數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別精選(九篇)
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第1篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
Abstract： 3D printing technology is another name for the additional material manufacturing technology， and is widely used in aerospace， automotive， electrical， medical， cultural creativity industries. In the course of computer-aided manufacturing， 3D printing technology is introduced， the content of additional material manufacturing is arranged， and flexible teaching method is used， which is helpful to improve students' learning initiative and enthusiasm， and to improve students' innovative design and practical ability.
關(guān)鍵詞： 3D打印技術(shù)；計算機輔助制造；教學改革
Key words： 3D printing technology；computer-aided manufacturing；teaching reform
中圖分類號：G434；G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0167-02
0 引言
算機輔助制造課程是機電一體化技術(shù)、模具設計與制造、數(shù)控技術(shù)等機械制造類專業(yè)的主干課程之一，課程主要學習應用計算機輔助制造軟件（Master CAM、CAXA、Pro/E、Solid Works、CATIA、UG）對復雜零件的先進制造進行工藝規(guī)劃、刀具路徑計算、加工仿真、程序輸出、后置處理等，是一門實踐性非常強的的課程，內(nèi)容抽象難懂，需要學生具備良好的空間想象能力和形象思維能力。然而教學現(xiàn)狀是學生對于零件的認識處于識別圖紙、建立三維模型階段，學生的學習積極性不高，成就感不足，把課程當成一種負擔。因此不能滿足學習、教學、生產(chǎn)的需求。
如何提高學生的學習趣味性、主動性、積極性，學生能夠具備計算機輔助制造基本知識、基本技能、掌握新的專業(yè)知識，是一個亟需解決的問題。為此將3D打印技術(shù)引入計算機輔助制造課程教學活動中，設置增材制造教學內(nèi)容，采用靈活教學方法，促使學生參與全過程，學生能夠使用3D打印機制造出自己設計的三維模型，對難懂的知識有更加直觀的了解，也拓展了專業(yè)視野，從而增強對計算機輔助制造原理、制造工藝、制造過程的認識。
1 計算機輔助制造課程教學現(xiàn)狀
目前的教學是以工作過程知識為系統(tǒng)的課程內(nèi)容，將機械制圖、機械結(jié)構(gòu)與設計、零件數(shù)控加工工藝、UG NX8.0軟件的使用、設備通信操作等知識在計算機輔助制造的工作過程中重構(gòu)，通過課程學習使學生了解只有具備這樣的知識才能完成工作任務。具體教學過程如圖1所示。
教學中呈現(xiàn)如下特點：①知識體系內(nèi)在聯(lián)系較為松散、邏輯性不強，涉及的基礎理論知識內(nèi)容繁多、深度不夠；②學習能力較差、數(shù)控加工工藝的缺乏，導致大多數(shù)學生學習進度停滯在三維建模階段，未完成教學內(nèi)容，教學效果較差；③由于教學實訓設備的單一，數(shù)控機床不足以滿足每位學生的數(shù)控加工需求，不能制造學生自行設計三維模型的實物，致使學習積極性不高、成就感不足；④教學手段和形式較為單一，未能充分利用UG CAM功能，刀具軌跡的規(guī)劃能力不足，不能很好地進行數(shù)控程序的后期處理，不會數(shù)控機床的基本操作，涉及具體操作過程僅靠老師侃侃而談，學生難于理解教學內(nèi)容，致使學生上課興趣不高。
如何在教學過程中，將理論知識與生產(chǎn)實際結(jié)合，加強師生互動環(huán)節(jié)，學生將自行設計的模型實物化，為計算機輔助制造課程尋求新的創(chuàng)新教學培養(yǎng)模式，使學生更好地掌握專業(yè)知識，完善知識結(jié)構(gòu)，提高綜合素質(zhì)。3d打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，為計算機輔助制造課程的教學活動提供了新的思路、新的方案、新的方法。
2 3D打印技術(shù)概況
3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)的別稱，它以正向建模或逆向掃描等方式建立的3D模型文件為基礎，按照某一坐標軸切成有限多個剖面，然后逐層通過數(shù)字化疊加材料而形成三維實體的技術(shù)。根據(jù)3D打印機使用的材質(zhì)，可以將3D打印技術(shù)劃分為箔材粘接技術(shù)、光固化成型技術(shù)、粉末激光燒結(jié)技術(shù)、噴射成型技術(shù)、熔融沉積造型技術(shù)、氣溶膠打印技術(shù)、生物繪圖技術(shù)等。它直接由三維建模軟件生成任意形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。
隨著工業(yè)級、桌面級打印機的快速發(fā)展和3D打印技術(shù)的日趨成熟，3D打印技術(shù)在大學課堂中充分發(fā)揮了優(yōu)勢。3D打印進入課堂成為現(xiàn)代高職教育教學改革的一個新舉措。目前，我國許多高校已采用3D打印技術(shù)進行課堂教學與實驗。利用3D打印機，可以將微觀的零件放大并呈現(xiàn)出來，可以將復雜的零件快速制作出來，可以將學生自行設計的個性化模型打印出來。一方面可以使教學更加可視化，更加具有可操作性，更加具有吸引力；另一方面為學生提供更多的動手機會。
3 基于3D打印技術(shù)的教學設計
3.1 教學目標
融入3D打印技術(shù)的計算機輔助制造教學主要目標是培養(yǎng)學生掌握CAD/CAM最新應用技術(shù)，具有較強的產(chǎn)品設計與3D打印設備操作技能，成為從事產(chǎn)品設計與制造和生產(chǎn)管理的技術(shù)技能型人才。具體教學要求如下。
①了解3D打印技術(shù)的原理、特點、應用范圍、發(fā)展方向的基本知識。
②掌握當前主流3D打印方式：FDM、SLA、SLS、3DP 、LOM、EBM、DLP等的成型方法、工藝過程、工藝特點。
③重點掌握FDM（熔融沉積成型）的相關(guān)知識，主要包括能夠熟練使用3D打印設計軟件（UP！、MakerWare）、會3D打印機（UP mini、UP PLUS2）的基本操作、能使用三維掃描儀、合理選擇3D打印工藝參數(shù)、后期處理等內(nèi)容。
④熟練掌握逆向工程軟件Geomagic Studio 、正向建模軟件UG NX8.0 、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件Image To STL Converter-master及其他設計軟件。
3.2 教學內(nèi)容設計
3D打印技術(shù)在教學內(nèi)容上主要分為三部分：一是建模軟件Geomagic Studio 和UG NX8.0的應用。二是3D打印技術(shù)基礎知識。三是基于FDM原理的設計軟件的使用，桌面級3D打印機的操作、維護、保養(yǎng)。教學內(nèi)容的安排上按照練、學、思、拓的能力訓練模式展開：第一階段，以照片、視頻和實物的形式，讓學生對3D打印技g有一個基本的認知，用直觀形象的表達方法極大地激發(fā)學生對3D打印技術(shù)的興趣和學習熱情；第二階段，通過任課教師對具體技術(shù)、原理、思路和方法的講授使學生進一步學習3D打印技術(shù)涉及到的技術(shù)環(huán)節(jié)，熟悉整個設計流程；第三階段，以常見機械零件為例熟練使用Geomagic Studio 和UG NX8.0的逆向工程功能、正向建模功能、裝配功能、仿真加工功能，具備相關(guān)知識后，學生能夠自行設計個性化的創(chuàng)意工藝品、通用零部件、結(jié)構(gòu)較為復雜的零件；第四個階段，學生們進入實質(zhì)的設計階段，通過分配給自己的設計題目，各自搜集整理相關(guān)資料，理出設計要點，進行具體設計并進行加工裝配；第五階段，學生用UP！軟件進行STL文件校核與修復，確定模型擺放方位，選擇切片參數(shù)與打印工藝參數(shù)，存儲分層文件進行模擬加工，根據(jù)預打印效果修正參數(shù)，將整理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱蛴CUP mini打印所設計的作品，再進行表面處理去除支撐和打磨，如圖2所示。
3.3 教學能力訓練
3D打印技術(shù)涉及多門交叉型學科，包括材料學科（金屬、非金屬、尼龍、石膏、高分子、陶瓷），金屬加工工藝學科（等材制造、減材制造、增材制造），自動化控制學科，正向建模與逆向掃描工程軟件學科，機電設備拆裝調(diào)試學科，三維實體的測量學科。采用團隊學習機制可以降低學員的學習難度，提高學員間的團隊合作能力。團隊學習機制是指一個指定的設計項目或研究方向，由3～4人構(gòu)成的團隊來完成，1人為領(lǐng)隊，其他為隊員。上課時每個團隊安排在同一個區(qū)域，以方便交流、討論。領(lǐng)隊負責協(xié)調(diào)工作，隊員間分工明確，任務到人，主要內(nèi)容分為：設計和加工，即一人負責整體設計，一人負責參數(shù)確定與加工，一人負責打印機調(diào)試和應用。團隊學習機制使學習過程更接近企業(yè)的實際情況，人與人之間的工作既相互區(qū)別又相互聯(lián)系，這就使學員的學習更加深入，學員間合作更加緊密，小組最終的作品也更加豐富和多元化，如圖3所示。
4 結(jié)語
通過融入3D打印技術(shù)，極大豐富了教學內(nèi)容，提高了學生的學習興趣、積極性、主動性、動手能力，開闊了學生的專業(yè)視野，對進一步完善計算機輔助制造課程教學有一定推動作用。
參考文獻：
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第2篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
關(guān)鍵詞：藝術(shù)設計 參數(shù)化 思路與創(chuàng)新
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（b）-0136-02
參數(shù)化設計中的參數(shù)是將視線、環(huán)境、地形等諸多影響設計的因素，通過軟件⑵渲匭鹵嗯拋櫓并轉(zhuǎn)化成圖像信息，生成新的形態(tài)模型，以此來改變設計的結(jié)果。參數(shù)化設計在形態(tài)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造節(jié)點、建筑表皮、建造過程、3D建模等很多方面都被廣泛運用。
參數(shù)化設計的根本是把影響設計的主要因素組織到一起，把影響設計的因素看作一個變量或參數(shù)形成參數(shù)模型，并用計算機語言進行描述，以此得到一種新的規(guī)則或關(guān)系，并且通過計算機把變量、參量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像。這樣的設計更像是用一種沒有形式邏輯的設計過程來得到一個意料中的形式結(jié)果，在結(jié)果產(chǎn)生的過程中，根據(jù)各種制約性的條件產(chǎn)生意料之外的設計變化，比如模型的定位、曲度、長度等因素都會在設計過程中產(chǎn)生詳細的數(shù)據(jù)，因為模型的改變和參數(shù)化信息的變動，模型的零部件信息就會自動更新和調(diào)整，這樣通過參數(shù)化的設計就會讓設計模型不斷改變，得到想要的最終狀態(tài)，大大節(jié)約了設計成本和時間成本。
1 參數(shù)化設計在國內(nèi)外設計領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
參數(shù)化設計在過去十幾多年探索過程中，涌現(xiàn)了多位建筑師大師的作品。人們逐漸開始意識到參數(shù)化在設計領(lǐng)域的極大潛力，通過計算機編程技術(shù)融入藝術(shù)設計的數(shù)學演化，運用幾何規(guī)律、算法邏輯、編程設計等參數(shù)化思維方式作為設計的原動力進行數(shù)字化的探索，為藝術(shù)設計領(lǐng)域的發(fā)展指引新的方向。
參數(shù)化設計在過去十多年的探索過程中，涌現(xiàn)出了多位建筑師大師的作品。西方參數(shù)化建筑教育已經(jīng)相對成熟，計算機在設計領(lǐng)域的極大潛力逐漸被人們意識到。參數(shù)化工具在具體項目中的應用方法在新一代數(shù)字藝術(shù)設計師身上充分拓展了，大量人為無法處理的信息在參數(shù)化軟件的處理中只需要短暫的時間。
目前，參數(shù)化設計團隊大多存在于全球先鋒的建筑事務中，這是因為在建筑設計領(lǐng)域中，建筑結(jié)構(gòu)、建筑表皮的模型設計需要結(jié)合創(chuàng)意思維進行多套數(shù)據(jù)模型的導出和調(diào)整，如扎哈的Computer Design小組，主要研究如何將設計師作品的風格同參數(shù)化技術(shù)結(jié)合在一起，這其中包括計算機建模、計算機軟件運用、數(shù)據(jù)庫建立、軟件開發(fā)等研究性工作。通過從數(shù)字模型中導出技術(shù)參數(shù)和施工圖數(shù)據(jù)來實現(xiàn)參數(shù)化設計以及建造過程的數(shù)字化信息控制。國外知名的設計公司都致力于參數(shù)化設計的軟件，使之能更好地控制復雜建筑形體在建造過程中的成本和時間。同時，設計團隊會從概念設計一直到施工現(xiàn)場，參與到設計的所有階段。三維建模的每一個構(gòu)件都必須定制，這為整體設計提供了更為準確的數(shù)據(jù)，同時也極大地提高了施工效率和生產(chǎn)速度。
