时间：2023-05-29 17:48:08
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维空间，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
学校基于学生实践构建校本课程体系，将面向全体学生开设的必修综合实践课程命名为“三维空间”。“三维空间”是指学校为学生和教师提供的一个具有学校特色的教与学、体验与感悟、思考与探索相结合的三维空间，是一种新的学习方式、新的学习组织结构和新的评价方式。
在课程建设过程中，我们统筹各学段、各学科、各育人环节、各方参与人T和资源环境，努力实现全科育人、全程育人、全员育人和实践育人。
教师根据实践目标，结合学生的实际情况，确定了“三维空间”综合实践课程的课题，涉及考古、艺术、美食、自然、人文、科学、地理、民俗、公益、户外，学生据自己的兴趣爱好进行选择。
课题确定后，除必备的基础知识和基本技能外，其它内容，包括课题学习的方法、过程安排、新知识学习、课题的研究与分析报告等，都要由学生自己进行学习和设计。在研究课题的准备阶段，学生要主动查找资料，进行新知识和技能的学习。之后，学生要到野外考察，进行观察、记录，然后对数据和资料进行分析整理，最终完成课题的研究报告。在这个过程中，学生的学习方式由原来的单一聆听，发展为聆听、问答、实验、实地考察、合作学习、专题研究、过程性汇报、合作探究报告呈现等多种形式相结合的新的学习方式。
在同一课题组内，可能有不同班级和不同年级的学生。以“自然之翼”学年考察为例，整个考察分为4个组：植物组、动物组、鸟组、虫组。学生根据个人爱好选择小组，这样，在整个学习过程中，同一组里可能既有初一学生又有高中学生，既有擅长研究的学生又有擅长观察的学生，既有擅长摄影的学生又有擅长绘画的学生。学生在合作学习中取长补短，每个人既发挥长项，又学习短项技能。
综合实践课程的评价不是单纯针对学习成果的评价，而是对学生协作精神和合作成果的综合性评价。同时，由于在实践学习中每个人分别承担不同的任务，因此，综合实践课程的评价也包含对这个群体的整体评价。在这种新的多维度评价方式中，每个学生都得到大家全面的评价，既看到了自己的发展与成果，也明确了进一步发展的方向。
综合实践课程着眼于对学生综合素养的培养，突出学生的主体地位，尊重学生的兴趣与个性，赋予学生自主选择研学方向的权利，为学生创设多渠道、多方式自主掌握知识及发展能力的条件。学生根据兴趣爱好组成专业小组，一起学习相关内容。在此过程中，不仅学生的个性和特长得到发展，自我管理能力和相关能力得到提高，在接触、感悟自然、社会的过程中，他们对自然、社会的多样性和可持续发展的理念有了更为具体和深入地理解。
课外阅读充满学生生活的整个空间。“家庭——学校——社会”三维空间里应指导学生处处去留心观察，品味乐趣，鉴赏美感。
空间一：家庭
孩子在家中如何进行课外阅读？
“父母是孩子成长的第一任老师。”父母尊重知识，喜爱读书的一言一行是孩子成长的楷模。众多名人、作家出身于“书香门第”。“身教重于言教”，受上辈人爱读书的熏陶的孩子在充满书香气息的环境中茁壮成长，必将为走向辉煌人生奠定基础。家庭教育因先入为主，对孩子成长的影响往往大于学校教育。在家庭这个避风的港湾里，孩子在家长的引导下，畅游于书海之中，在听、说、读中丰富自己的精神底蕴。
从胎教听音乐，婴幼儿唱摇篮曲，少儿时家庭成员轮番上阵，讲少儿故事，让其背诵古诗；在网络、电视发达的今天，少儿节目也让学龄前的儿童在看听中快乐成长，开启了学语文的第一步。
值得借鉴的是美国流行的家长为孩子每日读书20分钟，并持之以恒，孩子长大一定会爱读书。家长在为孩子成长造就阅读环境必付诸行动，添设书房，购置书架，让家庭藏书达一定量！
有些孩子在成长中困惑了：我家怎么没几本课外书呢？确实也是“巧妇难为无米之炊”。笔者常与孩子的家长畅谈：少吃一包好烟，少喝一瓶好酒，少打一回纸牌，少送一点人情，为孩子购书订报吧！又劝戒一些学生：少吃零食，多买几本好看实用的书哟！在为孩子选购礼物时，也应记住“馈人书籍，终生受益”的道理。
婴幼儿开始，他就在大人们的听说中成长，被动地重复地听母语，有了呀呀学语的输出，一代传一代的大灰狼故事存入大脑，自己不明白的东西一遍又一遍问求大人；转动眼珠识画家妙笔，在小人书中寻欢、作乐，张大嘴巴背出古诗……孩子从小沐浴在五千年华夏文明的文字、文学、文化、文明之窗下，与名人、自然、历史交谈，享乐于源远流长的人类文明进步中。
空间二：学校
学校教育应关注学生成长的前期课外阅读的辅导性。中小学阅读教学是建设人文关怀的精神乐园的基础工程，影响学生一生的眼界、思想、学识、综合素养等。学校教育正是承担了架设课内、外阅读两条主线的桥梁工程。
随着国家加大教育投入，城乡学校的办学条件都大有改变。创办校级图书室、阅览室已是学校和教育主管部门急办的大事，现代网络技术的飞速发展，地网（因特网）与天网（现代远程教育资源）共促电子阅览室的诞生，又为教师实施课内外阅读教育拓展开了材料来源。
班级图书角、校园阅报栏、黑板报前课余时间人头攒动，从那里又将获取书本以外的知识，其效果不言而喻。
课内阅读，老师是引导者、辅导者，不是灌输者、讲演者。而在大语文教学观下辅导学生，培养学生独立阅读能力时，让学生体验人类文化博大精深，丰富学生阅读的快乐感，通过形式多样的阅读方式（听、说、读、写、背、唱、演、画……）对爱阅读的熏陶更离不开喜爱读书、不断学习进取的老师的言传身教。老师要充分利用已有的教学资源，通过设计优势互补、灵活选用各级各类不同版本不同时期的教材，解决阅读的质的问题，改进师生共叹应试教育阅读测评效力低下之顽症。老师在关注学生阅读心理变化的同时，也让学生感受语文课程有丰富的人文内涵（上至天文，下至地理，前后绵延几千年人类史）让阅读去滋润作文，丰富写作素材，并延伸到课外。
由于课内时间有限，课外为学生追求知识留下了无限空间，课外阅读成为实施大语文教学观的重要渠道。阅读教学得法于课内，得益于课外，课外阅读对课堂语文学习起补充和延伸作用，对课堂教学也起烘托、渲染作用。教师在学生课外阅读中担任的引路者、伴随者，在新语文课程改革中教师与学生在阅读营地里风雨同行。师生为搞活课外阅读兴趣小组，充实师生课余生活，必须有计划有步骤地开展各类辅导性的课外阅读活动，共同解决阅读量的堆砌。为缓解课外阅读的盲目性，笔者认为从以下几个方面加深认识：1、兴趣是最好的老师。必须考虑因人而异，因材施教，由年龄、性别、性格、喜好而异，通过内心活动与外围熏陶，激发课外阅读兴趣。2、学会自己管用的阅读方法：既有精读，又有略读
还有浏览，不动笔墨不读书，圈圈画画精读书。3、设计好课外阅读活动细则，灵活选用，由儿童趣味性浓的童话集，寓言集，儿歌集到浅显的科技、散文类再上升到人文、传记、小说类。
空间三：社会
社会教育关注学生成长中后期课外阅读的倡导性，应用性。
体现人类进步和世界文明的节日——四月二十三日世界读书日的确定，让人们从阅读这一获取知识、增长本领、提升品位、推动社会走向文明之举措中受惠良多。《中小学生日常行为规范》第二十条规定：“阅读观看健康有益的图书、报刊、音像和网上信息，收听收看内容健康的广播电视节目。”阅读是伴随我们一生的精神乐园，生活中有书读，其乐融融，各级各类出版社应为快乐阅读出好书，图书馆、少儿活动社会实践基地、城乡各级文化活动室都应敞开大门，为学生课外阅读铺就康庄大道。
我们可以拉出一个长长的清单来：
改变增长模式，从对市场份额的膜拜转变为对经济效益的追求；适应环境变化，进行营销创新；加强品牌建设；推动团队升级……
所有这一切应该如何实现呢?
