1.多媒体教学科研设备
多媒体教学科研设备就是一种将数字声音、数字图像、数字视频、计算机图形和通用计算机集成在一起的人机交互系统。如图7-4所示。
图7-4 多媒体教学科研设备
多媒体硬件系统:一个功能较齐全的多媒体计算机硬件系统从处理的流程来看,主要包括多媒体采集输入设备、多媒体主机和多媒体输出设备三大部分。从处理过程中的功能作用来看,则可分为以下几个部分:
1)音频部分。负责采集、加工、处理波表、MIDI等多种形式的音频素材,需要的硬件有录音设备、MIDI合成器、高性能的声卡、音箱、话筒、耳机等。
2)图像部分。负责采集、加工、处理各种格式的图像素材,需要的硬件有数码相机、扫描仪等。
3)视频部分。负责采集、编辑计算机动画和视频素材,对机器速度及存储要求较高,需要的硬件设备有动态图像采集卡、数字摄像机,以及海量存储器等。
4)存储部分。包括光存储、磁存储和网络存储设备。
实验教学中采用多媒体方式,集文本、图形、图像、声音、动画、视频于一体,实现图文并茂、声画并举,甚至模拟虚拟现实创设课堂教学情景。课堂多媒体教学的最大优势在于能够将传统教学中单一的文字或简单挂图呈现教学信息的形式转变为多媒体形式,从而克服了传统教学中文字呈现信息过于抽象的问题,而以生动具体、形象逼真的虚拟情景,把抽象的信息内容转变为具体的形式再现给学生,使学生更容易理解,实现轻松愉快的学习。
(1)多媒体音频系统。声卡、MIDI和音响构成了多媒体计算机的音频系统,让计算机可以发出各种美妙的声音,让人们享受多媒体带来的快乐。如图7-5所示。
图7-5 多媒体音频系统
1)声卡。声卡又被称为“音频卡”、“声音适配器”,主要用于处理声音,是多媒体计算机的基本配置。现在,很多计算机在主板上集成了音效片,取代了声卡的功能,有效地提高了整机的性价比。如在实验教学用于录音和播放声音。
2)MIDI。MIDI是Musical Instrument Digital Interface,音乐设备数字接口的缩写,MIDI系统实际就是一个作曲、配器、电子模拟的演奏系统。如学生在多媒体网络教室利用MIDI创作软件,用自己喜欢的音色、和弦、节奏为歌曲伴奏。培养学生对音乐基本要素的感受能力和创造能力。
3)音箱。多媒体音箱,即“电脑音箱”。其主要音源为电脑,用于播放多媒体声音,如教学课件中的音频讲解。
(2)多媒体图像系统。扫描仪、数码相机和显示器构成了多媒体计算机的图像系统,让计算机可以显示出绚丽多彩的图像,让人们享受多媒体带来的直观多彩的教学和科研便利。如图7-6所示。
图7-6 多媒体图像系统
1)扫描仪。扫描仪是用于将照片、幻灯片或手绘原稿转换为能被计算机处理的数据的输入设备。配合适当的应用软件后,扫描仪还可以进行中英文文字的智能识别。
2)数码照相机。数码相机,英文简称:Digital Camera(DC),是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。
扫描仪和数码照相机的应用举例,在医学实验教学,将典型的教学片用扫描仪或照相机采集下存储于电子教学片库,形成医学电子教学片库和考核片库,应用于学生课堂学习、课后实习、临床实习及考核,提高了学生的医疗诊断技能,确保了医学实践教学的质量。
3)显示器。显示器(display)通常也被称为监视器。显示器是属于电脑的I/O设备,即输入输出设备。它可以分为CRT、LCD等多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。
(3)多媒体视频系统。摄像机、视频显示卡、视频采集卡、视频压缩卡和投影仪构成了多媒体计算机的视频系统,让多媒体计算机可以播放录制的实验现象和教学科研等视频。如图7-7所示。
图7-7 多媒体视频系统
1)视频显示卡。视频显示卡又称显示接口卡(Video card,Graphics card),显示适配器(Video adapter)或显示器配置卡,简称显卡。显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动,并向显示器提供行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和多媒体电脑主板的重要元件,是“人机对话”的重要设备之一。(www.xing528.com)
2)视频采集卡。视频采集卡是进行视频处理必不可少的硬件设备,是视频数字化合数字化视频编辑后期制作中必不可少的硬件设备。