中國的建筑設計環(huán)境正在經(jīng)歷一個快速發(fā)展的階段，新生力軍大多也是從Berlage、UCL、AA等國外知名建筑院校畢業(yè)的海歸派建筑師。參數(shù)化設計在中國的十年發(fā)展，數(shù)字建筑展已經(jīng)到了第五屆，未來的10年，我們很難想象中國的參數(shù)化設計會發(fā)生什么樣的變化。在互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)通下，計算機技術(shù)與全球化的教育不斷加速新知識新文化的傳播，這使得國內(nèi)的設計領(lǐng)域也都受到了不同方面的影響，國際化的設計風潮也不斷涌入國內(nèi)。在中國，參數(shù)化設計的方法大多被海外歸來的設計師、留學生應用，國內(nèi)的參數(shù)化設計還不能夠提供更為專業(yè)和系統(tǒng)的研究平臺，很多參數(shù)化設計領(lǐng)域的知識和內(nèi)容還是以個體為單位展開，更多的是學習國外的先進技術(shù)，但是新一代的設計師更多的是對其創(chuàng)新，通過互聯(lián)網(wǎng)的手段加速這一設計風潮的延續(xù)。
2 參數(shù)化設計的特征
參數(shù)化設計發(fā)展到今天，已經(jīng)將圖像、文本、聲音、音頻、動畫等多種元素或形式融合在一起，形成了以多種學科為載體的一門技術(shù)，為當代藝術(shù)設計的發(fā)展提供了新的發(fā)展思路和方向，為藝術(shù)設計的創(chuàng)新提供了設計介質(zhì)、設計行為、新材料、新工藝。同時，參數(shù)化設計在藝術(shù)設計的運用中也越來越多要求學科之間的綜合和交叉，在新時代的背景下，參數(shù)化設計作為一個綜合性很強的方法系統(tǒng)和一種全新的設計方法，新的設計形式和設計方式打破了傳統(tǒng)學科之間的專業(yè)界限，在形式中結(jié)合最新數(shù)字技術(shù)的參數(shù)化設計，給人們帶來無限的新鮮感。在數(shù)字藝術(shù)時代，參數(shù)化設計有著強烈的藝術(shù)設計特征。
2.1 參數(shù)化設計師的認知與表達的提升
社會的進步、技術(shù)的發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)的傳播、信息的膨脹讓設計師清醒地意識到要在數(shù)字藝術(shù)時代不斷地提高自我認知。參數(shù)化藝術(shù)設計的結(jié)合離不開計算機技術(shù)與傳統(tǒng)的藝術(shù)設計理論，設計師必須在技術(shù)信息與藝術(shù)信息之間以大量的實踐來填補技術(shù)空白。技術(shù)的更新和軟件的更新也要求設計師要不斷地提升自我認知以適應新時代下的挑戰(zhàn)，無論是軟件的進一步改良改進還是硬件性能的進一步攀升。
2.2 參數(shù)化設計的表達與創(chuàng)新
隨著參數(shù)化設計的迅速發(fā)展，多種藝術(shù)設計表現(xiàn)形式不斷涌現(xiàn)，計算機硬件軟件的發(fā)展也不斷地配合參數(shù)設計的發(fā)展。參數(shù)化能夠從傳統(tǒng)的二維表現(xiàn)到數(shù)字技術(shù)的三維空間表達到在復雜的思維空間、動態(tài)空間、多維度空間形象而直觀地表達出來，在今天來說已經(jīng)是一件非常簡單的事情。隨著參數(shù)化設計的創(chuàng)新，設計表達方式不斷得到突破。在未來勢必會有更多的表達形式及技巧出現(xiàn)在藝術(shù)設計作品中。
2.3 參數(shù)化設計的審美特征
參數(shù)化時代的到來為藝術(shù)設計提供了更為廣闊的設計手段和空間。在設計過程中，形式與功能、空間與體量、人與物的關(guān)系都將是藝術(shù)家在作品中著重處理的部分。參數(shù)化時代下設計工具、設計行為、設計介質(zhì)等與傳統(tǒng)審美標準不大相同，產(chǎn)生了一種使得當代設計具有了區(qū)別于以往的新的審美形式。這種審美環(huán)境下必須注重創(chuàng)造性思維的提高和作品的意義，不能過于依賴數(shù)字技術(shù)帶給我們的無窮變化，雖然美學范式和新藝術(shù)觀念已經(jīng)產(chǎn)生，但他們還是以傳統(tǒng)藝術(shù)為本質(zhì)特征的。
3 參數(shù)化與藝術(shù)設計的結(jié)合
數(shù)字化藝術(shù)設計更趨向?qū)Α胺俏镔|(zhì)性”的描繪或設計，看起來是真實的，但是現(xiàn)實中不一定存在。數(shù)字技術(shù)使藝術(shù)設計創(chuàng)作不必拘泥于傳統(tǒng)設計形式，這擴大了設計創(chuàng)作的空間。這也要求傳統(tǒng)的藝術(shù)設計院校能夠推陳出新，加強數(shù)字化專業(yè)教學，將參數(shù)化與藝術(shù)設計結(jié)合在一起朝著更廣闊更高層次發(fā)展。
藝術(shù)設計在數(shù)字技術(shù)的推動下了更大范圍地擴，數(shù)字技術(shù)在新興的專業(yè)方向中更加活躍，其他藝術(shù)設計領(lǐng)域如室內(nèi)設計、產(chǎn)品設計、服裝設計也都在教學內(nèi)容中推陳出新。在參數(shù)化設計的教學和理論應用中，建模過程中創(chuàng)意思維更加靈動也會到導致理性思維的隨意性，尤其是理論基礎較薄弱的學生，這就要求在加強培養(yǎng)數(shù)字技術(shù)的同時，還要對建構(gòu)有較強的控制力，將自身的創(chuàng)意思維和創(chuàng)造力通過扎實的數(shù)字機能綜合表現(xiàn)出來，增強教學的體驗性。
3.1 參數(shù)化與建模工作的結(jié)合
除了在游戲、建筑、工業(yè)產(chǎn)品的應用之外，參數(shù)化設計同樣被藝術(shù)家們所關(guān)注。對于藝術(shù)家來說，計算幾何模型可以做更膽大的設計，通過參數(shù)的調(diào)節(jié)可得到更個性化的形態(tài)，這其中包括裝置藝術(shù)、行為藝術(shù)、概念設計等，當然也包括更細致的尺寸。三維建模的工作大概分為兩個部分，一個是對方案里面復雜形體的一些參數(shù)化設計和性能進行分析，另外一個就是簡單建模下的大眾化設計。二者的技術(shù)含量雖然不同，但為當代藝術(shù)設計和結(jié)構(gòu)設計提供了一個共存的關(guān)系，甚至所有的設計和制作流程中所運用的軟件，都會通過獨特的參數(shù)化模式派生而來。
3.2 參數(shù)化與平面藝術(shù)設計的結(jié)合
參數(shù)控制同樣可以控制產(chǎn)品的裝飾圖案，這就解決了圖案復雜程度、圖案色彩變化、圖案肌理密度、圖案樣式等。圖案的逼真程度往往是由點的數(shù)量決定的，一個圖像的控制參數(shù)既包括點的厚度又包括點的數(shù)量，點的數(shù)量的選擇在圖案設計的參數(shù)化設置中至關(guān)重要，圖案想要更細致精確，點的數(shù)量也就要越多，反之，圖案質(zhì)量會下降。
3.3 參數(shù)化與新媒體藝術(shù)設計的結(jié)合
多種數(shù)字媒體帶來視覺、聽覺上的互動，新的傳達形式對舊媒體形式產(chǎn)生巨大的沖擊，從而極大地豐富了設計創(chuàng)作形式。新媒體藝術(shù)設計在參數(shù)化設計的運用中會使數(shù)字動畫、網(wǎng)頁設計、電子游戲等行業(yè)的外延藝術(shù)設計有更廣的發(fā)展領(lǐng)域。參數(shù)化設計在藝術(shù)設計領(lǐng)域是一個新的設計風潮，未來的藝術(shù)和設計將被程序、數(shù)字、規(guī)律所解釋、演繹和替代，參數(shù)化設計將是藝術(shù)設計的一個新時代。
4 創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)與參數(shù)化藝術(shù)設計結(jié)合的意義
參數(shù)作為一種前沿的建筑設計手段是將設計中的各種條件利用計算機數(shù)字技術(shù)進行改變，使設計結(jié)果發(fā)生改變，設計效果煥然一新。參數(shù)化設計顛覆了傳統(tǒng)的思維方法和創(chuàng)作方式，讓設計師的思路和個性和有了更廣闊的發(fā)揮空間，它還是技術(shù)層面的革新。在參數(shù)化設計方法中同樣也沒有拋棄傳統(tǒng)設計方法，更多的是在一定程度上解放了設計師的頭腦，提高設計師工作效率和控制力。在某些領(lǐng)域中是以理想設計方式用新的數(shù)字技術(shù)加以實現(xiàn)。運用“文化+科技”的創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)模式，成功地構(gòu)建了以動漫、網(wǎng)絡影視、音樂制作出版、時尚設計、軟件服務、開發(fā)，建筑設計、景觀設計等方面具備發(fā)展?jié)摿Φ奈幕瘎?chuàng)意產(chǎn)業(yè)鏈。
由于參數(shù)化設計環(huán)境在國內(nèi)不成熟，被人們認為是以計算機技術(shù)對于復雜體面形態(tài)的機構(gòu)和表皮進行計算，得到基本數(shù)據(jù)，它只是把根深在程序或函數(shù)的關(guān)系作用于建筑建?；蛳嚓P(guān)技術(shù)延伸本身。也因為理論教學的不深刻導致設計類學生對參數(shù)化設計有很多誤解。但是隨著教育方式的發(fā)展和改變，國內(nèi)的很多專業(yè)類院校已經(jīng)開始意識到這一“新潮”的技術(shù)，這來自于工作的需要和世界的大同，參數(shù)化設計雖然目前還不能承擔設計的全部意義和工作，卻是一個非常有潛力的思路，為未來開拓設計行業(yè)更廣闊的領(lǐng)域做好了準備。
參考文獻
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第3篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
關(guān)鍵詞 三維數(shù)字地形圖；三維空間數(shù)據(jù)；實時獲取
中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）106-0217-03
0 引言
三維數(shù)字地形圖是三維GIS和虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR的技術(shù)與數(shù)據(jù)基礎，是能夠?qū)崟r獲取三維空間數(shù)據(jù)的重要手段，由此可以進一步開展三維空間數(shù)據(jù)的可視化操作，或者讓三維影像地圖得以制作出來。較之于傳統(tǒng)的二維數(shù)字地形圖，三維數(shù)字地形圖是一種使用更加簡便，應用更廣泛的矢量或線劃地形圖，它不受繪圖空間的局限，促使二維數(shù)字地形圖被三維的地理空間信息所取代，進而能夠從三維空間的角度對真實復雜的客觀世界進行理解和表達。
從現(xiàn)實層面來看，現(xiàn)實世界不僅有鱗次櫛比的地上高樓大廈，而且還有密如蛛網(wǎng)的低下管線，立體化呈現(xiàn)縱深發(fā)展趨勢，為了實現(xiàn)立體表達、精細管理和科學決策之目標，就迫切需要三維地理空間對這些“上天入地下?！钡默F(xiàn)代人類活動進行支撐。三維數(shù)字地形圖能夠使計算機存儲、運算、處理信息的能力和屏幕可視化表達的優(yōu)勢得到進一步發(fā)展，在具體操作上， 能夠通過人機交互方式來便捷地應用于查詢、瀏覽、分析立體地圖甚至動態(tài)地圖信息，并使操作者能夠更直觀、更豐富地對空間地理環(huán)境信息進行模擬再現(xiàn)，因此，在計算機三維可視化發(fā)展基礎上，用大比例尺針對小區(qū)域地理空間信息（例如：物體的空間立體結(jié)構(gòu)、形狀以及所處地形的高低起伏細節(jié)）進行形象、完整、直觀、精細地表達?？梢?，三維數(shù)字地形圖是實施獲取三維空間數(shù)據(jù)的一個有效方法。
1 三維數(shù)字地形圖的主要特征
其一，三維數(shù)字地形圖不僅能夠準確地將制圖區(qū)域內(nèi)地表中的微小的高低起伏狀態(tài)準確定位，而且還能對其地上物的空間立體形狀和結(jié)構(gòu)給予準確體現(xiàn)。
其二，三維數(shù)字地形圖的表達媒介將是電子形式或者數(shù)字形式取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)形式的模式。
其三，三維數(shù)字地形圖較之于三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS），兩者之間既有聯(lián)系，也有區(qū)別，具體而言，三維數(shù)字地形圖主要用于工程規(guī)劃和設計，主要關(guān)注的是實時獲取三維空間信息，并且涵蓋三維地形可視化以及地物的繪制等工作，從而使三維數(shù)字地形圖的可編輯、可操作功能得以實現(xiàn)，而三維地理信息系統(tǒng)則主要側(cè)重于實現(xiàn)三維地理信息的數(shù)據(jù)管理與分析的功能，側(cè)重于三維空間數(shù)據(jù)建模領(lǐng)域。
其四，三維數(shù)字地形圖通過對三維離散點采用矢量或者線劃地圖的形式來顯示地形以及其地上物的空間立體結(jié)構(gòu)，在反映地上物的平面位置以及垂直方向的高度時，比例尺一般為1：1。
其五，三維數(shù)字地形圖能夠?qū)臻g地理信息進行較為直觀、細致、精確、細致的反映。常用的三維數(shù)字地形圖比例尺為諸如 1：500、 1：1000和 1：2000的大比例尺。
2 三維空間數(shù)據(jù)的實時獲取技術(shù)
三維數(shù)字地形圖在對地形地物進行精細、直觀、形象、完整表現(xiàn)的同時，促使測繪技術(shù)面臨著更大的挑戰(zhàn)。因為三維空間數(shù)據(jù)對地理信息完整、精細的表達建立在大量和細致的數(shù)據(jù)采集基礎上，因此較之于二位數(shù)字地形圖，采樣點相對更加密集，這就決定了三維數(shù)字地形圖不但要對地物與地形的特征進行收集，而且還要涵蓋地物的高度。所以，下文將具體論述目前常用的三維數(shù)字地形圖空間數(shù)據(jù)。
2.1 基于點方式的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
1）傳統(tǒng)測量技術(shù)。
