信息技术与计算机应用基础 课件 项目8 新一代信息技术概述

项目八

新一代信息技术概述CONTENTS目录8.1

5G与物联网8.2

云计算、大数据与人工智能8.3

VR/AR/MR技术

项目实训8.4思政目标5G与物联网教育培养信息技术理解，提升新兴技术认知，思考科技在社会与生活中的应用。云计算大数据AI教学掌握数据科学原理，增强数据分析能力，探索技术解决实际问题，促进社会创新。VR/AR/MR学习目标了解虚拟现实技术，培养创新思维，提升虚拟与现实结合的实践能力。学习目标

5G关键技术深入学习5G的非正交多址接入、毫米波通信、大规模MIMO等核心技术，掌握其在高速率、低时延场景下的应用。

5G与物联网融合探索5G网络如何支撑物联网海量连接，实现万物互联，特别是在智慧城市、工业互联网领域的创新实践。

云计算核心概念掌握云计算的IaaS、PaaS、SaaS服务模式，理解弹性计算、存储虚拟化等关键技术，及其在企业数字化转型中的作用。

大数据关键技术熟悉Hadoop、Spark等大数据处理框架，了解数据挖掘、机器学习算法在海量数据分析中的应用，提升数据价值挖掘能力。学习目标

云大智融合发展分析云计算、大数据与人工智能如何协同工作，推动智能决策、个性化服务等应用场景的发展，构建智慧生态。

VR/AR/MR概念了解虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）的基本原理，区分其在沉浸式体验、交互方式上的不同。

VR/AR/MR应用研究VR/AR/MR技术在教育、娱乐、医疗、房地产等行业的具体案例，评估其对用户体验和商业模式的影响。项目描述

新一代信息技术概述涵盖移动通信、物联网、云计算、大数据、虚拟现实等新兴技术，体现信息技术纵向升级与横向融合。

技术融合应用新一代信息技术在各行业中的典型应用，展示技术间及其与相关产业的深度融合，推动产业升级与创新。5G与物联网8.18.1.15G概述

5G技术特点作为新一代移动通信系统，5G不仅是4G的升级版，更在2020年后引领通讯新纪元，融合新旧无线技术，非单一接入模式。

5G与物联网5G赋能物联网，高速低延时特性，支持海量设备连接，革新智慧城市、工业自动化等领域，开启万物互联新时代。

5G技术高速传输，低延迟特性，支持大规模设备连接，为物联网提供坚实基础。物联网应用信息传感设备联网，实现人物互联，5G加速其应用场景拓展，革新生活方式。8.1.15G概述1.性能指标