各种可能的选择也会有一个长长的清单。而在这个长长的清单中，我们认为最为至关重要的是企业能否建立一个良好的学习机制。
通常，我们一般将学习理解为读书、培训和进修，进而会理解为借鉴同行以及国内外先进企业的经验。
而我们往往会忽视“自学”――向自己学习。
任何一个企业在自己的发展过程中，都会积累起来方方面面的知识或经验。这些知识和经验散落在企业的方方面面、角角落落，存在和形成于企业的成长过程中。它们对企业未来的发展至关重要，从某种意义上说，它们是企业最宝贵的财富。但是．在现实中，企业或者认识不到它们的价值，或者不知道如何发现和提炼它们。我们必须改变这种现状，因为它们是企业提升的基础，认识并运用它们比企业做任何培训、接受任何咨询都更加有效。
外来的和尚好念经，反应的不仅仅是对本企业人才的冷落，更大的问题在于对自己长期积累的知识财富的忽略。“日三省吾身”不仅包括对自己不足的反思，更应该包括对自己成功之处的总结。
轻言创新和借鉴，有时会表现为缺乏持之以恒。大家都知道，没有持之以恒的执著，最终会碌碌无为。
如果没有自己的东西，无论规模有多大，企业将永远处于零起点上。“学习”的结果将是忽东忽西，左右摇摆，根本谈不上提升。全面否定自己，不是在继承中提升的话，提升将永远是一句空话。这样的企业很容易犯“学习过度”的错误――整天都是新名词、新措施、新思路，让人无所适从。
我们认为，中国企业应该在“坚持，学习和借鉴”三维中，建立自己的学习机制。
首先，通过总结和提炼，形成自己的“基础教材”，并坚持用外部知识推动这“套”基础教材的逐步升级。
作为一个事实，没有几个空降兵或咨询公司能够脱离企业的历史，完成企业再造，而恰恰是那些能够用自己的知识和经验，丰富、充实企业知识和经验的空降兵、咨询公司才有可能推动企业的进步。
其次，通过培训、进修丰富企业个体的知识，提升个体的素质。即便如此，也需要对培训进行适当的分类。企业内训既要结合企业现实需要，也要充分考虑企业文化和知识积淀，它必须能够强化企业的文化和知识，除非企业决定扬弃某种文化和知识。只有这样的内训才有可能转化为生产力。
关键词:DirectX; 可移动平面; 三维移动; 鼠标射线; 射线变换
中图分类号:TP317.4;TP391.73文献标志码: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
作者简介: 宋继红(1968―),女,辽宁福县人,副教授,研究方向为计算机网络通信、计算机网络远程控制、虚拟现实技术,
(E-mail)
0引言
在计算机技术高速发展的今天,虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术作为1门综合计算机图形、多媒体、传感器、人机交互、网络、立体显示以及仿真等多种技术而发展起来的计算机领域的新技术正逐步走向成熟并得到广泛应用.[1]VR本质上是1种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的感知交互手段,最大限度地方便用户操作,从而减轻用户负担,提高整个系统的工作效率.[2]因其在管理领域中所具有的独特优势,近几年VR正逐渐被应用到各种管理领域.特别是在建筑、仓储等管理领域中,传统的窗口式管理软件已不能满足用户需要,人们希望能对数据进行可视化管理,从感观上对仓库中的物品进行管理.因而,VR技术成为数据可视化管理的首选.当VR技术应用于建筑、仓储等管理领域中时,实现物体在虚拟三维场景中的移动成为实现VR技术在该领域应用的基础.因为在三维环境中多了深度信息,反映到坐标系上就增加了z方向的坐标值,从而使得一些在二维空间交互的简单问题到三维空间就变得非常复杂.[3]利用鼠标、触摸板等二维输入设备得到的输入信息只具有x和y方向的二维信息,要实现在三维环境下的物体移动,首先需要解决将二维屏幕上的鼠标点坐标变换为三维场景中的三维坐标.[4]但是,直接利用鼠标获取输入点的高度信息十分困难.最初的三维空间物体移动方案利用键盘等输入设备在三维空间通过在x,y,z 3个坐标增加或减少1个固定值完成,这种方法不但耗费移动时间,而且因其在x,y,z轴上每次只可移动1个固定值,移动精度很难保证.因此,实现通过鼠标控制完成二维屏幕的三维移动操作对VR技术应用于虚拟三维管理工作上具有极其重要的意义.
1基于平面的三维空间物体任意点移动算法
在三维空间中建立垂直于视线在xz平面投影的可移动平面,并建立从摄像机位置,到鼠标位置的射线.计算射线与可移动平面的交点,将其放入渲染流水线作为待移动物体的新坐标值从而完成三维物体的移动.此算法可分解为以下5步:(1)建立可移动平面;(2)建立鼠标射线;(3)拾取物体确定待移动物体;(4)对平面进行移动;(5)计算射线与移动平面交点.
1.1建立可移动平面
通过3点可确定1个平面,该平面要满足以下要求:(1)平面要通过物体重心;(2)平面垂直于xz平面;(3)平面垂直于视线在xz平面的投影.定义P1点为物体重心点,可通过查看物体的当前位置信息获得P1点.设该重心中点垂直上方点为P2, 其坐标为(xP1,yP1+10,zP1).为使平面垂直于视线在xz平面上的投影,此时只需再在xz平面上找到1点P3,即可得到向量A(P1,P2)与向量B(P0Eye,P0vLook),使向量A与B满足A×B=0(1)因P3点在xz平面上,所以yP3=0,又因P3点在x轴上的坐标只要不与P1点在x轴重合,即可建立满足要求的平面,所以设P3=(10 000,0,h), zP3为待求值.由式(1)得
(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)+
(zP1-zP3)×(zP0vEye-zP0vLook)=0
zP3=zP1(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)(zP0vEye-zP0vLook)
此时,由已确定的P1,P2和P3点可确定唯一平面.定义向量A,B,C:A=P2-P1;B=P2-P3.利用DirectX SDK库函数D3DXVec3Cross()计算A和B所在平面的法向量: D3DXVec3Cross(C,A,B),所以过P1,P2,P3的平面方程为xc(x-xp1)+yc(y-yp1)+zc(z-zp1)=01.2建立鼠标射线
当按下鼠标并移动到屏幕上的点S时,从屏幕上可想象出1条从摄像机位置到鼠标点处的射线.然而,应用程序不可能仅仅根据得到的屏幕点S的坐标建立这条射线.[5]与二维图形程序的显示方式不同,三维图形程序中的顶点要经过世界变换、摄像机变换、投影变换、剪切以及视口缩放,才能在二维屏幕上显示.[6]为获取鼠标按下点的造型空间坐标,利用造型空间和用户空间之间的坐标变换提取空间坐标.[7]设在投影窗口上与S点对应的点为P,投影面为z=1.建立1条射线,使其从投影空间起点出发穿过点P.建立射线的算法可分解为以下3步:(1)捕捉屏幕上点S,确定S点对应投影窗口上的点P;(2)建立1条从投影坐标系原点出发穿过点P的射线;(3)将射线和模型变换到同一坐标系中.
1.2.1屏幕到投影窗口变换
视口变换矩阵[8]为w2000
0-h200
00zmax-zmin0
x+w2y+h2zmin1投影窗口上的点P通过视口变换产生屏幕上的点S:xs=xpw2+x+w2(2)
ys=yph2+y+h2(3)z坐标在视口变换以后没有作为二维图像的一部分存储被存储到深度缓存中.[9]因此,由式(2)和(3)得到计算xp的式(4)和计算yp的式(5).xp=2xs-2x-ww(4)
yp=-2ys+2y+hh(5)通常情况下,视口中的x和y为0,因此能更进一步得到xp=2xsw-1(6)
yp=-2ysh+1(7)由定义可知,投影窗口就是z=1的平面,因此zp=1(8)投影矩阵缩放投影窗口上的点以适应不同大小的观察视野.为了得到被缩放之前点的值,必须通过缩放变换的逆运算来变换点.设P为投影矩阵,因为变换矩阵的P00和P11是点的x坐标和y坐标的缩放值,所以被缩放之前点的值为xp=2xw-11P00(9)
yp=-2yh+11P11(10)此时点P为屏幕上点S对应投影窗口上的点.
1.2.2建立射线
射线可以表示为等式P(r)=P0+tu,其中,P0是射线的起点位置,u是用于描述射线的方向向量.在前面设定射线的起点为投影空间的起点,因此p0=(0, 0, 0).因为射线通过点P,所以方向向量u可表示为u=P-P0=(xp,yp,1)-(0,0,0)=P.采用上述方法在Direct3D中计算射线.首先定义射线结构体RAY,
Struct RAY
{
D3DXVERCTOR3 Origin;
D3DXVERCTOR3 Direction;
}
创建RAY类型全局变量Ra,其中变量Origin和Direction分别用于存储射线的起点和方向.定义函数GetRay(int x,int y)计算射线.在函数中声明D3DVIEWPORT9 类型结构体Viewport和D3DXMATRIX 类型矩阵Proj.用 pd3dDevice->GetViewport(&Viewport)将视口信息存储于Viewport中,用pd3dDevice->GetTransform(D3DTS_PROJECTION, &Proj)获取投影矩阵,并用Proj返回.根据式(9)和(10)计算出xp和yp,可得射线的起点为D3DXVECTOR3(0.0f,0.0f,0.0f),射线的方向为D3DXVECTOR3(xp,yp,1.0f),最后函数返回射线Ra.