即使在測繪技術(shù)快速發(fā)展的今天，作為空間定位的基本手段之一的傳統(tǒng)測量技術(shù)仍然無法被其它手段取代。傳統(tǒng)測量技術(shù)主要包括全站儀測量技術(shù)、數(shù)字化水準儀技術(shù)、電子經(jīng)緯儀技術(shù)以及被稱之為“測量機器人”的全自動電子全站儀測量系統(tǒng)，特別是針對全站儀測量技術(shù)來說，它是比較理想的方式，在采集三維數(shù)字地形地圖方面，不僅可以直接獲取2D坐標數(shù)據(jù)（x，y），還能夠直接在自然表面上測量和獲得被測點的3D坐標數(shù)據(jù)（x，y，z）。此外，全站儀測量技術(shù)能夠針對高程數(shù)據(jù)z坐標值獲取高精度數(shù)據(jù)，因此適用于大比例尺、小范圍的要求高精度的三維數(shù)字地形圖。因此，全站儀定位測量技術(shù)至少包括如下優(yōu)勢：一是效率高，不同于傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方法，該項技術(shù)所采集的全部測量數(shù)據(jù)能夠自動傳輸?shù)接嬎銠C上，并自動成圖；二具有很好的經(jīng)濟效益，這項技術(shù)能夠自動化的實時的對3D坐標數(shù)據(jù)進行測量，所以在提高工作效率之時有效降低資源耗費；三具有較高的可靠性，因為要觀測每一條邊長，所以抵抗粗差的能力得到了明顯提高；四有較高的精度，全站儀適合用于大比例尺、小范圍的精度高的空間數(shù)據(jù)更新，因為它比同等級的三角鎖/網(wǎng)的點位精度提高；五是具有靈活的布點，這項技術(shù)區(qū)別于三角鎖/網(wǎng)要求具備有利的幾何圖形，所以在礦井、林區(qū)等復雜的情況下都能進行定位測量。
2）衛(wèi)星導航定位技術(shù)
衛(wèi)星定位與全站儀集成的技術(shù)會成為未來測量技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一， GPS（Global Positioning System）最初是由美國國防部研制開發(fā)的，能夠進行授時與導航定位功能，等距分布在6個軌道面上的高度約20200km的24顆衛(wèi)星構(gòu)成了它?，F(xiàn)今，正在運行的全球定位系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄羅斯的全球定位系統(tǒng)（GLONASS）和美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），前者因為經(jīng)濟上存在問題，所以沒有連續(xù)性的進行實時定位。此外，我國在2001-2002年期間成功研制了” 中國北斗衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)中國及周邊海域的區(qū)域定位導航功能。
在具體工作的實踐運行過程中，傳統(tǒng)控制測量工作的工作量和工作強度都很大，尤其是在地標不明顯以及不具備地面測量控制點的情況下，測量工作面臨著極大的困難， GPS定位的優(yōu)勢也就由此得到了體現(xiàn)，在沒有遮蔽的條件下實時定位速度快，抗干擾性能好，幾乎不受地形、地物、天氣的限制，能夠在不依靠地面控制點的狀態(tài)下開展工作，因此大大提高了傳統(tǒng)測量工作的效率。
GPS目前在我國已成為控制測量的主要手段，自GPS技術(shù)出現(xiàn)之時至今，國內(nèi)科研人員研制成功了差分GPS 技術(shù)，使GPS的定位精度得到進一步提高，應用領(lǐng)域也進一步被拓寬，同時也大大提高了原有GPS的精度。隨后又產(chǎn)生了實時動態(tài)測量技術(shù)（Real Time Kinematic，RTK），但由于該項技術(shù)受制于城市中衛(wèi)星信號接受不足以及高程異常等不利條件的限制，因此在獲取地物的高度值h時，還存在一些障礙，這也是今后需要進一步研究的地方。
3）激光測量技術(shù)
激光和電子技術(shù)的不斷進步，讓激光測量技術(shù)朝著動態(tài)性的實時跟蹤測量的方向邁進，并且逐步出現(xiàn)了三維立體量的測量。早在20世紀末，法國的MENSI公司和美國的CYRA公司將激光技術(shù)運用在了3D測量領(lǐng)域中。借助于高速激光掃描測量的手段，激光測量技術(shù)高分辨率、大面積地被測空間對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)（x ，y，z）進行迅速獲取，從而促使物體的三維模型能夠迅速構(gòu)成。由此可見，激光測量技術(shù)具有以下優(yōu)勢：一是實時性：激光測量技術(shù)不用考慮空間與時間的因素，借助于自身發(fā)射的光對相關(guān)的空間信息進行真實的獲取；二是穿透性：激光掃描技術(shù)能夠在一瞬間在某區(qū)域內(nèi)能夠獲取大量的、能夠反映目標地物不同層面采樣信息的采樣點；三是高密集性，借助于對地物目標進行直接掃描的手段，激光掃描技術(shù)能夠得到空間信息的基本特征，能夠得到點距很小的采樣點，因此密集程度高；四是不需接觸：激光測量技術(shù)可以在不用接觸被測量的對象的情況下，獲取所需要的空間數(shù)據(jù)信息，因此可以為具有危險性的測量區(qū)域的數(shù)據(jù)采集工作提供了方便；五是迅速性：激光測量技術(shù)可以在更大的程度上采集目標空間的數(shù)據(jù)，然后迅速獲取地物目標空間的立體結(jié)構(gòu)。
從實際應用層面來看，機載激光測量技術(shù)在目前是一項新興的應用技術(shù)，具體而言，這項技術(shù)是繼航空攝影測量之后又一項新的先進的對地觀測技術(shù)，廣泛地應用于地球科學領(lǐng)域。從構(gòu)成要件的角度來看，該技術(shù)有三大核心系統(tǒng)，一是GPS全球定位系統(tǒng)，二是激光測距儀，三是慣性導航系統(tǒng)（INS），這就決定了該項技術(shù)在獲取地面及附屬物的數(shù)字影像數(shù)據(jù)以及三維坐標方面能體現(xiàn)出可準確、快速、高效的優(yōu)勢，尤其是在測量地形復雜多樣，或地面被被森林大面積覆蓋、或因地理條件惡劣二導致人力不能及的特殊地區(qū)，技術(shù)優(yōu)勢能夠體現(xiàn)得更加明顯。
2.2 面狀方式獲取技術(shù)
1）遙感技術(shù)
作為一門現(xiàn)代科學技術(shù)，遙感（Remote Sensing）利用紅外、可見光、微波以及干涉雷達等電磁波探測儀器，從外層空間和遠距離高空的多種平臺上借助于掃描、信息傳輸、攝影以及信息處理等各項工作流程，對地面物體的形狀、所處環(huán)境、位置和大小等信息進行獲取，并由此進行后續(xù)研究。
遙感技術(shù)一致被得到廣泛應用。從實際層面來看，例如，土地荒漠化的不斷演進是全球共同面對的一個重大環(huán)境問題，這一生態(tài)換進的不斷惡化趨勢同樣也對我國造成了很大的威脅，因此，土地荒漠化檢測的重要性也就不言而喻。對土地荒漠化的發(fā)生和發(fā)展情況予以及時和準確地掌握無疑是有效防止和治理土地荒漠化的首要條件，在這一領(lǐng)域，遙感技術(shù)的眾多優(yōu)點也就得到了充分的體現(xiàn)，一是信息監(jiān)測覆蓋面廣，二是能夠?qū)Ρ粰z測目標快速獲取有效信息，三是信息獲取量大，并且，遙感技術(shù)能夠在具體工作過程中環(huán)節(jié)人力物力不足等限制因素，因此，在過去的很長一段時間內(nèi)，遙感技術(shù)一直被視為監(jiān)測土地荒漠化動態(tài)演變的重要甚至不可替代的技術(shù)手段。
從發(fā)展現(xiàn)狀分析來看，多分辨率、多波段、多時相以及多種傳感器相融合成為遙感技術(shù)發(fā)展的方向，例如，遙感技術(shù)能夠和GIS、GPS集成，并由此形成多信息量、高精度的對地觀測系統(tǒng)。值得注意的是，因為受到分辨率和精度等的影響，在三維模型的構(gòu)建之時，遙感技術(shù)對大地測量的數(shù)據(jù)信息具有恒強的依賴性，這就決定了遙感技術(shù)適用于對較大場景、較大區(qū)域以及精度要求相對不高的地區(qū)開展測量工作。
2）攝影測量技術(shù)
攝影測量技術(shù)是借助于其他傳感器或者光學攝影機，采集被測物體的數(shù)據(jù)信息，并且對所采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理，以獲得被攝物體的形狀、空間位置、各因素之間的相互關(guān)系以及大小等合理的信息。攝影測量技術(shù)可按照如下指標進行分類：一是距離指標，包括地面攝影測量技術(shù)、近景攝影測量技術(shù)，顯微攝影測量技術(shù)、航天攝影測量技術(shù)以及航空攝影測量技術(shù)；二是技術(shù)方法指標，包括采用光學和機械方法的模擬攝影測量技術(shù)、根據(jù)被測物像點與相應地面點之間的數(shù)學關(guān)系的剖解數(shù)字攝影測量技術(shù)、攝影測量技術(shù)。特別是數(shù)字攝影測量技術(shù)，能夠基于計算機對被攝對象的形狀、大小、空間位置及其之間相互關(guān)系進行高效率、高質(zhì)量地測量。從目前來看，數(shù)字攝影測量技術(shù)能夠開展空中三角測量、自動正射影像圖制、自動定向以及自動數(shù)字地面模型生成（輔以交互式編輯）等一系列工作，因此是目前應用較為廣泛的一種舌音測量技術(shù)。
從實際應用層面來看，水下攝影測量技術(shù)是舌音測量技術(shù)在空間范圍維度的進一步拓展，該技術(shù)是近景攝影測量中一種特殊的測量技術(shù)，即被測量物體存在于水中、也能夠像該物體存在于空氣中一樣，通過相對便捷地拍攝到所需的圖像來精確定位水下被攝目標的幾何特性，從而以此對被測物展開進一步研究。因此，海洋工程、水生物研究、水深測量以及海底測圖等相關(guān)測量工作中，都能夠發(fā)揮水下攝影測量技術(shù)的重要功能。、
3）多傳感器集成技術(shù)
前文所述的攝影測量技術(shù)以及遙感技術(shù)有很多的優(yōu)勢，但在三維空間數(shù)據(jù)的更新與采集方面仍然有很多亟待解決的問題。詳細一點來講，比如，遙感技術(shù)盡管可以獲取所提供的目標物的空間數(shù)據(jù)，但缺少空間立體信息，側(cè)重于對目標物頂面信息的采集；再如，盡管激光掃描儀LRS可以運用三維手段描述得到的數(shù)據(jù)，可是在拓撲關(guān)系以及目標物的空間信息方面存在一定難度；又如，地面攝影測量僅僅側(cè)重于提供目標地物的立體造型?？梢姡绻焉鲜霾煌姆椒ㄟM行整合，將會在更大的程度上提高技術(shù)水平，所以，在采集多元數(shù)據(jù)之時，可以運用多傳感器集成技術(shù)，并且運用融合手段，建立三維模型，這可以成為現(xiàn)在乃至未來研究的重要課題。
既然多傳感器集成技術(shù)在采集三維空間數(shù)據(jù)時，可以借助于多種傳感器，這就表明不同的傳感器可以組合成多樣的多傳感器集成空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于此，本文對多傳感器集成體統(tǒng)進行如下三個層面的分類：一是機載激光掃描系統(tǒng)：這項系統(tǒng)借助于激光測量技術(shù)，對目標物的三維坐標（x，y，z）以及數(shù)字地面模型DTM進行高分辨率和高精度的測量，結(jié)合目標地物的光學成像結(jié)構(gòu)，并進一步獲取地表目標物的垂直結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而顯著提高對目標物的識別水平；二是地面車載測量系統(tǒng)：該系統(tǒng)一般由車輛等移動載體、車載計算機、多傳感器以及數(shù)據(jù)采集軟件構(gòu)成，是一種多傳感器集成的數(shù)字成圖系統(tǒng)；三是星載測圖系統(tǒng)：星載多傳感器集成具有大范圍、大比例、高效率優(yōu)勢，該系統(tǒng)由此已成為研究焦點。
2.3圖像掃描數(shù)字化技術(shù)
由于現(xiàn)有的紙質(zhì)地圖對地形表達的手段是圖解形式，因此無法被計算機接受和解析，而將現(xiàn)有地形圖用數(shù)字化儀表達，則其負載的大量信息能夠被轉(zhuǎn)換成能夠被計算機處理和接受的數(shù)字信息。在這一技術(shù)前提下，能夠檢測出地形圖中包含的非常重要的數(shù)據(jù)信息，其一，含有諸如高程點、等高線等3D空間數(shù)據(jù)所需要的幾何信息，二是含有地理目標的平面、高度或?qū)訑?shù)等不同緯度的坐標數(shù)值，三是含有被測物目標的名稱、用途、結(jié)構(gòu)等屬性信息。
對地圖數(shù)字化的坐標數(shù)據(jù)精度的影響，主要來自于三個層面，一是掃描儀的分辨率高低，二是掃描過程的規(guī)范性程度，三是地圖中數(shù)據(jù)源本身的精度以及控制點的精度，上述三個因素自然成為了圖像掃描數(shù)字化技術(shù)的約束條件，因此，該盡管能夠?qū)Ρ粶y物的高度獲得概略性信息，但在高度準確測量方面卻有著較大的困難，因此借助于這種手段無法對三維數(shù)字地形圖獲得較高的精度。所以，測繪機構(gòu)常用的手段就是運用AutCAD 軟件對地形圖數(shù)據(jù)開發(fā)和管理，這也是值得在今后繼續(xù)深入研究之處。
3 結(jié)論
較之于側(cè)重于三維空間數(shù)據(jù)建模的三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS），三維數(shù)字地形圖側(cè)重于對三維空間信息的實時獲取以及對三維地形的繪制和可視化表達，由于這項技術(shù)還比較新穎，現(xiàn)在還在研究的初期階段。本文對三維數(shù)字地形圖獲得三維空間數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)進行了探討，實際上，今后還有必要針對集成匹配優(yōu)化技術(shù)和地物地形的繪制技術(shù)等方面，對三維數(shù)字地形圖進行更加全面的研究。
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第4篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
隨著科技的不斷發(fā)展，算法技術(shù)作為一種全新的技術(shù)，已經(jīng)越來越多被設計行業(yè)所利用，其本質(zhì)是從技術(shù)層面衍生出來的一種思維方式。不但能夠使用該技術(shù)進行科研、制造，同樣在現(xiàn)代首飾的設計中可以被應用。以科技代替原有思維的局限性，以科學手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)手段的不足，將這種技術(shù)引用到現(xiàn)代首飾的創(chuàng)作中是具有一定必然性的，它的參與不但可以輔助設計而且可以更高效地運用設計，使現(xiàn)代首飾藝術(shù)具有當代社會特質(zhì)。
關(guān)鍵詞：
算法技術(shù) 現(xiàn)代首飾設計 計算機輔助設計