通过视频采集卡,就可以把摄像机拍摄的视频信号从摄像带上转存到计算机中,利用相关的视频编辑软件,对数字化的视频信号进行后期编辑处理,比如剪切画面,添加滤镜,字幕和音效,设置转场效果以及加入各种视频特效等等,最后将编辑完成的视频信号转换成标准的VCD,DVD以及网上流媒体等格式,方便传播和保存。
3)视频压缩卡。视频压缩卡就是把模拟信号或是数字信号通解码/编码按一定算法把信号采集到硬盘里或是直接刻录成光盘。常见的压缩卡有硬件压缩卡和软件压缩卡。
4)数码摄像机。数码摄像机(Digital Video),译成中文就是“数字视频”的意思,简称为DV。按使用用途可分为:广播级机型、专业级机型、消费级机型。按存储介质可分为:磁带式、光盘式、硬盘式、存储卡式。老师可以利用数码摄像机把上课的过程全部录制下来,通过直播服务器供学生们观看。
5)投影仪。投影仪又称投影机,是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备。
多媒体视频系统在教学和科研中的应用举例。随着网络进入校园和网络条件的日益改善,我国的教育行业现代化也在跨越式的发展。教育行业各机构大部分已经完成了广域网模式下的多种线路组成的数据校园网络。在这种网络环境下,充分应用网络远程教育系统,将信息传递生动化,建立基于音视频多媒体技术的、互动的对话渠道,是对现有的网络平台的一种升值。多媒体视频系统可提供远程教育的功能,还提供了老师与老师之间互相沟通,同学之间互相沟通的点对点的音、视频通讯。而且分布在不同地方的老师可以随时召开会议,也可以进行远程的办公和教科研工作。
(4)多媒体存储系统。多媒体信息数字化后,以文件形式存储于计算机中:图像文件、声音文件、视频文件及动画文件。多媒体文件占用空间巨大,对存储设备要求较高。多媒体信息存储硬件主要包括磁存储设备、光存储设备和网络存储设备。
1)光存储设备。光存储设备常被简称为光驱,光存储设备所使用的数据存放介质被称为光盘,由于其存储容量大、价格便宜、保存时间长,是许多软件和数据采用的存储介质。从CD、DVD再到HD DVD和BD,光盘的存储量越来越大,技术也越来越先进。
光存储设备分为台式内置光驱、笔记本内置光驱和外置通用光驱三种。
2)磁存储设备。磁存储器主要包括硬盘存储器、软盘存储器和磁带存储器。当今磁存储器的主流产品为硬盘存储器。
3)网络存储设备。根据其实现方式主要划分为DAS、SAN和NAS三种。
①DAS。DAS(Direct Attach Storage):是直接连接于主机服务器的一种储存方式,每一台主机服务器有独立的储存设备,每台主机服务器的储存设备无法互通,需要跨主机存取资料时,必须经过相对复杂的设定,若主机服务器分属不同的操作系统,要存取彼此的资料,更是复杂,有些系统甚至不能存取。通常用在单一网络环境下且数据交换量不大,性能要求不高的环境下,可以说是一种应用较为早的技术实现。
②SAN。SAN(Storage Area Network):是一种用高速(光纤)网络连接专业主机服务器的一种储存方式,此系统会位于主机群的后端,它使用高速I/O联结方式,如SCSI,ESCON及Fiber Channels。一般而言,SAN应用在对网络速度要求高、对数据的可靠性和安全性要求高、对数据共享的性能要求高的应用环境中,特点是代价高,性能好。例如电信、银行的大数据量关键应用。
③NAS。NAS(Network Attached Storage):是一套网络储存设备,通常是直接连在网络上并提供资料存取服务,一套NAS储存设备就如同一个提供数据文件服务的系统,特点是性价比高。例如教育、政府、企业等数据存储应用。
4)云存储。云存储是在云计算(Cloud Computing)概念上延伸和衍生发展出来的一个新的概念。云计算是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展,是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再交由多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过云计算技术,网络服务提供者可以在数秒之内,处理数以千万计甚至亿计的信息,达到和超级计算机同样强大的网络服务。云存储的概念与云计算类似,它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能,网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作,共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统,保证数据的安全性,并节约存储空间。简单来说,云存储就是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。使用者可以在任何时间、任何地方,通过任何可联网的装置连接到云上方便地存取数据。