5G核心性能指标峰值速率10-20Gbit/s，满足高清视频与虚拟现实传输需求，时延低至1ms，支持自动驾驶及远程医疗实时响应。

网络优化目标频谱效率较LTE提升3倍，连续覆盖下用户速率超100Mbit/s，流量密度达10Mbps/m²，强化高密度场景承载能力。

物联网连接能力单平方公里支持百万级设备接入，适配大规模物联网通信，结合高速移动性保障500km/h场景数据稳定传输。8.1.15G概述2.关键技术

频段与编码技术5G支持中低频与高频段，采用LDPC、Polar编码及大规模天线技术，满足覆盖、容量及高速率传输需求。

网络架构创新基于服务化设计与NFV/SDN，实现模块化功能重构，支持边缘计算与云化组网，提升资源调度效率。

边缘计算与切片网络切片按场景定制逻辑独立网络，定义增强移动宽带、低时延高可靠、大连接物联网三类服务模式。8.1.25G与物联网的融合发展

5G与物联网的融合5G与物联网深度融合，驱动智能应用革新，重塑未来生活方式。

高速度与低延迟的高效管理5G网络以高速低延迟实现物联网设备实时数据传输，优化管理效能。

广覆盖与大连接的普及应用其次，5G网络的广覆盖范围和大连接数特性使得可以连接更多的物联网设备，促进物联网系统的普及和应用。

智能家居的便捷生活5G与物联网推动智能家居发展，远程操控设备让生活更便捷舒适。

智能城市的高效管理5G与物联网实时传输城市数据，助力高效城市管理。8.1.25G与物联网的融合发展

工业物联网的自动化控制5G赋能工业物联网，实现设备智能管控与高效生产。农业物联网的精准种植农业物联网通过5G实时监测，智能喷灌实现节水增效。医疗领域的智能化服务5G与物联网推动智能医疗，实现远程诊疗及个性化治疗。5G与各行业的深度融合5G深度融合智能制造等多领域，驱动产业数字化升级。云计算、大数据与人工智能8.28.2云计算、大数据与人工智能云计算作为信息时代的基石，云计算通过网络提供计算资源和服务，实现数据的存储与处理，极大提升了效率与便捷性。大数据大数据技术聚焦于海量、高速的数据处理，挖掘数据价值，为企业决策和个人生活提供精准支持，推动了智能化进程。人工智能人工智能模拟人类智能，通过机器学习和深度学习等技术，实现自动化决策和创新，正深刻改变着社会结构和生活方式。8.2.1云计算概述

云计算概念通过网络将大型数据计算任务分解，利用多服务器系统处理后返回结果，体现分布式计算优势。

NIST定义云计算以用量计费，提供网络访问至计算资源池，快速部署，低管理成本，减少与供应商沟通。8.2.1云计算概述1.云计算的特性

按需自助服务用户通过网络自助获取计算资源，支持服务器、存储等服务，无需人工干预，实现资源订购与管理。

广泛的网络访问通过互联网从任意设备访问，支持多平台接入，实现地理位置无关性。

资源池化整合存储、处理等资源形成资源池，动态分配满足用户需求，无需考虑物理位置。

快速弹性自动扩展或缩减资源，分钟级响应用户需求变化，减少硬件规划与采购时间。

按使用量计费精确监控资源消耗，按实际用量付费，降低前期投入，提升资源利用效率。8.2.1云计算概述2.云计算的关键技术

虚拟化技术虚拟化技术通过分割或聚合物理资源实现高效管理，支持操作系统与软件隔离，涵盖存储、计算及网络虚拟化，是云计算服务构建的核心基础。

分布式存储技术分布式存储通过冗余与数据复制保障可靠性，结合GFS、HDFS等系统，利用集群替代超算，降低成本并提升数据处理经济性。

并行编程技术并行编程将任务分解为子任务并行处理，通过统一接口管理并发与负载均衡，显著提升复杂系统性能与资源利用率。8.2.2大数据概述

大数据概念大数据指无法常规处理的海量信息，需新方法挖掘价值。

数据价值大数据如资源，经加工服务于决策，指引企业发展方向。8.2.2大数据概述1.大数据的结构类型

01结构化数据预定义格式与结构，存储于关系型数据库，支持高效查询分析，如财务、客户及订单信息。

02半结构化数据整合多数据库异构数据，含XML、JSON等格式，通过元数据辅助语义理解与上下文关联。

03非结构化数据无固定模式与结构，涵盖文档、音视频等，占比超大数据总量，增速远超其他类型。8.2.2大数据概述：2.大数据的关键技术大数据技术是运用非传统工具和方法处理海量结构化、半结构化及非结构化数据，以获分析和预测结果的数据处理技术。大数据关键技术涵盖整个处理流程，一般包括采集、预处理、存储与管理、分析与挖掘、展现与应用以及安全开发等层面内容，具体见表所示。

8.2.3云计算、大数据与人工智能的融合发展

ABC金三角ABC金三角指人工智能、大数据与云计算三位一体，相互促进，共筑技术基石。

云计算与大数据云计算以强大算力与存储支持大数据，降低成本高效处理。

人工智能与大数据人工智能依赖大数据支撑，两者互促发展，AI提升数据处理效率。

技术融合服务社会技术融合推动教育、工业等多领域智能化服务升级。VR/AR/MR技术8.38.3VR/AR/MR技术

VR技术通过计算机图形学创造沉浸式虚拟环境，用户可与之互动，体验逼真场景。

AR技术在真实世界视图上叠加虚拟信息，增强用户体验，无需特殊设备即可观察到增强效果。

MR技术结合VR与AR，允许虚拟物体与现实环境互动，提供更深层次的沉浸感和交互性。8.3.1VR概述

VR技术基础以计算机为核心，融合多种科技，创造沉浸式三维环境，用户可互动感知。VR特性解析展现交互性、沉浸感、想象力与行动力四大特征，区别于可视化、仿真及多媒体技术。VR感官体验提供视觉、触觉、听觉刺激，用户如临其境，自由探索，信息随心添加，超越时空限制。VR认知提升优化感官体验，深化对现实世界的理解，认知水平显著提高。8.3.1VR概述