一、算法技術(shù)的概念
基于“非線性科學”的算法技術(shù)在一定程度上深受現(xiàn)代主義哲學思想的影響，其設計思想能充分呈顯出自組織性、動態(tài)性以及不規(guī)則性等特質(zhì)。實際上，在設計領(lǐng)域中，算法技術(shù)將會在未來設計中得到廣泛的推廣與應用。
在時下流行的參數(shù)化設計中，算法技術(shù)是其重要組成部分，如下式為參數(shù)化設計的簡單表達式：A=F（X1，X2，……，Xn）。其中A是生成的最終模型；X為影響模型形態(tài)生成的參數(shù)，它是一個具體的參數(shù)數(shù)值，可以是一些直接可測量的參數(shù)，如曲率、重量等，也可以是某些抽象參數(shù)，如理念等；而F則稱為算法（algorithm），是模型生成的規(guī)則。由此可見，參數(shù)化的設計重點無非就是兩要素：算法與參數(shù)，參數(shù)化設計是由設計者確定方法與規(guī)則，然后由計算機通過計算取得最終的模型結(jié)果。
算法技術(shù)設計通過設計者設定相應的算法邏輯，然后確定相應的量化參數(shù)，通過計算機軟件得到難以量化的多元結(jié)果，這就意味著生成的結(jié)果會大大超出人們思維的想象，所以這使得首飾設計師獲得了巨大的創(chuàng)作空間，只要在多種結(jié)果中，選擇其一進而深化設計，就可設計出有高度復雜性的作品。通過這樣的設計策略，可以使設計實現(xiàn)形式多樣性的探索，與以往的由平面到立面或者從剖面到透視的設計思路會有很大差別，其作品一改傳統(tǒng)設計中的比例、尺度等概念，也與現(xiàn)代主義中的“盒子”式設計原型有所區(qū)別開來，所以這種創(chuàng)作彰顯了涌現(xiàn)性、系統(tǒng)性、復雜性三大特征。算法技術(shù)設計可以使原本的設計工作獲得更加值得深入的研究，符合藝術(shù)院校側(cè)重于培養(yǎng)學生創(chuàng)意想象空間和獨特審美需求的教學宗旨，為高等藝術(shù)院校設計行業(yè)教學改革工作做出積極的推動作用。
二、算法技術(shù)設計的優(yōu)勢
1.高效地生成多種選擇方案
算法技術(shù)可以自由生成多組設計方案，而且這些方案主要是由于構(gòu)思的角度不同、形體操作不同而形成的，這些方案從概念設計到最后完成都能平行發(fā)展。如建筑領(lǐng)域，美國某建筑事物所就Bishopgate大廈設計提出了幾百個方案供相關(guān)人員選取，在方案的深入過程中，通過軟件評估測試不斷地對方案加以否定和優(yōu)化，最后就有了如下的“尖塔”塔樓（詳見下圖1）。
2.快速及時的方案調(diào)整適應各種需求
算法技術(shù)一改以往線性設計無法逆轉(zhuǎn)的流程。在整個設計工作過程中，即使修改最開始的參數(shù)，只要算法依舊采用，設計結(jié)果自動跟隨調(diào)整，甚至還可通過細部設計表現(xiàn)出來，而整個過程所耗費的時間并不多。在首飾設計行業(yè)中，利用算法技術(shù)可以將設計師的工作重心轉(zhuǎn)移到探索和總結(jié)作品的邏輯算法，算法可以形象地比喻成首飾的DNA，然后將大量的計算、模型生成工作交給計算機。最終在生成的不同結(jié)果中，選取造型及結(jié)構(gòu)符合設計師設計理念的結(jié)果進行深入優(yōu)化和完善。
3.實現(xiàn)復雜的形態(tài)需求
首先，算法技術(shù)能夠挖掘出設計師的創(chuàng)造潛力，給予設計師更加豐富的想象空間，尤其是立體結(jié)構(gòu)以及細節(jié)推敲方面都發(fā)揮有重要作用；其次，作品的風格及紋理等除了滿足工業(yè)創(chuàng)造的條件，還富有獨特的美感，符合當代審美對多元化的需求，如美國設計工作室“神經(jīng)系統(tǒng)”（Nervous System）在設計眾多優(yōu)秀創(chuàng)意首飾之后，又通過算法與3D打印技術(shù)，創(chuàng)造出了塑料制造的衣服（參見圖2），借助算法技術(shù)能夠進一步分離模具，分成若干三角片，中間由鉸鏈連結(jié)。設計師能夠自由控制三角片的規(guī)模、個數(shù)以及位置，且可以預先觀賞改變之后的效果。
4.優(yōu)化設計使其達到最高效
就定量計算分析方面而言，與人工操作速度相比，計算機的速度更快且工作更加精準化。在計算機調(diào)整方案或者自動生成方案時，生成的模型結(jié)果不僅高效，而且更容易符合設計者的預期目標。
5.高效共享設計信息
由于計算機是輔助算法設計全部工作的完成者，因此，不僅設計師之間可以在首飾設計的各個環(huán)節(jié)中不斷根據(jù)最新的想法隨時對模型進行修改，在進行最后的3D打印或者鑄造的環(huán)節(jié)中也可以借助于互聯(lián)網(wǎng)和制造商共享模型，共同優(yōu)化設計細節(jié)，并對其中的結(jié)構(gòu)關(guān)系進行完善，降低反復修改工作的幾率，及時進行交流與反饋，在最大程度上提升設計工作的效率。
三、算法技術(shù)得以應用的背景
在早期的首飾設計過程中，計算機對首飾的設計工作并沒有發(fā)揮太大的幫助。那個時期，計算機價格昂貴并且操作麻煩設計師的很多工作不能在計算機上完成，計算機僅僅代表了新可能、新方向。在計算機技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計算機功能不斷完善，而且價格也在不斷降低，產(chǎn)品化的個人電腦在全球得以普及專為不同設計領(lǐng)域而開發(fā)的軟件不斷出現(xiàn)，這促使計算機成為首飾設計師的理想工具。其不僅在傳統(tǒng)方式的起版建模中起到重要幫助，算法技術(shù)的應用同時也給首飾設計師提供了一個完全不同的、新的思維方式。“從現(xiàn)代社會來看，信息化社會不斷在發(fā)展，計算機不僅可以輔助設計師進行設計工作，而且已經(jīng)成為設計師無法逃脫的生活方式，因為計算機已經(jīng)深深地影響了人類的社會文明，計算機不再是只影響設計師的工作，而是對設計師的思想和認識上有巨大影響?！?/p>
上世紀七十年代以后，科學研究的對象逐步轉(zhuǎn)變成不規(guī)則、無序、非線性、不可邏輯分析、非平衡態(tài)、不確定的對象。此外還生產(chǎn)了新的學科――拓撲學、分形幾何學等，用于分析復雜系統(tǒng)。很多設計師開始轉(zhuǎn)變設計思維，讓作品更具創(chuàng)造力，能直接體會到的就是許多復雜形體結(jié)構(gòu)的作品出現(xiàn)在我們的視野中。
復雜的形體結(jié)構(gòu)不能借助傳統(tǒng)幾何詞匯進行表達，也不能將其簡化與分離。在造型設計中“折疊”、“分離”等拓撲學中的詞匯被運用得越來越廣泛，隨之而來的大量造型復雜的首飾作品呈現(xiàn)在我們面前。
作為復雜形體的理論依據(jù)，分形幾何學可謂是一門新興的數(shù)學分支，多用在闡釋自然界中好似復雜無規(guī)則的現(xiàn)象。分形幾何學的種種規(guī)則逐步被發(fā)掘，這無疑會直接影響到先鋒設計師們的造型創(chuàng)作。如今，人類愈發(fā)追求真實的、天然的事物，伴隨著后現(xiàn)代時期推崇仿生、自然、解構(gòu)等設計思想的產(chǎn)生，分形幾何學的成果被運用到設計中去已成大勢所趨，成為算法設計的關(guān)鍵理論源頭。它們形成的兩門學科――拓撲學與分形幾何學，這兩門學科與算法技術(shù)聯(lián)系緊密，在很大程度上幫助了設計師進行創(chuàng)造，提高了創(chuàng)造的效率，改進了設計效果。
四、算法技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景
現(xiàn)如今，現(xiàn)代首飾設計的方法與手段已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的設計方式。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，首飾的設計理念及制作方式也與時俱進。新時期的現(xiàn)代首飾，應該在科學、技術(shù)和藝術(shù)這三個方面做到和諧統(tǒng)一。設計師可以把科學和技術(shù)作為新時期下的創(chuàng)作工具來尋求更加豐富的表達手段。
就目前國內(nèi)首飾設計行業(yè)而言，僅僅通過計算機將建模作為批量化生產(chǎn)的一種快速打板成型手段。對于前期的設計，往往仍是停留在紙面二維空間內(nèi)，因此首飾很難在空間關(guān)系以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)上做出精彩的內(nèi)容，所以現(xiàn)代首飾設計方法的創(chuàng)新便顯得尤為重要。國內(nèi)算法技術(shù)的主要應用領(lǐng)域仍是建筑行業(yè)，隨著鳥巢、水立方、銀河SOHO等利用算法技術(shù)設計的建筑不斷地走入人們的視線。大眾對于這種非線性結(jié)構(gòu)的品味也在逐步提高。算法技術(shù)在現(xiàn)代首飾設計中的應用，目前行業(yè)內(nèi)仍處于試驗階段，仍有相當長的一段路要走。僅有部分建筑從業(yè)者的跨界首飾作品問世，但無論從形式到創(chuàng)意都受建筑作品很深的影響，往往忽略了首飾自身的屬性與美感（參見圖3）。也有個別首飾業(yè)內(nèi)設計師利用算法軟件進行設計制作的案例，但設計理念仍局限于傳統(tǒng)首飾設計方式的思維模式，僅僅是為了追求造型上的標新立異，其設計理念與流程同算法技術(shù)的思維方式大相徑庭。因此算法技術(shù)在首飾設計行業(yè)內(nèi)的研究與推廣具有相當?shù)囊饬x。
對于現(xiàn)代首飾設計而言，基于傳統(tǒng)設計方法的創(chuàng)新顯得十分重要。算法技術(shù)作為新的技術(shù)手段成為首飾設計師的輔助工具，它的參與對于現(xiàn)代首飾的設計與制作而言都是積極而正面的。現(xiàn)代首飾的設計與制作也不應局限于在工作臺上敲敲打打，作為一名首飾藝術(shù)家或是首飾設計師應思考如何充分利用當下的科學技術(shù)手段來不斷完善自己的表現(xiàn)手段。
第5篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
【關(guān)鍵詞】：計算機；圖形圖像；處理技術(shù)
中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：A 文章編號：
一、前言
計算機圖形圖像處理技術(shù)包括圖像處理二維制作技術(shù)和圖形處理三維制作技術(shù)兩個大方面。圖形處理是利用三維制作技術(shù)造出各種物體，然后為它設計動作，它的整個制作過程都是在計算機上完成的。圖像處理是對已生成好的圖像的處理。
二、計算機圖形圖像處理的基本概念
1.概念
計算機圖形圖像處理是指把由概念或數(shù)學描述所表示物體的幾何數(shù)據(jù)或幾何模型，用計算機進行顯示、存儲、修改、完善及進行圖形處理的操作過程。
2.主要內(nèi)容
圖形圖像處理包括的主要內(nèi)容：(1)圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強、圖像復原、圖像分割和圖像分析等；(2)幾何變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視和投影等；(3)建模或造型設計；(4)隱線、隱面消除，明暗處理等；(5)曲線和曲面擬合(6)色彩設計。各種圖形圖像處理軟件也是以這兩種技術(shù)為基礎，利用圖形圖像處理技術(shù)改造、創(chuàng)造圖形、圖像的整個過程都是在計算機上進行。例如把一個蘋果漸變成球體，同時材質(zhì)也會跟著變化。兩個物體都是在計算機上制作出來的。另外對已生成好的圖像的作圖像技術(shù)處理，俗稱“變臉”。比如把小孩臉變成大人臉，是先將拍攝好的照片輸入到計算機系統(tǒng)，然后應用計算機的二維處理軟件將所輸入圖像進行漸變即可[1]。
3.圖形與圖像的區(qū)別與聯(lián)系
(一)數(shù)據(jù)來源不同：圖像數(shù)據(jù)來自客觀世界；圖形數(shù)據(jù)來自主觀世界。
(二)處理方法不同：圖像處理方法包括幾何修正、圖像變換、圖像增強、圖像分割、圖像理解、圖像識別等；圖形處理方法包括幾何變換、開窗和裁剪、隱藏線和隱藏面消除、曲線和曲面擬合、明暗處理、紋理產(chǎn)生等。
(三)理論基礎不同：圖像處理主要用到數(shù)字信號處理、概率與統(tǒng)計、模糊數(shù)學等理論；計算機圖形學主要用到仿射與透視變換、樣條幾何、計算幾何、分形等理論。
(四)用途不同：圖像處理主要用于遙感、醫(yī)學、工業(yè)、航天航空、軍事等。計算機圖形學主要用于CAD/CAM/CAE/CAI 計算機藝術(shù)、計算機模擬、計算機動畫等[2]。
在實際應用中，圖形、圖像技術(shù)又是相互關(guān)聯(lián)的。把圖形、圖像處理技術(shù)相結(jié)合，可以使視覺效果和質(zhì)量更加完善，更加精美。目前許多廣告、片頭都是把兩種處理技術(shù)結(jié)合起來使用，以取得相當完美，逼真、生動的效果。例如1994年榮獲奧斯卡最佳特技效果獎的《侏羅紀公園》是一個最典型的范例。影片中的恐龍是真實生活中所不存在的，它是由三維制作技術(shù)造出模型，設計它的各種動作；影片中的人是用電影手法拍攝的，兩部分的圖像生成之后，由二維處理技術(shù)把兩者進行合成，就產(chǎn)生了人與恐龍共生的場面。它充分運用了計算機圖形、圖像處理技術(shù)和各種電影手法，是一都精彩的科幻影片。
三、 運行環(huán)境
1.軟硬件配置
硬件配置基本上可分為兩大類，工作站和微型機。軟件配置：工作站的軟件包括TDI和Alias，它們都是工作站上的專門圖形制作軟件，功能上各有所不同 ；微型機上的軟件包括3D Studio MAX(簡稱3DS)的各種版本，Photoshop，Winmorph等，3D Studio MAX是微型機上所使用的圖形制作軟件，目前已在我國廣泛應用。Photoshop是一個專門處理圖像的專業(yè)軟件。Winmorph是一個二維圖像處理軟件，功能是把一幅圖像變成為另一幅圖像[3]。
2．功能比較
工作站無論從CPU 的速度，內(nèi)存容量和圖形顯示等方面都具有下列微型機無法比擬的優(yōu)越性：
(一)工作站所生成的圖像質(zhì)感(指運用不同的表現(xiàn)手段，表現(xiàn)出各種不同物體所具有的特質(zhì))優(yōu)于微型機，這是因為兩種系統(tǒng)對于圖像處理的計算方法和計算參數(shù)的數(shù)量上有很大不同。TDI全稱Transport Driver Interface，它指的是WindowsNT操作系統(tǒng)中各種運輸層協(xié)議（如SPX、TCP等）與接收軟件（或重定向軟件接口）之間的接口層。對于圖像的每一像素點，TDI采用了每一像素點又細分成許多小塊分別計算顏色的方法，因此一幅720*576的標準圖像，工作站的計算量遠超過微型機。圖像的總體質(zhì)感要比微型機好。
