時間：2023-05-29 17:48:08
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三維空間，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
學校基于學生實踐構建校本課程體系，將面向全體學生開設的必修綜合實踐課程命名為“三維空間”。“三維空間”是指學校為學生和教師提供的一個具有學校特色的教與學、體驗與感悟、思考與探索相結合的三維空間，是一種新的學習方式、新的學習組織結構和新的評價方式。
在課程建設過程中，我們統籌各學段、各學科、各育人環節、各方參與人T和資源環境，努力實現全科育人、全程育人、全員育人和實踐育人。
教師根據實踐目標，結合學生的實際情況，確定了“三維空間”綜合實踐課程的課題，涉及考古、藝術、美食、自然、人文、科學、地理、民俗、公益、戶外，學生據自己的興趣愛好進行選擇。
課題確定后，除必備的基礎知識和基本技能外，其它內容，包括課題學習的方法、過程安排、新知識學習、課題的研究與分析報告等，都要由學生自己進行學習和設計。在研究課題的準備階段，學生要主動查找資料，進行新知識和技能的學習。之后，學生要到野外考察，進行觀察、記錄，然后對數據和資料進行分析整理，最終完成課題的研究報告。在這個過程中，學生的學習方式由原來的單一聆聽，發展為聆聽、問答、實驗、實地考察、合作學習、專題研究、過程性匯報、合作探究報告呈現等多種形式相結合的新的學習方式。
在同一課題組內，可能有不同班級和不同年級的學生。以“自然之翼”學年考察為例，整個考察分為4個組：植物組、動物組、鳥組、蟲組。學生根據個人愛好選擇小組，這樣，在整個學習過程中，同一組里可能既有初一學生又有高中學生，既有擅長研究的學生又有擅長觀察的學生，既有擅長攝影的學生又有擅長繪畫的學生。學生在合作學習中取長補短，每個人既發揮長項，又學習短項技能。
綜合實踐課程的評價不是單純針對學習成果的評價，而是對學生協作精神和合作成果的綜合性評價。同時，由于在實踐學習中每個人分別承擔不同的任務，因此，綜合實踐課程的評價也包含對這個群體的整體評價。在這種新的多維度評價方式中，每個學生都得到大家全面的評價，既看到了自己的發展與成果，也明確了進一步發展的方向。
綜合實踐課程著眼于對學生綜合素養的培養，突出學生的主體地位，尊重學生的興趣與個性，賦予學生自主選擇研學方向的權利，為學生創設多渠道、多方式自主掌握知識及發展能力的條件。學生根據興趣愛好組成專業小組，一起學習相關內容。在此過程中，不僅學生的個性和特長得到發展，自我管理能力和相關能力得到提高，在接觸、感悟自然、社會的過程中，他們對自然、社會的多樣性和可持續發展的理念有了更為具體和深入地理解。
課外閱讀充滿學生生活的整個空間。“家庭——學校——社會”三維空間里應指導學生處處去留心觀察，品味樂趣，鑒賞美感。
空間一：家庭
孩子在家中如何進行課外閱讀？
“父母是孩子成長的第一任老師。”父母尊重知識，喜愛讀書的一言一行是孩子成長的楷模。眾多名人、作家出身于“書香門第”。“身教重于言教”，受上輩人愛讀書的熏陶的孩子在充滿書香氣息的環境中茁壯成長，必將為走向輝煌人生奠定基礎。家庭教育因先入為主，對孩子成長的影響往往大于學校教育。在家庭這個避風的港灣里，孩子在家長的引導下，暢游于書海之中，在聽、說、讀中豐富自己的精神底蘊。
從胎教聽音樂，嬰幼兒唱搖籃曲，少兒時家庭成員輪番上陣，講少兒故事，讓其背誦古詩；在網絡、電視發達的今天，少兒節目也讓學齡前的兒童在看聽中快樂成長，開啟了學語文的第一步。
值得借鑒的是美國流行的家長為孩子每日讀書20分鐘，并持之以恒，孩子長大一定會愛讀書。家長在為孩子成長造就閱讀環境必付諸行動，添設書房，購置書架，讓家庭藏書達一定量！
有些孩子在成長中困惑了：我家怎么沒幾本課外書呢？確實也是“巧婦難為無米之炊”。筆者常與孩子的家長暢談：少吃一包好煙，少喝一瓶好酒，少打一回紙牌，少送一點人情，為孩子購書訂報吧！又勸戒一些學生：少吃零食，多買幾本好看實用的書喲！在為孩子選購禮物時，也應記住“饋人書籍，終生受益”的道理。
嬰幼兒開始，他就在大人們的聽說中成長，被動地重復地聽母語，有了呀呀學語的輸出，一代傳一代的大灰狼故事存入大腦，自己不明白的東西一遍又一遍問求大人；轉動眼珠識畫家妙筆，在小人書中尋歡、作樂，張大嘴巴背出古詩……孩子從小沐浴在五千年華夏文明的文字、文學、文化、文明之窗下，與名人、自然、歷史交談，享樂于源遠流長的人類文明進步中。
空間二：學校
學校教育應關注學生成長的前期課外閱讀的輔導性。中小學閱讀教學是建設人文關懷的精神樂園的基礎工程，影響學生一生的眼界、思想、學識、綜合素養等。學校教育正是承擔了架設課內、外閱讀兩條主線的橋梁工程。
隨著國家加大教育投入，城鄉學校的辦學條件都大有改變。創辦校級圖書室、閱覽室已是學校和教育主管部門急辦的大事，現代網絡技術的飛速發展，地網（因特網）與天網（現代遠程教育資源）共促電子閱覽室的誕生，又為教師實施課內外閱讀教育拓展開了材料來源。
班級圖書角、校園閱報欄、黑板報前課余時間人頭攢動，從那里又將獲取書本以外的知識，其效果不言而喻。
課內閱讀，老師是引導者、輔導者，不是灌輸者、講演者。而在大語文教學觀下輔導學生，培養學生獨立閱讀能力時，讓學生體驗人類文化博大精深，豐富學生閱讀的快樂感，通過形式多樣的閱讀方式（聽、說、讀、寫、背、唱、演、畫……）對愛閱讀的熏陶更離不開喜愛讀書、不斷學習進取的老師的言傳身教。老師要充分利用已有的教學資源，通過設計優勢互補、靈活選用各級各類不同版本不同時期的教材，解決閱讀的質的問題，改進師生共嘆應試教育閱讀測評效力低下之頑癥。老師在關注學生閱讀心理變化的同時，也讓學生感受語文課程有豐富的人文內涵（上至天文，下至地理，前后綿延幾千年人類史）讓閱讀去滋潤作文，豐富寫作素材，并延伸到課外。
由于課內時間有限，課外為學生追求知識留下了無限空間，課外閱讀成為實施大語文教學觀的重要渠道。閱讀教學得法于課內，得益于課外，課外閱讀對課堂語文學習起補充和延伸作用，對課堂教學也起烘托、渲染作用。教師在學生課外閱讀中擔任的引路者、伴隨者，在新語文課程改革中教師與學生在閱讀營地里風雨同行。師生為搞活課外閱讀興趣小組，充實師生課余生活，必須有計劃有步驟地開展各類輔導性的課外閱讀活動，共同解決閱讀量的堆砌。為緩解課外閱讀的盲目性，筆者認為從以下幾個方面加深認識：1、興趣是最好的老師。必須考慮因人而異，因材施教，由年齡、性別、性格、喜好而異，通過內心活動與外圍熏陶，激發課外閱讀興趣。2、學會自己管用的閱讀方法：既有精讀，又有略讀
還有瀏覽，不動筆墨不讀書，圈圈畫畫精讀書。3、設計好課外閱讀活動細則，靈活選用，由兒童趣味性濃的童話集，寓言集，兒歌集到淺顯的科技、散文類再上升到人文、傳記、小說類。
空間三：社會
社會教育關注學生成長中后期課外閱讀的倡導性，應用性。
體現人類進步和世界文明的節日——四月二十三日世界讀書日的確定，讓人們從閱讀這一獲取知識、增長本領、提升品位、推動社會走向文明之舉措中受惠良多。《中小學生日常行為規范》第二十條規定：“閱讀觀看健康有益的圖書、報刊、音像和網上信息，收聽收看內容健康的廣播電視節目。”閱讀是伴隨我們一生的精神樂園，生活中有書讀，其樂融融，各級各類出版社應為快樂閱讀出好書，圖書館、少兒活動社會實踐基地、城鄉各級文化活動室都應敞開大門，為學生課外閱讀鋪就康莊大道。
我們可以拉出一個長長的清單來：
改變增長模式，從對市場份額的膜拜轉變為對經濟效益的追求；適應環境變化，進行營銷創新；加強品牌建設；推動團隊升級……
所有這一切應該如何實現呢?
