2022年地理教学文献翻译.docx

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1、精品学习资源地理教学中的三维可视化技术摘要：有助于同学查看视图的三维技术，可以支持广范畴的学习风格；“GeoWall 系统”是准许科学家，老师和同学放映和查看三维立体图像的可视化工具；我们在一些本科课程中开发并介绍了三维可视化演习；入门级阶段的同学从新奇的材料介绍中获益；高年级本科生和争论生意识到了分析新技术的优势、局限性和潜在应用型的有利环境；三维可视化技术可以在地理教学的很多层面上供应未开发的潜能，这项技术比以往任何时候的技术都实惠和便利；引言近年来，新的投影技术、低成本高性能的显卡和高速电脑的结合，使三维可视化技术能够为高校部门构建起自己的立体投影和观看系统；这一努力已在很大程度上引导了

2、 GeoWall 财团，这项工作在很大程度上引导了GeoWall 财团，它是一个以“通过使用低成本的虚拟现实可视化设备，扩大利用地球科学的争论和训练科学可视化工具“为使命的、由教职员和学者组成的非正式组织；该财团促进了 ”GeoWall 系统”进入了包括地理学在内的其他学科，它主要由来自四 所高校的地质学家、 地球物理学家、 可视化专家和电脑程序员组成；2004 年春，明尼苏达高校地理系收到一笔来自文科信息技术费委员会学院的赠款，这笔赠款是为了在2004-2005 学年开发指导三维可视化技术；争论助理的一半时间是开发技术和形成教学模块；通过这项工作，我们开头发觉这样一个 系统可以为本科地理训练

3、供应潜力；在这篇文章中，我们说明了这项技术的原 理，简要表达了 GeoWall 的历史，在一个介绍地图、可视化、地理推理和两个高等的地图学与地理信息系统课程的大型生物地理学讲座中，我们共享了关于 三维可视化不同应用的体会；为了回应书面调查，我们说明了三维增强学习的 影响；然后，我们提出了关于 GeoWall 将来应用的方案，我们示意其他各级地理学家如何能够像这样把三维可视化技术融合进他们的课堂；三维可视化人们意识到左眼和右眼图像比较的心理深度；为了使平面图像被感知为三维图像，一个可以把视线分隔开并且可以防止任何一只眼睛凝视到虚假图像的系统必需到位；欢迎下载精品学习资源自从 19 世纪中叶立体照

4、片的显现，出现三维图像的各种系统已经得到开发；早期的三维照片是成对儿的照片，是分别从左眼和右眼的角度来看的，这需要用立体电影放映机查看，它可以利用光学透镜别离两个图像；在 20 世纪中叶，立体照片答应让观众从一个单一的图像中看到三个维度， 这使得三维电影的制作成为可能；立体照片是从红色和蓝色两个色调视角强加在图像上的，然后用包含红色和蓝色镜片的眼镜将其转化为适合眼睛看；在20世纪 80 岁月后期，三维全彩色的查看通过快门眼镜技术得到改善；单台电脑屏幕在左眼和右眼图像之间快速交替；然后用户可以运用快门眼镜连接到电脑上以查看图像；在适当情形下，这种眼镜通过特殊驱动程序使左右眼视图同步不透亮；很大程

5、度上，随着电脑技术的进步，被视频嬉戏驱动的行业已经使科学家们能 够在医学和显微镜、地质学和天文学等领域制作三维图像；九十岁月中期，三 维“地窖”项目能够使争论人员从三个维度可视化数据；这些地窖是特别豪华 的，需要特地的房间来陈设系统； 2000 年，明尼苏达高校地质部与地球物理争论所的成员开头与美国地质调查中心合作，在伊利诺斯州高校的电子可视化实 验室为地球资源观测系统开发一个可以在宽阔观众面前适用的、不太昂贵的系统，而 GeoWall 财团从这些最初的努力过程力中产生；超过500 个 GeoWall 系统现在已经在全国各地的学校、高校和博物馆得到普及；GeoWall 系统尽管最初的 三维地窖