1.2.3射线变换
在第1.2.2节中计算出来的射线是在投影空间中描述的.为了完成射线与第1.1节中建立的移动平面相交,射线和移动平面必须在同一坐标系内.与其将移动平面转换到视图空间中,不如将射线转换到世界空间.[10]通过变换矩阵来改变射线P(r)=P0+tu中的起点P0和方向u,进而实现对射线的变换.定义函数TransformRay(Ray*ray, D3DXMATRIX* T)变换射线.其中,采用函数D3DXVec3TransformCood变换射线起点,第4个分量缺省为1;采用函数D3DXVec3TransformNormal变换射线方向,第4个分量缺省为0.这里,起点作为1个点变换,方向作为1个向量变换.至此,在待移动物体所在的世界坐标系中可得到1条从摄像原点出发并经过鼠标在世界坐标系下对应点的射线Ra.
1.3拾取物体确定待移动物体
通过第1.2节计算得到的射线原点与方向向量,利用DirectX SDK D3DXIntersect()函数逐一判断场景中的物体是否被拾取,以确定待移动物体.函数原型为: D3DXIntersect( pMesh, &vPickRayOrig,&vPickRayDir,&bHit,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL) [11]; 通过bHit返回值是否为1判定物体是否被拾取.利用该函数可以一次性拾取到射线所穿过的几个物体,此时可通过提取物体在三维场景中的位置信息Place[i],并计算找出距摄像机距离最小的物体为拾取物体.
1.4对平面进行移动
前面建立的平面只能实现物体在1个平面上移动,要实现物体在整个三维空间移动需要让该平面在视线方向上向前或向后移动.如图1所示,在xz平面内可移动面可表示为1条直线.要把可移动面从面1位置移动到面2位置只须让面1中的各点分别在z轴和x轴方向上移动1个单位即可.图中视线的方向向量OE=(P0vEye-P0vLook);角α为向量OE与x轴的夹角;d为移动距离.由图可得Δx=d cos α,z=d sin α所以移动后P1,P2,P3的点坐标分别为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)再将P4, P5, P6赋值给P1, P2, P3.
图 1可移动平面变换
采用上述方法在Direct3D中计算.首先定义函数PlanMove(int i),在此函数中完成以上功能,其中参数i用于控制平面向前移动还是向后移动.该函数响应鼠标滚轮事件WM_MOUSEWHEEL,当向前滚动时,使移动距离d>0,反之d
由于第1和2节已建立从摄像原点到鼠标在世界坐标系对应点的射线和垂直于视线在xz平面上投影的可移动平面,所以下一步只要计算射线与可移动平面的交点,得出交点值,将其作为世界坐标系下待移动物体的新坐标,装入渲染流水线即可完成对物体的移动.交点值的计算过程如下:
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为参数方程的参数.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此交点值为鼠标射线与移动平面的交点坐标,即待移动物体的新坐标值.将该点装入渲染流水线作为待移动物体的坐标,到此完成物体在三维空间中的移动.
2实验结果
上述算法在PC机(AMD Athlon 64 Processor 3000+处理器,1 GB内存,NVIDIAGeForce 6600LE显卡)上利用Direct3D 9.0c (AGU2006)图形库实现.在场景中,当物体被拾取到后,通过拖动鼠标可以使物体在初始移动平面上自由移动.当滚动鼠标滚轮,物体可在新建立的移动平面上自由移动从而达到通过鼠标使物体在三维空间中作任意位置移动的目的.图2为相关示例.
图 2算法实践
3结束语
为改进物体在三维空间的移动操作,从建立可移动平面和鼠标射线出发,通过移动可移动平面,使鼠标射线与可移动平面的交点可以到达三维空间中的任意位置,而后将该位置坐标作为待移动物体新坐标放入渲染流水线,完成物体移动.该算法能保证移动的速度与精度,同时也可减少因移动所需的输入设备.实际应用证实该方法切实可行.
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第一节 博物馆导视系统人文作用与价值
博物馆导视系统的人文作用主要体现在“以人为本”的同时，还要融入该馆的专属特色，当地的风土人情、民族文化特色。每个地区都有各自的文化，它们会利用音乐，绘画、食物、语言等多种载体来形成不同的文化特性，而导视系统的人文作用就要承载这些文化特性。最明显的体现在于导视系统的功能能够通过建筑物主体设计、户外的设计表现出来，博物馆导视系统的价值就是将人、自然、文化三者结合起来，达到三者和谐统一的状态。博物馆导视系统的更多体现在人文价值、思想文明、艺术的相互融合上。无论是从标识的设计，还是颜色、图形的设计都能够显示出导视系统的设计理念与文化特点。
第二节 博物馆导视系统设计的特点与创新
博物馆导视系统的特点主要体现在导向指示与环境的融入程度。导视系统是整体环境中的一部分，那么在设计时就必须考虑与环境相互融合，同时也要服务于环境、升华文化建筑所蕴含的精神内涵，并且不能与环境割裂，让人觉得是两个生硬并存的系统。因为导视系统在环境中起到引路作用，始终居于人们目光聚焦点上，容易成为人们的关注点，所以设计的重点集中在图形、颜色、字体等设计方面。博物馆导视系统的造型相对来说针对的人群都是具有一定文化修养的。博物馆导视系统应该不拘泥于重要通道和功能的指示牌上，要突破传统导视系统的设置框架，利用不同的材料来打造独特的导视系统。这样才能在起到基本导视系统功能的同时，在设计感上营造一种由视觉感上升到精神审美内涵的意境。
一、导视系统的实际功能性、导向性
所有的导视系统根本目的在于传达信息、指引受众到达目的地，博物馆导视系统也不例外，准确、醒目、规范的导视系统是场馆秩序的保证。博物馆导向标识系统是运用地标、标识、路径和环境线索，帮助观众在这个陌生的的环境快速找到和使用具体空间的信息传达系统，基本功能是帮助人在空间内更方便活动，因此导向标识系统的、持续的利用各种元素和方法为观众传达空间信息。根据博物馆内空间的不同属性，空间信息通过图形、文字、色彩进行规划、组合等各种手段传达，所以形成适合具体空间的信息体系。观众通过信息系统获得指引信息之后能够顺利到达目的地，达到在博物馆中无障碍活动。
二、空间环境中的系统性
博物馆这一文化场馆它的导视系统与公共空间导视系统、商业环境导视系统一样，系统性是其特征之一。可以说，系统性是所有导视系统的基本属性之一。博物馆导视系统的设计需要营造一种特殊的文化氛围，让观众走进博物馆时就能感受到文化带来的愉悦心情。在一定程度上让导视系统的设计成为博物馆的艺术品。每个导视系统中所有的设计元素：图案、数字、文字、箭头、颜色、物料等，都该围绕博物馆功能特点进行设计。无论是室内还是室外的标识设计。博物馆导视系统在设计上要符合大众的基本审美规律的同时，还需让导视系统设计元素在设计上富有审美的价值特征，让整个导视系统在尺寸、文字、色彩上渗透出不一样的文化气息。
三、给人身心感受的视觉性
说到导视系统的视觉性，必须要有其鲜明的设计特征：标识牌的尺寸、图形的浅易性、陈设的位置、不同层次分类、颜色的差异、字的粗细、字距与间隔、部位的高低等。博物馆导视系统不仅要实现这些设计的基本要求，而且还要有一定程度的审美价值，这是博物馆，美术馆这些展馆的导视系统与其他导视系统区别最大的地方。一个设计出色的博物馆导视系统，应该具有容易读懂、在瞬间阅读便一目了然、准确传达信息，且不造成任何疑惑的特点，并且让人在视觉上感觉到导视系统不是独立于建筑设计的，与室内设计、建筑外形，乃至于室外标识等相融合，在设计上能与其他设计领域融为一体。博物馆导视系统在设计上的要求上使很大的，它们不仅仅局限于基本的传递信息功能，要与周边建筑、博物馆的主题相结合。博物馆导视系统的视觉性在于几个方面：字体的统一性、颜色的规范性与多样性、图形的通用性、形态的一致性、版式的严谨性、位置的准确性，以及设计的欣赏价值。
四、富有专属特色的独特性
所有的导视系统设计都是相对独立的。对于博物馆导视系统，在需要增加样式的变化的同时在设计上又要强调统一性。博物馆的独特性与统一性应该相辅相成，博物馆除了具有最基本的导向功能以外，也需要强调样式与图形上的创新，在材料、形态选择上，都有可做之处的。博物馆的导视系统中蕴含的文化特性，只要是在利用各种表现手段，传达文化内涵，而它的独特性是把创新的、个性化的形态用在导视系统中，用字体的选用、色彩的对比配置、图形创意、形态的独特样式呈现给观众的。