各種可能的選擇也會有一個長長的清單。而在這個長長的清單中，我們認為最為至關重要的是企業能否建立一個良好的學習機制。
通常，我們一般將學習理解為讀書、培訓和進修，進而會理解為借鑒同行以及國內外先進企業的經驗。
而我們往往會忽視“自學”――向自己學習。
任何一個企業在自己的發展過程中，都會積累起來方方面面的知識或經驗。這些知識和經驗散落在企業的方方面面、角角落落，存在和形成于企業的成長過程中。它們對企業未來的發展至關重要，從某種意義上說，它們是企業最寶貴的財富。但是．在現實中，企業或者認識不到它們的價值，或者不知道如何發現和提煉它們。我們必須改變這種現狀，因為它們是企業提升的基礎，認識并運用它們比企業做任何培訓、接受任何咨詢都更加有效。
外來的和尚好念經，反應的不僅僅是對本企業人才的冷落，更大的問題在于對自己長期積累的知識財富的忽略。“日三省吾身”不僅包括對自己不足的反思，更應該包括對自己成功之處的總結。
輕言創新和借鑒，有時會表現為缺乏持之以恒。大家都知道，沒有持之以恒的執著，最終會碌碌無為。
如果沒有自己的東西，無論規模有多大，企業將永遠處于零起點上。“學習”的結果將是忽東忽西，左右搖擺，根本談不上提升。全面否定自己，不是在繼承中提升的話，提升將永遠是一句空話。這樣的企業很容易犯“學習過度”的錯誤――整天都是新名詞、新措施、新思路，讓人無所適從。
我們認為，中國企業應該在“堅持，學習和借鑒”三維中，建立自己的學習機制。
首先，通過總結和提煉，形成自己的“基礎教材”，并堅持用外部知識推動這“套”基礎教材的逐步升級。
作為一個事實，沒有幾個空降兵或咨詢公司能夠脫離企業的歷史，完成企業再造，而恰恰是那些能夠用自己的知識和經驗，豐富、充實企業知識和經驗的空降兵、咨詢公司才有可能推動企業的進步。
其次，通過培訓、進修豐富企業個體的知識，提升個體的素質。即便如此，也需要對培訓進行適當的分類。企業內訓既要結合企業現實需要，也要充分考慮企業文化和知識積淀，它必須能夠強化企業的文化和知識，除非企業決定揚棄某種文化和知識。只有這樣的內訓才有可能轉化為生產力。
關鍵詞:DirectX; 可移動平面; 三維移動; 鼠標射線; 射線變換
中圖分類號:TP317.4;TP391.73文獻標志碼:A
Arbitrary movement algorithm of objects in
3D space based on plane
SONG Jihong, LI Fenglong, XU Quansheng
(Info. Sci. & Eng. College, Shenyang Univ. of Tech., Shenyang 110178, China)
Abstract: To optimize the operation of movement of objects in virtual 3D management field and realize the process of using mouse to complete the object movement to any point in 3D space, the concept of movable plane is introduced into the study. A movable plane is built that is perpendicular to the projection of sightline in xz plane; a radial from camera position to mouse point is built and the mouse wheel is used to control the forward and backward movement of the movable plane along the sightline direction; the intersection point of the mouse radial and the movable plane can be moved to any position in 3D space by moving the moveable plane; the coordinate of the intersection point of the radial and the moving plane is calculated, taken as the new coordinate of the object to be moved which is added into the romance pipeline, and the object movement can be implemented. The application shows that the algorithm can ensure the movement accuracy and speed of the objects and reduce the input devices that help to move objects.
Key words: DirectX; movable plane; 3D moving; mouse radial; radial counterchange
收稿日期:2009-02-18修回日期:2009-05-08
作者簡介: 宋繼紅(1968―),女,遼寧福縣人,副教授,研究方向為計算機網絡通信、計算機網絡遠程控制、虛擬現實技術,
(E-mail)
0引言
在計算機技術高速發展的今天,虛擬現實(Virtual Reality,VR)技術作為1門綜合計算機圖形、多媒體、傳感器、人機交互、網絡、立體顯示以及仿真等多種技術而發展起來的計算機領域的新技術正逐步走向成熟并得到廣泛應用.[1]VR本質上是1種先進的計算機用戶接口,它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的感知交互手段,最大限度地方便用戶操作,從而減輕用戶負擔,提高整個系統的工作效率.[2]因其在管理領域中所具有的獨特優勢,近幾年VR正逐漸被應用到各種管理領域.特別是在建筑、倉儲等管理領域中,傳統的窗口式管理軟件已不能滿足用戶需要,人們希望能對數據進行可視化管理,從感觀上對倉庫中的物品進行管理.因而,VR技術成為數據可視化管理的首選.當VR技術應用于建筑、倉儲等管理領域中時,實現物體在虛擬三維場景中的移動成為實現VR技術在該領域應用的基礎.因為在三維環境中多了深度信息,反映到坐標系上就增加了z方向的坐標值,從而使得一些在二維空間交互的簡單問題到三維空間就變得非常復雜.[3]利用鼠標、觸摸板等二維輸入設備得到的輸入信息只具有x和y方向的二維信息,要實現在三維環境下的物體移動,首先需要解決將二維屏幕上的鼠標點坐標變換為三維場景中的三維坐標.[4]但是,直接利用鼠標獲取輸入點的高度信息十分困難.最初的三維空間物體移動方案利用鍵盤等輸入設備在三維空間通過在x,y,z 3個坐標增加或減少1個固定值完成,這種方法不但耗費移動時間,而且因其在x,y,z軸上每次只可移動1個固定值,移動精度很難保證.因此,實現通過鼠標控制完成二維屏幕的三維移動操作對VR技術應用于虛擬三維管理工作上具有極其重要的意義.
1基于平面的三維空間物體任意點移動算法
在三維空間中建立垂直于視線在xz平面投影的可移動平面,并建立從攝像機位置,到鼠標位置的射線.計算射線與可移動平面的交點,將其放入渲染流水線作為待移動物體的新坐標值從而完成三維物體的移動.此算法可分解為以下5步:(1)建立可移動平面;(2)建立鼠標射線;(3)拾取物體確定待移動物體;(4)對平面進行移動;(5)計算射線與移動平面交點.
1.1建立可移動平面
通過3點可確定1個平面,該平面要滿足以下要求:(1)平面要通過物體重心;(2)平面垂直于xz平面;(3)平面垂直于視線在xz平面的投影.定義P1點為物體重心點,可通過查看物體的當前位置信息獲得P1點.設該重心中點垂直上方點為P2, 其坐標為(xP1,yP1+10,zP1).為使平面垂直于視線在xz平面上的投影,此時只需再在xz平面上找到1點P3,即可得到向量A(P1,P2)與向量B(P0Eye,P0vLook),使向量A與B滿足A×B=0(1)因P3點在xz平面上,所以yP3=0,又因P3點在x軸上的坐標只要不與P1點在x軸重合,即可建立滿足要求的平面,所以設P3=(10 000,0,h), zP3為待求值.由式(1)得
(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)+
(zP1-zP3)×(zP0vEye-zP0vLook)=0
zP3=zP1(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)(zP0vEye-zP0vLook)
此時,由已確定的P1,P2和P3點可確定唯一平面.定義向量A,B,C:A=P2-P1;B=P2-P3.利用DirectX SDK庫函數D3DXVec3Cross()計算A和B所在平面的法向量: D3DXVec3Cross(C,A,B),所以過P1,P2,P3的平面方程為xc(x-xp1)+yc(y-yp1)+zc(z-zp1)=01.2建立鼠標射線
當按下鼠標并移動到屏幕上的點S時,從屏幕上可想象出1條從攝像機位置到鼠標點處的射線.然而,應用程序不可能僅僅根據得到的屏幕點S的坐標建立這條射線.[5]與二維圖形程序的顯示方式不同,三維圖形程序中的頂點要經過世界變換、攝像機變換、投影變換、剪切以及視口縮放,才能在二維屏幕上顯示.[6]為獲取鼠標按下點的造型空間坐標,利用造型空間和用戶空間之間的坐標變換提取空間坐標.[7]設在投影窗口上與S點對應的點為P,投影面為z=1.建立1條射線,使其從投影空間起點出發穿過點P.建立射線的算法可分解為以下3步:(1)捕捉屏幕上點S,確定S點對應投影窗口上的點P;(2)建立1條從投影坐標系原點出發穿過點P的射線;(3)將射線和模型變換到同一坐標系中.
1.2.1屏幕到投影窗口變換
視口變換矩陣[8]為w2000
0-h200
00zmax-zmin0
x+w2y+h2zmin1投影窗口上的點P通過視口變換產生屏幕上的點S:xs=xpw2+x+w2(2)
ys=yph2+y+h2(3)z坐標在視口變換以后沒有作為二維圖像的一部分存儲被存儲到深度緩存中.[9]因此,由式(2)和(3)得到計算xp的式(4)和計算yp的式(5).xp=2xs-2x-ww(4)
yp=-2ys+2y+hh(5)通常情況下,視口中的x和y為0,因此能更進一步得到xp=2xsw-1(6)
yp=-2ysh+1(7)由定義可知,投影窗口就是z=1的平面,因此zp=1(8)投影矩陣縮放投影窗口上的點以適應不同大小的觀察視野.為了得到被縮放之前點的值,必須通過縮放變換的逆運算來變換點.設P為投影矩陣,因為變換矩陣的P00和P11是點的x坐標和y坐標的縮放值,所以被縮放之前點的值為xp=2xw-11P00(9)
yp=-2yh+11P11(10)此時點P為屏幕上點S對應投影窗口上的點.
