3D全景技術在野外 地質實習中的應用

1、3D全景技術在野外 地質實習中的應用摘要：從野外地質實習的教學現(xiàn)狀出發(fā)，結合其特點和需求，應用3D全景技術為野外地質實踐教學提供有效的輔助手段。利用高分辨率全景影像重現(xiàn)真實的野外環(huán)境和地質現(xiàn)象，為學生提供身臨其境般的學習體驗，從而充分調動學生的學習積極性，并有效提高實踐教學質量，進而探索一種野外地質實習與3D全景技術相結合的教學模式。關鍵詞：野外地質實習;3D全景技術;實踐教學質量中圖分類號：G64244文獻標志碼：A文章編號：10052909202103013405野外地質實習是地質類專業(yè)教學的重要內容，屬于課堂理論教學的拓展和延伸，也是理論與實際相結合、培養(yǎng)學生綜合素質與實踐能力、掌握野外

2、地質工作技能與方法、提高分析和解決實際問題能力的有效教學手段1-4。因此，各地質類院校在人才培養(yǎng)中均十分重視野外地質實習教學課程的建設?？v觀目前國內地質院校開展的野外地質實習，主要采用以教師為主的“填鴨式教學方法，學生在實習過程中只是知識的被動接受者，違背了野外地質實踐教學的初衷?，F(xiàn)有的教學模式無法使學生獲得對野外環(huán)境的完整認識，難以快速適應野外現(xiàn)場實習的要求，導致理論學習與實際應用脫節(jié)，已經不能到達野外實踐教學的預期效果。造成此種現(xiàn)狀的原因，主要是缺少一種能讓學生提前預習和課后復習的野外實踐現(xiàn)代教育手段，缺少一個能將豐富的教學內容和實習點完整呈現(xiàn)并引導學生主動學習的教學輔助系統(tǒng)。在現(xiàn)代網絡信

3、息技術高速開展的今天，傳統(tǒng)的教學方式顯然已遠遠不能適應現(xiàn)代化人才培養(yǎng)的需求。在教學過程中，教師要善于運用多媒體技術實現(xiàn)教學形式、教學方法和教學手段的多樣化和現(xiàn)代化，充分激發(fā)學生的求知欲，調動學生的學習主動性和積極性，讓學生主動參與教學過程，切實發(fā)揮其主體作用，從而提高教學質量。鑒于此，針對野外地質實習中存在的實際問題，依托秭歸實習基地，結合當前流行的3D全景技術，以勘查技術與工程專業(yè)秭歸巖土工程地質綜合實習為例，探討3D全景技術在野外地質實踐教學中的應用，從而探索一種野外地質實習與3D全景技術相結合的教學模式。一、基于3D全景技術的野外實踐教學輔助系統(tǒng)傳統(tǒng)的野外實習教學輔助系統(tǒng)一般都具有野外地

4、圖瀏覽和導航、野外實習路線簡介、野外教學點介紹等功能2-3，5-6。而基于3D全景技術的野外實踐教學系統(tǒng)，不僅具備這些常規(guī)功能，還具有教學點3D全景影像瀏覽的功能。該系統(tǒng)中的教學點3D全景影像能復原真實直觀的野外現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)在室內環(huán)境下對野外環(huán)境的全景體驗，為學生提供全方位的全景信息，滿足學生對野外教學點的觀察要求。目前已經完成了該輔助教學系統(tǒng)的設計開發(fā)，并將其應用于秭歸地區(qū)的野外實習中，其中教學點3D全景影像的采集主要利用無人機和全景相機等設備完成。結合秭歸教學路線中主要教學點，著重探討3D全景技術在野外實踐教學中的實際應用。教學點實例1秭歸實踐教學路線中，蘭陵溪-九曲垴路線是秭歸實習區(qū)內

5、新元古界南華系與震旦系地層出露最好且連續(xù)性較好的一條路線，沿途可以觀察新元古界南華系蓮沱組Nh1l和南沱組Nh2n、震旦系陡山沱組Z1d和燈影組Z2dn地層巖性組合特征、接觸關系及地層中各類構造現(xiàn)象。箱狀褶皺教學點是一巖性控制點，也是一構造觀察點，該褶皺構造發(fā)育于陡山沱組地層中圖1。在3D全景影像中，可以看到陡山沱組巖性為灰白色薄-中厚層白云巖與灰黑色炭質頁巖、泥巖互層。此處巖層中發(fā)育有一小型箱狀褶皺，其轉折端寬闊平直，兩翼產狀較陡，分別向北西和南東方向傾斜，整體形狀如箱狀，并具有一對共軛軸面，巖層產狀沿褶皺右翼向西漸趨平緩，產狀為200°30°圖1。利用3D全景影像，可以