第三节 博物馆导视系统与博物馆空间整体的关系
博物馆空间的方向、深度、大小、形状、材料、质感都是观众所能直接感知的基本元素，它们营造出来的空间气氛和视觉环境，会直接影响观众情感和思维。这种从整体到局部，从局部到整体的心里感知使人们对整个博物馆空间留下一定程度的感受。但是当我们置身其中，所能感知到最多的是局部的细节感，并会把这些小局部与细节有意识拼凑在一起，让头脑中得以一个完整和深化。空间里的导视系统做出的指示和表达就是对这一过程的最佳指引，此时导视系统促进了观众对空间整体和内部细节印象复原与结合，这个过程呈现的是人们与空间中导视系统之间互相的依赖关系。环境视觉标识设计在复杂的空间环境中可以起到信息传递和信息沟通的桥梁作用。1在环境中设置平面标识或者立体标识，它的目的就是利用特别的造型确立建筑的视觉形象。主要是在于光影、色彩、比例与尺度的关系。
光影可以说是随着自然光线的变化而变化的视觉元素，在设计中对自然光的有效利用，可以让整个博物馆的空间环境协调统一。色彩是导视系统里较难的问题，“因为人们的色彩偏好更多地受到民族习惯、知觉经验、情绪状态以及社会时尚的影响，因而不同的民族、地域、不同的个体，对色彩的偏好都有很大的差距”。2我们可以根据色彩的冷暖和变化去指导设计。其导视系统也主要运用颜色、质地以及版式来区分博物馆不同楼和展区的。每层楼都有单独的配套识别系统，有自己的编码和身份的标志符号。
导视系统设计应用于空间中时，首要目的是它的功能性，当然同时也要遵循空间环境的特点。所以，导视系统设计应从博物馆空间本身的比例和尺度出发，制定相统一、融合的尺度标准和自身比例。合适的尺度与比例它能快速的传达信息，有助于展现美感。在应用比例中，主要可以从内部比例和外部比例两方面进行考虑。而尺度则是某种比例关系给人的视觉感受，它与空间尺度息息相关、高度融合，向人们展示了一种不一定与实际尺寸相符合的视觉感受。
参考文献
【关键词】平面设计；视觉；空间转换
和平面设计的抽象表现效果相比，三维空间设计的表现效果更加具体和真实，对于平面空间所表现的立体效果并不明显，只能依靠想象思维将事物形象化，因此，在某个作品中同时存在平面空间设计和三维空间设计是比较常用的设计手法，在目前市场上的平面设计作品中，维度空间的转换已经成为传递信息、创建视觉关注点以及提升幽默效果的主要创意方法。
1、平面设计中视觉空间转换概述
所谓的平面设计是指不同规则的形状，依照一定的标准在平面上组成一个图形或图案。平面设计的元素有：1）概念元素，概念元素是指人眼观察不到的、感应器官接触不到的，但却是在人的思维意识中确切存在的事物。比如，面对一个图案，我们能清晰的感觉到它的轮廓和线条，但是却看不到。2）视觉元素，视觉元素是指能够直观的反应出设计作品的具体和真实效果。视觉元素的具体表现通常是由概念元素凸显的，其元素组成通常包括、图案大小、色彩、形状等等，在显示屏上使用视觉元素对其要表达的视觉效果进行调节是视觉元素的关键作用。3）实用元素，实用元素是指能够表达作品主旨以及设计意义的元素。
三维空间的设计是运用等高线对图形进行边界划分，描绘图案，而其所要表现的空间效果并不是实际存在的，而是人的一种视觉错觉形成的空间。平面设计的重点就是通过人的空间感觉、空间意识和空间想象力进行作品设计，其中空间感觉是人类与生俱来的能力，是一种对外界事物有空间感知的能力。空间感觉、空间意识和空间想象力是三种常用的设计元素。空间感觉可以使用透明技术，在平面内创建三维的、复杂的空间感觉。平面设计中的三维图像是指在平面空间内具有三维的立体风格图像，换句话说，立体感觉就是所谓的三维空间，是三维图案形成的视觉空间感觉效果，三维空间是三维图案形成空间的效果的总称。平面空间是指在平面图形产生的空间效果中，具体的事物是三维空间中形成的视觉突显，因此，三维空间也可称之为真实空间。
2、二维平面空间之间的转换
对于平面空间转换的研究，主要是图形的空间和视觉效果的研究。研究图形空间转换的代表人物是奥地利心理学家鲁宾，他所写的关于空间转换研究的作品是《鲁宾杯》其中代表性的图案是由两张人面和一个酒杯组成的图形，当人们欣赏这幅图画时，会时而看到一个黑色背景下的白色酒杯，时而会看到一个白色背景下的两张黑色人面，视觉效果和图案之间的相互转换，使人的视觉空间感受的不停变换。鲁宾在对平面设计进行深入的研究后指出，在一个特定的样板设计中，封闭面的面积比相对较小的面积更容易被人视为图案，而相对较大的面积和连续部分更容易被人们视为背景或者底面。另外，还有一些艺术心理学家也对此进行了深入的研究和探讨，认为在具有一定辅助装置的场内，有一部分设计会被凸显成图案，而有一部分会被看作是背景或底面，这些研究成果都为以后的创意设计提供了很好的理论研究依据。
平面设计内的空间转换经常会使用共用图形（共用边界线、局部图形）完成底面、背景或者图像之间的转换，是人的视觉效果和空间感受在平面空间内相互转变，进而提升图形的表现能力和空间趣味性。
3、二维平面空间与三维化空间的转换
3.1二维平面空间与三维化空间的组接。二维平面设计和三维平面设计使人产生的空间视觉效果和视觉感受是不同的。创造性的作品设计经常会采用二维空间和三维空间组合的方式对作品进行表达，这样不但可以获得良好的空间视觉效果，还会增强图案的趣味性。
3.2平面空间向三维空间转换。平面设计方案中，一些设计元素经常会应用到平面空间中，例如，文本标题等等。人们习惯用一种思维角度和思维方式去观察这些平面空间元素，但是当把这些平面空间元素应用到三维空间中，它会更人们带来全新的视觉效果，让人感觉到一种意想不到的新奇感。
3.3三维化空间向平面空间转换。三维空间的平面设计经常给人一种真实感和形象感，让人们能感受到具体的空间存在感，而一些暗示性的平面元素会将观众带回到现实的平面中去，让人们从虚幻的世界中回到现实世界中，让人们感受到一种强烈的视觉空间转换。
3.4三维化空间与平面空间的多项交替。三维空间设计和平面空间设计中的元素是可以相互转换的，通过视觉空间的转换，带动视觉效果的转换，提高人们对图像的关注度。
3.5平面空间、三维化空间与现实空间的转换。现代平面设计的基本要求是创意性和趣味性，将真实的图像融入到平面设计作品中去。平面设计通常采用划分、折叠这些方式来构建三维视觉空间，使空间视觉效果更加形象化和真实化，完美的实现平面空间、三维空间与现实空间之间的转换，给人带来巨大的视觉体验和视觉愉悦感。
4、强化平面设计中的三维视觉空间效果
众所周知，对于现阶段的平面设计来讲，三维技术应用是的越来越广泛，三维空间应用的内容也是越来越丰富，而合理有效的应用三维空间实现视觉效果的转换不但可以使视觉效果更加逼真，还能提高平面设计的趣味性和生动性，使平面设计所要表达的内容和要传递的信息能够快速被人们接受，加深人们对平面设计作品的理解和印象。平面设计中的视觉空间转换方式如今已经呗被全面的应用到设计中去，例如，明星、电影海报，杂志封面等等，都是通过实现平面空间和三维空间之间的转换完成设计的。为了能够进一步加强平面空间设计和三维空间设计的视觉转换效果，我们必须做到如下几点：
1）借用具象空间导向性，因势利导。在某个有限的空间内，有一些简单的图形或者画进行二维空间创建和设计，在通过运动性的设计元素打破这种二维空间模式，是要设计的作品更加生动化和形象化。
2）借用视觉空间的延续性，随形就像。在平面作品的设计中，图形的构建多以稳定、对称和不对称的方式为构建基础，从目标效果和所需内容开始设计，最终的视觉效果形成主要依赖于具体的视觉表现形式和艺术组合方式。形象和抽象的图案、简单和复杂的图案在最后要对其进行综合性的融合，使其成为整体性的设计。
3）借用空间的变化，调整图形的大小。运用现代设计中的视觉错觉设计是一种重要的艺术表现手法。相比而言，图像和背景、真实与虚拟、对称与不对称，都将实现视觉空间的表达效果。
我们可以借用空间变化，在三维空间设计中突显出二维空间，这也是目前平面创意设计的主流设计趋势。这种设计手法不但能使作品内容更加丰富，意境更加深远，还能为今后的平面设计带来更多的借鉴和启发。
总而言之，平面设计中的视觉空间转换有利于设计作品的创新，提高作品的可欣赏性和视觉愉悦性。我们要有创造意识，将虚幻和现实的空间视觉感受融合到平面设计中去，给人们留下深刻的印象。
【参考文献】
[1]张若谷.论平面设计中二维空间的构造[J].科海故事博览，2009（6）.