1.2.2建立射線
射線可以表示為等式P(r)=P0+tu,其中,P0是射線的起點位置,u是用于描述射線的方向向量.在前面設定射線的起點為投影空間的起點,因此p0=(0, 0, 0).因為射線通過點P,所以方向向量u可表示為u=P-P0=(xp,yp,1)-(0,0,0)=P.采用上述方法在Direct3D中計算射線.首先定義射線結構體RAY,
Struct RAY
{
D3DXVERCTOR3 Origin;
D3DXVERCTOR3 Direction;
}
創建RAY類型全局變量Ra,其中變量Origin和Direction分別用于存儲射線的起點和方向.定義函數GetRay(int x,int y)計算射線.在函數中聲明D3DVIEWPORT9 類型結構體Viewport和D3DXMATRIX 類型矩陣Proj.用 pd3dDevice->GetViewport(&Viewport)將視口信息存儲于Viewport中,用pd3dDevice->GetTransform(D3DTS_PROJECTION, &Proj)獲取投影矩陣,并用Proj返回.根據式(9)和(10)計算出xp和yp,可得射線的起點為D3DXVECTOR3(0.0f,0.0f,0.0f),射線的方向為D3DXVECTOR3(xp,yp,1.0f),最后函數返回射線Ra.
1.2.3射線變換
在第1.2.2節中計算出來的射線是在投影空間中描述的.為了完成射線與第1.1節中建立的移動平面相交,射線和移動平面必須在同一坐標系內.與其將移動平面轉換到視圖空間中,不如將射線轉換到世界空間.[10]通過變換矩陣來改變射線P(r)=P0+tu中的起點P0和方向u,進而實現對射線的變換.定義函數TransformRay(Ray*ray, D3DXMATRIX* T)變換射線.其中,采用函數D3DXVec3TransformCood變換射線起點,第4個分量缺省為1;采用函數D3DXVec3TransformNormal變換射線方向,第4個分量缺省為0.這里,起點作為1個點變換,方向作為1個向量變換.至此,在待移動物體所在的世界坐標系中可得到1條從攝像原點出發并經過鼠標在世界坐標系下對應點的射線Ra.
1.3拾取物體確定待移動物體
通過第1.2節計算得到的射線原點與方向向量,利用DirectX SDK D3DXIntersect()函數逐一判斷場景中的物體是否被拾取,以確定待移動物體.函數原型為: D3DXIntersect( pMesh, &vPickRayOrig,&vPickRayDir,&bHit,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL) [11]; 通過bHit返回值是否為1判定物體是否被拾取.利用該函數可以一次性拾取到射線所穿過的幾個物體,此時可通過提取物體在三維場景中的位置信息Place[i],并計算找出距攝像機距離最小的物體為拾取物體.
1.4對平面進行移動
前面建立的平面只能實現物體在1個平面上移動,要實現物體在整個三維空間移動需要讓該平面在視線方向上向前或向后移動.如圖1所示,在xz平面內可移動面可表示為1條直線.要把可移動面從面1位置移動到面2位置只須讓面1中的各點分別在z軸和x軸方向上移動1個單位即可.圖中視線的方向向量OE=(P0vEye-P0vLook);角α為向量OE與x軸的夾角;d為移動距離.由圖可得Δx=d cos α,z=d sin α所以移動后P1,P2,P3的點坐標分別為P4=(xp1+d cos α,yp1,zp1+d sin α)
p5=(xp2+d cos α,yp2,zp2+d sin α)
p6=(xp3+d cos α,yp3,zp3+d sin α)再將P4, P5, P6賦值給P1, P2, P3.
圖 1可移動平面變換
采用上述方法在Direct3D中計算.首先定義函數PlanMove(int i),在此函數中完成以上功能,其中參數i用于控制平面向前移動還是向后移動.該函數響應鼠標滾輪事件WM_MOUSEWHEEL,當向前滾動時,使移動距離d>0,反之d
由于第1和2節已建立從攝像原點到鼠標在世界坐標系對應點的射線和垂直于視線在xz平面上投影的可移動平面,所以下一步只要計算射線與可移動平面的交點,得出交點值,將其作為世界坐標系下待移動物體的新坐標,裝入渲染流水線即可完成對物體的移動.交點值的計算過程如下:
xc(x-xp1)+yc(y-yp1)+zc(z-zp1)=0
x=xOriginRa+xDirectionRa×t
y=yOriginRa+yDirectionRa×t
z=zOriginRa+zDirectionRa×t
式中:t為參數方程的參數.解方程得t=xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa
x=xOriginRa+xOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa
y=yOriginRa+yOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa
z=zOriginRa+zOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa此交點值為鼠標射線與移動平面的交點坐標,即待移動物體的新坐標值.將該點裝入渲染流水線作為待移動物體的坐標,到此完成物體在三維空間中的移動.
2實驗結果
上述算法在PC機(AMD Athlon 64 Processor 3000+處理器,1 GB內存,NVIDIAGeForce 6600LE顯卡)上利用Direct3D 9.0c (AGU2006)圖形庫實現.在場景中,當物體被拾取到后,通過拖動鼠標可以使物體在初始移動平面上自由移動.當滾動鼠標滾輪,物體可在新建立的移動平面上自由移動從而達到通過鼠標使物體在三維空間中作任意位置移動的目的.圖2為相關示例.
圖 2算法實踐
3結束語
為改進物體在三維空間的移動操作,從建立可移動平面和鼠標射線出發,通過移動可移動平面,使鼠標射線與可移動平面的交點可以到達三維空間中的任意位置,而后將該位置坐標作為待移動物體新坐標放入渲染流水線,完成物體移動.該算法能保證移動的速度與精度,同時也可減少因移動所需的輸入設備.實際應用證實該方法切實可行.
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第一節 博物館導視系統人文作用與價值
博物館導視系統的人文作用主要體現在“以人為本”的同時，還要融入該館的專屬特色，當地的風土人情、民族文化特色。每個地區都有各自的文化，它們會利用音樂，繪畫、食物、語言等多種載體來形成不同的文化特性，而導視系統的人文作用就要承載這些文化特性。最明顯的體現在于導視系統的功能能夠通過建筑物主體設計、戶外的設計表現出來，博物館導視系統的價值就是將人、自然、文化三者結合起來，達到三者和諧統一的狀態。博物館導視系統的更多體現在人文價值、思想文明、藝術的相互融合上。無論是從標識的設計，還是顏色、圖形的設計都能夠顯示出導視系統的設計理念與文化特點。
第二節 博物館導視系統設計的特點與創新
博物館導視系統的特點主要體現在導向指示與環境的融入程度。導視系統是整體環境中的一部分，那么在設計時就必須考慮與環境相互融合，同時也要服務于環境、升華文化建筑所蘊含的精神內涵，并且不能與環境割裂，讓人覺得是兩個生硬并存的系統。因為導視系統在環境中起到引路作用，始終居于人們目光聚焦點上，容易成為人們的關注點，所以設計的重點集中在圖形、顏色、字體等設計方面。博物館導視系統的造型相對來說針對的人群都是具有一定文化修養的。博物館導視系統應該不拘泥于重要通道和功能的指示牌上，要突破傳統導視系統的設置框架，利用不同的材料來打造獨特的導視系統。這樣才能在起到基本導視系統功能的同時，在設計感上營造一種由視覺感上升到精神審美內涵的意境。
一、導視系統的實際功能性、導向性
所有的導視系統根本目的在于傳達信息、指引受眾到達目的地，博物館導視系統也不例外，準確、醒目、規范的導視系統是場館秩序的保證。博物館導向標識系統是運用地標、標識、路徑和環境線索，幫助觀眾在這個陌生的的環境快速找到和使用具體空間的信息傳達系統，基本功能是幫助人在空間內更方便活動，因此導向標識系統的、持續的利用各種元素和方法為觀眾傳達空間信息。根據博物館內空間的不同屬性，空間信息通過圖形、文字、色彩進行規劃、組合等各種手段傳達，所以形成適合具體空間的信息體系。觀眾通過信息系統獲得指引信息之后能夠順利到達目的地，達到在博物館中無障礙活動。
二、空間環境中的系統性
博物館這一文化場館它的導視系統與公共空間導視系統、商業環境導視系統一樣，系統性是其特征之一。可以說，系統性是所有導視系統的基本屬性之一。博物館導視系統的設計需要營造一種特殊的文化氛圍，讓觀眾走進博物館時就能感受到文化帶來的愉悅心情。在一定程度上讓導視系統的設計成為博物館的藝術品。每個導視系統中所有的設計元素：圖案、數字、文字、箭頭、顏色、物料等，都該圍繞博物館功能特點進行設計。無論是室內還是室外的標識設計。博物館導視系統在設計上要符合大眾的基本審美規律的同時，還需讓導視系統設計元素在設計上富有審美的價值特征，讓整個導視系統在尺寸、文字、色彩上滲透出不一樣的文化氣息。