(二)從造型方面來看，3DS沒有曲面造型功能，對于一些復雜的曲線曲面來講，這就不太方便了。而TDI提供了強大的曲線曲面造型功能。
(三)從用戶界面來看，用過3DS的制作者都會感到物體上材質(zhì)是比較困難的，你必須在一個模型上調(diào)好材質(zhì)，然而材質(zhì)在物體上的效果是看不到的，只有在圖像生成之后才能看到真正的效果。而在TDI中的IPR模塊提供了直接在最后的圖像上調(diào)物體和光源材質(zhì)的方法，因而具有最快的視覺反饋，所得到的結(jié)果與最終的生成效果是一樣的。
(四)3DS與TDI對自然世界物體的仿真效果相比，3DS缺乏一些真實感。比如對于生成植物的處理，3DS只是對真實事物的模擬。而TDI中的AMAP吸收了植物學家對自然界中植物的研究成果，通過計算機把它表現(xiàn)出來，因此由它所生成的植物與自然界中的植物的拓撲結(jié)構(gòu)完全相同，因而TDI的仿真效果相當好，且真實生動。
3DS與TDI的區(qū)別內(nèi)容甚多，就不一一列舉了。盡管TDI的制作效果比3DS要好一些，但是3DS在我國還是相當流行的，這主要是因為3DS所要求的硬件基本配置是80386以及完全兼容的個人電腦。一個數(shù)字浮點運算器、4MB存儲器、20MB硬盤、VGA顯示器及顯示接口卡、DOS3．3以上的操作系統(tǒng)等，這對于微型機比較普遍的今天是容易實現(xiàn)的。而且一些好的3DS作品可以達到以假亂真的效果。同時我們也可利用網(wǎng)絡技術(shù)，在工作站和微型機之間建網(wǎng)，以充分發(fā)揮兩種資源的優(yōu)越性。
四、Photoshop功能簡介
對于大部分人來說，最熟悉的計算機圖像處理軟件就是Photoshop了，Photoshop的應用領(lǐng)域很廣泛的，在圖像處理、視頻、出版各方面都有涉及。因此筆者在此特別介紹Photoshop的基本情況。Photoshop是Adobe公司開發(fā)的一個跨平臺的平面圖像處理軟件。PS的專長用于圖像處理，而不是圖形創(chuàng)作。圖像處理是對已有的位圖圖像進行編輯加工處理以及運用一些特殊效果，其重點在于對圖像的處理加工。從功能上看，該軟件可分為圖像編輯、圖像合成、校色調(diào)色及特效制作部分等。
圖像編輯是圖像處理的基礎，可以對圖像做各種變換如放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、傾斜、鏡像、透視等。也可進行復制、去除斑點、修補、修飾圖像的殘損等。這在婚紗攝影、人像處理制作中有非常大的用場，去除人像上不滿意的部分，進行美化加工，得到讓人非常滿意的效果。
圖像合成則是將幾幅圖像通過圖層操作、工具應用合成完整的、傳達明確意義的圖像，這是美術(shù)設計的必經(jīng)之路；該軟件提供的繪圖工具讓外來圖像與創(chuàng)意很好的融合，使圖像天衣無縫的合成變?yōu)榭赡堋?/p>
校色調(diào)色是該軟件中深具威力的功能之一，可方便快捷的對圖像的顏色進行明暗、色偏的調(diào)整和校正，也可在不同顏色進行切換以滿足圖像在不同領(lǐng)域如網(wǎng)頁設計、印刷、多媒體等方面應用。
特效制作在該軟件中主要由濾鏡、通道及工具綜合應用完成。包括圖像的特效創(chuàng)意和特效字的制作，如油畫、浮雕、石膏畫、素描等常用的傳統(tǒng)美術(shù)技巧都可藉由該軟件特效完成。而各種特效字的制作更是很多美術(shù)設計師熱衷于該軟件的研究的原因。
而Photoshop的具體功能更是涉及到我們生活的方方面面，主要有：專業(yè)測評、平面設計、修復照片、廣告攝影、包裝設計、插畫設計、影像創(chuàng)意、藝術(shù)文字、網(wǎng)頁制作、后期修飾、繪畫、視覺創(chuàng)意等等。
五、計算機圖形圖像處理技術(shù)的應用領(lǐng)域
圖形圖像處理技術(shù)正以意想不到的方式和速度滲透到我們生活的各個領(lǐng)域。在生產(chǎn)活動中，主要的應用領(lǐng)域有計算機輔助制造CAM、計算機輔助沒計CAD、計算可視化、計算機輔助教育CAI、計算機動畫、虛擬現(xiàn)實和計算機藝術(shù)設計、計算機模擬等。其中最常用到的領(lǐng)域是CAD輔助設計，而CAD和CAM是計算機圖形學在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應用最為廣泛的工具。
計算機圖形處理技術(shù)被設計師們廣泛的應用于室內(nèi)建筑設計、工程施工圖紙的設計、機械設備的設計。其中，幾乎所有的飛機、輪船、動車、汽車的外形設計都涉及圖形的處理。在電子工業(yè)的設計領(lǐng)域中，計算機圖形圖像技術(shù)被更大規(guī)模的運用到集成電路、電子線路、印刷電路板以及網(wǎng)絡分析等方面，發(fā)揮的優(yōu)勢十分明顯。
六、結(jié)束語
計算機圖像處理技術(shù)與國民經(jīng)濟發(fā)展有著密切的關(guān)系，在這一領(lǐng)域我們要力爭趕上直至超過發(fā)達國家，在計算機圖像處理技術(shù)的研發(fā)方面，必須隨時掌握國際動態(tài)，才能把握好方向。
參考文獻
[1] 王應榮.計算機圖形圖像處理技術(shù).天律理工學院學報.2005,11(3).
第6篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
近年來， 全球熱火朝天的創(chuàng)客運動和經(jīng)久不衰的學習科學研究， 在教育領(lǐng)域制造了一波又一波的熱點話題，成為教師、教學研究者和教育管理者關(guān)注的重點。創(chuàng)客活動不僅僅是創(chuàng)造本身，也是和創(chuàng)造活動有關(guān)的所有因素： 從好奇心的激發(fā)到初步調(diào)查和動手搗鼓， 到制定計劃和仔細研究， 到借鑒其他項目，到反復嘗試甚至失敗，到制作出原型，到獲取反饋，再到反復改善直到成為更好的物品。所有上述活動在很大程度上都和教育、學習密切相關(guān)，因此，建構(gòu)可持續(xù)發(fā)展的校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)， 以呼應并促進創(chuàng)客運動在校園中的發(fā)展尤為重要。國內(nèi)外現(xiàn)有文獻研究表明， 通過基于創(chuàng)客活動的學習體驗，使學生得到了創(chuàng)造和實現(xiàn)創(chuàng)意的機會，增強了自信，培養(yǎng)了創(chuàng)造性，激發(fā)了對科學、技術(shù)、工程、數(shù)學、藝術(shù)等學科以及學習自身的興趣。并且，校園創(chuàng)客活動也促進了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐和雙創(chuàng)時代創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系的設計開發(fā)， 為培養(yǎng)未來新經(jīng)濟和多樣化工作環(huán)境下的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才， 從理念和能力發(fā)展上打下了基礎。因此，有必要在創(chuàng)客運動深入發(fā)展的大環(huán)境下，對校園創(chuàng)客教育進行探索。
二、創(chuàng)客教育的演進過程和在全球的發(fā)展
一般認為，創(chuàng)客教育是對基于設計、電子電路技術(shù)、傳統(tǒng)手工和桌面制造系統(tǒng)的獨特結(jié)合而開展的針對性創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學。姜強和趙蔚認為，創(chuàng)客教育是指培養(yǎng)學生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)所需的知識、能力和視野等方面的教育。祝智庭和孫妍妍通過對中外相關(guān)文獻的綜述和分析，總結(jié)了創(chuàng)客教育的內(nèi)涵，對創(chuàng)客教育在我國的現(xiàn)狀和發(fā)展方向進行了深層次解讀，并把創(chuàng)客教育界定為信息技術(shù)使能的創(chuàng)新教育。其實，自從人類開始制造工具以來，通過制造或?qū)嵺`進行學習一直是人類學習、發(fā)展的主要手段，創(chuàng)造或制造是讓學生的思考或使思想呈現(xiàn)在人們眼前， 在此意義上，創(chuàng)客活動成為紀錄學生在創(chuàng)造或制造物品時的思考或思想的方式。正如有學者指出，創(chuàng)客教育有助于培養(yǎng)學生的批判思維、設計思維、計算思維和可視化表達能力。
繼2014 年6 月白宮首次舉行創(chuàng)客大會，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布在全國范圍內(nèi)倡導并實施創(chuàng)客教育行動后，并于2014 年12 月正式成立創(chuàng)客學校高等教育聯(lián)盟，了美國高等教育機構(gòu)第一份《全國創(chuàng)客教育現(xiàn)狀》報告。報告以全美40 家高等教育機構(gòu)創(chuàng)客實踐為基礎，采用景觀分析法，介紹了大學里的創(chuàng)客教育現(xiàn)狀以及大學對校園創(chuàng)客文化的深層次思考和具體支持措施， 并重點描述了美國高等教育機構(gòu)進行創(chuàng)客教育的方法、創(chuàng)客活動參與度和支持創(chuàng)客教育的校園資源， 成立了聯(lián)盟網(wǎng)站MakeSchools.org 作為開放式平臺，匯聚、分享并探討高等教育機構(gòu)創(chuàng)客活動的結(jié)果、資源和最佳實踐。
目前，除蓬勃發(fā)展的中小學創(chuàng)客活動外，全美各地成百上千家高等教育機構(gòu)也紛紛擎起創(chuàng)客運動的大旗，倡導創(chuàng)客精神，建立創(chuàng)客空間，提供創(chuàng)客活動所需工具、課程、項目和指導老師，以鼓勵學生參與創(chuàng)客活動。同時，這些高等教育機構(gòu)也支持教師對創(chuàng)客活動進行研究和實踐，并在學校、當?shù)厣鐓^(qū)和全國性機構(gòu)之間建立聯(lián)系以創(chuàng)建創(chuàng)客生態(tài)體系。在創(chuàng)客教育研究與推廣方面， 近年來發(fā)展迅速的教育技術(shù)信息公司EdSurge，在延續(xù)其對慕課和學習管理系統(tǒng)的重點關(guān)注和報道外， 了大量針對創(chuàng)客和DIY 學習的文章和報告。
在各高校紛紛建設校園創(chuàng)客空間， 開展校園創(chuàng)客活動，探索實施創(chuàng)客教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的同時，全國各地中小學也順勢而為， 利用信息技術(shù)課堂和第二課堂開展活動。比如，針對中小學生學習特點和興趣愛好，展開了3D 打印、開源軟件程序設計應用、機器人搭建及競賽、拼搭模塊的創(chuàng)意搭建、科學DV、創(chuàng)意七巧等課程，讓學生通過觀察、實驗、探究、游戲等形式多樣的創(chuàng)客教育。在中小學創(chuàng)客教育走在前列的溫州市實驗中學，專門為熱愛編程、熱衷創(chuàng)新、樂于交流的學生建設了創(chuàng)客空間， 并開設了創(chuàng)客教育課程和午間開放創(chuàng)客主題活動。
可見，在全球創(chuàng)客運動和大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新國家戰(zhàn)略推動下， 創(chuàng)客教育正日益成為推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、教育變革和社會發(fā)展的驅(qū)動力，這為各級各類學校和全社會培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才提供了新的選擇。
三、校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素
隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算、設計媒體等新技術(shù)的廣泛應用， 社會整體信息化程度不斷加深，技術(shù)賦能的學習、技術(shù)賦能的教學、技術(shù)賦能的學習測評和教育信息化基礎設施建設， 正在全球各地重新定義21 世紀的教育、教學。通過應用信息技術(shù)和桌面制造技術(shù)以培養(yǎng)、發(fā)展學生創(chuàng)意創(chuàng)新能力為宗旨的創(chuàng)客教育， 成為近年來引領(lǐng)教育教學創(chuàng)新的變革性力量?？v觀國內(nèi)外，各高等教育機構(gòu)以及不少中小學， 正加大投資力度以建設智慧校園和新的學習空間、開發(fā)新的課程體系、培育創(chuàng)客教育教師以發(fā)展校園創(chuàng)客文化、實施創(chuàng)客教學。
國內(nèi)外校園創(chuàng)客教育實踐表明， 校園創(chuàng)客教育的推動和發(fā)展， 離不開擁抱創(chuàng)客精神、支持創(chuàng)客運動、踐行創(chuàng)客教學實踐的教師和學生，也離不開發(fā)展校園創(chuàng)客教育、配置相應資源的校園創(chuàng)客環(huán)境和空間。同時，創(chuàng)客課程建設也是促進校園創(chuàng)客教育可持續(xù)發(fā)展的條件和要素。
然而， 現(xiàn)有校園創(chuàng)客教育實踐研究還缺少對發(fā)展校園創(chuàng)客教育的系統(tǒng)分析， 尤其是缺少對校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素的識別和分析。因此，我們在綜合國內(nèi)外創(chuàng)客教育研究文獻和創(chuàng)客教育實踐的基礎上，把學生創(chuàng)客、創(chuàng)客教育教師、創(chuàng)客教育課程和校園創(chuàng)客空間， 作為校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素，從創(chuàng)客教育視角對校園創(chuàng)客的界定、創(chuàng)客教育教師及素養(yǎng)、校園創(chuàng)客環(huán)境與空間和創(chuàng)客課程建設等四個方面，并對上述要素展開詳細論述。
