戴松-开题报告new

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1、北京航空航天大学研究生开题报告与文献综述学生姓名：戴松专业：计算机科学与技术学号：SY1224141指导教师：周忠副教授开题日期：2014-1-14北京航空航天大学研究生开题报告论文题目：算法动画可视化创建平台及其增强现实体验的设计与实现学生姓名：戴松专业：计算机科学与技术学号：SY1224141指导教师：周忠副教授开题日期：2014-03-10一、论文选题依据（论文选题的意义、国内外研究现状分析等）1.1论文选题的背景与意义算法（Algorithm）是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。对于

2、算法的理解是计算机科学中至关重要的一部分。由于算法的概念、思想、实现步骤等理论过于抽象，初学者仅仅通过学习静态的理论知识很难想象出动态的算法执行过程，也不容易理解数据的动态变化，因此感到学习困难且无法深入理解算法思想。而在老师的讲解或教材中又经常省略算法具体的实现过程，学生必须靠自己的理解去摸索算法的执行过程，这[1]些都在无形中阻碍了学生的学习主动性和实践能力的提高。针对算法教学中存在的问题，一些老师开始研究在算法教学中引入图形辅助教学来实现算法的动态可视化，算法动画（AlgorithmAnimation）以直观的图形，并以动画[2]的播放形式把算法实现过程

3、中的数据结构变化动态表现出来，通过描述算法实现中的数据动态变化，可视化算法对输入数据的动态处理过程，以分步演示的形式播放。算法动画可以让学生直接“看到”算法的执行过程和数据结构变化，在具体的图形动画中了解算法的内部实现原理，帮助学生理解和掌握算法的基本概念、思想，提高算法学习的效率和趣味性，同时减轻教师的教学负担。鉴于算法动画的作用，近年来国内外出现了很多算法动画可视化软件应用于教学实践。例如，80年代比较著名的是BrownM.H.和SedgewickR.开发了3个算法动画系[3][4]统：BALSA，BALSA-II和Zeus，并在布朗大学实际使用这些系统辅

4、助计算机课程的教学。这些算法可视化软件以个人化的图形界面呈现了高度的表现力，并且和高带宽、资源可共享的本地局域网连接，提供了丰富的交流环境和良好的教学平台。而这几年随着互联网的快速发展，出现了很多运行于Web的算法动画应用软件，这些应用程序更加注重学生的亲身参与实践，使算法动画得到了更多老师和同学的关注和使用。而随着三维动画技术的兴起，尤其是基于Web的Html5技术与WebGL技术越来越盛行，在传统二维算法动画引入三维动画元素来增加动画效果、加强学生学习乐趣变得势在必行。而随着增强现实技术的不断发展，在三维动画中使用增强现实技术能够很好地将计算机生成的虚拟物

5、体同真实世界场景叠加融合在一起，给人一种超越现实的感官体验，扩展了视觉、听觉、味觉、触觉等人类传统的感知方式，它将计算机生成第1页的虚拟物体、场景或系统提示信息实时准确叠加并显示在真实的场景中，做到虚实结合，增强使用者对真实世界的观察和认识。这些，都增加了三维动画制作平台的趣味性与实用性。在国外目前对于增强现实已经从研究其算法技术本身转到关注其具体领域的应用，而对于增强现实在教育领域的应用，国外学者也做出了不少尝试。Billinghurs利用增强现实技术设计了一套儿童阅读书MagicBook，它将书本内容制作成动画并且以AR的形式迭加在书本上的不同单元里。在图

6、1(a)中，因为隐藏了图像捕获等设备，因此魔法书与普通书本看起来并无差异；(b)中是使用AR显示设备观看魔法书的内容，通过此设备，能够看到叠加在魔法书上的3D动画，用户只需要通过移动书籍或转换视角等操作就能够从不同角度观看，操作很简单；(c)中展示的是叠加到真实场景中的虚拟场景。MagicBook将计算机设备隐藏起来，用户只需要翻阅书本来改变故事内容与场景，利用HMD来观看书本内容，不需要额外去操作指令按键，这样让互动更接近自然的阅读行为。由此可见，将算法动画运用于增强现实场景下是可行的。图1使用MagicBook展示从现实环境逐步迁移到虚拟环境中1.2国内外

7、研究现状及发展动态1.2.1国内外算法动画可视化研究现状第一次将算法动画可视化应用于教学的是30分钟的彩色有声教学影片Sortingout[5]Sorting,此影片在全世界很多大学广为流传。此影片利用算法动画加入背景音讲解描述了九中不同的排序方法。影片描述生动，容易理解，许多学生看过之后可以达到自行编程练习的程度，而且影片比较了不同算法的效率。图2为SortingoutSorting快速排序演示和堆排序的演示画面。第2页图2SOS快速排序和堆排序演示画面从此之后，算法动画平台越来越多的出现并且大部分用于本科教育并且可以免费试用，但是由于对不同算法动画的描述不

8、同，算法动画平台的使用和用户的交互模式