三、給人身心感受的視覺性
說到導視系統的視覺性，必須要有其鮮明的設計特征：標識牌的尺寸、圖形的淺易性、陳設的位置、不同層次分類、顏色的差異、字的粗細、字距與間隔、部位的高低等。博物館導視系統不僅要實現這些設計的基本要求，而且還要有一定程度的審美價值，這是博物館，美術館這些展館的導視系統與其他導視系統區別最大的地方。一個設計出色的博物館導視系統，應該具有容易讀懂、在瞬間閱讀便一目了然、準確傳達信息，且不造成任何疑惑的特點，并且讓人在視覺上感覺到導視系統不是獨立于建筑設計的，與室內設計、建筑外形，乃至于室外標識等相融合，在設計上能與其他設計領域融為一體。博物館導視系統在設計上的要求上使很大的，它們不僅僅局限于基本的傳遞信息功能，要與周邊建筑、博物館的主題相結合。博物館導視系統的視覺性在于幾個方面：字體的統一性、顏色的規范性與多樣性、圖形的通用性、形態的一致性、版式的嚴謹性、位置的準確性，以及設計的欣賞價值。
四、富有專屬特色的獨特性
所有的導視系統設計都是相對獨立的。對于博物館導視系統，在需要增加樣式的變化的同時在設計上又要強調統一性。博物館的獨特性與統一性應該相輔相成，博物館除了具有最基本的導向功能以外，也需要強調樣式與圖形上的創新，在材料、形態選擇上，都有可做之處的。博物館的導視系統中蘊含的文化特性，只要是在利用各種表現手段，傳達文化內涵，而它的獨特性是把創新的、個性化的形態用在導視系統中，用字體的選用、色彩的對比配置、圖形創意、形態的獨特樣式呈現給觀眾的。
第三節 博物館導視系統與博物館空間整體的關系
博物館空間的方向、深度、大小、形狀、材料、質感都是觀眾所能直接感知的基本元素，它們營造出來的空間氣氛和視覺環境，會直接影響觀眾情感和思維。這種從整體到局部，從局部到整體的心里感知使人們對整個博物館空間留下一定程度的感受。但是當我們置身其中，所能感知到最多的是局部的細節感，并會把這些小局部與細節有意識拼湊在一起，讓頭腦中得以一個完整和深化。空間里的導視系統做出的指示和表達就是對這一過程的最佳指引，此時導視系統促進了觀眾對空間整體和內部細節印象復原與結合，這個過程呈現的是人們與空間中導視系統之間互相的依賴關系。環境視覺標識設計在復雜的空間環境中可以起到信息傳遞和信息溝通的橋梁作用。1在環境中設置平面標識或者立體標識，它的目的就是利用特別的造型確立建筑的視覺形象。主要是在于光影、色彩、比例與尺度的關系。
光影可以說是隨著自然光線的變化而變化的視覺元素，在設計中對自然光的有效利用，可以讓整個博物館的空間環境協調統一。色彩是導視系統里較難的問題，“因為人們的色彩偏好更多地受到民族習慣、知覺經驗、情緒狀態以及社會時尚的影響，因而不同的民族、地域、不同的個體，對色彩的偏好都有很大的差距”。2我們可以根據色彩的冷暖和變化去指導設計。其導視系統也主要運用顏色、質地以及版式來區分博物館不同樓和展區的。每層樓都有單獨的配套識別系統，有自己的編碼和身份的標志符號。
導視系統設計應用于空間中時，首要目的是它的功能性，當然同時也要遵循空間環境的特點。所以，導視系統設計應從博物館空間本身的比例和尺度出發，制定相統一、融合的尺度標準和自身比例。合適的尺度與比例它能快速的傳達信息，有助于展現美感。在應用比例中，主要可以從內部比例和外部比例兩方面進行考慮。而尺度則是某種比例關系給人的視覺感受，它與空間尺度息息相關、高度融合，向人們展示了一種不一定與實際尺寸相符合的視覺感受。
參考文獻
【關鍵詞】平面設計；視覺；空間轉換
和平面設計的抽象表現效果相比，三維空間設計的表現效果更加具體和真實，對于平面空間所表現的立體效果并不明顯，只能依靠想象思維將事物形象化，因此，在某個作品中同時存在平面空間設計和三維空間設計是比較常用的設計手法，在目前市場上的平面設計作品中，維度空間的轉換已經成為傳遞信息、創建視覺關注點以及提升幽默效果的主要創意方法。
1、平面設計中視覺空間轉換概述
所謂的平面設計是指不同規則的形狀，依照一定的標準在平面上組成一個圖形或圖案。平面設計的元素有：1）概念元素，概念元素是指人眼觀察不到的、感應器官接觸不到的，但卻是在人的思維意識中確切存在的事物。比如，面對一個圖案，我們能清晰的感覺到它的輪廓和線條，但是卻看不到。2）視覺元素，視覺元素是指能夠直觀的反應出設計作品的具體和真實效果。視覺元素的具體表現通常是由概念元素凸顯的，其元素組成通常包括、圖案大小、色彩、形狀等等，在顯示屏上使用視覺元素對其要表達的視覺效果進行調節是視覺元素的關鍵作用。3）實用元素，實用元素是指能夠表達作品主旨以及設計意義的元素。
三維空間的設計是運用等高線對圖形進行邊界劃分，描繪圖案，而其所要表現的空間效果并不是實際存在的，而是人的一種視覺錯覺形成的空間。平面設計的重點就是通過人的空間感覺、空間意識和空間想象力進行作品設計，其中空間感覺是人類與生俱來的能力，是一種對外界事物有空間感知的能力。空間感覺、空間意識和空間想象力是三種常用的設計元素。空間感覺可以使用透明技術，在平面內創建三維的、復雜的空間感覺。平面設計中的三維圖像是指在平面空間內具有三維的立體風格圖像，換句話說，立體感覺就是所謂的三維空間，是三維圖案形成的視覺空間感覺效果，三維空間是三維圖案形成空間的效果的總稱。平面空間是指在平面圖形產生的空間效果中，具體的事物是三維空間中形成的視覺突顯，因此，三維空間也可稱之為真實空間。
2、二維平面空間之間的轉換
對于平面空間轉換的研究，主要是圖形的空間和視覺效果的研究。研究圖形空間轉換的代表人物是奧地利心理學家魯賓，他所寫的關于空間轉換研究的作品是《魯賓杯》其中代表性的圖案是由兩張人面和一個酒杯組成的圖形，當人們欣賞這幅圖畫時，會時而看到一個黑色背景下的白色酒杯，時而會看到一個白色背景下的兩張黑色人面，視覺效果和圖案之間的相互轉換，使人的視覺空間感受的不停變換。魯賓在對平面設計進行深入的研究后指出，在一個特定的樣板設計中，封閉面的面積比相對較小的面積更容易被人視為圖案，而相對較大的面積和連續部分更容易被人們視為背景或者底面。另外，還有一些藝術心理學家也對此進行了深入的研究和探討，認為在具有一定輔助裝置的場內，有一部分設計會被凸顯成圖案，而有一部分會被看作是背景或底面，這些研究成果都為以后的創意設計提供了很好的理論研究依據。
平面設計內的空間轉換經常會使用共用圖形（共用邊界線、局部圖形）完成底面、背景或者圖像之間的轉換，是人的視覺效果和空間感受在平面空間內相互轉變，進而提升圖形的表現能力和空間趣味性。
3、二維平面空間與三維化空間的轉換
3.1二維平面空間與三維化空間的組接。二維平面設計和三維平面設計使人產生的空間視覺效果和視覺感受是不同的。創造性的作品設計經常會采用二維空間和三維空間組合的方式對作品進行表達，這樣不但可以獲得良好的空間視覺效果，還會增強圖案的趣味性。
3.2平面空間向三維空間轉換。平面設計方案中，一些設計元素經常會應用到平面空間中，例如，文本標題等等。人們習慣用一種思維角度和思維方式去觀察這些平面空間元素，但是當把這些平面空間元素應用到三維空間中，它會更人們帶來全新的視覺效果，讓人感覺到一種意想不到的新奇感。
3.3三維化空間向平面空間轉換。三維空間的平面設計經常給人一種真實感和形象感，讓人們能感受到具體的空間存在感，而一些暗示性的平面元素會將觀眾帶回到現實的平面中去，讓人們從虛幻的世界中回到現實世界中，讓人們感受到一種強烈的視覺空間轉換。
3.4三維化空間與平面空間的多項交替。三維空間設計和平面空間設計中的元素是可以相互轉換的，通過視覺空間的轉換，帶動視覺效果的轉換，提高人們對圖像的關注度。
3.5平面空間、三維化空間與現實空間的轉換。現代平面設計的基本要求是創意性和趣味性，將真實的圖像融入到平面設計作品中去。平面設計通常采用劃分、折疊這些方式來構建三維視覺空間，使空間視覺效果更加形象化和真實化，完美的實現平面空間、三維空間與現實空間之間的轉換，給人帶來巨大的視覺體驗和視覺愉悅感。
4、強化平面設計中的三維視覺空間效果
眾所周知，對于現階段的平面設計來講，三維技術應用是的越來越廣泛，三維空間應用的內容也是越來越豐富，而合理有效的應用三維空間實現視覺效果的轉換不但可以使視覺效果更加逼真，還能提高平面設計的趣味性和生動性，使平面設計所要表達的內容和要傳遞的信息能夠快速被人們接受，加深人們對平面設計作品的理解和印象。平面設計中的視覺空間轉換方式如今已經唄被全面的應用到設計中去，例如，明星、電影海報，雜志封面等等，都是通過實現平面空間和三維空間之間的轉換完成設計的。為了能夠進一步加強平面空間設計和三維空間設計的視覺轉換效果，我們必須做到如下幾點：
1）借用具象空間導向性，因勢利導。在某個有限的空間內，有一些簡單的圖形或者畫進行二維空間創建和設計，在通過運動性的設計元素打破這種二維空間模式，是要設計的作品更加生動化和形象化。
2）借用視覺空間的延續性，隨形就像。在平面作品的設計中，圖形的構建多以穩定、對稱和不對稱的方式為構建基礎，從目標效果和所需內容開始設計，最終的視覺效果形成主要依賴于具體的視覺表現形式和藝術組合方式。形象和抽象的圖案、簡單和復雜的圖案在最后要對其進行綜合性的融合，使其成為整體性的設計。
3）借用空間的變化，調整圖形的大小。運用現代設計中的視覺錯覺設計是一種重要的藝術表現手法。相比而言，圖像和背景、真實與虛擬、對稱與不對稱，都將實現視覺空間的表達效果。