(一)創(chuàng)客教育視角下對校園創(chuàng)客的界定
對大多數(shù)人而言， 創(chuàng)客一詞讓人想起那些利用工具和資源親自設計、建造或創(chuàng)作的人。從這個意義上看，創(chuàng)客是一名詞，特指某種身份或職業(yè)。因此，創(chuàng)客可以是面包師、插畫師或者木工師傅等熱衷于動手實踐的人。正如德比查克拉(Debbie Chachra)所說，創(chuàng)客泛指任何制造物品的人。然而，各類文獻，包括新聞媒體、博客、報告或研究文章中所談到的創(chuàng)客，往往特指在機器人技術(shù)、工程技術(shù)、電子技術(shù)等方面具備專門知識，并能夠使用諸如3D 打印機、微電子儀器、數(shù)控機床、開源平臺等創(chuàng)新工具和技術(shù)的人。因此，克里斯安德森把創(chuàng)客界定為：利用互聯(lián)網(wǎng)、3D 打印機和各種桌面設備與工具將自身各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的人。楊現(xiàn)民和李冀紅把創(chuàng)客界定為：喜歡或享受創(chuàng)新的人，是一種文化、態(tài)度和學習方式。
但是，上述對創(chuàng)客的狹義理解受到了李別克利(Leah Buechley)的批評，她認為，對創(chuàng)客的狹隘理解不只是產(chǎn)品和項目問題， 而是對創(chuàng)客這一身份或職業(yè)的限制。[18]當前，對創(chuàng)客一詞的混亂使用和理解，造成了錯誤的二分法，即，參加創(chuàng)客運動的是創(chuàng)客，不參加創(chuàng)客運動的就不是創(chuàng)客。因此，就創(chuàng)客教學而言， 有必要重新明確并把重點放在什么是創(chuàng)客學習? 如何進行創(chuàng)客學習? 而不是把關(guān)注點聚焦在誰是創(chuàng)客? 這一身份或職業(yè)標簽上。正如大衛(wèi)蘭格(David Lang)所指出，對創(chuàng)客而言，在承認創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教室里的活動具有自身獨特文化和精神的前提下，需要拓寬對創(chuàng)客運動、創(chuàng)客文化和創(chuàng)客的包容性理解， 而不只是狹義地把創(chuàng)客理解為某一身份或職業(yè)。
也有人認為，如何界定創(chuàng)客并不重要，只是某些吹毛求疵之人的語言文字游戲。然而，作為教師、學生、教育研究人員，應當從學科、專業(yè)或職業(yè)的視角審慎思考創(chuàng)客一詞，畢竟用詞的精確至關(guān)重要，尤其是在考慮到測評、學科標準、課程設計和教師培訓等創(chuàng)客教學內(nèi)涵時。因此， 對校園創(chuàng)客概念的界定，有利于創(chuàng)客教育的實施和健康發(fā)展。目前，人們普遍認為，創(chuàng)客通過參與大眾化的以生產(chǎn)為導向的生產(chǎn)制造系統(tǒng)變革， 甚至顛覆了傳統(tǒng)的消費導向的大規(guī)模生產(chǎn)制造時代， 并且， 創(chuàng)客文化、創(chuàng)客運動的最終結(jié)果與項目和創(chuàng)造力、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)精神相關(guān)。創(chuàng)造力大師、心流理論的提出者、積極心理學奠基人米哈里希思贊特米哈伊(MihalyCsikszentmihalyi)經(jīng)過30 余年的潛心研究，在深入訪談近百位卓越創(chuàng)新者和數(shù)十位諾貝爾獎得主的基礎上，指出有創(chuàng)造力的人風格多樣，即，可以是修士、也可以是唐璜，唯一的共同點就是復雜：他們是相互矛盾的兩個極端，卻能夠在兩者之間自如轉(zhuǎn)換。換句話說，人人都是矛盾體，那些無法駕馭矛盾、在矛盾中試圖尋求不變或確定性并因此感到不適的是普通人;而在矛盾中轉(zhuǎn)換自如的人，則能夠充分利用矛盾，并把矛盾變成其創(chuàng)造力的源泉。
在綜合創(chuàng)客研究專家觀點的基礎上， 我們嘗試用文學性的語言，把校園創(chuàng)客界定為：熱愛創(chuàng)新和技術(shù)應用的復合體。就像白色包含了光譜中的不同色調(diào)，他們把各種可能性集于一身，既思維縝密又感性熱情，既活力四射又安靜恬淡，既專注持久又靈活多變， 既外向好客又內(nèi)向冷漠， 既驕傲自信又謙遜低調(diào)， 既聰慧敏感又遲鈍木訥， 既超脫客觀又斤斤計較， 既嬉戲無常又嚴于律己， 既傲慢自尊又彬彬有禮，既桀驁不馴又溫和謙讓?？傊?，他們充滿創(chuàng)意，行動能力強， 并熱衷于用自己的雙手在現(xiàn)代桌面制造工具的幫助下，把創(chuàng)意轉(zhuǎn)變成實物。
(二)創(chuàng)客教育教師及素養(yǎng)
2016 年6 月，教育部在最新的《教育信息化十三五規(guī)劃》中明確指出，面向未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才，教師能力是關(guān)鍵。尤其是2015 年5 月，國務院《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》，要求健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系、加強教師創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學能力建設。自國內(nèi)外創(chuàng)客運動所觸發(fā)的校園創(chuàng)客教育日益普創(chuàng)客教師需要什么素養(yǎng)? 具備傳統(tǒng)教育背景的老師，能夠成為合格的創(chuàng)客教師嗎? 外部創(chuàng)客專家能夠成為校園創(chuàng)客空間或創(chuàng)客教室中的教師嗎? 創(chuàng)客教育研究人員艾米哈克金(Amy Hachigian)指出，學生的創(chuàng)客學習結(jié)果和教師行為密切相關(guān)。此外，創(chuàng)客教師在創(chuàng)客教學活動中扮演著復雜角色， 并隨著環(huán)境和學生需要的變化而變化。
然而，長久以來，灌輸式、說教式教學主宰著課堂教學，而忽略了教師的其它角色和職責。隨著社會、經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，教育在很多方面突破了傳統(tǒng)的束縛， 實現(xiàn)了長足的發(fā)展，包括人們對教師角色的認識，教學也日益遵循新的教學理念和實踐，比如，合作學習和項目學習，教師在教室里的角色也越來越接近賦能者、促進者。創(chuàng)客空間或創(chuàng)客教室環(huán)境下的教師顯然承擔了更多的職責和角色，正如艾米哈克金(Amy Hachigian)研究表明，創(chuàng)客教師是：引導者、拉拉隊隊長、激勵者、聯(lián)系人、倡導者、楷模、學習者、良師益友、朋友、批評者、咨詢師、心靈導師、合作者、教練。
在上述眾多角色中，教師作為像學生一樣的學習者角色，是創(chuàng)客教學環(huán)境下教師職責和身份的一個較大轉(zhuǎn)變。設想某物理教師未能解決某一物理問題，在傳統(tǒng)課堂教學中， 學生不可避免會質(zhì)疑其權(quán)威和專業(yè)水平， 但在創(chuàng)客教學環(huán)境下， 這是學生擺脫傳統(tǒng)灌輸式、說教式教育而進行自主學習的機會，有助于其通過網(wǎng)絡、創(chuàng)客社區(qū)其他專業(yè)人士或同學幫助，發(fā)展信息獲取能力，共同探討問題的解決方案，而不是傳統(tǒng)遇到難題只能尋求教師幫助的問題解決模式。這一角色轉(zhuǎn)變，有助于培養(yǎng)師生間的良好互動關(guān)系，有助于師生合作探究答案、解決難題，強化學習體驗。第二個教師角色的較大轉(zhuǎn)變是作為聯(lián)系人的教師職責和作用。在創(chuàng)客教學環(huán)境下，學生有機會稱為特定技能或?qū)I(yè)領(lǐng)域的專家， 教師不再是唯一的信息和知識來源;相反，教師承擔了擁有不同技能的學生之間聯(lián)系人的角色，促進學生之間的合作互學，這有助于增強學生探索新知、學習新技能的信心。教師也可以在學生、外部專家、企業(yè)、其它創(chuàng)客空間資源之間搭建橋梁。教師作為聯(lián)系人的這一新角色，有助于引入新思想、新思維模式以開拓學生視野、豐富其學習體驗。
對教師來說，創(chuàng)客教育強調(diào)人的興趣、熱情，以及隨時隨地解決問題、制作物品的能力，這和人類傾向于通過動手實踐進行學習的本性一脈相承。因此，倡導并激勵學生在設計和制作過程中直面挑戰(zhàn)、克服困難的教師和教學環(huán)境， 有助于培養(yǎng)學生獨立解決問題的信心和能力。這對習慣了順從教師要求的學生而言是全新的開始，也讓支持創(chuàng)客運動、擁抱創(chuàng)客精神的教師思考并采取更加有效、基于真實情景的教學模式和方法， 以及尋求更合適教學效果的測評手段。孫穎指出，理想的創(chuàng)客教師相當于中介，管理并促進學生學習，幫助學生評估創(chuàng)意設想、分析技術(shù)難點，以及尋找可以實現(xiàn)創(chuàng)意的技術(shù)、專家和方案， 從而實現(xiàn)資源整合。杰西卡羅斯(JessicaRoss)指出，在創(chuàng)客學習環(huán)境下，由于創(chuàng)客活動往往不是課程表所要求的學習科目， 沒有相應的教學大綱，也不是正式的學科專業(yè)，沒有校方系統(tǒng)的、正式的組織支持和保障，因此，成立并發(fā)展創(chuàng)客教學小組或聯(lián)盟以支持各自為戰(zhàn)的創(chuàng)客教師，形成互通有無、取長補短的平臺，對促進創(chuàng)客教學至關(guān)重要。
2015 年5 月，麻省理工學院AbD 實驗室(Agencyby Design)在加州舊金山市舉辦了創(chuàng)客教師大會(Maker Educator Convening)，討論了在創(chuàng)客學習環(huán)境下建設創(chuàng)客教學小組、創(chuàng)客社區(qū)聯(lián)盟的重要性。這和哈佛大學教育研究院零項目(Project Zero)長期以來所倡導并推行的成立教師研究小組， 以支持他們在教學過程中的有效應用，并對新理念、新挑戰(zhàn)一脈相承。在國內(nèi)，為促進創(chuàng)客教育的發(fā)展，清華大學、北京大學、陜西師范大學和中國教育技術(shù)協(xié)會等九家單位的創(chuàng)客教育專家，于2015 年7 月發(fā)起成立了全國教師創(chuàng)客聯(lián)盟，該聯(lián)盟由全國高校及中小學教師、創(chuàng)客企業(yè)和支持創(chuàng)客教師培養(yǎng)的機構(gòu)和個人組成， 旨在共建共享創(chuàng)新教育思想和方法的創(chuàng)客教師學習型共同體。這一類似創(chuàng)客教育論壇的活動或創(chuàng)客教師自發(fā)成立的組織， 為志趣相投的教育工作者提供了相互學習、啟發(fā)的機會。綜上，實施創(chuàng)客教育的創(chuàng)客教師和傳統(tǒng)教學過程中的教師之間的區(qū)別，括生物醫(yī)學、物聯(lián)網(wǎng)等眾多軟硬件設備和技術(shù)，不是一般個體教師能全面掌握并勝任的。對此，有創(chuàng)客教育專家建議，政府相關(guān)機構(gòu)應該發(fā)揮行政力量，統(tǒng)籌建設跨地域、跨學科的創(chuàng)客專家資源庫，協(xié)助解決學校創(chuàng)客教育中的困難和障礙?；蛘咄ㄟ^政府購買社會服務的方式，來實現(xiàn)創(chuàng)客專家資源的調(diào)劑與運用，既可以解決學校創(chuàng)客教育師資短缺的問題， 也可以幫助學校培養(yǎng)自己的創(chuàng)客師資。
(三)創(chuàng)客教育課程建設
課程是教育教學的核心要素， 創(chuàng)客教育也不例外。因此，針對不同創(chuàng)客活動或項目設計、開發(fā)相應創(chuàng)客課程，成為創(chuàng)客教育可持續(xù)發(fā)展的必須。針對創(chuàng)客課程， 創(chuàng)客教育研究和實踐人員從不同的角度進行了界定，如，楊現(xiàn)民把創(chuàng)客課程分為廣義創(chuàng)客課程和狹義創(chuàng)客課程，他認為，廣義的創(chuàng)客課程既包括電子創(chuàng)意類課程，又包括手工制作、陶瓷藝術(shù)、繪畫等傳統(tǒng)以培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力為導向的各類課程;而狹義的創(chuàng)客課程特指以智能化信息技術(shù)等應用為特征的電子創(chuàng)意類課程。同濟大學創(chuàng)客空間數(shù)制 工坊針對大學生或中小學生等不同年齡段學習者，開設了數(shù)控切割(研究2D 設計工具以及激光切割機， 學習設計的核心理念以及將2D 設計轉(zhuǎn)化為3D 實物，理解激光切割的可能性及局限)、增加制造和3D 打印(不同3D 打印技術(shù)入門， 了解3D打印的局限，以及從設計到打印的工作流程，分析、調(diào)試排除打印錯誤，設計思維，快速構(gòu)思、設計、3D打印成型)、減式制造或銑削(銑削基礎知識學習，使用Roland 銑床加工三維型面造型，自己動手體驗從3D 設計到刀具路徑生成以及最終完成軋制成品或設計副本的過程)、電子產(chǎn)品[制作Fab(小型)網(wǎng)絡服務器內(nèi)電路程序， 使用網(wǎng)頁Fab 模型及RolandSRM-20 完成預備設計，觀察標準電子元件，解釋其工作原理以及功能，歐姆定律、基爾霍夫(電路)定律的簡單介紹]、電子設計(使用電子設計工具，如Eagle、KiCad 或者KoKopelli Retro 等，設計或修改原電板)、嵌入式編程[ATtiny 44 數(shù)據(jù)手冊、C 語言和Makefile 簡介，學習ATtiny44 微控制器的基本特征，使用文本編輯器或集成開發(fā)環(huán)境(簡稱IDE)軟件，編寫或修改微控制器的程序， 修改一個生成文件上傳至微控制器]等創(chuàng)客課程。
