core.The system can be widely applied to electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.And it is mainly used in the collection and monitoring of all

kinds of electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermocouple data of the production process.Then these data can be sent to the remote DAS, DCS monitoring system through RS485 or Ethernet interface.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的研究和开发

导言

随着网络化，智能化，数字化分布式控制系统的广泛使用，基于单芯片的数据采集系统不仅在处理能力上受限制，并且在实时性和可靠性方面也出现了问题。近几年来，随着工业过程控制领域的迅速发展和嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器代替单芯片实现数据的采集和控制成为了趋势。嵌入式ARM系统能适应数据采集系统的严格要求，如功能性，可靠性，成本，体积，功耗等等。

在本文中提出一种新型的基于ARM嵌入式平台的远程I / O数据采集系统已被研制开发，它可以衡量各种电气和热参数，如电压，电流，热电偶，热电阻等等。那个测量数据可以显示在液晶显示器的系统中，同时可通过使用Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议从RS485或以太网网络传送到DAS或DCS远程监控

系统。该系统具有双冗余网络和长途电通信功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。基于高性能嵌入式ARM微处理器的新一代远程数据采集和监控系统具有重要的应用意义。

整个系统的结构设计

基于嵌入式ARM的平台的远程数据采集和监控系统的整个结构图在以下的图1中展示。在这系统的计划中，通过使用广泛用于多种行业如电气电力，石油，化工，冶金，钢铁，运输等的嵌入式ARM处理器来开发远程I / O数据采集模块。该系统主要用于的集中采购和将各种电和热信号如电压，热电阻，热电偶在生产过程中进行数字转换。转换的数据可直接在液晶显示器上显示，也可以通过使用的Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议的RS485总线或以太网网络通信接口被发送到嵌入式控制器。嵌入控制器平台的数据通过进一步以太网的分析和处理被传送至远程监控中心的工作站。与此同时，这些数据可以存储在远程监控中心数据库服务器的实时数据库中。该系统具有双冗余网络和远程通讯功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。

基于嵌入式ARM远程I / O数据采集系统的硬件平台使用32位ARM嵌入式微处理器和软件平台使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。实时操作系统（RTOS）使设计和应用的扩大变得非常容

易，增加新的功能时也没多大变化。通过几个独立的任务的应用，实时操作系统使得应用的设计过程极为简单。

系统的硬件设计

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统具有很高的普遍性，每个购置设备配备24收购方式的I / O渠道且彼此孤立。每个I / O通道可以选择不同的电压和电流信号，以及温度信号如热电阻，热电偶等。在05V的,010毫安和4100TL智能嵌入式以太网串口转换模块。该ZNE500mV的电压信号可以直接接到模拟多路复用器（复用器）的INPx正极和INNx负极。45V的电压信号必须用阻抗转换。热电阻的电阻信号如Cu50，Cu100，Pt50和Pt100应在接到某些频道的复用器INPx正极和INNx负极前连接一1毫安的恒流源。

图4显示了使用16位ADC芯片AD7715的ADC信号电路。芯片与系统的连接非常简单，只需要CS（芯片选择），SLCK（系统时钟），DIN（数据输入），DOUT（数据输出）和DRDY（数据准备）5根线。

由于ARM微处理器具有高速，低功耗，低电压等优点，这使它在低噪音，纹波权力，瞬态响应性能，时钟来源的稳定，功率控制和许多其他方面需要有更高的要求。为了改善系统的可靠性该系统复位电路中使用特殊的微处理器电源监测芯片MAX708S。图5展示了该系统复位电路。

系统软件的设计与实现

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的软件使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。RTOS的关键部分是实时多任务的核心，其基本功能包括任务管理，资源管理，系统管理，计时器管理，内存管理，信息管理，队列管理等。通过API服务职能核心使用这些功能。

该系统软件平台使用的是单一化的uC/ OS第二代实时简化操作系统核心，使整个结构系统简单和应用层次复杂。整个系统的设计包括操作系统的任务和一系列的用户应用程序。系统的主要职能是实现系统硬件和操作系统的初始化。硬件初始化包括中断，键盘，液晶显示器等。操作系统初始化包括控制模块和事件控制，在多任务调度前，至少有一个任务开始。一个开端任务已建立在这一系统，这系统主要负责初始化和启动的时钟，开办中断，通信任务模块的初始化，以及任务分工等。为了完成实时多任务系统的多种职能那个任务必须被划分。

图6显示系统软件的功能任务。根据任务的重要性和实时要求，系统的应用曾划分为六个不同优先级的任务，其中包括A / D数据采集任务，系统监控，接受队列，数据传送，键盘输入，液晶显示屏显示。A / D数据采集任务要求最高的实时要求和液晶显示器显示任务是最低的。因为每个任务都有不同的优先事项，通过使用系统挂断功能或延迟功能更高的优先任务可以开始已经准备好的任务。

图7显示的是AD7715的数据转换流。A / D转换器的应用是数据采集系统的一个重要组成部分。在uS/ OS的第二代实时操作系统的核心中，A / D驱动程序的实现过程主要取决于A / D转换器的转换时间，有转换价值的模拟频率，输入通

道的数量，转换频率等等。典型的A / D转换电路由模拟复用器（复用器），放大器和模拟到数字转换器（ADC）组成。

图8显示了申请程序转移的驱动程序。驱动程序可以在模拟通道读取由复用器，那么几微秒的延迟，以便使信号通过多路开关，并使其稳定。然后，当转换开始时，ADC被触发，并且驱动程序在一个周期内等待ADC的触发，直到完成转换。当等待的进展，该驱动程序检测ADC的状态信号。如果等待时间比规定的时间越长，周期应该结束。在等待的周期时间，如果转换完成ADC的信号被检测到，驱动程序应改为转换的结果，然后将结果返回给应用程序。

图9显示了缓冲区和信号量的序列接收图。由于外围串行设备的存在CPU的运行速度匹配，一个缓冲区是必要的，当数据发送到序列，它必须被写入缓冲区，然后通过串行逐一地被发送出去。当从串行端口收到数据，这些数据将不会被处理直到收到一些字节，因此先前的数据可以存储在缓冲区中。在实践中，两个缓冲区，一个接收缓冲区和一个发送缓冲区，它们是需要从内存开放出来。在这里缓冲区像循环队列数据结构一样被定义。

由于uC/OS-II提供额外时间等待机制的信号，串口也具有额外的阅读和写作能力。如果收到的数据信号初值为0，它表示循环缓冲区是空的。在中断收到后，ISR从UART接受缓冲区中读到收到的数据，并投入接收缓冲区域，最后通过收到的数据开始用户执行读操作的的任务。在整个过程中，变量价值目前字节在存储缓冲区中的字节的变量值是可以被询问的，这能够表明接收缓冲区是否已满。为了降低数据丢失的可能性和避免浪费存储空间应合理地设置缓冲区的大小。

结论

随着工业过程控制领域的快速发展和网络，智能，数字化分布式控制系统广泛应用，有必要发展对数据准确性和控制可靠性要求更高的系统。由于较差的实时性和可靠性基于单片机数据采集系统已逐步被淘汰。随着嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器替代单芯片实现数据采集与控制成为了一种新的趋势。嵌入式ARM系统能够适应数据采集系统的严格要求，如功能，可靠性，成本，大小，耗电量等等。