云存储不是存储,而是服务就如同云状的广域网和互联网一样,云存储对使用者来讲,不是指某一个具体的设备,而是指一个由许许多多个存储设备和服务器所构成的集合体。使用者使用云存储,并不是使用某一个存储设备,而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。所以严格来讲,云存储不是存储,而是一种服务。
云存储的核心是应用软件与存储设备相结合,通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。用户可通过因特网,播放存储在云上的音乐、图片、电影、文件。
(5)其他多媒体设备
1)打印机。打印机有很多种类,教学科研常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等,另外还有热升华打印机、热蜡打印机等。
①针式打印机。便宜、耐用、可打印多种类型纸张。
②喷墨打印机。打印时噪声较小,图形质量较高。
③激光打印机。打印效果精美细致。
2)触摸屏。触摸屏(Touch screen)又称为“触控屏”、“触控面板”,是一种可接收输入讯号的感应式液晶显示装置,当接触了屏幕上的软件图形按钮时,屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连接装置,可用以取代机械式的按钮面板,并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备,它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
3)数据手套。数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件,通过软件编程,可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作,也可以利用它的多模式性,用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现,为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段,能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者。使操作者以更加直接,更加自然,更加有效的方式与虚拟世界进行交互,大大增强了互动性和沉浸感。并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式,特别适用于需要多自由度手模型对虚拟物体进行复杂操作的虚拟现实系统。
4)数字头盔。数字头盔又称数据头盔,立体头盔等。是虚拟现实应用中的3D虚拟现实图形显示与观察设备,可单独与主机相连以接受来自主机的3D虚拟现实图形图像信号。使用方式为头戴式,辅以三个自由度的空间跟踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察,同时观察者可做空间上的自由移动,如;自由行走、旋转等,沉浸感极强,在虚拟现实硬件观察设备中,头盔显示器的沉浸感优于显示器的虚拟现实观察效果,逊于虚拟三维投影显示和观察效果,在投影式虚拟现实系统中,头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。
5)立体眼镜。立体眼镜又称3D眼镜。实验人员借助立体眼镜,可快捷地构建示教系统,从而产生真实环境的感受和体验。并且可以配合硬件设备,使佩戴立体眼镜的实验人员体验沉浸式教学科研模拟实验,从而产生真实环境的感受和体验。
立体眼镜用于观看屏幕上的三维立体图像,数据手套等装置可进行产品立体展示和操作。配合跟踪定位,利用立体眼镜和数据手套等交互设备对虚拟场景中教学和科研对象等进行展示和操作,并可实时输入到相应管理应用软件。此外,光学位置跟踪系统可对操作者全身进行捕捉和跟踪,实现了完全沉浸式效果,给人以实际操作的感受。生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,提高实验人员的认知能力,辅助实验人员与环境的交流,发挥实验人员的想象力,扩大实验人员对未知领域的认识,
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