蔣莘和謝作如從創(chuàng)客教育課程特征上， 指出創(chuàng)客課程具備跨學科(機械、電子、藝術(shù)、控制、計算機等)、智能化[運用互動媒體、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、虛擬現(xiàn)實(VR)、增強虛擬現(xiàn)實(AR)等智能技術(shù)]和軟硬結(jié)合(電子與編程技術(shù)等)三個核心特征。在綜合前人研究和實踐的基礎上，楊現(xiàn)民用整合性(創(chuàng)課的設計打破了學科界限，不再僅局限于傳統(tǒng)的數(shù)學、物理、生物等單一的課程模式，而是整合藝術(shù)、電子、控制、網(wǎng)絡等不同學科知識)、研創(chuàng)性(學研創(chuàng) 是實施創(chuàng)客教育的理想模式，學習、研究和創(chuàng)造形成一個良性循環(huán)，持續(xù)提升學生的創(chuàng)新、創(chuàng)造力)和協(xié)同性(創(chuàng)課的內(nèi)容與活動設計更多圍繞復雜的現(xiàn)實問題展開， 鼓勵學生結(jié)合興趣組成項目小組， 在指導教師團隊的集體指導下開展協(xié)作探究)進一步歸納了創(chuàng)客課程的特征。此外，他還從課程目標定位、內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)、開展方式和評價方式等四個維度指出了創(chuàng)客課程和傳統(tǒng)課程之間的顯著差異，[當前， 在國內(nèi)外創(chuàng)客教育實踐中主要有兩種課程形式：一種是單一式創(chuàng)客課程，即，學習、實踐以3D 打印、3D 建模、Arduino 電子電路等軟硬件使用、開發(fā)為導向的創(chuàng)客學習體驗; 另一種是融合式創(chuàng)客課程，即，在單一式創(chuàng)客課程教育的基礎上，整合科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等不同領(lǐng)域和專業(yè)，為學生創(chuàng)客提供跨學科創(chuàng)客學習體驗。上述兩種創(chuàng)客課程的目的是一致的，即，用創(chuàng)新思維、設計思維培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實踐能力和問題解決能力，從而培養(yǎng)具有創(chuàng)客精神和思維的創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。
(四)校園創(chuàng)客環(huán)境與空間
1.創(chuàng)客環(huán)境與空間模型
研究國務院辦公廳在《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》(〔2015〕36 號)強調(diào)，要通過加強專業(yè)實驗室、虛擬仿真實驗室、創(chuàng)業(yè)實驗室和訓練中心建設以及促進實驗教學平臺共享等手段強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。最重要的是創(chuàng)客運動和創(chuàng)客文化所引發(fā)的校園創(chuàng)客活動，也日益促使學校管理者和教師用前瞻性眼光，來看待創(chuàng)客運動對現(xiàn)有教育理念和實踐以及作為傳統(tǒng)學習空間的教室所必然帶來的影響和改變。需要借鑒創(chuàng)客大會和創(chuàng)客空間的學習理念和實踐，創(chuàng)造新的學習空間以促進并激勵學生進行
2.建造校園的創(chuàng)客空間可行性建設
校園創(chuàng)客空間并非困難重重、異想天開，實際上， 絕大多數(shù)大學校園里都有利用不足或者甚至被遺棄的場所， 無需高昂的花費就可以改造成滿足學生進行創(chuàng)客學習、活動的場所。比如，美國巴爾的摩市的高中信息技術(shù)課教師和數(shù)字港基金會執(zhí)行總裁安德魯柯伊(Andrew Coy)把學校廢棄不用的娛樂活動中心大樓， 改造成了全市第一個面向?qū)W生和公眾開放的免費創(chuàng)客空間。加州塞瓦斯托波爾市的高中數(shù)學教師凱西希爾(Casey Shea)把教室變成了創(chuàng)客課堂， 成功地說服了學校管理者同意其清理閑置不用的一處儲物空間， 把它改造成一個創(chuàng)客空間。在帶領(lǐng)學生清理過程中，發(fā)現(xiàn)該儲物間原本也是學校的木工房，師生利用挖掘出來的木工工具和材料，制造了桌椅板凳，對空間進行了重新設計以適應創(chuàng)客教學的需要。加州圣何塞市的中學教師和華盛頓創(chuàng)客車間的創(chuàng)始人里克謝特爾(Rick Shertle)另辟蹊徑，從學校附近的教堂免費獲得了一處空間，并改造成當?shù)貙W生和社區(qū)居民進行制造活動和學習的創(chuàng)客空間。上述校園創(chuàng)客空間建造案例， 為國內(nèi)校園創(chuàng)客空間建設提供了借鑒和啟發(fā)。作為校園核心建筑之一，圖書館的部分區(qū)域和功能在經(jīng)過改造后，成為舉辦校園創(chuàng)客活動、傳播創(chuàng)客文化、進行創(chuàng)客教學的最合適場所之一。首先，圖書館是學校的地標性建筑，更是校園生活和活動的中心，在此建設創(chuàng)客空間，便于師生員工以及本地社區(qū)居民進出、使用;其次，圖書館具有得天獨厚的資源優(yōu)勢， 主要體現(xiàn)在人力資源、時間資源、信息資源和技術(shù)資源方面。在很多學校，圖書館是全天開放時間最長，甚至是24 小時開放的場所，不像教室、實驗室或其他建筑空間有專門的用途和固定的開放、使用時間。并且，圖書館作為學術(shù)資料中心或集散地， 具有校園其他場所無法比擬的信息和技術(shù)資源優(yōu)勢。
當然，除了圖書館外，還可以借鑒美國校園創(chuàng)客空間建設實踐，按照當前創(chuàng)客空間建設理念，重新設置傳統(tǒng)教室也是建設校園創(chuàng)客空間的可行方案。此外，校方也可以通過和所處周邊社區(qū)合作，利用社區(qū)空間資源，把創(chuàng)客空間建在社區(qū)里，在社區(qū)居民中傳播創(chuàng)客活動理念，以促進全社會創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的發(fā)展。四、校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)新是民族之魂， 是國家發(fā)展和社會進步的引擎，當今世界國與國之間的競賽，本質(zhì)上是其國民創(chuàng)新能力的競爭。因此，在教育信息化時代構(gòu)建基于創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教育的校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)，是高等教育機構(gòu)和中小學踐行歷史使命， 也是順應時代要求的基礎和保障。眾所周知，創(chuàng)客教育是一項系統(tǒng)工程，涉及諸多要素，比如，學生創(chuàng)客、創(chuàng)客教育教師、創(chuàng)客課程和創(chuàng)客空間等，這些要素在創(chuàng)客教育系統(tǒng)內(nèi)有著緊密的聯(lián)系， 而不是零散的掛著創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教學的3D 打印、桌面制造，或者是虛擬現(xiàn)實等技術(shù)和工具的展示或相關(guān)技能培訓。
因此， 學校在實踐創(chuàng)客教育時需要全面考慮其要素構(gòu)成，從創(chuàng)客教育的本質(zhì)出發(fā)，建構(gòu)校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)。然而，國內(nèi)外創(chuàng)客教育研究和實踐還處于探索階段，對創(chuàng)客教育的研究，還主要集中在創(chuàng)客教育的概念、價值和意義等方面。校園創(chuàng)客空間建設不足，跨學科創(chuàng)客教育實踐還停留在計劃草案階段，鮮有從校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素角度研究并實踐校園創(chuàng)客教育的文獻和記錄。在識別并分析校園創(chuàng)客教育核心要素的基礎上， 建構(gòu)校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)， 是對基于知識傳授和知識消費的傳統(tǒng)校園生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新，對促進校園創(chuàng)客教育和創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教育，也具有理論和實踐意義。綜上，在校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素中，學生創(chuàng)客、創(chuàng)客教育教師、創(chuàng)客教育課程和校園創(chuàng)客空間， 構(gòu)成了高等教育機構(gòu)和中小學開展創(chuàng)客教育的生態(tài)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，培養(yǎng)具有創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)思維和能力的學生創(chuàng)客， 是創(chuàng)客教育的出發(fā)點、中心，也是最終目的。因此，高等教育機構(gòu)和中小學以及創(chuàng)客教育教師在實施創(chuàng)客教育過程中， 要轉(zhuǎn)變把學生視作被動的知識接收者和消費者的傳統(tǒng)教育理念，代之以技術(shù)賦能的教育信息化和大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新時代新的創(chuàng)新教育教學理念，把學生視作知識的創(chuàng)造者，激發(fā)并培養(yǎng)學生的想象力、創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)思維和能力， 為個人和國家參與未來全球化競爭奠定基礎和優(yōu)勢。
四、結(jié)語
第7篇：數(shù)學建模和3d建模的區(qū)別范文
關(guān)鍵詞 物體識別；背景效應；場景
分類號 B842
我們生活在復雜的環(huán)境中，眼睛每天接觸到大量的信息，視覺系統(tǒng)和大腦會對其有選擇性地進行加工。從進化的角度而言，人類在加工視覺環(huán)境信息時，會從一個視覺環(huán)境中有選擇地精細加工和知覺一個核心物體，而其他的信息往往會作為背景被忽略，這種從背景中覺察和識別物體的能力對于人類的生存具有重要的意義(Blanchette，2006)。比如：當我們在野外行走時，從視野所及的范圍中及時覺察和識別出獅子、蛇等危險的動物，這種從背景中識別危險動物的能力對人類的生存至關(guān)重要(LoBue & DeLoache，2008)。隨著研究的深入，研究者越來越關(guān)心我們?nèi)绾卧趶碗s而真實的環(huán)境中識別物體，物體所出現(xiàn)的背景對物體的識別起什么樣的作用。
1 場景知覺中的背景效應
最近，場景知覺研究成為國外研究關(guān)注的一個熱點。場景知覺主要關(guān)注人如何從復雜和真實的場景中加工物體和知覺背景(中文綜述見：白學軍，康廷虎，閻國利，2008；王福興，田宏杰，申繼亮，2009)。Henderson和Hollingwoml(1999)將場景定義為由空間分布合理的背景和離散的物體構(gòu)成的真實環(huán)境(real-wodd environment)的連貫圖像。以往研究中普遍把場景區(qū)分為背景和物體兩個組成部分，背景和物體具有相對性，場景中的背景是指寬廣的、靜止的表面和結(jié)構(gòu)，而物體是指那些比例較小的不連續(xù)物體(Henderson & Hollingwonh，1999)。已有的研究表明，在場景中識別物體的過程會受到其出現(xiàn)的背景的影響，場景中物體的識別是物體的視覺信息和場景的背景信息相互作用的結(jié)果，物體出現(xiàn)的背景會影響對物體的知覺(Davenport，2007；Lofhls & Mackworth，1978)。這種背景對物體識別的影響受到了很多研究的關(guān)注，研究者把它界定為背景效應(context effect)。簡言之，場景中的背景效應是指與場景中的物體相伴隨出現(xiàn)的場景背景對物體加工所起的作用，這種場景背景對物體識別的影響作用在大量的視覺搜索和場景物體識別研究中得到了證實(chun，2000;castelhano & Henderson，2005，2007；Hollingwonh，2009；Neider & zelinsky,2008)。在視覺搜索中，一個大致的空間結(jié)構(gòu)以一種前瞻的機制選擇場景區(qū)域，將注視引向物體最有可能出現(xiàn)的區(qū)域(castelhano & Henderson，2005；Oliva & 1brralba，2006；H秈ula，Tranel， & cohen，2006)。比如Tbrralba等人(2006)的研究表明，當要求被試在一個客廳場景知覺中物體加工的背景效應場景中搜索杯子時，其注視點一般落在圖片的中下部支撐面的上方；而要求被試在這個場景中搜索墻壁上的掛飾時，其注視點則落在圖片的中上部。此外，有研究者發(fā)現(xiàn)場景知覺中存在著對物體識別的預示效應，即在實驗提供預示刺激的條件下，被試對物體的識別更快。重要的是，這種對物體的預示效應受到被試對場景整體視覺表征變化(比如：對場景的視覺表征被另一種相同知覺形式的視覺表征所取代)的影響(Henderson & Hollingwonh，2003；Henderson & Siefert，2001)。
背景效應關(guān)注在場景中的物體與背景的一致性關(guān)系對物體加工的影響。研究發(fā)現(xiàn)，物體與場景的一致性會對物體的識別和搜索產(chǎn)生促進作用(LoftIIs & Mackwonh，1978；Hollingworth，Williams， & Henderson，2001；B0yce & Pollatsek，1992)。比如，Loftus和Mackworth(1978)的研究發(fā)現(xiàn)，當觀看圖畫時，相對于其中出現(xiàn)的與背景一致的物體(比如農(nóng)場上有一個拖拉機)，被試對圖畫中不一致的物體(比如農(nóng)場上有一條章魚)注視次數(shù)更多，注視時間更長。Boyce(1992)等人的研究發(fā)現(xiàn)，當物體處于一個一致(物體放在此場景中是合理的)而有序的場景中時，被試對物體的命名快于當它處于無意義或不一致的場景中。Hollingworth等人(2001)也探索了場景的語義一致性效應。研究發(fā)現(xiàn)，被試對于語義一致的場景的視覺表征要比語義不一致場景的視覺表征更加完整、精細。對于這一問題，最近KawahaTa等人(2007)的研究表明，人類有能力從場景中提取出具有一致性的信息以用來為視覺注意提供線索。當背景中的視覺信息與聽覺信息相一致時，背景信息有助于被試對于物體的搜索與反應，反之則會產(chǎn)生阻礙作用。因此注意不僅受到視覺功能的引導作用，同時也能受到與聽覺等多種感官的聯(lián)合引導。