我們可以借用空間變化，在三維空間設計中突顯出二維空間，這也是目前平面創意設計的主流設計趨勢。這種設計手法不但能使作品內容更加豐富，意境更加深遠，還能為今后的平面設計帶來更多的借鑒和啟發。
總而言之，平面設計中的視覺空間轉換有利于設計作品的創新，提高作品的可欣賞性和視覺愉悅性。我們要有創造意識，將虛幻和現實的空間視覺感受融合到平面設計中去，給人們留下深刻的印象。
【參考文獻】
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【關鍵詞】三維GIS；數字航道；三維航道
1 研究背景和意義
1998年1月，美國副總統戈爾提出了“數字地球”的概念。從此，數字地球的概念迅速傳遍全球。為了提高我國內河航道管理的效能，使之更好地服務于內河航運經濟發展，我國內河航道的建設者和管理者提出了“數字航道”的概念[1]。“數字航道”是基于網絡環境的、以數字信息為核心的航道信息體系[2]。就是通航水道電子航道圖及航運相關信息的數字化，通過先進的網絡技術、遙感遙測技術、地理信息系統、通訊、計算機模擬等多種技術對航道業務流程、各類航道信息變化進行實時動態監控管理。
隨著交通部、航道局等部門對“數字航道”的日益重視[3]，對虛擬航道、三維航道的要求也愈漸迫切。同時在實際航道應用中，對三維環境中的應用和要求也較為迫切。雖然對3S技術在航道領域的研究和應用并不鮮見[4-7]，但在數字航道研究方面國內外仍處于起步發展階段[8]，特別是對三維GIS下的數字航道研究。因此，本文圍繞三維數字航道，從GIS角度進行了初步探索。
2 國內外的研究現狀
2.1 基于3S技術的數字永定河
適普公司承擔的“數字永定河”項目為水利工程設計與管理、監督應用提供了先進的3S技術和全面的解決方案。其主要功能如下：①水利工程建筑物的管理。水利工程建筑物的管理是二維、三維GIS集成技術應用的一個重要方面，它能充分展現二維GIS的數據管理能力和三維可視化GIS在三維水工建模方面的能力。②地下水利工程可視化與水利工程細節的可視化。對地下水利工程建筑物（如泄洪洞）進行可視化和管理，在此基礎上，可以進行剖面分析，實時生成水利工程的斷面圖，進而可以查看水利工程的內部構造信息。
2.2 基于ENC水深數據生成三維地形的系統
Fugawi Marine ENCTM是美國Fugawi公司開發的，用在個人電腦上供航海人員使用的軟件。該軟件擁有常用的航海功能，如航線設計，GPS接收，RADAR作業，海圖作業等[9]。它可以支持多種格式的海圖：C-MAP，S-57ENC甚至是普通的地圖相片也支持。它能夠在效果很好的三維環境下查看海圖或地圖。從三維環境中可以看清楚水深點，等深線，岸線等海圖上的信息。另外利用鼠標、鍵盤或者游戲桿控制可以進行三維漫游，也可以在三維海圖上進行GPS定位。
3 GIS在數字航道領域的作用
3.1 數字航道對GIS系統的要求
（1）海量數據一體化管理。數字航道與空間位置信息是密切相關的，其航道綜合數據庫除了包括河床地形基本數據、水文資料數據、助航標志數據、跨河建筑物與過江管線數據、航道維護計劃數據、基本建設工程數據、整治建筑物基本數據、工程船舶基本數據等多類型的數據。以外，海量的空間數據和三維影像數據也是數字航道綜合數據庫的重要組成部分。
（2）支持網絡化的分布式計算與集成。航道部門由于職能的不同分布于流域中的不同位置上，它們利用網絡互聯技術相互實現資源共享，這就要求GIS系統能夠支持B/S、C/S模式的多層分布式計算，支持Internet/Intranet等國際標準。
（3）二維GIS、三維GIS、webGIS與航道模型的無縫集成。作為二維GIS、WebGIS在航海領域的特殊應用，電子航道圖系統要能夠利用先進的計算機網絡技術、數據通信技術和地理信息處理技術，實現水道測量管理、電子航道圖生成、全過程的自動化、一體化和網絡化。為通航船舶、各航運相關部門和企事業單位及時提供最新的電子航道圖服務。
3.2 三維GIS的主要功能
三維GIS除了具備二維GIS的傳統功能以外，還具有如下獨有的功能：
（1）包容一、二維對象。三維GIS不僅要表達三維對象，而且還要研究一、二維對象在三維空間中的表達。三維空間中的一、二維對象與傳統GIS二維空間中的一、二維對象在表達上是不一樣的。傳統的二維GIS是將一、二維對象垂直投影到二維平面上，存儲它們投影結果的幾何形態與相互間的位置關系。而三維Gls是將一、二維對象置于三維立體空間中考慮，存儲的是它們真實的幾何位置與空間拓撲關系，這樣表達的結果就能區分出一維、二維對象在垂直方向上的變化。
（2）可視化2.5維、三維對象。三維GIS的首要特色是要能對2.5維、三維對象進行可視化表現。在建立和維護三維GIS的各個階段中，不論是對三維對象的輸入、編輯、存儲、管理，還是對它們進行空間操作與分析或是輸出結果，只要涉及到三維對象，就存在三維可視化問題。三維對象的幾何建模與可視表達在三維GIS建設的整個過程中都是需要的，這是三維GIS的一項基本功能。
（3）三維空間DBMS管理。三維GIS的核心是三維空間數據庫。三維空間數據庫對空間對象的存儲與管理使得三維GIS既不同于CAD、商用數據庫與科學計算可視化，也不同于傳統的二維GIS。它可能由擴展的關系數據庫系統，也可能由面向對象的空間數據庫系統存儲、管理三維空間對象。
（4）三維空間分析。在二維GIS中，空間分析是GIS區別于CAD與科學計算可視化的特有功能，在三維GIS中也同樣如此。空間分析三維化，也就是直接在三維空間中進行空間操作與分析，連同對空間對象進行三維表達與管理，使得三維GIS明顯不同于二維GIS，同時在功能上也更加強大。
4 基于三維GIS的數字航道建設
基于三維GIS的三維數字航道，其特點就是它能在計算機中再現真實的、虛擬的三維世界，在這種三維世界中，不僅要求能夠真實再現內河航道的三維景觀，同時要能對各種類型的數據進行有效的管理和開發，對數據進行多種分析和應用以提供決策支持。另外，對航道模型進行監管及科學的模擬計算，并將監管及計算結果實時、友好的表現和模擬出來，能根據與模擬結果匹配的監控、導航等調度預案，提供直觀的三維可視化指揮調度，為決策者提供了更加直觀、綜合的輔助決策信息。
4.1 技術框架
基于三維GIS的“數字航道”的整體框架劃分為4個層次：①航道數據采集和處理層次，主要是對各種原始資料和數據進行處理以形成合乎規范要求的航道地形數據、航道影像數據、航道三維模型數據和專題數據等；②航道數據庫管理層次，即對各種航道數據進行有機組織與分布式管理，以高效獲得滿足需求的信息；③航道三維可視化、查詢與分析層次，主要是提供服務于航道應用的各種開發平臺和工具；④航道應用層次，此層次在第3個層次與航道專業應用模型的基礎上，可構建多種多樣的航道應用模型。
4.2 功能結構
三維GIS應用系統通過更新攝像機位置和視角來實現場景漫游的功能，與數據庫交互實現航道信息查詢、航道地形分析、航標數據更新、船舶數據更新等功能。主要提供了服務于航道應用的平臺和工具。三維GIS應用系統的功能結構由三維空間數據處理子系統、三維可視化地理信息子系統、三維動態數據處理子系統三個子系統構成。
（1）三維空間數據處理子系統。三維空間數據處理子系統負責三維Gls綜合應用系統中的基礎數據（DEM、DOM、DLG、DRG和紋理等）的處理和集成，包括基礎文件格式的支持和格式轉換等，最后將生成的符合測繪和應用標準的三維空間數據輸出給三維可視化地理信息子系統。
（2）三維可視化地理信息子系統。三維可視化地理信息子系統主要用于三維空間數據的預處理，利用三維空間數據創建三維基礎場景，在三維基礎場景中進行模型的編輯和地理信息的顯示、查詢、統計、分析等功能，最后將基于三維場景進行空間信息更新。
（3）三維動態數據處理子系統。三維動態數據處理是將三維場景中的動態數據進行更新，以便在使用過程中，新的數據來臨時，不需要重新進行三維場景的構件，系統自動連接動態數據源，更新場景中的數據。
4.3 三維場景的應用模式
（1）三維場景的Gls查詢與漫游。GIS查詢與漫游分為兩種應用模式，即單機應用模式和基于WEB多終端的分布式應用模式，以實現航道水面以上場景和水面以下地貌的多種形式瀏覽，包括飛行、漫游等。同時查詢航道中航標及岸上重要建筑物的屬性，可根據實際情況采用兩種模式結合的混合模式。
（2）三維場景的GIS分析。數據分析是GIS的根本。系統所涉及到的業務分析屬于GIS范疇，如流量計算、斷面計算、流量分析等。
（3）基于三維場景的特定對象的監控。三維航道的一種應用模式是基于三維場景的特定對象的監控。在三維航道中動態顯示航道船舶、航標的實時位置狀態，并能根據航標屬性的變化實時更新航標顯示，如三維船舶動態監控、三維航標動態監控。
5 結束語
本文對基于三維GIS的數字航道建設進行了初步探索，這將對目前正快速發展的數字航道起到積極的推動作用，設計的系統的技術框架和功能結構可為內河的通航安全管理、航道維護管理、海難搜救、旅游開發等提供良好的技術平臺。對于三維航道還需要作深入研究。
【參考文獻】
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宇宙學作為現代科技的最前沿，在物理教學中也應該有所體現.早在2002年下半年制訂的全日制高中物理新課程標準中對此已經給出了明確的學習標準：要求學生了解宇宙的演化與發展，關注宇宙學研究的新進展，知道空間的有關概念.為此，我們按標準要求對現代天文學的知識作如下通俗的概括.