[2]杨岚；杨磊.想象力在平面广告设计创意中的重要性分析[J].大众文艺，2012（7）.
【关键词】三维GIS；数字航道；三维航道
1 研究背景和意义
1998年1月，美国副总统戈尔提出了“数字地球”的概念。从此，数字地球的概念迅速传遍全球。为了提高我国内河航道管理的效能，使之更好地服务于内河航运经济发展，我国内河航道的建设者和管理者提出了“数字航道”的概念[1]。“数字航道”是基于网络环境的、以数字信息为核心的航道信息体系[2]。就是通航水道电子航道图及航运相关信息的数字化，通过先进的网络技术、遥感遥测技术、地理信息系统、通讯、计算机模拟等多种技术对航道业务流程、各类航道信息变化进行实时动态监控管理。
随着交通部、航道局等部门对“数字航道”的日益重视[3]，对虚拟航道、三维航道的要求也愈渐迫切。同时在实际航道应用中，对三维环境中的应用和要求也较为迫切。虽然对3S技术在航道领域的研究和应用并不鲜见[4-7]，但在数字航道研究方面国内外仍处于起步发展阶段[8]，特别是对三维GIS下的数字航道研究。因此，本文围绕三维数字航道，从GIS角度进行了初步探索。
2 国内外的研究现状
2.1 基于3S技术的数字永定河
适普公司承担的“数字永定河”项目为水利工程设计与管理、监督应用提供了先进的3S技术和全面的解决方案。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维、三维GIS集成技术应用的一个重要方面，它能充分展现二维GIS的数据管理能力和三维可视化GIS在三维水工建模方面的能力。②地下水利工程可视化与水利工程细节的可视化。对地下水利工程建筑物（如泄洪洞）进行可视化和管理，在此基础上，可以进行剖面分析，实时生成水利工程的断面图，进而可以查看水利工程的内部构造信息。
2.2 基于ENC水深数据生成三维地形的系统
Fugawi Marine ENCTM是美国Fugawi公司开发的，用在个人电脑上供航海人员使用的软件。该软件拥有常用的航海功能，如航线设计，GPS接收，RADAR作业，海图作业等[9]。它可以支持多种格式的海图：C-MAP，S-57ENC甚至是普通的地图相片也支持。它能够在效果很好的三维环境下查看海图或地图。从三维环境中可以看清楚水深点，等深线，岸线等海图上的信息。另外利用鼠标、键盘或者游戏杆控制可以进行三维漫游，也可以在三维海图上进行GPS定位。
3 GIS在数字航道领域的作用
3.1 数字航道对GIS系统的要求
（1）海量数据一体化管理。数字航道与空间位置信息是密切相关的，其航道综合数据库除了包括河床地形基本数据、水文资料数据、助航标志数据、跨河建筑物与过江管线数据、航道维护计划数据、基本建设工程数据、整治建筑物基本数据、工程船舶基本数据等多类型的数据。以外，海量的空间数据和三维影像数据也是数字航道综合数据库的重要组成部分。
（2）支持网络化的分布式计算与集成。航道部门由于职能的不同分布于流域中的不同位置上，它们利用网络互联技术相互实现资源共享，这就要求GIS系统能够支持B/S、C/S模式的多层分布式计算，支持Internet/Intranet等国际标准。
（3）二维GIS、三维GIS、webGIS与航道模型的无缝集成。作为二维GIS、WebGIS在航海领域的特殊应用，电子航道图系统要能够利用先进的计算机网络技术、数据通信技术和地理信息处理技术，实现水道测量管理、电子航道图生成、全过程的自动化、一体化和网络化。为通航船舶、各航运相关部门和企事业单位及时提供最新的电子航道图服务。
3.2 三维GIS的主要功能
三维GIS除了具备二维GIS的传统功能以外，还具有如下独有的功能：
（1）包容一、二维对象。三维GIS不仅要表达三维对象，而且还要研究一、二维对象在三维空间中的表达。三维空间中的一、二维对象与传统GIS二维空间中的一、二维对象在表达上是不一样的。传统的二维GIS是将一、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。而三维Gls是将一、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。
（2）可视化2.5维、三维对象。三维GIS的首要特色是要能对2.5维、三维对象进行可视化表现。在建立和维护三维GIS的各个阶段中，不论是对三维对象的输入、编辑、存储、管理，还是对它们进行空间操作与分析或是输出结果，只要涉及到三维对象，就存在三维可视化问题。三维对象的几何建模与可视表达在三维GIS建设的整个过程中都是需要的，这是三维GIS的一项基本功能。
（3）三维空间DBMS管理。三维GIS的核心是三维空间数据库。三维空间数据库对空间对象的存储与管理使得三维GIS既不同于CAD、商用数据库与科学计算可视化，也不同于传统的二维GIS。它可能由扩展的关系数据库系统，也可能由面向对象的空间数据库系统存储、管理三维空间对象。
（4）三维空间分析。在二维GIS中，空间分析是GIS区别于CAD与科学计算可视化的特有功能，在三维GIS中也同样如此。空间分析三维化，也就是直接在三维空间中进行空间操作与分析，连同对空间对象进行三维表达与管理，使得三维GIS明显不同于二维GIS，同时在功能上也更加强大。
4 基于三维GIS的数字航道建设
基于三维GIS的三维数字航道，其特点就是它能在计算机中再现真实的、虚拟的三维世界，在这种三维世界中，不仅要求能够真实再现内河航道的三维景观，同时要能对各种类型的数据进行有效的管理和开发，对数据进行多种分析和应用以提供决策支持。另外，对航道模型进行监管及科学的模拟计算，并将监管及计算结果实时、友好的表现和模拟出来，能根据与模拟结果匹配的监控、导航等调度预案，提供直观的三维可视化指挥调度，为决策者提供了更加直观、综合的辅助决策信息。
4.1 技术框架
基于三维GIS的“数字航道”的整体框架划分为4个层次：①航道数据采集和处理层次，主要是对各种原始资料和数据进行处理以形成合乎规范要求的航道地形数据、航道影像数据、航道三维模型数据和专题数据等；②航道数据库管理层次，即对各种航道数据进行有机组织与分布式管理，以高效获得满足需求的信息；③航道三维可视化、查询与分析层次，主要是提供服务于航道应用的各种开发平台和工具；④航道应用层次，此层次在第3个层次与航道专业应用模型的基础上，可构建多种多样的航道应用模型。
4.2 功能结构
三维GIS应用系统通过更新摄像机位置和视角来实现场景漫游的功能，与数据库交互实现航道信息查询、航道地形分析、航标数据更新、船舶数据更新等功能。主要提供了服务于航道应用的平台和工具。三维GIS应用系统的功能结构由三维空间数据处理子系统、三维可视化地理信息子系统、三维动态数据处理子系统三个子系统构成。
（1）三维空间数据处理子系统。三维空间数据处理子系统负责三维Gls综合应用系统中的基础数据（DEM、DOM、DLG、DRG和纹理等）的处理和集成，包括基础文件格式的支持和格式转换等，最后将生成的符合测绘和应用标准的三维空间数据输出给三维可视化地理信息子系统。
（2）三维可视化地理信息子系统。三维可视化地理信息子系统主要用于三维空间数据的预处理，利用三维空间数据创建三维基础场景，在三维基础场景中进行模型的编辑和地理信息的显示、查询、统计、分析等功能，最后将基于三维场景进行空间信息更新。
（3）三维动态数据处理子系统。三维动态数据处理是将三维场景中的动态数据进行更新，以便在使用过程中，新的数据来临时，不需要重新进行三维场景的构件，系统自动连接动态数据源，更新场景中的数据。
4.3 三维场景的应用模式
（1）三维场景的Gls查询与漫游。GIS查询与漫游分为两种应用模式，即单机应用模式和基于WEB多终端的分布式应用模式，以实现航道水面以上场景和水面以下地貌的多种形式浏览，包括飞行、漫游等。同时查询航道中航标及岸上重要建筑物的属性，可根据实际情况采用两种模式结合的混合模式。
（2）三维场景的GIS分析。数据分析是GIS的根本。系统所涉及到的业务分析属于GIS范畴，如流量计算、断面计算、流量分析等。
（3）基于三维场景的特定对象的监控。三维航道的一种应用模式是基于三维场景的特定对象的监控。在三维航道中动态显示航道船舶、航标的实时位置状态，并能根据航标属性的变化实时更新航标显示，如三维船舶动态监控、三维航标动态监控。
5 结束语
本文对基于三维GIS的数字航道建设进行了初步探索，这将对目前正快速发展的数字航道起到积极的推动作用，设计的系统的技术框架和功能结构可为内河的通航安全管理、航道维护管理、海难搜救、旅游开发等提供良好的技术平台。对于三维航道还需要作深入研究。
【参考文献】
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[2]宁晓东.长江全力打造数字航道[N] .长江航运报，2004（1）.