6、 系统需要几十万美元，但 GeoWall 的专业设备及操作在7500 美元的组件下建造出来并不是难事； GeoWall 系统可以设置在固定的试验室里，也可设置成可运输到不同教室的可移动形式；明尼苏达高校地理系已经 建立了移动通信系统图 1；GeoWall 系统可以在大多数现代电脑上运行；电脑必需拥有两个显卡或更多的视频输出以便可以发送被投影仪分隔的不同的图像；大多数现代的显卡都能够实现双视频输出；显卡依据不同的可视化需要，拥有广泛的特点和相关的价欢迎下载精品学习资源格；图 1 GeoWall 系统的组成 :a 电脑;b 投影机堆垛机 ;c 数字投影机 ;d 偏光过滤器;e 银白色的投影仪屏幕

7、;f 偏光眼镜 ;GeoWall 在很大程度上是环绕投影系统构建的；电脑给左、右两个投影仪发送视频信号；特殊是当投影仪被用在大而光明的环境中时，光过滤和排除了很多来自投影仪输出的高流明的光；大多数光学投影仪以偏光过滤运行；数字光学投影仪堆放时应尽可能使图像以最小的失真显现在屏幕上；现代数字光学投影仪供应“梯形失真”技术，为了使图像可以完善叠加，这项技术答应用户调整图像；由于数字光学投影仪运行起来相当热，所以它们需要得到充分冷却；由多个供应商供应的爱护堆垛机 , 供应了一个答应空气流通的让人可接受的解决方法；安装在投影机前端几英寸地方的偏光镜片过滤着来自投影机的光；来自两个投 影仪呈 90 度角

8、的光被分化，从而产生两个信号，其光波沿着不同的平面前进；屏幕必需能够储存偏振光，最常见的有“银幕”；大多数主要的投影屏幕供应商出售储存偏振光的屏幕；欢迎下载精品学习资源观看者必需戴上偏光眼镜；光过滤和眼镜块的结合使每只眼睛中出现适当的图像；当系统被恰当的配置时，观看者用右眼只能看到右眼中的图像，左眼只能看到左眼中的图像；第一虽然运行 GeoWall 系统可能会显现风险，但是拥有一个良好的系统可以在短短几个小时内娴熟的学会设置和操作GeoWall图 1；当一个人把握了安装程序后，让一个单一的设备车进入一个房间里并且在屏幕上投影10 到 15 分钟的图像是可能的；美国地质调查局供应了一个很好的介绍

9、关于GeoWall 系统的有用性，而 GeoWall 财团并为其供应了充分的关联信息；早期的 GeoWallGeoWall 是存在于最强的地质部门的，由于它最初的设计是用来帮助地球物理学家可视化复杂的数据和教本科生地质课的；高校教授在天文学、几何学、新闻学和戏剧学等学科的教学中使用三维可视化技术及其内容；GeoWall 用于明尼苏达高校地质类课程特点的各种目的；在三维可视化的一般形式中，同学进行虚拟的实地考察；在很大程度上，入门课就带领同学去户外在后勤保证方面是复杂的，有时甚至是危急的；在过去，地质专业同学徒步到 密西西比河河畔诈唬；但是在几年前，通往这条河的路径被认为是担心全的而 且实地考察

10、已不再被答应；作为这些旅行的一种替代，地质老师就实行了一系 列的照片对并运用 GeoWall 出现了实地考察；虽然使用这种技术出现三维投影图像看起来可能像是余外的，地质学教员已经证明，同学会从三维讲座中学到 更多比同样的二维讲座；当在平面上描述露出地面的岩层时，对它缺乏熟悉的 同学往往感到难以把握它的空间关系；地质学课程老师对同学不会使用地质图感到很懊丧；缺乏地图体会的学 生，假如不花费几天的课程时间去学习如何读图，是不应当学习课程的核心概 念的；地质老师发觉，三维地图改善了他们的课程学习，并答应他们在一个学 期中涵盖更多的素材；好玩的是，表现不佳的同学的报告显示，从三维可视化 中的受益要比高

