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基于人脸表情识别的学习情绪分析与应用研究

基于人脸表情识别的学习情绪分析与应用研究

作者：吴亚娜北京工业大学

学位级别：硕士

互联网的飞速发展为在线教育的普及提供了良好的平台,当前新冠疫情的严峻形势也更加凸显了远程在线教育的重要性。与传统线下课堂相比,在线教育虽然具有师资充足,课程选择丰富,不受时间地点约束等优点,但却不具备教师学生面对面进行情... 详细信息

互联网的飞速发展为在线教育的普及提供了良好的平台,当前新冠疫情的严峻形势也更加凸显了远程在线教育的重要性。与传统线下课堂相比,在线教育虽然具有师资充足,课程选择丰富,不受时间地点约束等优点,但却不具备教师学生面对面进行情感交流的优势,教师难以观察到学生的学习情绪,然而学生的学习情绪对于教学效果有着不容忽视的影响。因此,目前对于在线教育而言,师生交互困难是急需解决的问题。学生的面部表情传达了他们对教学的直接感受和理解程度,是学生学习情绪的直接反映。同时,表情识别作为一项非入侵式技术,对于学习者而言接受度高,对仪器设备要求低。利用表情识别技术分析学生学习情绪,能帮助教师及时掌握学生学习状态,对不良情绪作出及时回应,从而设计更加合理化的教学内容,加强师生互动,提高教学质量。目前,虽然面向在线教育应用的表情识别技术取得了相当大的进展,但还存在一些急待解决的问题。关于数据集方面,学习情绪具有其特殊性,对应的表情类别不能按照表情识别领域认可的基本表情类别一概而论,需要针对学习情绪设计相应的表情类别。并且人脸数据涉及隐私,开源的大规模数据集较少。由此导致国内目前缺乏用于学习情绪研究的数据集。关于算法设计方面,目前已有的表情识别模型为了提高识别精度,通常将模型设计得复杂庞大,导致实际应用部署时对硬件成本要求较高,需要对模型进行轻量化的研究。同时,在线教育存在大规模学生同时上课的情况,现有的表情识别模型在保证识别精度的前提下,推理速度无法满足同时识别大量学生的学习情绪的需求。这些问题为基于人脸表情识别的学习情绪研究带来了重大的挑战。针对上述问题,本文重点研究了学习背景下的人脸表情识别算法,并开发了学习情绪分析系统。本文主要工作内容和取得的成果如下:(1)针对目前学习背景下人脸表情数据集空缺的问题,构建了学习情境下的学生自发学习情绪人脸表情数据集。首先,通过调研教育领域对于学习情绪的认定,结合对在线课堂上学生的访谈调查,确定了愉悦、疲劳、悲伤、惊讶、厌倦、中性六种可以反映常见学习情绪的表情类别。然后,收集了真实课堂环境下的学生自发表情数据,通过模型标注和人工审核相结合的方法进行数据标注。最后,通过网络爬虫和数据增强等方式扩充数据集。最终得到了适用于学习情景下表情识别研究的人脸数据集LE-FER,包含10000张人脸图像和6类学习表情。(2)针对实际应用部署时对模型轻量化和泛化性的要求,设计了一种基于多尺度特征结合注意力机制的轻量级人脸表情识别模型Multi-scale Feature Net(MSFNet)。首先,该模型借鉴了密集连接的思想实现了特征图的重用,并利用不同尺度的卷积核使模型获取到多尺度的特征,提高了识别精度。其次,提出了一种“渐进式”轻量级结构,实现通道间信息交互的逐渐递减,在尽可能保证精度的前提下对模型的大小进行优化。最后,在模型中引入注意力机制,有助于特定通道信息的高效传播。该模型的参数量仅0.33M,在LE-FER数据集上实现了89.12%的准确率,在各开源数据集上均表现了较好的性能,实现轻量化设计的同时保证了较高的识别精度和良好的泛化性。(3)针对在线教育系统应用时对于模型识别实时性的要求,设计了一种基于多层级特征结合动态判别机制的快速轻量级人脸表情识别模型Multi-ghostnet。首先,该模型利用相似特征图之间存在信息共享的特性,提出用多层级的简单线性变换取代普通卷积来获得相似特征图,以此实现模型的压缩。多层级变换使得特征图之间的线性变换依次叠加,显著加深了网络,并有效减少网络中由于直接进行粗糙的单层变换而造成的性能下降。另外,提出自适应动态判别机制,对各层级特征图重要性进行权重分配,最大程度地利用有效信息。最后,引入残差连接,从而保留较多的原始人脸信息,提高模型精度。该模型在兼顾识别精度,参数量和计算量的同时,实时识别速度达到25ms/帧,综合性能较优,适用于在线教育环境下大规模学生上课时进行实时学习情绪监测。(4)设计并实现了一种针对在线教育应用的学习情绪分析系统。基于已经训练好的表情识别模型,采用Py Qt5框架搭建了学习情绪分析系统,将表情识别模型部署至平台上。该系统主要包括用户登录,学生注册,学生签到,单人学习情绪分析,群体分析等几个功能模块。现场试运行表明,系统每10帧抽取一帧画面进行识别,连续测试了数百帧,能顺利实现实时高效识别。同时,经过Py Installer打包成.exe格式后,该系统可以灵活应用于各主流操作系统,实用性和扩展性较高。教师端通过访问该平台,可以直观地获取学生的表情和学习状态,将面向在线教育的人脸表情识别技术推向了实际应用。