1 宇宙的起源
宇宙起源于一次猛烈的爆炸，這里的爆炸并不是平常所見的炸彈的爆炸，而是空間本身的爆炸.在這個原始爆炸力的推動下，現在的宇宙仍在不斷地膨脹，如同一個均勻布滿星點的氣球，隨著氣球的膨脹，星點之間的距離不斷增大.
宇宙起源于大爆炸的科學依據.首先，現在的觀測事實表明，星系光譜普遍向紅端移動——星系紅移，只有星系退行才會出現這種情況.其次，1964年兩位美國工程師彭齊亞斯（A·Penzias）和威爾遜（R·W·Wilson）發現宇宙各處普遍存在3.5 K（后來又修正為2.7 K）的微波背景輻射，這是宇宙由開始的高溫狀態經不斷膨脹、不斷降溫冷卻到現在的剩余溫度.第三，測量表明，不論在宇宙什么天體（包括太陽），氦豐度的值都在24%左右，這與大爆炸理論氦豐度的值相符.
2 宇宙的大小
表面上看來，天空中的星星數也數不清，數目無限多，宇宙的空間也應無限大.實際上宇宙的大小是有限度的，半徑有140多億光年，但沒有邊際，即宇宙有限無邊.這似乎很難理解，因為我們過多的考慮了普通空間（體積），如果換成面就好理解了.我們知道地球的表面積是有限的，但因為地球的表面是球面，因此并沒有頭.地球的表面就是有限無邊的.宇宙也是一樣，體積有限但是沒有頭.所以火箭飛速行駛，走啊走啊，最終只能又回到原來的地方.宇宙的空間，就其本質來說是曲面的.這樣考慮當然是有證據的.例如以地球為中心，在10億光年半徑之中的星星和20億光年半徑之中的星星數目之比，如果是普通空間，應該是1∶8.但是因為空間是曲面的，所以實際不是那樣.
既然宇宙是有限的，也許有人會問，宇宙的外側是什么樣的？所謂“外側”是以空間是無限的，空間的一部分是宇宙的說法為前提的.實際上，空間無限只不過是人的隨意想象，就像人們認識地球之前，頑固地相信大地各處都是平直沿伸的，地面積是無限的，而實際上地球表面是曲面的，地面積也是有限的那樣，空間（即宇宙）的大小也是有限的.在空間以外什么也沒有，那里不成為自然科學的研究對象.
3 宇宙的中心
宇宙既然是有限的，那么星星的數目也是有限的.這樣，我們似乎可以求出每個星星的重心，然后就可以求出整個宇宙的重心，于是，這就是宇宙的中心了.實際上，宇宙的中心是求不出來的.同前面一樣，換成球面就容易理解了.如果地球小范圍內有兩個小島，那么我們可以求得兩島的重心在兩島之間（當然也在球面上）.可是一考慮球面的全體，重心決定不了了.同樣，在整個宇宙空間中，也不可能求出宇宙的中心.因此，宇宙是既無中心也無邊界的.
4 宇宙的空間
相對論表明，我們生活的宏觀宇宙是四維空間（有長度、寬度、高度、時間的空間），為了便于對空間的理解，我們通過以下例子說明.
在三維空間有一根棒，它有長度、寬度和高度，棒可以沿Ox，Oy，Oz軸任意移動，也可以在該三維空間任意轉動（如圖1所示）.
三維空間的棒在一維空間只有長度，無寬度和高度，且一維棒的長度是不確定的，它是三維空間的棒在一維空間的投影，如果棒與由Ox所確定的一維空間平行時，棒就長些，不平行時，棒就短些（如圖2所示）.三維空間的棒在一維空間，只能沿Ox軸移動（因為在此之外沒有別的空間）.
三維空間的棒在二維空間有長度和寬度，但無高度， 且棒的長度也是不確定的，它是三維空間的棒在二維空間的投影，如果棒與Ox，Oy所確定的二維空間（平面）平行時，棒就長些，不平行時，棒就短些（如圖3所示）.三維空間的棒在二維空間能沿Ox，Oy移動，也能在Ox，Oy確定的平面內轉動.
同樣，我們所說的三維空間棒的長度也是不確定的，它是四維空間一定長度的棒在三維空間的投影.若棒變短，那么使棒投影的長度變短就行了，要實現這一點，由相對論可知，使棒以非常快的速度（接近光速）運動即可（如圖4所示）.
5 宇宙的演化趨勢
關鍵詞：三維GIS；工程測量； 應用
1、 三維GIS技術概述
1．1三維GIS技術的定義
GIS技術主要有三種定義：一是基于工具箱的角度，認為GIS技術是一個由現實世界中采集、轉換、顯示、存儲空間數據的工具集合；二是基于數據庫的角度，將GIS認定為一個數據庫系統，并且在數據庫中的大多數據都可以作或索引，能回答各種各樣的問題；三是基于組織機構的角度，認為GIS技術是一個集合多種功能，如檢索、存儲、操作及地理數據顯示的組織機構，可解決各種環境問題。有關三維地理信息系統（3D GIS）主要是對區域空間內的對象實現三位描述并分析的GIS系統。
1．2三維GIS技術的特點
在三維GIS技術中，可通過X、Y、Z三個坐標軸來定義空間目標，且與二維GIS的平面目標有完全不同的區別。空間目標經過三維坐標定義，具有更復雜的意義。二維GIS在平面空間中實現“有限―互斥―完整劃分”是以“面”為單位，在三維空間中則以“體”為單位。另外，三維GIS技術的可視功能比二維GIS更為復雜，因此出現很多關于三維可視化的專業理論、算法及系統。總體而言，三維GIS技術在客觀世界的表達更能體現出真實感受，以立體造型技術將地理空間現象呈現在客戶面前，既能表現空間對象的平面關系，也能描述并表達垂直關系。另外，對空間對象的三維空間分析與操作也是三維GIS技術的特有技能，與CAD等計算機可視化軟件相比，它具備獨特的管理對象能力與空間分析能力。三維空間數據庫作為三維GIS技術的核心，三維空間分析更具獨特能力。與功能的增加相對應的是，三維GIS技術的專業理論研究也比二維GIS技術更復雜。
2、 三維空間數據的獲取
目前三維GIS技術在工程測量中的主要特征即集成實時化、數字化、智能化、動態化、一體化。具體的獲取數據方法可分為兩大類：一是點方式數據獲取技術，主要利用全站儀器、天文大地測量、GPS接收機等常規的測量方法，以及激光雷達等技術實現逐點、逐面采集空間坐標與屬性的方式；二是面狀方式數據獲取技術。主要利用航空遙感獲得大面積影像記錄，并從中提取物理與幾何特性。
有關三維空間數據的采集與更新，傳統的測量方法存在一定局限性。如遙感或者航空攝影等方式測量建筑物時，雖然能獲得目標的紋理特征、空間信息等，但是主要是獲得建筑頂面信息，卻無法獲得建筑物的紋理數據及集合數據；地面攝影測量則只能獲得建筑物立面的相關信息；通過激光掃描系統能獲得距離感較好的場景式三維描述，但是獲得數據的噪音大，很難形成信息與拓撲關系的提取。不同的獲取數據手段方式之間大多具有互補性，因此可利用多傳感器獲得更多的源數據，并通過融合方式建立3D模型，這也是當前研究的熱點話題，不同傳感器的組合方式能夠獲得不同的空間數據采集系統。
其中最具代表性的研究成果主要有：根據地面的攝影測量與航空測量組合獲得3D空間數據；通過“地圖、激光掃描、地面攝影”組合方式，從平面圖及空中激光掃描的數字表面模型（DSM）中獲取三維信息；利用專業建模工具，如3Dmax、OpenGL、AutoCAD、VRML等建立起三維模型，并將CCD中獲得的信息粘貼或者鑲嵌到立體模型中，形成逼真的數字景觀圖；通過CSG方法實現真3D模型，并利用3s技術等構成集成的地面車載或者機載數據系統；通過AutoCAD建立起幾何模型，并對模型實行真實的相片紋理映射，以生成真3D模型，再從地面攝影中獲得紋理信息。
3、 三維GIS技術在工程測量中的有效應用
地理信息數據作為比一般事務數據更復雜的內容，除了具備基本事務數據的屬性外，還具備獨立的屬性即空間定位。因此，地理信息數據是以空間參考為依據，通過定點、定線及定面等方式與地球表面建立聯系的空間信息。
3．1地理數據的獲得