[3]吕建军，王玲. 基于MAPGIS平台的航道信息管理系统的设计与实现[J].武汉理工大学学报信息与管理工程版，2004，26（5）：1-4.
[4]陈一梅.利用卫星遥感分析闽江口深水航道演变[J].水运工程，2003（7）：30-33.
宇宙学作为现代科技的最前沿，在物理教学中也应该有所体现.早在2002年下半年制订的全日制高中物理新课程标准中对此已经给出了明确的学习标准：要求学生了解宇宙的演化与发展，关注宇宙学研究的新进展，知道空间的有关概念.为此，我们按标准要求对现代天文学的知识作如下通俗的概括.
1 宇宙的起源
宇宙起源于一次猛烈的爆炸，这里的爆炸并不是平常所见的炸弹的爆炸，而是空间本身的爆炸.在这个原始爆炸力的推动下，现在的宇宙仍在不断地膨胀，如同一个均匀布满星点的气球，随着气球的膨胀，星点之间的距离不断增大.
宇宙起源于大爆炸的科学依据.首先，现在的观测事实表明，星系光谱普遍向红端移动——星系红移，只有星系退行才会出现这种情况.其次，1964年两位美国工程师彭齐亚斯（A·Penzias）和威尔逊（R·W·Wilson）发现宇宙各处普遍存在3.5 K（后来又修正为2.7 K）的微波背景辐射，这是宇宙由开始的高温状态经不断膨胀、不断降温冷却到现在的剩余温度.第三，测量表明，不论在宇宙什么天体（包括太阳），氦丰度的值都在24%左右，这与大爆炸理论氦丰度的值相符.
2 宇宙的大小
表面上看来，天空中的星星数也数不清，数目无限多，宇宙的空间也应无限大.实际上宇宙的大小是有限度的，半径有140多亿光年，但没有边际，即宇宙有限无边.这似乎很难理解，因为我们过多的考虑了普通空间（体积），如果换成面就好理解了.我们知道地球的表面积是有限的，但因为地球的表面是球面，因此并没有头.地球的表面就是有限无边的.宇宙也是一样，体积有限但是没有头.所以火箭飞速行驶，走啊走啊，最终只能又回到原来的地方.宇宙的空间，就其本质来说是曲面的.这样考虑当然是有证据的.例如以地球为中心，在10亿光年半径之中的星星和20亿光年半径之中的星星数目之比，如果是普通空间，应该是1∶8.但是因为空间是曲面的，所以实际不是那样.
既然宇宙是有限的，也许有人会问，宇宙的外侧是什么样的？所谓“外侧”是以空间是无限的，空间的一部分是宇宙的说法为前提的.实际上，空间无限只不过是人的随意想象，就像人们认识地球之前，顽固地相信大地各处都是平直沿伸的，地面积是无限的，而实际上地球表面是曲面的，地面积也是有限的那样，空间（即宇宙）的大小也是有限的.在空间以外什么也没有，那里不成为自然科学的研究对象.
3 宇宙的中心
宇宙既然是有限的，那么星星的数目也是有限的.这样，我们似乎可以求出每个星星的重心，然后就可以求出整个宇宙的重心，于是，这就是宇宙的中心了.实际上，宇宙的中心是求不出来的.同前面一样，换成球面就容易理解了.如果地球小范围内有两个小岛，那么我们可以求得两岛的重心在两岛之间（当然也在球面上）.可是一考虑球面的全体，重心决定不了了.同样，在整个宇宙空间中，也不可能求出宇宙的中心.因此，宇宙是既无中心也无边界的.
4 宇宙的空间
相对论表明，我们生活的宏观宇宙是四维空间（有长度、宽度、高度、时间的空间），为了便于对空间的理解，我们通过以下例子说明.
在三维空间有一根棒，它有长度、宽度和高度，棒可以沿Ox，Oy，Oz轴任意移动，也可以在该三维空间任意转动（如图1所示）.
三维空间的棒在一维空间只有长度，无宽度和高度，且一维棒的长度是不确定的，它是三维空间的棒在一维空间的投影，如果棒与由Ox所确定的一维空间平行时，棒就长些，不平行时，棒就短些（如图2所示）.三维空间的棒在一维空间，只能沿Ox轴移动（因为在此之外没有别的空间）.
三维空间的棒在二维空间有长度和宽度，但无高度， 且棒的长度也是不确定的，它是三维空间的棒在二维空间的投影，如果棒与Ox，Oy所确定的二维空间（平面）平行时，棒就长些，不平行时，棒就短些（如图3所示）.三维空间的棒在二维空间能沿Ox，Oy移动，也能在Ox，Oy确定的平面内转动.
同样，我们所说的三维空间棒的长度也是不确定的，它是四维空间一定长度的棒在三维空间的投影.若棒变短，那么使棒投影的长度变短就行了，要实现这一点，由相对论可知，使棒以非常快的速度（接近光速）运动即可（如图4所示）.
5 宇宙的演化趋势
关键词：三维GIS；工程测量； 应用
1、 三维GIS技术概述
1．1三维GIS技术的定义
GIS技术主要有三种定义：一是基于工具箱的角度，认为GIS技术是一个由现实世界中采集、转换、显示、存储空间数据的工具集合；二是基于数据库的角度，将GIS认定为一个数据库系统，并且在数据库中的大多数据都可以作或索引，能回答各种各样的问题；三是基于组织机构的角度，认为GIS技术是一个集合多种功能，如检索、存储、操作及地理数据显示的组织机构，可解决各种环境问题。有关三维地理信息系统（3D GIS）主要是对区域空间内的对象实现三位描述并分析的GIS系统。
1．2三维GIS技术的特点
在三维GIS技术中，可通过X、Y、Z三个坐标轴来定义空间目标，且与二维GIS的平面目标有完全不同的区别。空间目标经过三维坐标定义，具有更复杂的意义。二维GIS在平面空间中实现“有限―互斥―完整划分”是以“面”为单位，在三维空间中则以“体”为单位。另外，三维GIS技术的可视功能比二维GIS更为复杂，因此出现很多关于三维可视化的专业理论、算法及系统。总体而言，三维GIS技术在客观世界的表达更能体现出真实感受，以立体造型技术将地理空间现象呈现在客户面前，既能表现空间对象的平面关系，也能描述并表达垂直关系。另外，对空间对象的三维空间分析与操作也是三维GIS技术的特有技能，与CAD等计算机可视化软件相比，它具备独特的管理对象能力与空间分析能力。三维空间数据库作为三维GIS技术的核心，三维空间分析更具独特能力。与功能的增加相对应的是，三维GIS技术的专业理论研究也比二维GIS技术更复杂。
2、 三维空间数据的获取
目前三维GIS技术在工程测量中的主要特征即集成实时化、数字化、智能化、动态化、一体化。具体的获取数据方法可分为两大类：一是点方式数据获取技术，主要利用全站仪器、天文大地测量、GPS接收机等常规的测量方法，以及激光雷达等技术实现逐点、逐面采集空间坐标与属性的方式；二是面状方式数据获取技术。主要利用航空遥感获得大面积影像记录，并从中提取物理与几何特性。
有关三维空间数据的采集与更新，传统的测量方法存在一定局限性。如遥感或者航空摄影等方式测量建筑物时，虽然能获得目标的纹理特征、空间信息等，但是主要是获得建筑顶面信息，却无法获得建筑物的纹理数据及集合数据；地面摄影测量则只能获得建筑物立面的相关信息；通过激光扫描系统能获得距离感较好的场景式三维描述，但是获得数据的噪音大，很难形成信息与拓扑关系的提取。不同的获取数据手段方式之间大多具有互补性，因此可利用多传感器获得更多的源数据，并通过融合方式建立3D模型，这也是当前研究的热点话题，不同传感器的组合方式能够获得不同的空间数据采集系统。
其中最具代表性的研究成果主要有：根据地面的摄影测量与航空测量组合获得3D空间数据；通过“地图、激光扫描、地面摄影”组合方式，从平面图及空中激光扫描的数字表面模型（DSM）中获取三维信息；利用专业建模工具，如3Dmax、OpenGL、AutoCAD、VRML等建立起三维模型，并将CCD中获得的信息粘贴或者镶嵌到立体模型中，形成逼真的数字景观图；通过CSG方法实现真3D模型，并利用3s技术等构成集成的地面车载或者机载数据系统；通过AutoCAD建立起几何模型，并对模型实行真实的相片纹理映射，以生成真3D模型，再从地面摄影中获得纹理信息。
3、 三维GIS技术在工程测量中的有效应用