11、材生的多，这些高材生们过去更多反应这个系统对他们的学习 没有帮忙；然而，在 500 多名同学单独的地图练习测试中，同学们通过看立体地图，能够在各项技能水平方面提高他们答复以下问题的精确性；而这些地图 跨过各种主题和形式；同学们能够查看明尼阿波利斯和圣保罗的双子城四周基 岩结构的三维地图，三维地图通过添加或删除地质图的叠加而相互影响，并考 察地震中心和大陆迹线的三维模型，从而探究在虚拟三维环境中的地质特点；欢迎下载精品学习资源地质学课程常常教些概念，由于数据的肯定数量，这些概念在二维上很难说明，特殊是当时间因素被添加进来时；鉴于大部分三维可视化进展地质学的明显空间特性，把 GeoWall 引入地

12、理课程是一个自然的举动；在2004-2005 年期间，我们为一些课程开发 GeoWall 内容，为的是探究三维可视化如何提高地理教学和学习；我们在这里争论了三个这样的尝试，以各种方式去示意GeoWall 可能被应用于地理学；地理学中的 GeoWall明尼苏达高校地理系中规模最大的课程被称为“全球花园的生物地理学”；本课程是生物地理学的入门级课程，每学期有超过450 名的同学学习此课程，而他们其中的 60是大一和大二的同学；它作为高级生物地理学课程的一部分，老师把实地考察融入到课程中；同学可以通过大量的实地考察学习自然地理；教授带领她的小班级同学去一个古老的阔叶林森林中的一个从前居民点的遗迹在那

13、里，她呈现了植物取样和提取树心记录树木年轮的程序；这样一个大的实地考察对于入门课是不现实的；我们通过运用立体照相机两款同步实行立体照片对的数码相机开发了一个有关森林区域和提取树心方法演示的“虚拟之旅”；该模块包括一些地区的三维地图以及一系列的 30 张三维照片；地图、 可视化和地理推理概论是另一种低水平的课程，在其中我们引入了 GeoWall；本课程从高校本科不同阶段的同学中招收约70 名，一般吸引的都是那些不具有扎实的数学或空间推理技能的同学；在课堂上老师和同学面临 的主要挑战之一是把握等高线在地势图中的说明；课程终止后，同学应当能够 读懂和说明各种地势特点例如：运算斜坡，查找最正确路线，识

14、别山脊和山 谷；很多同学有一个特别困难的时间段来学习如何阅读表示三维外表的二维 地图；我们发觉，假如同学们把一个二维等高线地图和它所代表的三维外表作 比照，他们能够更好地使等高线概念化；我们开发了三维等值线图，为了帮忙地图课上概念的讲授图2；在课堂上，老师通过旋转它来操纵每个三维地图图像，放大或缩小，打开或关闭来 突出显示特定的功能；他提出了这个单元会同有关制图符号材料相结合；欢迎下载精品学习资源图 2 立体像对的例子：玻利维亚境内的安第斯山脉左眼和右眼中的三维地图图像老师仍把 GeoWall 引入到了高等的制图学与地理信息系统课程中；在这些高层的争论生课程中， GeoWall 技术是争论的主

15、要课题； ArcGIS 中的最新版本包含 ArcScene 中一个组件，它在通过三维透镜构建三维地图方面没有多大困难；该软件功能够使同学在一个课时内学习如何构建他们自己的三维地图；运用 GeoWall 系统，同学们就可以呈现他们的三维地图；运用先进的制图法，同学们争论三维地图并考虑其中的介质影响传统制图符号的方式及它的优点、局限性和新技术潜在的应用；地理信息系统类是一个为明尼苏达高校地理信息系统专业的硕士生设计的技术性课程；一些同学表 示，他们对技术感爱好并且想单独在三维可视化项目方面工作；同学反应自从 GeoWall 技术在我们课堂上介绍之后，我们实施了书面调查法去判定同学对于使用这项技术的