地理數據的測量最基本內容就是屏幕顯示地理數據，也就是用戶選擇視覺變量（色彩、尺寸、紋理）的前提下，實現全要素顯示、分區顯示、分圖層顯示等。但是這種表示不同屬性地理數據大多以色彩、尺寸及紋理的不同來區分，不能達到形象的效果。因此，數據符號是三維GIS測量的重要方面，利用工具軟件實現強大的地理數據符號化功能，并加以圖例說明，這樣就可將地理數據活靈活現地搬上屏幕，實現地理數據的可視化。另外，將屏幕地圖上標好注記，就能獲得簡單的電子地圖，電子地圖是三維GIS技術進行工程測量的產品之一。
3．2可視化的科學計算
將各種各樣經過處理的模型進行分級分類數據，并將統計數據以專題圖的方式表現出來。例如以不同的色彩或者紋理來顯示分類圖；以同一個色相中的不同飽和度表現分級圖；以直方圖、圓餅圖等體現統計的數據等。科學的計算可視化數據可充分表達人們對信息的深入理解。
3．3查詢地理信息
主要通過對地理信息語言的查詢，能夠實現對數據庫中內容或相關圖標等進行直觀化、形象化的操作查詢，也就是說查詢結果中既包括數據，也包括與之相關的文字、表格及圖形。
3．4地理信息的三維可視化體現
三維仿真地圖主要通過仿真技術，以三維立體形式直觀表現空間現象信息，讓用戶體驗到真實環境的感覺。因此，三維GIS技術是地理信息可視化的主要潛力產品形式之一。另外，通過多媒體技術和可視化相結合，能有效改善傳統的地理信息僅通過文本、表格、圖形等方式表達并傳輸空間信息的單一方法，而是以文本、圖像、圖形、動畫、聲音及視頻一體化的多媒體空間表現內容，極大豐富了地理信息的可視化形式。
3．5空間分析結果的描述
三維GIS技術的空間分析包括網絡分析、地形分析、緩沖區分析及疊加分析。通過可視化技術的應用，可以將地理現象的空間分析結果更形象、更直觀地表達出來。例如以通視分析方法對地形進行測量，可通過間斷或者連續的線段來表示地表中的通視或者不通視。即使時間或者空間發生了改變，例如在不同時間、不同圖幅中任一要素的緩沖區等，都可以通過三維GIS技術方式描述。
摘要：本文對羅伊娜科斯塔羅課程中“立體構成與空間構成關系”教學方法進行分析，指出對于“空間建構”操作的啟示，尋求對當下空間構成課程教學的具體思路與有效方法。
關鍵詞：空間結構；抽象視覺構成；過程式教學
一、羅伊娜里德科斯塔羅的“視覺構成”教學方法
羅伊娜里德科斯塔羅（RowenaKostellow），被認為是當今世界上最著名的工業設計師的老師和導師，任教于美國普拉特藝術學院長達50年，教授美術、建筑、平面設計和工業設計基礎。在普拉特期間，羅伊娜開設了20多年的空間解析課程，提煉出一整套教學方法運用至“視覺構成”課程教學之中，以此研究立體構成形態與空間構成關系。筆者認為可以直接借鑒于空間構成課程教學中的主要有如下兩項：1.將三維空間中的形體關系理解為抽象的視覺關系，并以此在組合形體的建構中發展出一種視覺結構感。羅伊娜將三維空間中的形體抽象地理解為：主導元素、次要元素、從屬元素；張力、凹凸空間。將形體之間的組合關系視為“設計關系的組合”。課題訓練中，以簡單形體組合的操作進行構建練習，要求學生依靠主導形體、次要形體與附屬形體的組合連接，建立一種形體之間較為完美的設計關系。各形體因去除了各自的原始屬性而失去形態特征以外的任何意義，構成一種絕對化的視覺關系，并借助軸線的定位體現出運動的趨勢，最終成為一種具有平衡感的物理結構和具有抽象美感的設計結構。2.在三維空間中對形體進行思考，并以構建模型的方式探索形體組合的空間關系。在學生完成簡單形體空間構建的練習后，羅伊娜要求學生嘗試在三維空間中創造更為復雜的空間關系。從簡單形體組合訓練中獲得的抽象式構造能力，使這個訓練更易于操作，也更易于建構出一種“美”的結構形式，這種形式是對形體與空間的張力平衡的深一步理解，以及對群組形體運動趨勢的深度思考。在這個練習中，學生會驚喜于創作出一種“罕見”的空間結構，這種結構非偶然而得，來源于對多個主導形體、次要形體、附屬形體組合及定位軸線的不斷控制與調整。值得一提的是，此時獲得的形體組合是復雜的、非常規的、大膽的、具備美感潛質的。羅伊娜希望學生能夠“在三維空間中直接思考”，她認為創建三維形體的唯一方法是運用三維方法去工作，三維的課題也必須用三維方法進行設計。她要求學生在研究空間形體時直接制作三維草模，而不是依照完整的圖稿進行制作。
二、羅伊娜“視覺構成”教學法對空間構成課程的啟示
1.羅伊娜教學中以抽象視覺手法建構空間模型的方式，可以成為空間構成教學的導入途徑及檢驗標準。在空間構成課程初步階段引入羅伊娜視覺構成教學方法，引導學生建立抽象思維把握形體結構，從建構空間的本質入手，擺脫細枝末節，為學生快速解析復雜空間的構成方式提供幫助，成為展開課程的先導。對組合形體結構抽象化的認知，為學生理清一條更為明確的理解形體與空間關系的思路，學生可以嘗試將任意形體結構與設計形態納入羅伊娜抽象視覺分析的方法進行理解，以便較為快速、準確地完成對復合形體結構的判斷及復雜空間關系的分析，完成大量實際案例的“閱讀”與解析。例如：將安藤忠雄的真言宗本福寺水御堂理解為曲面體與圓柱體的同軸圍合，入水的樓梯視作直棱體對圓柱體結構的楔入式連接；忽略路易斯康耶魯大學美術館內部呈現的宗教神秘感，將其視作三角形形體結構對圓柱體結構的切割與穿插；將SANAA的勞力士學術中心“概述”為凹凸面體結構構建成的空間形式。與此同時，羅伊娜的教學方法對于學生模型的形式結構及美感表達也提出了檢驗標準，有助于學生對個人作品進行自我檢測。羅伊娜提出如下問題作為標準引導學生自行完善模型的空間結構：主導形體與次要形體之間有無對比，主導形體是否在一個顯著的位置？是否完成了一個抽象且有趣的有機體？是否拓展了凹空間？一個形體的外形與其他形體的關系是什么，與整個空間的關系是什么？各個形體的表面與軸線之間是否存在張力？這個設計結構是否在各個角度都令人感覺舒服？……2.羅伊娜提出“在三維空間中直接思考”，運用三維的方法在空間造型。這種“過程式”教學法可以引入空間構成課程的教學之中：以改進操作的方式來推進設計。羅伊娜教學的第一步教導學生如何構建形體組合，隨后轉向研究形體組合的空間問題。她指導學生在三維空間中思考形體組合，并且“注意設計中空氣的體積”，這意味著：學生不僅需要關注形體結構而且需要關注這個結構圍合或搭建出的空間。訓練中，學生將會發現此空間會隨形體結構的調整而改變。值得注意的是，在羅伊娜的課程中，學生需要操作的“空間”絕不是簡單的“盒子”（面的圍合），它是由各種復雜形體界面圍合成的“空氣的體積”，是一種異形的、非常規的空間形態，來源于復雜的形體組合結構。因此，在練習中對任一形體或形體組合進行調整，都會相應地引起此空間的變化，為空間形態的生成帶來了某種“過程性”與“實驗性”。借用羅伊娜的理論，空間構成課程中的空間設計，學生可以嘗試適當減少對平面圖紙的過度依賴，而使用構建模型的方法在三維空間中直接造型，并根據對組合形體的深化理解不斷調整各個空間結構，推演得到最優效果。借助此種“過程式”教學法，學生在實際模型建造中將自主建立空間操作的邏輯，并逐漸形成個人清晰理性的操作方法。更為重要的是，學生在立體模型的構建中將會需要直面有關空間的任一問題，并通過反復嘗試、調整操作方式來解決空間問題以及改進設計成果。羅伊娜科斯塔羅的“視覺構成”教學方法對空間構成教學的切實意義在于引導學生對形體及空間結構的“抽象性”理解，以抽象思維把握形體結構，直面建構空間的核心要素，從而引發對空間模型的大膽操作、對生成空間的深入關注。與此同時，過程式的操作思路為建構的空間帶來大量的“不確定性”，這種無預設的階段性成果將激發學生在課題實踐中不斷地自主探索。更為重要的是，這種從自主操作到自主探索的實踐方法，為設計教學提供了一種新的思路，這是一種由追求完美設計結構到自主構建空間的思路，將持續地為學生后繼的設計學習提供助力。