地理信息数据作为比一般事务数据更复杂的内容，除了具备基本事务数据的属性外，还具备独立的属性即空间定位。因此，地理信息数据是以空间参考为依据，通过定点、定线及定面等方式与地球表面建立联系的空间信息。
3．1地理数据的获得
地理数据的测量最基本内容就是屏幕显示地理数据，也就是用户选择视觉变量（色彩、尺寸、纹理）的前提下，实现全要素显示、分区显示、分图层显示等。但是这种表示不同属性地理数据大多以色彩、尺寸及纹理的不同来区分，不能达到形象的效果。因此，数据符号是三维GIS测量的重要方面，利用工具软件实现强大的地理数据符号化功能，并加以图例说明，这样就可将地理数据活灵活现地搬上屏幕，实现地理数据的可视化。另外，将屏幕地图上标好注记，就能获得简单的电子地图，电子地图是三维GIS技术进行工程测量的产品之一。
3．2可视化的科学计算
将各种各样经过处理的模型进行分级分类数据，并将统计数据以专题图的方式表现出来。例如以不同的色彩或者纹理来显示分类图；以同一个色相中的不同饱和度表现分级图；以直方图、圆饼图等体现统计的数据等。科学的计算可视化数据可充分表达人们对信息的深入理解。
3．3查询地理信息
主要通过对地理信息语言的查询，能够实现对数据库中内容或相关图标等进行直观化、形象化的操作查询，也就是说查询结果中既包括数据，也包括与之相关的文字、表格及图形。
3．4地理信息的三维可视化体现
三维仿真地图主要通过仿真技术，以三维立体形式直观表现空间现象信息，让用户体验到真实环境的感觉。因此，三维GIS技术是地理信息可视化的主要潜力产品形式之一。另外，通过多媒体技术和可视化相结合，能有效改善传统的地理信息仅通过文本、表格、图形等方式表达并传输空间信息的单一方法，而是以文本、图像、图形、动画、声音及视频一体化的多媒体空间表现内容，极大丰富了地理信息的可视化形式。
3．5空间分析结果的描述
三维GIS技术的空间分析包括网络分析、地形分析、缓冲区分析及叠加分析。通过可视化技术的应用，可以将地理现象的空间分析结果更形象、更直观地表达出来。例如以通视分析方法对地形进行测量，可通过间断或者连续的线段来表示地表中的通视或者不通视。即使时间或者空间发生了改变，例如在不同时间、不同图幅中任一要素的缓冲区等，都可以通过三维GIS技术方式描述。
摘要：本文对罗伊娜科斯塔罗课程中“立体构成与空间构成关系”教学方法进行分析，指出对于“空间建构”操作的启示，寻求对当下空间构成课程教学的具体思路与有效方法。
关键词：空间结构；抽象视觉构成；过程式教学
一、罗伊娜里德科斯塔罗的“视觉构成”教学方法
罗伊娜里德科斯塔罗（RowenaKostellow），被认为是当今世界上最著名的工业设计师的老师和导师，任教于美国普拉特艺术学院长达50年，教授美术、建筑、平面设计和工业设计基础。在普拉特期间，罗伊娜开设了20多年的空间解析课程，提炼出一整套教学方法运用至“视觉构成”课程教学之中，以此研究立体构成形态与空间构成关系。笔者认为可以直接借鉴于空间构成课程教学中的主要有如下两项：1.将三维空间中的形体关系理解为抽象的视觉关系，并以此在组合形体的建构中发展出一种视觉结构感。罗伊娜将三维空间中的形体抽象地理解为：主导元素、次要元素、从属元素；张力、凹凸空间。将形体之间的组合关系视为“设计关系的组合”。课题训练中，以简单形体组合的操作进行构建练习，要求学生依靠主导形体、次要形体与附属形体的组合连接，建立一种形体之间较为完美的设计关系。各形体因去除了各自的原始属性而失去形态特征以外的任何意义，构成一种绝对化的视觉关系，并借助轴线的定位体现出运动的趋势，最终成为一种具有平衡感的物理结构和具有抽象美感的设计结构。2.在三维空间中对形体进行思考，并以构建模型的方式探索形体组合的空间关系。在学生完成简单形体空间构建的练习后，罗伊娜要求学生尝试在三维空间中创造更为复杂的空间关系。从简单形体组合训练中获得的抽象式构造能力，使这个训练更易于操作，也更易于建构出一种“美”的结构形式，这种形式是对形体与空间的张力平衡的深一步理解，以及对群组形体运动趋势的深度思考。在这个练习中，学生会惊喜于创作出一种“罕见”的空间结构，这种结构非偶然而得，来源于对多个主导形体、次要形体、附属形体组合及定位轴线的不断控制与调整。值得一提的是，此时获得的形体组合是复杂的、非常规的、大胆的、具备美感潜质的。罗伊娜希望学生能够“在三维空间中直接思考”，她认为创建三维形体的唯一方法是运用三维方法去工作，三维的课题也必须用三维方法进行设计。她要求学生在研究空间形体时直接制作三维草模，而不是依照完整的图稿进行制作。
二、罗伊娜“视觉构成”教学法对空间构成课程的启示
1.罗伊娜教学中以抽象视觉手法建构空间模型的方式，可以成为空间构成教学的导入途径及检验标准。在空间构成课程初步阶段引入罗伊娜视觉构成教学方法，引导学生建立抽象思维把握形体结构，从建构空间的本质入手，摆脱细枝末节，为学生快速解析复杂空间的构成方式提供帮助，成为展开课程的先导。对组合形体结构抽象化的认知，为学生理清一条更为明确的理解形体与空间关系的思路，学生可以尝试将任意形体结构与设计形态纳入罗伊娜抽象视觉分析的方法进行理解，以便较为快速、准确地完成对复合形体结构的判断及复杂空间关系的分析，完成大量实际案例的“阅读”与解析。例如：将安藤忠雄的真言宗本福寺水御堂理解为曲面体与圆柱体的同轴围合，入水的楼梯视作直棱体对圆柱体结构的楔入式连接；忽略路易斯康耶鲁大学美术馆内部呈现的宗教神秘感，将其视作三角形形体结构对圆柱体结构的切割与穿插；将SANAA的劳力士学术中心“概述”为凹凸面体结构构建成的空间形式。与此同时，罗伊娜的教学方法对于学生模型的形式结构及美感表达也提出了检验标准，有助于学生对个人作品进行自我检测。罗伊娜提出如下问题作为标准引导学生自行完善模型的空间结构：主导形体与次要形体之间有无对比，主导形体是否在一个显著的位置？是否完成了一个抽象且有趣的有机体？是否拓展了凹空间？一个形体的外形与其他形体的关系是什么，与整个空间的关系是什么？各个形体的表面与轴线之间是否存在张力？这个设计结构是否在各个角度都令人感觉舒服？……2.罗伊娜提出“在三维空间中直接思考”，运用三维的方法在空间造型。这种“过程式”教学法可以引入空间构成课程的教学之中：以改进操作的方式来推进设计。罗伊娜教学的第一步教导学生如何构建形体组合，随后转向研究形体组合的空间问题。她指导学生在三维空间中思考形体组合，并且“注意设计中空气的体积”，这意味着：学生不仅需要关注形体结构而且需要关注这个结构围合或搭建出的空间。训练中，学生将会发现此空间会随形体结构的调整而改变。值得注意的是，在罗伊娜的课程中，学生需要操作的“空间”绝不是简单的“盒子”（面的围合），它是由各种复杂形体界面围合成的“空气的体积”，是一种异形的、非常规的空间形态，来源于复杂的形体组合结构。因此，在练习中对任一形体或形体组合进行调整，都会相应地引起此空间的变化，为空间形态的生成带来了某种“过程性”与“实验性”。借用罗伊娜的理论，空间构成课程中的空间设计，学生可以尝试适当减少对平面图纸的过度依赖，而使用构建模型的方法在三维空间中直接造型，并根据对组合形体的深化理解不断调整各个空间结构，推演得到最优效果。借助此种“过程式”教学法，学生在实际模型建造中将自主建立空间操作的逻辑，并逐渐形成个人清晰理性的操作方法。更为重要的是，学生在立体模型的构建中将会需要直面有关空间的任一问题，并通过反复尝试、调整操作方式来解决空间问题以及改进设计成果。罗伊娜科斯塔罗的“视觉构成”教学方法对空间构成教学的切实意义在于引导学生对形体及空间结构的“抽象性”理解，以抽象思维把握形体结构，直面建构空间的核心要素，从而引发对空间模型的大胆操作、对生成空间的深入关注。与此同时，过程式的操作思路为建构的空间带来大量的“不确定性”，这种无预设的阶段性成果将激发学生在课题实践中不断地自主探索。更为重要的是，这种从自主操作到自主探索的实践方法，为设计教学提供了一种新的思路，这是一种由追求完美设计结构到自主构建空间的思路，将持续地为学生后继的设计学习提供助力。