关键词：学习情绪在线教育表情识别轻量级卷积神经网络

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基于深度学习的太阳图像分割方法研究

基于深度学习的太阳图像分割方法研究

作者：吴亚娜中央民族大学

学位级别：硕士

对太阳暗条的研究一直以来是太阳物理研究中的热门话题之一,太阳暗条可以用来追踪太阳大气磁场,对太阳磁场的研究极为重要。近些年研究发现日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)和太阳耀斑同暗条爆发密切相关,暗条的爆发会产生耀... 详细信息

对太阳暗条的研究一直以来是太阳物理研究中的热门话题之一,太阳暗条可以用来追踪太阳大气磁场,对太阳磁场的研究极为重要。近些年研究发现日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)和太阳耀斑同暗条爆发密切相关,暗条的爆发会产生耀斑、日冕物质抛射(CME)且释放大量磁能,抛出太阳高能粒子和磁化等离子体将引发地球空间环境的强烈扰动,并引起周围甚至大尺度太阳大气的剧烈变化。日冕物质抛射是会影响地球空间环境和人类生活的一种剧烈的太阳爆发活动,它是伴随着日冕从太阳释放物质的明显事件。因此对于暗条的分析研究,不仅能够探讨暗条本身的活动现象,也将有助于更深入的了解CME和耀斑等爆发活动的物理本质,所以研究太阳暗条的活动对于保护地球和人类赖以生存的环境有着积极重要地意义。利用天文台的高质量观测数据,本文对太阳暗条分割方法进行了研究。本文重点研究如何针对太阳暗条图像进行有效分割,主要工作有以下两个方面:(1)提出了一种基于UNet网络的AA-UNet太阳图像分割算法,将注意力机制加入到下采样结构与UNet网络进行有效结合,通过将注意力集中在太阳暗条上,进而在太阳暗条分割数据集上的进行测试,实验结果表明能够提升太阳图像暗条分割的精度。通过与已提出的用于太阳暗条分割的算法进行对比实验,验证了算法的有效性。(2)采用双路径网络的方法,基于高层特征与局部精细特征的考虑,选择双路径网络并且加入了门控轴注意力机制,在太阳暗条数据集上能够获得较高的准确率并且提升微小暗条分割效果和解决暗条分割断裂问题。这里加入了门控位置敏感轴注意力机制,使得它能够更好的关注和学习到图像特征,从而得到更精确的分割效果。基于深度学习技术的图像分割算法将人工智能与太阳暗条分割进行有效结合,为指导物理学家进行太阳活动研究提供了一种可行的思路,促进人工智能技术在太阳活动研究领域的快速发展。

关键词：太阳暗条图像分割 UNet 注意力机制双路径

古诗词艺术歌曲《江城子·乙卯正月二十日夜记梦》演唱分析

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古诗词艺术歌曲《江城子·乙卯正月二十日夜记梦》演唱分析

作者：吴亚娜贵州民族大学

学位级别：硕士

本文以著名作曲家敖昌群先生创作的古诗词艺术歌曲《江城子·乙卯正月二十日夜记梦》（以下简称《江城子·夜记梦》）为研究对象,通过对相关文献的阅读与梳理,基于已有研究成果的基础上,对作品的歌词与音乐进行较为深入的分析,并结合笔... 详细信息