16、反应进而评估这项技术的有效性；120 名同学完成了全球花园生物地理学方面的调查，而48 名同学在地图、可视化和地理推理方面被调查；很多相关的技术是可行的；运用GeoWall 是“当在处理地理空间域时的最全面感官”， 但必需要有眼光；假如观众在日常生活中能看到但是无法感知深欢迎下载精品学习资源度，他或她将不会在屏幕上发觉到三维，这适用于大约2% 的人口；一些同学尽管拥有深度觉察力，但仍然不能够在屏幕上看到三维；在我们的报告中，被 调查的 168 名同学中的 5 名的报告显示，他们无法看到三维的演示文稿；随着这项技术的进展，考虑如何使它适应有视力障碍的同学是重要的；那些无法感知深度的同学运用偏振眼

17、镜应当能够看到二维图像，偏振眼镜有助于阻挡双图像；一个显而易见的解决方案是在二维格式方面供应相同的材料；接受调查的一些同学在查看了三维图像之后，显现了轻度恶心、头痛、头晕或者眼睛疼痛的现象，这对于运用这种可视化并不常见；在两个班中接受调 查的 15 的同学 25 名同学感觉到不适；改善两个图像的对准和防止照片中某些特点，可以降低眼疲惫的发生率；立体照片看起来趋向于使一些观看者 感到不舒适，它聚焦在远处的物体上，例如一棵树上，但也包括近处的物体， 例如图像的分支指向观看者；第三次我们进行了一个有关三维的讲座，我们知 道去通知同学关于查看三维内容会显现身体反应的可能性，假如他们感觉身体 有任何不适

18、，会建议他们休息一会儿；为了使同学从观看三维图像的疲惫中放 松他们的眼睛，每隔 10 至 15 分钟就停止三维演示，这也是一个防止房间太暗的很好做法；我们发觉当一个人适应了查看GeoWall 后，这些副作用就会消退；当被问及三维演示是否能够帮忙他们“更好的懂得材料”时，在两个接受 调查的班级中，同学们的答复不同；生物地理学课程采纳的是实地考察演示， 这实质上就是一个三维幻灯片，但只要49% 的同学 50 名同学声称实地考察三维有助于他们学习材料；很多观看显示，二维幻灯片只是作为帮忙他 们有效学习的工具，但是这些同学中的一部分人补充说，三维演示比二维 演示更能够保持他们的爱好，或许是由于这项技术

19、对他们来说是新奇的缘故； 其他同学指出，三维幻灯片在表达森林的大小、范畴和地势方面比二维幻灯片 供应一个更好的想法；绝大多数同学在读图入门课上答复说，三维可视化帮忙他们学习如何阅读轮廓线； 92% 的同学表示，三维内容帮忙他们更好地懂得材料并且同样比例的报道显示，三维内容有助于同学们保持留意力的集中；一些同学说,他们喜爱接触三维可视化，由于他们信任在将来他们终将会运用到这项技术；,我们的介绍是同学们第一次接触到这个技术，只有少数例外；GeoWall 为同学供应了一种学习课程内容的好玩方式；80% 的同学表示， GeoWall 帮忙他欢迎下载精品学习资源们在课堂上保持留意力； 90的同学声称，他