01交互性交互性实现用户与虚拟系统实时反馈触感与重量，模拟真实操作。

02沉浸性沉浸性指虚拟与真实环境感受的真实度，是VR技术发展的核心追求。

03想象性虚拟现实技术可拓展想象空间，再现真实或虚构环境。8.3.1VR概述4.行为

硬件交互方式头显与传感器结合，通过手柄、激光定位及运动追踪设备，实现更丰富的动作捕捉与空间交互。

多维感官体验VR技术融合视觉、听觉与触觉反馈，构建逼真虚拟场景，甚至超越现实感官界限，增强沉浸感。

用户认知拓展用户借助多维信息主动学习，在虚拟场景中突破物理限制，实现知识获取与行为模式的创造性延伸。8.3.2AR概述01AR技术定义增强现实(AR)融合真实与虚拟信息，通过计算机技术模拟仿真，实现超越现实的感官体验。02AR系统功能AR系统核心包括图像采集、注册跟踪、虚拟信息渲染及虚实融合显示，确保虚拟物体准确叠加于真实场景。03AR系统组成完整AR系统由紧密协作的硬件与软件构成，常见形式多样，实现虚拟与现实无缝结合。8.3.2AR概述

（1）基于计算机显示器基于计算机显示器的AR方案通过摄像机捕捉图像，合成虚拟景象后显示，操作简便。

（2）视频透视式视频透视式AR系统基于视频合成技术，实现穿透式HMD显示。8.3.2AR概述（3）光学透视式

HMD分类头盔式显示器分为光学穿透式与视频穿透式两类，前者基于光学原理，后者依赖视频合成技术实现AR场景构建。

光学穿透式特点光学穿透式HMD具备结构简单、分辨率高、无视觉偏差等优势，但存在定位精度要求高、延迟匹配困难及成本较高等问题。

技术挑战分析光学穿透式AR系统需解决视野狭窄、价格高昂等核心难题，同时需优化延迟匹配与定位精度以提升用户体验。8.3.3MR概述

混合现实技术概览混合现实技术整合虚实场景，通过交互反馈提升用户体验真实感。

MR技术的创新与应用MR技术融合VR与AR，以创新交互连接物理与数字世界。

虚拟现实与增强现实的区别虚拟现实隔绝现实沉浸体验，增强现实叠加虚拟元素提升感知。

混合现实的实现与设计原则混合现实融合虚实，以轻薄高效交互为核心，衔接VR与AR技术。8.3.4VR/AR/MR技术的应用1.VR的应用

游戏沉浸体验玩家通过VR设备完全融入虚拟世界，相比传统游戏模式，沉浸感实现质的突破，带来更真实的冒险体验。

医疗教育革新VR技术以三维人体器官展示和可交互模型替代传统纸张视频，显著提升学习效率与知识留存率。

高效远程协作VR会议通过增强交互性缩短团队距离，为全球化虚拟团队提供实时沟通场景，优化协作流程。

虚拟购物应用购物APP集成VR展示与家居模拟功能，以立体化商品呈现替代静态图片，增强用户决策准确性。

8.3.4VR/AR/MR技术的应用2.AR的应用

01游戏交互AR技术让玩家在现实环境中与虚拟角色和物体互动，创造新颖的游戏体验。

02旅游导览景区结合图像识别技术，实时叠加景点历史信息，直观呈现文化底蕴。

03零售应用AR技术通过虚拟信息叠加，帮助消费者全面了解产品细节与功能。

AR技术指定维修AR在建筑领域的应用

AR应用在医疗8.3.4VR/AR/MR技术的应用：2.AR的应用

工业维修辅助AR为维修人员提供实时操作指引，提升复杂设备维护效率与准确性。

建筑设计呈现建筑师通过AR将二维图纸转化为三维模型，优化施工与方案评估流程。

医疗手术导航AR支持3D医学成像与手术路径规划，辅助医生精准操作与诊断决策。8.3.4VR/AR/MR技术