计算思维与人工智能基础 课件02 多媒体与虚拟现实

计算思维与人工智能基础计算机学院邱虹坤

多媒体与计算思维01数据与信息数据概念数据定义数据是可记录和识别的有意义符号，形式多样，如文字、数字、图像等，是信息的载体。Part01数据类型数据分连续和离散两种，连续如电磁波，离散如计算机中的文档照片。Part02信息概念信息价值信息因场景和主观认识而定，对不同人价值不同，需承载有用内容。信息来源信息由数据加工得来，消除不确定性，可由数字、文字等表达。02字符编码ASCII编码ASCII码标准ASCII码由ANSI制定，是国际标准，有7位和8位码，可表示128个字符。01ASCII存储ASCII码在计算机中占一个字节，最高位用作奇偶校验位。02Unicode编码Unicode为全球字符提供唯一标识和编码，定义庞大字符集。Unicode目标Unicode采用UTF-8、UTF-16、UTF-32等编码方案实现存储和传输。编码方案汉字编码汉字输入码汉字机内码汉字国标码汉字国标码是1980年制定的双字节编码方案，包含6,763个汉字和682个字符。汉字机内码是计算机内处理和存储汉字的表示，2个字节最高位均为1。汉字输入码是键盘输入汉字的编码，常见有拼音码、五笔字型码。汉字输出码用于显示屏或打印机输出汉字，有点阵和矢量两种形式。汉字输出码03多媒体编码音频编码声音是物体振动产生的波动，频率范围约20Hz到20kHz。基本概念声音数字化包括采样、量化和编码，采样频率和量化精度影响质量。数字化过程常见声音格式有WAV、MP3、WMA、AAC、OGG、FLAC、APE等。常见格式音频编码格

式说

明WAV是Windows操作系统中的标准声音文件格式，不进行压缩，保留了声音的完整信息，但占用空间很大。MP3MP3格式是目前最流行的一种数字声音编码和压缩格式。它是一种有损压缩的声音文件格式，能够将声音压缩在很小的储存空间，但会降低声音的质量。MP3格式利用MPEGAudioLayer3的技术，通过消除人耳不敏感的声音信息来实现压缩。WMA是微软公司推出的一种与MP3格式齐名的一种新的声音格式，也是一种有损压缩的声音文件格式，但比MP3格式更高效，具有更高的“性价比”。WMA格式支持证书加密，可以保护版权。AAC是一种专为声音数据设计的文件压缩格式，也是一种有损压缩的声音文件格式，但比MP3格式更先进，能够提供更好的声音质量和更小的文件大小。AAC格式是苹果公司iTunes和iPod默认使用的声音格式。OGG是一种开源Q的无损或有损压缩的声音文件格式，能够提供高质量和低延迟的声音传输。OGG格式使用Vorbis编码技术，具有良好的压缩效率和兼容性。FLAC是一种无损压缩的声音文件格式，能够保留原始声音数据的完整性和质量，但占用空间较小。FLAC格式使用自由编码技术，支持多种平台和应用程序。APE是一种无损压缩的声音文件格式，能够保留原始声音数据的完整性和质量，但占用空间较小。APE格式使用Monkey'sAudio编码技术，具有高速和高效率的特点。表2-1常见的声音格式图像编码图像编码将模拟图像转换为数字信号，目标是减小数据量。Part01图像数字化包括采样、量化和编码，分辨率和颜色深度影响文件大小。Part02常见图像格式有BMP、JPEG、PNG、GIF、TIFF、PSD、SVG等。Part03基本概念数字化过程常见格式图像编码格

式说

明BMP是Windows四操作系统中的标准图像文件格式，不进行压缩，保留了图像的完整信息，但占用空间很大JPEG是一种有损压缩的图像文件格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，但会降低图片的质量。JPEG格式适合于存储和传输照片等连续色调的图像。PNG是一种无损压缩的图像文件格式，能够保留图像的透明度和颜色信息，但压缩率不如JPEG高。PNG格式适合于存储和传输图标、LOGO等不规则形状的图像。GIF是一种无损压缩的图像文件格式，能够支持动态图片和透明背景，但只能表示256种颜色。GIF格式适合于存储和传输动画、表情包等简单色彩的图像。TIFF是一种无损压缩的图像文件格式，能够支持不同颜色模式、路径、透明度、以及通道等信息，但占用空间较大。TIFF格式适合于打印文档中使用，或者作为PSD格式的替代品。PSD是Photoshop四默认的存储格式，能够保留图层、滤镜、蒙版等PS处理信息，但需要专业的软件才能打开。PSD格式适合于存储源文档和工作文件，方便修改和编辑。SVG是一种基于XML的矢量图形格式，能够无损缩放和旋转，但不支持复杂的渲染效果。SVG格式适合于网页设计、图形制作等应用场景。表2-2常见的图像格式视频编码视频是连续的图像序列，计算机处理视频需压缩。01视频压缩去除冗余信息，包括帧内、帧间和熵编码技术。02常见视频格式有AVI、DV、MPEG、DivX、MOV、ASF、WMV、RM、RMVB等。03基本概念压缩原理常见格式视频编码格