6、清楚地觀察到陡山沱組巖層的巖性特征與地層產狀。教學點實例2茅坪溪第四紀地貌單元教學點位于茅坪溪與干溪溝交匯處。借助于3D全景影像，可進行大范圍河谷地貌觀察和小范圍第四紀沉積物觀察，在3D全景影像中能非常清楚地觀察到茅坪溪現(xiàn)代河谷地貌和階地沖積物的二元結構圖2。階地沖積物大致可分兩層，上部為粘土層，厚度不均，約為040cm，下部為礫石層，礫石成分為砂巖、灰?guī)r和花崗巖。礫石層母巖為河流上游山體巖石，由水流搬運堆積到此，磨圓度好，有一定分選性，半固結，礫石分層不明顯，礫石之間由細沙填充。礫石扁平面具有一定傾斜度，其代表當時河水流動方向。通過3D全景影像，可以引導學生觀察分析河谷地貌及河流階地的成因、

7、形態(tài)要素及特征。教學點實例3張家沖小流域水土保持試驗場主要用于研究庫區(qū)秭歸縣水土流失問題，包括小氣候的觀測、1.26平方公里閉合匯水區(qū)及徑流量與水土流失的關系。為探討花崗巖類區(qū)水土流失規(guī)律，該水土保持試驗場共有14個小試驗區(qū)研究水土流失情況，分別為：不同坡度的水土流失試驗場坡度分別為5°、8°、15°、20°、石坎梯田種糧、土坎梯田種柑、土坎籬種柑、坡籬種糧、坡籬種茶、坡籬種柑、坡地種糧、坡地種茶、坡地種柑、荒坡地圖3。在3D全景影像中，可以了解該試驗場所處的周圍環(huán)境及地貌概況，利用3D全景影像中的放大功能進行觀察，可以清楚地觀察到14個小試驗區(qū)的作物與

8、坡地的組合類型及差異圖3。通過3D全景影像，可以引導學生了解不同坡地與耕作方式對土壤造成的不同程度的侵蝕和對水土流失的影響，認識三峽庫區(qū)水土流失的成因與危害，最后討論并提出治理該地水土流失的合理對策和措施。與傳統(tǒng)的平面照片相比，3D全景影像不受單次拍照視角限制，圖像信息量更加豐富，實現(xiàn)對野外自然環(huán)境場景的真實再現(xiàn)，從而為學生提供真實感更強烈的觀測效果與交互體驗。此外，3D全景影像瀏覽不受時間、地點的限制，學生在室內就可以選擇教學點查看相應的3D全景影像，既方便學生在實習之前了解實習地區(qū)的根本地質概況，又可幫助學生在野外實習結束后對教學內容進行回憶總結。二、3D全景技術教學輔助系統(tǒng)的特色分析傳統(tǒng)

9、的野外地質實踐教學中存在的缺乏主要包括：一方面，學生在野外實習之前對實習區(qū)的野外環(huán)境和地質情況缺乏了解，直接進行野外教學難以到達最正確學習效果;另一方面，由于野外實習內容多、時間緊湊、教學點分散、地質現(xiàn)象復雜等因素，走馬觀花的實地教學往往難以使學生建立宏觀的思路和完整的知識體系，從而限制了學生實踐創(chuàng)新能力的發(fā)揮。傳統(tǒng)教學本身存在的問題只能通過新的教學理念和方式來解決，而基于3D全景技術的野外實踐教學輔助系統(tǒng)為解決這些問題提供了有效可行的路徑。近兩年，將野外實踐教學輔助系統(tǒng)應用于勘查技術工程專業(yè)秭歸巖土工程綜合野外實習中，野外教學效果提升顯著，受到了帶隊教師和學生的一致好評。在野外實習之前，借助