本文以著名作曲家敖昌群先生创作的古诗词艺术歌曲《江城子·乙卯正月二十日夜记梦》（以下简称《江城子·夜记梦》）为研究对象,通过对相关文献的阅读与梳理,基于已有研究成果的基础上,对作品的歌词与音乐进行较为深入的分析,并结合笔者的演唱实践经验去探究该作品演唱需要注意的问题,如气息处理、咬字吐字、声音润色、古诗词韵味以及情感处理等。全文分为四个部分。第一部分为词曲作者以及作品创作背景简介。对词曲作者生平艺术成就进行简单介绍,以及作品创作背景的简单介绍;第二部分为古诗词艺术歌曲《江城子·夜记梦》的艺术特征分析。对作品的旋律及歌词进行分析;第三部分为古诗词艺术歌曲《江城子·夜记梦》的演唱分析。是本选题的重点部分,阐述了针对这首古诗词作品在演唱时演唱技巧和情感表现进行分析;第四部分为演唱实践中的启悟。阐述了通过对这首古诗词作品的研究和演唱实践,笔者对这类作品的演唱也有了一定的启示与感悟。通过本文的研究,希望能够为笔者演唱好其它古诗词艺术歌曲提供一定的帮助,也希望能够为其他人演唱古诗词艺术歌曲提供一些借鉴与参考。

关键词：气息咬字吐字声音润色韵味

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中国正统文化体系中艺术观念的嬗变历程

文艺评论 2022年第6期 8-22页

作者：吴亚娜四川美术学院通识学院

中国正统文化体系中的艺术观念,是以中国的史料文献为载体,在统治阶级的政治思想与儒家文化的熔铸下确立起来的。其内容随着时代文化的演进而不断发衍变化。它溯源于中国古代的巫文化与农耕文化,从春秋到魏晋,艺术指向巫蓍之术、儒家之... 详细信息

中国正统文化体系中的艺术观念,是以中国的史料文献为载体,在统治阶级的政治思想与儒家文化的熔铸下确立起来的。其内容随着时代文化的演进而不断发衍变化。它溯源于中国古代的巫文化与农耕文化,从春秋到魏晋,艺术指向巫蓍之术、儒家之艺与实用之术;由南朝到五代,艺术观念呈现细化与转型;由宋代至元代,艺术门类趋向庞杂化;明清时期,艺术观念从尚雅之艺演变到崇实之艺;民国以后,艺术观念经历了由美术到艺术的衍变而趋于现代化。中国正统文化体系中艺术观念的性质、地位、功能及著录方式都与统治阶级的权力意志紧密相连,融萃了中华民族的审美理想与价值观念。梳理中国正统文化体系中艺术观念的衍变历程,能让我们更客观地审视中国艺术的个性特质、谱系架构、文化地位,能让我们更深入地研究艺术与政治、艺术与方术、官方艺术与民间艺术之间的关系,能够为中国艺术研究提供有力的史料根据,有助于建构中国艺术史观,彰显文化的自信。

关键词：文化体系艺术观念方技

字书、金石与书法之间--目录学著作中法帖文献的部类归属

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艺术学研究 2023年第1期23卷 33-42页

作者：吴亚娜四川美术学院通识学院

法帖本为书法艺术而生,法帖文献在南宋初的目录学著作中被视为小学类字书文献,南宋中后期被纳入杂艺类的书法文献。法帖文献在元代多被收入经部小学类。明代的目录学著作或遵循古制,将之收入经部小学类;或注重其书法鉴赏之功,将之纳入... 详细信息

法帖本为书法艺术而生,法帖文献在南宋初的目录学著作中被视为小学类字书文献,南宋中后期被纳入杂艺类的书法文献。法帖文献在元代多被收入经部小学类。明代的目录学著作或遵循古制,将之收入经部小学类;或注重其书法鉴赏之功,将之纳入子部艺术类。清初的目录学著作对法帖文献的分类沿袭明代;在《四库全书总目》编纂前后,则将之归入经部小学类字书之属和史部目录类金石之属;嘉庆以后,倾向于将之视为艺术类的书法文献而多归入子部艺术类。梳理历代目录学著作中法帖文献的部类归属,考察其背后的政治思想、社会文化风尚及书法的发展历史,有助于深入了解中国传统艺术思想及观念的发展衍变轨迹。