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明AVIAVI格式即音频视频交错格式，就是可以将视频和音频交织在一起进行同步播放。这种视频格式的优点是图像质量好，可以跨多个平台使用，但是其缺点是体积过于庞大，且压缩标准不统一，因此经常会遇到Windows媒体播放器播放不了采用不同版本编码编辑的AVI格式视频。DVDV是由索尼、松下、JVC等多家厂商联合提出的一种家用数字视频格式。这种视频格式的文件扩展名一般也是.avi，也称其为DV-AVI。MPEGMPEG即运动图像专家组格式，是运动图像压缩算法的国际标准，它采用了有损压缩方法从而减少运动图像中的冗余信息。通过保留相邻两幅画面绝大多数相同的部分，把后续图像与前面图像冗余的部分去除，从而达到压缩的目的。MPEG格式有三个压缩标准，分别是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4，另外，MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。DivX是由MPEG-4衍生出的另一种视频编码（压缩）标准，也即我们通常所说的DVDrip格式，它使用DivX压缩技术对DVD盘片的视频图像进行高质量压缩，同时用MP3或AC3对音频进行压缩，然后再将视频与音频合成并加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式。其画质直逼DVD但体积只有DVD的数分之一。MOVApple公司开发的一种视频格式，具有较高的压缩比率、较高的视频清晰度和跨平台性等特点。视频编码格

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明ASF是微软为了RealPlayer竞争而推出的一种使用了MPEG-4的压缩算法的视频格式，用户可以直接使用Windows自带的MediaPlayer对其进行播放。WMV是微软推出的一种采用独立编码方式并且可以直接在网上实时观看视频节目的文件压缩格式。WMV格式的主要优点包括：本地或网络回放、可扩充的媒体类型、可伸缩的媒体类型、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。RMNetworks公司所制定的音频视频压缩规范，用户可以使用RealPlayer或RealOnePlayer对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进行实况转播，并且RealMedia还可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户使用RealPlayer或RealOnePlayer播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实现在线播放。RMVB是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式，它的先进之处在于RMVB视频格式打破了原先RM格式那种平均压缩采样的方式，在保证平均压缩比的基础上合理利用比特率资源，就是说静止和动作场面少的画面场景采用较低的编码速率，这样可以留出更多的带宽空间，而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下，大幅地提高了运动图像的画面质量，从而图像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。04计算机图形学基本概念主要研究图形生成、变换、渲染和人机交互等。研究内容计算机图形学源于1962年，发展迅速，应用于动画、游戏、影视特效等领域。发展历程技术应用计算机图形学用于创建虚拟场景、角色、道具，提供沉浸式体验。游戏开发用于制作特效、动画角色，如《阿凡达》中的外星生物和奇幻场景。影视制作帮助设计师创建建筑模型，进行外观设计和内部空间布局。建筑设计用于三维建模和外观设计，进行装配模拟和运动仿真。工业设计将数据以图形形式直观表示，应用于气象、地震、医学等领域。信息可视化05虚拟现实概念虚拟现实是综合利用多种技术的高级人机界面，使用户沉浸于虚拟世界。定义由杰伦·拉尼尔提出，马文·明斯基是启蒙者，技术不断发展。发展历程0102

特点沉浸性用户感觉置身于虚拟世界中，被虚拟世界包围。交互性用户可操作虚拟环境中的物体，得到自然反馈。想象性用户通过互动拓宽认知范围，创造不存在的场景。多感知性具有视觉、听觉、触觉等多种感知方式。自主性虚拟环境中物体依据物理定律动作。分类03.01.02.06.04.05.桌面式利用个人计算机和屏幕，成本低，应用广。混合现实真实和虚拟世界融合，可实时交互。沉浸式提供完全沉浸体验，采用头盔、眼镜等设备。扩展现实包括AR、VR、MR等多种形式。增强式将虚拟元素叠加到真实世界，增强感知和互动。分布式支持多用户交互，共享虚拟环境。应用01020304影视娱乐9DVR项目提供沉浸式体验，3DVR游戏提升真实感。航空航天模拟飞行环境，降低实验成本和危险。教育打造生动学习环境，建立虚拟实验室。工业用于汽车设计、实验和培训。设计模拟室内设计效果，节省时间和成本。智能设备VR眼镜与智能手机结合，实现多种操作。医学模拟人体组织和器官，进行手术预演。050607问题沉迷、隐私泄露、社交隔阂等。应对加强法律法规建设，引导企业自律，提升用户素养。挑战06元宇宙概念元宇宙是可与现实世界交互的虚