20、们期望在今后的课程上看到更多的三维可视化技术；虽然我们认为我们的调查对于同学们关于这项技术的反应供应了宝贵的见解，但我们想要探讨更多关于什么可行，什么不行行的细节；将来的项目在 GeoWall 项目的其次年，我们将连续开发上面争论的项目，我们方案把该项技术引入到其他学科领域；明尼阿波利斯和圣保罗的地理双子城在城市地理和城市规划方面是一个应用实例；这个实例有一个实践方法就是要求同学进行一个关于城市社区的实地考察小调研；一些同学被这种类型的任务所吓倒；运用立体摄影设备，我们已经制作了一个关于双子城的徒步旅行和关于它的一系列三维地图陪伴旅行；老师可以投射出一系列的显示双子城地势的三维地图以及一些相关

21、的主题特点；老师期望演示文稿将促进课程内容更好的争论，缓解同学们将要完成项目的焦虑进而为同学们可视化城市数据供应一个新的方 式；在历史城市地理学课堂上， GeoWall 将答应老师使用三维去呈现一些拍照于 20 世纪末的数以万计的立体照片；最终，我们想要仿效地质老师通过使用 GeoWall 来可视化复杂数据的例子；气候学和气象课程涉及的极其复杂，专业地图除了有体会的用户懂得外，对全部人来说都具有挑战性；如全球大气环流的过程通常用二维简化和说明；地图投影是能更有效地运用三维可视化演示的另一个主题；通过运用三维演示这些数据，我们期望这些内容使同学们更易于懂得；结论看法依据我们同学调查的普遍积极结果

22、，我们乐观地认为GeoWall 是一个可以增强同学学习体会的工具；该 GeoWall 项目的一个明确优势就在于，至少当该技术对同学来说是新奇时，它可能会解决一些与讲课形式相关的学习问题，例如：同学不留意，对讲课失去爱好或不储存信息；我们的调查供应了一个很好的关于 GeoWall 有助于缓解这些问题的猜测；特殊是在大班或在事例中，实地考察是不行行的，在这一领域虚拟的实地考察比一个标准的两维幻灯片更能让同学们清晰地熟悉到 ；同学往往难以懂得空间概念，如等高线或气候模式，特殊是大规模的入门 课程；随着 GeoWall 的进展，同学以新方式处理具有挑战性的材料；“多元智欢迎下载精品学习资源能”的概念和

23、教学策略适应人类 把学问整合成文档的各种方式； 课堂中三维可视化的结论可以适应各种各样的学习风格；抱负状态下， GeoWall 将进一步进展到包括“主动学习”的策略；主动学习应当让同学指导他或她自己的调查去发觉学科原就，而不是作为一个被动的信息接受者；同学可能被要求从三维地图或模型中得出结论 ,来比较三维材料与传统地图，或者以不同的尺度去探究虚拟环境；地质部门已经勉励了 GeoWall 试验室大量的积极主动学习者，在这里同学们可以依据自己的时间去探究三维材料来完成他们的试验作业；在明尼苏达高校地质学课堂上，与立体地图的互动实质上增加了同学的映射曲面的懂得；有了适当的空间和资源，一个固定的三维可

24、视化试验室可以供应应更多的同学；三维可视 化在现实世界的各种应用中变得越来越普遍，特殊是在地理学家感爱好的领域，如：数据可视化，环境询问和城市规划；地理学家力争把地理 技术纳入到地理课程，在教学中引入如此尖端的可视化技术好像是合乎规律的 和有益的；有迹象说明，三维可视化与地理标准在多方面是相关的，包括作为 一个教同学空间推理的工具和作为一个地理技术如何应用的例子；据我们所知，在高校阶段只有极少数的地理部门采纳了三维可视化系统；ArcGIS 中最近增加的促进三维建模的投影系统，如GeoWall，好像三维可视化技术将要在高校地理部门之间扩散；我们信任GeoWall 有潜力在各级地理教学中成为一个强有力的教学工具 ；最近的争论探究了教学和认知学习与虚拟和三维模型的关联，但进一步的实证争论将有助于我们懂得三维可视化作为地理教学工具的全部潜力；欢迎下载