关键词：目录学著作法帖部类归属金石书法

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新文科建设背景下艺术院校本科层次通识课课程思政建设与推进策略研究——以四川美术学院通识课课程思政改革为例

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职业技术 2023年第11期22卷 10-16页

作者：吴亚娜郭昕四川美术学院通识学院重庆沙坪坝401331 四川美术学院艺术教育学院重庆沙坪坝401331

新文科建设是中国高等教育改革发展的核心工程,课程思政是高校实现立德树人目标的重要举措,二者都旨在培养德才兼备的高素质人才。在新文科建设背景下,国内鲜有学者从宏观全局出发,研究艺术院校通识课课程思政教学改革。国内艺术院校通... 详细信息

新文科建设是中国高等教育改革发展的核心工程,课程思政是高校实现立德树人目标的重要举措,二者都旨在培养德才兼备的高素质人才。在新文科建设背景下,国内鲜有学者从宏观全局出发,研究艺术院校通识课课程思政教学改革。国内艺术院校通识课程的思政教学存在方法不完善、体系不健全、评价不科学等问题。新文科建设背景下,艺术院校本科通识课课程思政教学应该加强顶层设计,建构课程思政的教学体系,探索课程思政建设的实施办法与路径,优化课程思政的教育评价体制与激励政策,产出课程思政建设的系列成果,从而助推新文科建设背景下艺术院校实施通识课程思政教学改革。

关键词：新文科课程思政艺术院校通识

天然气管道穿越工程对上游水库的防洪影响评价重点与方法

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河北水利 2023年第11期 32-33页

作者：孙蓬勃吴亚娜河北省水利规划设计研究院有限公司

此文针对紧邻上游水库的天然气管道穿河工程防洪问题,提出了以定向钻穿越的管道埋深要求,通过定量计算天然气管道爆炸的影响范围和发生概率分析对水库大坝进行安全评价,探讨了此类项目的评价方法,为工程建设提供依据。

关键词：输气管道东武仕水库防洪影响

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《四库全书总目》宋元易代文学的断限与批评

浙江学刊 2016年第6期 82-91页

作者：吴亚娜西南大学文学院

《四库全书总目》以朝代变更作为文学分期断限的依据,建构出《总目》的文学史观。《总目》从作家是否出仕新朝,是否有遗民之思以及其入元时的齿轮年龄三个维度,考量宋元易代之际作家的朝代归属问题。在对宋元易代文学进行批评之时,《总... 详细信息

《四库全书总目》以朝代变更作为文学分期断限的依据,建构出《总目》的文学史观。《总目》从作家是否出仕新朝,是否有遗民之思以及其入元时的齿轮年龄三个维度,考量宋元易代之际作家的朝代归属问题。在对宋元易代文学进行批评之时,《总目》致力于挖掘遗民的爱国义举,抨击贰臣的失节之污,以作家人品来衡量文品,以文风兴衰来反观世运。《总目》对易代文学的断限与批评作为一种知识评判,与清代的官方权力意志结盟形成强大的权力话语,在易代文学断限标准与文学批评背后隐藏彰显正流、隐去动乱的政治目的,以及表彰忠义、抨击失节的教化意图,实现了权力话语向文化思想领域的渗透。

关键词：《四库全书总目》宋元易代文学批评权力话语

双一流建设背景下艺术院校研究生通识教育改革研究

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吉林省教育学院学报 2022年第7期38卷 68-74页

作者：吴亚娜杨茂森四川美术学院通识学院

研究生通识教育作为研究生教育中的重要一环,在双一流建设背景下开展艺术院校研究生通识教育改革对培养契合国家需要的创新型艺术人才具有非常重要的战略意义。艺术院校研究生通识教育改革需要构建通专共生、教研相长的通识教育人才培... 详细信息

研究生通识教育作为研究生教育中的重要一环,在双一流建设背景下开展艺术院校研究生通识教育改革对培养契合国家需要的创新型艺术人才具有非常重要的战略意义。艺术院校研究生通识教育改革需要构建通专共生、教研相长的通识教育人才培养理念,搭建跨学科、多视野的研究生通识教育课程体系,探究研究生通识课程的教学模式,打造研究生通识教育的多维评价体系,产出系列研究生通识教育的优秀成果,完善研究生课程管理体系,加强师资队伍建设,加大研究生通识教育的经费投入,进而为国家培养出高精尖的艺术人才。

关键词：双一流研究生教育通识