4年前，44个鲜活的生命汇聚在一起，开始交织演绎一首独一无二的乐章，置身其中的我深深地意识到：班级三维空间的纯净程度直接决定着乐章的奏鸣效果。空间的纯净来自于我们的认知，而阅读能滋养人心、提升认知，因此，我尝试开展班级阅读课程，净化我们的班级三维空间。
建立班级书屋
有形的物质能极大地吸引人的感官，因此，我在班级建立了“快乐鲟鲟书屋”。“鲟鲟”是我们班吉祥物，以中华鲟为原型，喻意“探寻未来，寻求真知”。书的来源有三个渠道：1.校园图书馆的赠与;2.孩子们向伙伴推荐的书目;3.老师和家长的捐赠。每学期，“快乐鲟鲟书屋”都能保证至少200本的图书量供孩子们阅读。学生们乐在其中，自己制作借书卡，利用早读、午休、管理班时间借阅。此外，我还和孩子们借助走廊外侧墙壁，设计“快乐鲟鲟小书屋”文化墙，介绍推荐书目、展示读书感悟等。书屋的建立，让性情不一的孩子有了时间、空间，静下来，慢下来去思考、去感受。孩子们课间打闹的现象少了，用肢体去交流的方式减少了，稚嫩纯洁的目光中开始闪现智慧的光芒，班级的三维空间也在浓郁的书香浸润中得到净化、纯洁。
开展读书活动
为了进一步净化班级空间，提高孩子们的生命质量，我在班级开展了一系列读书活动。
设计“鲟鲟读书卡”。书卡项目有“我喜欢的词”“我喜欢的句”“我想说的话”“我来写一句”，鼓励孩子边读书边积累边应用。孩子每读一本书，就填写一张阅读记录卡。如今，每个孩子都积累了厚厚一摞记录卡。
评比“读书小状元”。每个月，我都根据孩子们读书的数量及阅读效果，评比“读书小状元”。班级的孩子都在比谁看的书目多，并以收集、完整阅读一位作家的系列作品为荣，家长也感叹孩子不再仅仅满足于漫画带来的视觉冲击。阅读净化了班级三维空间，提升了班级生态质量。
推进自主阅读
每个班级成员的精神世界的纯净，可以直接影响、净化班级的三维生态圈。所以，在引领孩子们广泛阅读书目的基础上，我从性别、情感、趣味、益智四个角度整理出一套书目，鼓励孩子们做可选择性阅读。每月初，孩子们从推荐书目中选择一本自己感兴趣的书籍做定向、深入阅读，月末开读书分享会。在阅读分享会上，孩子们兴趣盎然地介绍为新书续写的结局，活灵活现地演绎创编的故事情节，神采飞扬地展示为小说文字匹配的插图，娓娓道来自己喜爱作家的相关书籍……阅读给孩子们提供了丰富的精神养分，让班级犹如天然氧吧，孩子们在其中相互输送、汲取养料和氧气，主动探寻积极有意义的学习方式。此外，孩子们开始自由结合，建立快乐读书小组。他们自主选择书目及读书小组成员，小组成员共读一本书，并在月末举办读书分享会，投票选举大家最喜欢的一本书，充实班级推荐书目单。各读书小组还产生了读书小导师，小导师为小组成员制定导读计划，进行问题设计，供大家充分交流。自主阅读推动了班级生态发展，让班级三维空间充满生机与活力。
如今，置身于班级中，就犹如裹着一袭花香行走在百草园里。班级里纯净的精神氛围，不禁让人惊叹每一个花苞绽放的力量，惊叹阅读的净化魅力。四年班级阅读课程的开展，也让我深深地感受到：阅读是班级三维空间的净化器，可以成就班级美好的绿色生态圈。
1．教学方法、教学手段的改革
采用项目驱动教学法，以真实的设计项目为主线来驱动整个教学过程。通过分析和解决实际问题的训练，培养学生学习“室内设计”课程的积极性，从而做到抽象理论与实际应用的融会贯通。在教学过程中，以一个或多个项目为主线展开，把室内设计的相关知识点融入到项目的各个环节中去，层层推进项目。通过对问题的深化或功能扩充，扩大知识的广度和深度，直至得到一个完整的项目解决方案，从而达到学习知识、培养能力的目的。在“室内设计”课程教学过程中，采用项目驱动来循序渐进地导入、运用、深化知识点，并把课程中的室内设计训练与纺织品设计相结合。此外，利用多媒体及网络进行教学，开辟了“室内设计”课程的4A网络教学平台，增加了3DSMax等三维设计软件的讲授，并把行业中流行的适合纺织品设计专业的三维软件介绍给学生，使学生能够较快地形成三维空间观念，并能高效完整地表达出自己的设计意图。
2．实践环节的深入开展
围绕培养三维空间设计能力的目标，以项目驱动的六大板块的实践教学环节为抓手，层层推进教学，增加了实物制作与空间模型搭建相结合的设计过程。在训练产品造型和空间设计能力时，要求学生按照企业项目需求，用模型模拟搭建真实的纺织品陈列空间，使学生的室内设计项目落到实处。具体的实践环节六大板块如下:(1)市场调研。选择知名纺织品品牌店铺进行调研，了解店铺的空间布局、材料选择、灯光设置、色彩搭配以及店铺陈设，分析它们与品牌风格之间的联系，并绘制店铺的平面结构图。通过市场调研，学生直观地了解了纺织品与室内设计的关系，并对三维空间布局有了初步了解。(2)透视法和室内空间线描练习。学习室内的一点、两点透视法，了解室内效果图绘制的原理，为手绘快速表达设计意图做准备。为了培养学生的空间设计能力，提升效果图绘制的水平，在课后安排学生进行室内空间的线描练习，方法是对照室内的照片进行手绘。(3)优秀效果图临摹。对优秀的效果图进行原样临摹是快速掌握手绘效果图画法的途径。通过临摹，学生学习了室内效果图选景、构图的技巧及各种表现技法，包括水粉表现法、水彩表现法、铅笔淡彩表现法、马克笔表现法等，为后续的设计实践和效果表达做准备。(4)室内色彩搭配训练。学习室内色彩的搭配规律，了解主色和点缀色之间的关系，环境色和物体色之间的关系，通过合理的配色表现室内空间的不同风格。学生按照特定的项目主题要求，借助电脑设计软件来快速表达特定的室内色彩风格。(5)空间主题三维效果图制作。将三维设计软件的教学融入到空间设计的项目主题中，学生可以利用3DSMax等软件来完成“为主题家纺设计室内效果”的项目作业。要求学生首先为特定的项目客房寻找主题概念，确定合适的表现元素，运用三维设计软件完成效果图的制作。三维设计不仅能够使学生直观地看到自己的设计成果，增强学习的成就感，而且能够大大激发学生的学习兴趣和主动性。应用三维设计软件表达设计意图能够大大提高学生的设计效率和设计质量。(6)展厅设计项目。与“卓越工程师计划实践基地”企业合作，将课程设计的主题定为“纺织品品牌展厅设计项目”，学生针对预先设定的家纺或服装品牌，根据企业展陈的实际需求进行展会或专卖店展厅设计。在为项目出具效果图之后，要求运用简易材料制作展厅的模型。学生逐渐摸索绘图、设计、制作模型的思路，并不断地修正，最终达到设计要求，大大提高了三维空间观念和三维设计能力。
3．评价与成果展示
注重项目的展示阶段。一个具体项目实施结束后，引导学生对设计的整个过程做总结分析，强化学生在项目制作过程中的体验;组织学生进行交流，展示他们每个环节的设计成果，互相提出问题，发现在制作过程中存在的不足并讨论问题的解决办法;在展示和分析中让学生跟着项目实施的进度学习和思考。课程即将结束时，我们与“卓越工程师计划实践基地”企业的代表从不同角度出发来评议学生的设计，课程结束后在校内进行了“室内设计”课程成果展览，取得了良好的成效。
4.结语
纺织品设计专业“室内设计”课程的教学改革，紧密结合专业特色，将三维空间设计观念融入各阶段的教学环节中，提高了学生的三维设计能力。以项目为主线来驱动整个教学过程，通过分析和解决实际问题的训练，提高了学生学习本课程的积极性，做到了三维抽象理论与实际应用的融会贯通。与“卓越工程师计划实践基地”企业协作，将课程设计与企业项目的实际需求相结合，激发了学生的创新积极性，提高了学生设计的有用性。
作者：苏淼 王小丁 鲁佳亮 单位：浙江理工大学