10、于該教學輔助系統(tǒng)，學生可以提前進行實習區(qū)的地質圖瀏覽、地質教學路線介紹、實習知識點提示以及地質現(xiàn)象3D全景預覽，滿足野外教學中學生前期自習的要求，讓學生做到心中有數，從而為野外地質實習打下良好根底。在野外實習過程中，該教學輔助系統(tǒng)除了在路線設計、教學點定位與野外導航方面為教師提供了極大的便利，同時也為學生提供了豐富的教學點信息預覽包括圖片與3D全景影像瀏覽，幫助學生建立系統(tǒng)、直觀的認識。值得指出的是，在地質實習之后，學生也可以通過該教學輔助系統(tǒng)對實習內容進行復習和穩(wěn)固，對關鍵的地質現(xiàn)象進行回憶和3D全景瀏覽，加深對實習內容的理解和記憶。該野外實踐教學輔助系統(tǒng)的最大特色在于為學生進行野外實習路線

11、和實習內容的課前預習和課后復習提供了極大的便利，并引導學生從“要我學轉變?yōu)椤拔乙獙W，讓學生更主動地參與到野外實踐教學中來，同時也為野外地質實踐教學帶來了新手段，顯著提高了教學效率與質量。三、關于3D全景技術教學輔助系統(tǒng)的思考3D全景技術教學輔助系統(tǒng)在野外地質實習中能滿足學生自學及后期復習的需求，在野外實踐教學中表達了方便、高效的優(yōu)勢，但是3D全景技術教學輔助系統(tǒng)在秭歸實踐教學應用中仍然存在一些缺乏。首先是3D全景影像數據的采集不夠全面，由于秭歸地區(qū)野外地質教學路線比較多，目前所采集的數據只覆蓋了單個教學點，還不能呈現(xiàn)一條完整的地質教學路線，缺乏從點到線的連續(xù)性表達;其次是有些地質現(xiàn)象由于樹木的

12、遮擋而無法拍攝到，需要單獨進行拍攝處理。另外，對于巖體中的小構造和古生物等微觀的地質現(xiàn)象無法清晰顯示，比方，斷層上的擦痕與階步及灰?guī)r中的生物碎屑化石等均需要進行額外的補充。因此，由于3D全景技術的局限性和地質實踐教學的特殊性，3D全景技術不能替代野外實踐教學，只能作為有效的補充手段為野外教學效勞。同時，需要采集更多的野外路線數據，尤其是針對一些具體的地質現(xiàn)象進行更詳細的拍攝，不斷改進和完善3D全景技術教學輔助系統(tǒng)，更好地滿足野外實踐教學的需求。四、結語教學輔助系統(tǒng)將3D全景技術引入秭歸地質實踐教學中，在傳統(tǒng)二維地圖的根底上構建野外地質實習教學點的三維現(xiàn)實場景，實現(xiàn)野外地圖瀏覽與導航、實習路線及

13、教學點介紹、教學點3D全景影像等功能。該教學輔助系統(tǒng)可以滿足學生野外實習前期預習與后期復習的需求，為秭歸實踐教學提供一種新的手段。該教學輔助系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的教學觀念和教學方式，學生不再一味地依靠教師的傳授，而是通過該系統(tǒng)更自主地獲取知識?；?D全景技術的教學方式，能真正發(fā)揮學生在實習中的主導作用，有利于提高學生的積極性和參與度，讓學生主動地探究地質實習問題，從而促進學生的自主實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，該教學輔助系統(tǒng)可以極大地減輕教師的備課壓力，對于提高野外教學效率與質量，優(yōu)化傳統(tǒng)地質實踐教學模式具有重要作用。參考文獻：【1】朱世發(fā)，朱筱敏，董艷蕾.野外地質教學實習課程的考核方式改革探索J.

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15、11-215.Applicationof3DpanoramictechnologyinthefieldgeologicalpracticeLINShaoze，YANGHaiqing，WANGGuilinSchoolofCivilEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400045，P.R.ChinaAbstract：Basedoncurrentteachingstatusoffieldgeologicalpractice，the3Dpanoramictechnologyisemployedasanauxiliarytooltoeffectivelyconductthefieldgeologicalpracticeteachingcombiningwithitscharacteristicsanddemanding.Therealwildenvironmentsandgeologicalphenomenacanbereproducedbyusinghighresolutionpanoramicimages.Itprovidesthestudentsareallearningexperiencewhichcanactiv