4年前，44個鮮活的生命匯聚在一起，開始交織演繹一首獨一無二的樂章，置身其中的我深深地意識到：班級三維空間的純凈程度直接決定著樂章的奏鳴效果。空間的純凈來自于我們的認知，而閱讀能滋養人心、提升認知，因此，我嘗試開展班級閱讀課程，凈化我們的班級三維空間。
建立班級書屋
有形的物質能極大地吸引人的感官，因此，我在班級建立了“快樂鱘鱘書屋”。“鱘鱘”是我們班吉祥物，以中華鱘為原型，喻意“探尋未來，尋求真知”。書的來源有三個渠道：1.校園圖書館的贈與;2.孩子們向伙伴推薦的書目;3.老師和家長的捐贈。每學期，“快樂鱘鱘書屋”都能保證至少200本的圖書量供孩子們閱讀。學生們樂在其中，自己制作借書卡，利用早讀、午休、管理班時間借閱。此外，我還和孩子們借助走廊外側墻壁，設計“快樂鱘鱘小書屋”文化墻，介紹推薦書目、展示讀書感悟等。書屋的建立，讓性情不一的孩子有了時間、空間，靜下來，慢下來去思考、去感受。孩子們課間打鬧的現象少了，用肢體去交流的方式減少了，稚嫩純潔的目光中開始閃現智慧的光芒，班級的三維空間也在濃郁的書香浸潤中得到凈化、純潔。
開展讀書活動
為了進一步凈化班級空間，提高孩子們的生命質量，我在班級開展了一系列讀書活動。
設計“鱘鱘讀書卡”。書卡項目有“我喜歡的詞”“我喜歡的句”“我想說的話”“我來寫一句”，鼓勵孩子邊讀書邊積累邊應用。孩子每讀一本書，就填寫一張閱讀記錄卡。如今，每個孩子都積累了厚厚一摞記錄卡。
評比“讀書小狀元”。每個月，我都根據孩子們讀書的數量及閱讀效果，評比“讀書小狀元”。班級的孩子都在比誰看的書目多，并以收集、完整閱讀一位作家的系列作品為榮，家長也感嘆孩子不再僅僅滿足于漫畫帶來的視覺沖擊。閱讀凈化了班級三維空間，提升了班級生態質量。
推進自主閱讀
每個班級成員的精神世界的純凈，可以直接影響、凈化班級的三維生態圈。所以，在引領孩子們廣泛閱讀書目的基礎上，我從性別、情感、趣味、益智四個角度整理出一套書目，鼓勵孩子們做可選擇性閱讀。每月初，孩子們從推薦書目中選擇一本自己感興趣的書籍做定向、深入閱讀，月末開讀書分享會。在閱讀分享會上，孩子們興趣盎然地介紹為新書續寫的結局，活靈活現地演繹創編的故事情節，神采飛揚地展示為小說文字匹配的插圖，娓娓道來自己喜愛作家的相關書籍……閱讀給孩子們提供了豐富的精神養分，讓班級猶如天然氧吧，孩子們在其中相互輸送、汲取養料和氧氣，主動探尋積極有意義的學習方式。此外，孩子們開始自由結合，建立快樂讀書小組。他們自主選擇書目及讀書小組成員，小組成員共讀一本書，并在月末舉辦讀書分享會，投票選舉大家最喜歡的一本書，充實班級推薦書目單。各讀書小組還產生了讀書小導師，小導師為小組成員制定導讀計劃，進行問題設計，供大家充分交流。自主閱讀推動了班級生態發展，讓班級三維空間充滿生機與活力。
如今，置身于班級中，就猶如裹著一襲花香行走在百草園里。班級里純凈的精神氛圍，不禁讓人驚嘆每一個花苞綻放的力量，驚嘆閱讀的凈化魅力。四年班級閱讀課程的開展，也讓我深深地感受到：閱讀是班級三維空間的凈化器，可以成就班級美好的綠色生態圈。
1．教學方法、教學手段的改革
采用項目驅動教學法，以真實的設計項目為主線來驅動整個教學過程。通過分析和解決實際問題的訓練，培養學生學習“室內設計”課程的積極性，從而做到抽象理論與實際應用的融會貫通。在教學過程中，以一個或多個項目為主線展開，把室內設計的相關知識點融入到項目的各個環節中去，層層推進項目。通過對問題的深化或功能擴充，擴大知識的廣度和深度，直至得到一個完整的項目解決方案，從而達到學習知識、培養能力的目的。在“室內設計”課程教學過程中，采用項目驅動來循序漸進地導入、運用、深化知識點，并把課程中的室內設計訓練與紡織品設計相結合。此外，利用多媒體及網絡進行教學，開辟了“室內設計”課程的4A網絡教學平臺，增加了3DSMax等三維設計軟件的講授，并把行業中流行的適合紡織品設計專業的三維軟件介紹給學生，使學生能夠較快地形成三維空間觀念，并能高效完整地表達出自己的設計意圖。
2．實踐環節的深入開展
圍繞培養三維空間設計能力的目標，以項目驅動的六大板塊的實踐教學環節為抓手，層層推進教學，增加了實物制作與空間模型搭建相結合的設計過程。在訓練產品造型和空間設計能力時，要求學生按照企業項目需求，用模型模擬搭建真實的紡織品陳列空間，使學生的室內設計項目落到實處。具體的實踐環節六大板塊如下:(1)市場調研。選擇知名紡織品品牌店鋪進行調研，了解店鋪的空間布局、材料選擇、燈光設置、色彩搭配以及店鋪陳設，分析它們與品牌風格之間的聯系，并繪制店鋪的平面結構圖。通過市場調研，學生直觀地了解了紡織品與室內設計的關系，并對三維空間布局有了初步了解。(2)透視法和室內空間線描練習。學習室內的一點、兩點透視法，了解室內效果圖繪制的原理，為手繪快速表達設計意圖做準備。為了培養學生的空間設計能力，提升效果圖繪制的水平，在課后安排學生進行室內空間的線描練習，方法是對照室內的照片進行手繪。(3)優秀效果圖臨摹。對優秀的效果圖進行原樣臨摹是快速掌握手繪效果圖畫法的途徑。通過臨摹，學生學習了室內效果圖選景、構圖的技巧及各種表現技法，包括水粉表現法、水彩表現法、鉛筆淡彩表現法、馬克筆表現法等，為后續的設計實踐和效果表達做準備。(4)室內色彩搭配訓練。學習室內色彩的搭配規律，了解主色和點綴色之間的關系，環境色和物體色之間的關系，通過合理的配色表現室內空間的不同風格。學生按照特定的項目主題要求，借助電腦設計軟件來快速表達特定的室內色彩風格。(5)空間主題三維效果圖制作。將三維設計軟件的教學融入到空間設計的項目主題中，學生可以利用3DSMax等軟件來完成“為主題家紡設計室內效果”的項目作業。要求學生首先為特定的項目客房尋找主題概念，確定合適的表現元素，運用三維設計軟件完成效果圖的制作。三維設計不僅能夠使學生直觀地看到自己的設計成果，增強學習的成就感，而且能夠大大激發學生的學習興趣和主動性。應用三維設計軟件表達設計意圖能夠大大提高學生的設計效率和設計質量。(6)展廳設計項目。與“卓越工程師計劃實踐基地”企業合作，將課程設計的主題定為“紡織品品牌展廳設計項目”，學生針對預先設定的家紡或服裝品牌，根據企業展陳的實際需求進行展會或專賣店展廳設計。在為項目出具效果圖之后，要求運用簡易材料制作展廳的模型。學生逐漸摸索繪圖、設計、制作模型的思路，并不斷地修正，最終達到設計要求，大大提高了三維空間觀念和三維設計能力。
3．評價與成果展示
注重項目的展示階段。一個具體項目實施結束后，引導學生對設計的整個過程做總結分析，強化學生在項目制作過程中的體驗;組織學生進行交流，展示他們每個環節的設計成果，互相提出問題，發現在制作過程中存在的不足并討論問題的解決辦法;在展示和分析中讓學生跟著項目實施的進度學習和思考。課程即將結束時，我們與“卓越工程師計劃實踐基地”企業的代表從不同角度出發來評議學生的設計，課程結束后在校內進行了“室內設計”課程成果展覽，取得了良好的成效。
4.結語
紡織品設計專業“室內設計”課程的教學改革，緊密結合專業特色，將三維空間設計觀念融入各階段的教學環節中，提高了學生的三維設計能力。以項目為主線來驅動整個教學過程，通過分析和解決實際問題的訓練，提高了學生學習本課程的積極性，做到了三維抽象理論與實際應用的融會貫通。與“卓越工程師計劃實踐基地”企業協作，將課程設計與企業項目的實際需求相結合，激發了學生的創新積極性，提高了學生設計的有用性。
作者：蘇淼 王小丁 魯佳亮 單位：浙江理工大學