對于背景是否會促進物體的識別，也有一些研究發(fā)現(xiàn)，當物體獨立出現(xiàn)時，對其識別的速度反而比物體處于一致的場景中要快(Davebdort & Potter，2004；Davenpon，2007)。從這些結(jié)果上推論，與物體一致的背景可能會阻礙對物體的識別。但是，很難通過這些研究來否定背景的作用，物體在一致性場景中識別的速度變慢可能是其他原因?qū)е碌?。首先，在一個場景中識別物體時。需要先將物體從場景中分離出來，這需要額外的加工，尤其在一致的場景中更是如此。另外，在場景中識別一個物體時，被試可能會分配一些注意給場景中的其他物體，這也可能會導致識別的速度減慢。
基于不同的研究設計，研究者得出了不同的結(jié)論。對于背景是否會促進物體的識別、在多大程度上促進物體的識別以及這種促進作用究竟是發(fā)生在知覺加工階段還是在反應選擇階段，研究者提出了一些相關(guān)的理論和假設進行解釋，本文將在下面的部分對這些理論和假設進行簡單的介紹。
2 有關(guān)物體視覺加工背景效應的理論
對于物體視覺加工的背景效應，不同的研究者提出了不同的理論。歸納起來可以區(qū)分為三種不同的理論，即功能獨立理論、相互作用理論和背景引導理論。
2.1 功能獨立理論
功能獨立理論(Funlctional Isolation Model)認
為物體識別和場景背景之間是相互獨立的，背景只在物體識別后期的語義加工階段起作用。這種觀點認為有些研究中所提到的場景促進作用是因為實驗設計的不合理而帶來的反應偏向(Henderson & HoIlingworth，1999；Kunar’Flusberg，Horowitz， & wolfe，2007)。場景的一致或不一致不是有利于知覺過程，而是影響了做出反應的過程。也就是說，如果被試識別了一個場景背景，他就可以根據(jù)自己的經(jīng)驗對場景中某個位置上的物體做出反應，而不管他有沒有注意到這個物體。
HendeTson等人(1999)認為，識別物體的提示線索出現(xiàn)在場景前還是后，以及提示線索的設置不同都會導致被試的反應偏向。他們對這種反應偏向進行了控制和研究，在此基礎上提出了功能分離理論。然而，仍然有很多證據(jù)支持背景在物體的識別過程中是有作用的(alvarez，Konkle， & oliva，2007；Brady & chun，2007)。因為對反應偏向的批評集中于對可能出現(xiàn)的目標物位置的批評，但是場景可能提供的作用不止這些。Biederman等人(1982)總結(jié)了可能性、大小、支撐等場景的五種特征對物體識別的影響，而位置特征只是其中的一種。所以即使關(guān)于位置的批評是合理的，它仍然無法否定其他的幾種場景特征的作用。
2.2 相互作用理論
正如上面所提到的，對位置反應偏向的批評并不能完全否定物體加工的背景效應。Davenpon的研究中發(fā)現(xiàn)，反應偏向雖然能在一定程度上影響背景效應，但在對反應偏向性進行了控制后，背景仍然顯著地促進物體識別(Davenpon & P0tter，2004：Davepport，2007)。另外，研究還發(fā)現(xiàn)物體的識別也可以促進場景背景的識別，也就是說物體識別和場景背景的識別是一個相互促進的過程，并不是背景對物體識別的單方向的促進。相互作用理論(Intemctive M0del)認為，背景與物體之間是存在相互作用的。根據(jù)作用的方式，又可以將這種理論分為兩種觀點：一種是圖式激活理論，另一種是視覺表征理論。
圖式激活理論(scheme Activated Theory)認為，在觀看場景的過程中，會形成關(guān)于場景的圖式。這些圖式包含了物體及背景空間關(guān)系的信息，能對場景中物體的識別產(chǎn)生一種預期效果。當一個場景圖式被激活時，對于其中可能出現(xiàn)物體的表征也會被激活。因此，當外界輸入的視覺形象刺激與記憶匹配時，物體就能更快地被識別，并且相對于視覺形象刺激與記憶不相匹配的情況，物體的識別也更加準確、更加精細(Bar，2004；Biedeman，Mezzanotte， & Rabinowitz，1982)。
視覺表征理論(visual Representation Theory)認為，視覺系統(tǒng)中同時存在著低水平的視覺感覺表征和儲存在視覺短時記憶與視覺長時記憶系統(tǒng)中的高水平視覺表征。在一次注視中，視野中首先會產(chǎn)生視覺感覺表征。如果在這一過程中，場景被移走或知覺加工被其他行為打斷，對于物體的感覺殘留就會迅速削弱，而且這種表征不能和其他注視中獲得的視覺表征相結(jié)合。然而，如果在這一過程中，場景沒有被移走、知覺加工沒有被其他行為打斷，觀察者自然地會將注意在不同的物體間進行轉(zhuǎn)移，那么，當觀察者的注意由一個物體轉(zhuǎn)向另一個物體時，對前面注意的物體就會產(chǎn)生較高水平的物體視覺表征，而且這種表征能在視覺短時記憶中得以鞏固。這時保持在視覺短時記憶中的視覺表征是從初始的感覺殘留中抽象出來的，但它包含了很多關(guān)于物體細節(jié)的信息，足以對物體的形式變化和方向變化加以識別(Hollimgworth & Henderson，2002；Honingworth，2009)。另外，當視覺短時記憶中激活的對物體高水平的視覺表征與場景表征中的位置相聯(lián)系后，這種表征將會被儲存在視覺長時記憶系統(tǒng)中。所以，這一理論認為場景表征有利于物體視覺表征的提取。
2.3 背景引導理論
相對于功能獨立理論和相互作用理論，背景引導理論(Contextllal Guidance M0del)是TorraIba和Oliva(2006)等人最近提出的一個理論模型。這一理論在貝葉斯等級模型(Bayesian HierarchicalModel)的基礎上，試圖從數(shù)學計算和建模的角度闡釋背景信息是如何影響觀察者對于場景以及物體的識別與再認的。相對而言，貝葉斯等級模型只適用于背景信息較少，內(nèi)容簡單、單一的場景。或者在沒有要求觀察者執(zhí)行具體任務條件下的場景知覺加工(Li & Perona，2005)；而背景引導理論則更適用于信息量豐富的真實自然場景。背景引導理論認為，在加工與識別場景中的物體時會受到物體背景信息與知識經(jīng)驗的雙重作用。觀察者的認知系統(tǒng)中同時存在兩條平行的加工通路：局部特征加工通路和整體特征加工通路。觀察者對場景與物體的識別就是通過這兩條加工通路的整合而實現(xiàn)的，而這一整合過程發(fā)生在視覺加工的早期。首先，這兩種加工通路都要通過視覺加工的最初階段。在這一階段中，場景信息通過一系列多量程、多方向的過濾器得以過濾。之后，局部特征加工通路以場景中的局部信息為基礎影響觀察者的信息搜索與物體再認；而整體特征加工通路則是從整體上提取出背景信息以助于觀察者對于場景的識別與再認，同時在視覺搜索過程中，場景中的背景信息也能為觀察者提供一定的預期線索。
對比這三種理論，研究爭論的焦點在于背景效應到底體現(xiàn)在哪些方面，并起到怎樣的作用。功能獨立理論認為背景信息與物體的識別是分離的，相互之間不存在影響；而交互作用理論認為背景效應的影響主要是源于觀察者對場景知識的預期與對物體的知覺分析之間發(fā)生了相互作用：背景引導理論則認為這種影響主要體現(xiàn)為觀察者對物體的識別受到了局部特征加工和整體特征加工的雙重影響，并通過自上而下和自下而上兩種加工方式在場景知覺中起調(diào)節(jié)作用。三種理論的詳細介紹可以參照閱讀白學軍、康廷虎、閆國利2008年的綜述，此處不再贅述。
3 不同類型背景對物體視覺加工的作用
由于研究的不同需要和技術(shù)的進步，物體背景效應的研究材料也存在很大的差異。根據(jù)已有研究中場景材料的復雜程度和與真實生活的相似性，大體可以將這些材料分為兩類：非自然場景背景和自然場景背景。非自然場景背景包括簡單的無意義圖形、字母和物體序列，比如，在一些色塊構(gòu)成的背景中搜索中間帶點的色塊，那么目標物體以外其他的色塊就構(gòu)成了背景(Jiang，Olson， & Chun，2000]；在多物體序列中，要求被試搜索或記憶其中的一個目標物體，那么目標物體以外其他的物體就構(gòu)成場景背景(Hollingwornl，2007；zelinsky & Loschky，2004；zelinsky &
Loschky ，2005)。另外一類是自然場景背景，這種場景一般為日常生活中的一些景物，具有實際的意義，材料一般采用彩色圖片或3D模擬的形式呈現(xiàn)，比如客廳場景、辦公室場景、教室場景等。物體處于自然場景中時，場景的所有布置和其他物體的分布都對這個目標物構(gòu)成背景(Becker & Rasmuissen，2008；Davenport，2007；Henderson & Hollingwonh，1999；Hollingwortb，2004)。已有的研究發(fā)現(xiàn)，針對不同場景背景的研究得到背景效應的結(jié)果存在一定的差異。
3.1 不同場景條件下的背景效應
對非自然場景的研究發(fā)現(xiàn)，背景對于物體的識別是否起到作用存在不同的觀點。相關(guān)的研究表明，對目標物的加工可能與整體背景無關(guān)，而只與分散在目標物周圍的其他幾個物體有關(guān)，即局部背景才是影響物體識別的重要因素(Chun & Jiang，1998；Jiang & Wangner 2004；Wheeler & neisman，2002)。例如，Jiang和Wagner的研究(2004)發(fā)現(xiàn)，當整體場景背景變化而周圍的局部場景背景不變時，背景對目標物識別的作用仍然存在；但是當整體場景背景不變而周圍的局部相關(guān)物體變化時，背景對目標物識別的作用消失。甚至當搜索序列的整體背景為線條時，整體背景仍然不能對目標物識別產(chǎn)生作用，被試依然使用局部信息來定位目標物。這些研究發(fā)現(xiàn)，在簡單的非自然場景材料中，只有和目標物體相關(guān)的局部背景才影響物體的識別，整體背景的作用可能不夠顯著。
但其他的一些研究表明，對單個物體的記憶也并不是完全獨立于整體背景之外的，整體背景仍然對物體加工產(chǎn)生影響。相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，變化不同的整體背景仍然會影響到物體的識別。對非自然場景中物體記憶和搜索的研究表明，對物體的識別和加工受到了周圍背景的影響(Jiang，olson & Chun，2000)。研究要求被試在由不規(guī)則L構(gòu)成的空間背景中搜索目標物體T，并判斷T的方向。同時，研究者對背景信息也進行了兩種操縱，一種是將作為背景信息的干擾項進行相應的空間位置變化，成為新背景組；另一種對背景信息不做改變，成為舊背景組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試對于舊背景中物體的識別要快于新背景(Chun，2000)。這一結(jié)果說明，目標物與特定背景的重復出現(xiàn)會利于視覺搜索，背景信息可以促進被試對于場景中物體的加工。Kunar等人則針對背景的總體特征能否加速物體的搜索作了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，背景的特征能夠大大加速被試對物體的反應。顯著地降低被試對于物體加工的反應時。相比之下，這種背景信息對于目標物可能出現(xiàn)的位置所能提供的指導作用卻要微弱的多。然而，當物體出現(xiàn)前把信息性的背景呈現(xiàn)給被試，或提供明確的線索時，背景信息對于目標物可能出現(xiàn)的位置所能提供的指導作用就顯著提高了(Kunar.Flusberg， & wolfe，2006)。
相對于非自然場景材料，自然場景材料一般為日常生活中真實情景的再現(xiàn)，具有一定的意義。隨著研究技術(shù)的改進和高生態(tài)效度的要求，大部分的研究都以自然場景作為刺激材料。對于自然場景背景與物體的關(guān)系，不同的研究所得到的結(jié)果不同。有的研究認為物體表征與背景表征是綁定在一起的，物體表征會受到背景表征的影響；而有的研究則認為物體表征與背景表征是獨立的，對背景的表征不會影響到對物體的表征。Tlanaka和sengco(1997)考查了被試對面部特征(鼻子、眼睛、嘴)和房子特征(窗戶和門)的記憶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當某一面部特征出現(xiàn)在原來的面部背景時比這一特征單獨出現(xiàn)時的記憶成績要好，但是對房子特征的再認卻沒有出現(xiàn)這種背景效應。但是Donnelly和Davidoff的研究(1999)中有關(guān)房子記憶的結(jié)果卻有不同的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)房子特征的再認也存在著整體背景的促進作用。Brockmole等人(2006)的研究中使用真實自然場景為材料，也發(fā)現(xiàn)了場景背景對于物體記憶的影響作用。研究發(fā)現(xiàn)，當目標物所在的局部區(qū)域特征發(fā)生改變而整體特征沒變時，被試在之前練習中習得的背景線索效應可以發(fā)生轉(zhuǎn)移；當局部特征不斷重復，而總體場景變化時，被試很難習得背景線索效應。因此研究認為，在自然場景中觀察者是將物體的位置與整體的場景聯(lián)系在一起的。
可以看出，自然場景的復雜性使得很多的研究者致力于探討并揭示自然場景條件下的背景效應問題，研究者也提出了不同的理論來解釋背景效應的作用，具體見本文的第2部分。對于背景從哪些方面對物體識別產(chǎn)生影響，Biedeman在其研究(1982)中給出了一個總結(jié)。他把自然場景對物體的識別的影響歸結(jié)為五個方面：支撐(大多數(shù)的物體是有物理支撐的，而不是漂浮的)；相互位置(有的物體在另一物體前時，會對另一物體有遮擋)；可能性(場景中包括這一物體的可能性，比如；章魚不可能出現(xiàn)在農(nóng)場場景中)；位置(一些物體在一些典型場景中的可能位置，比如：椅子一般在辦公室場景的下半部分)；大小(我們所熟悉的物體在相對位置時視覺上的大小，比如：一頭牛在近景中是非常大的，而在遠景的草地上是非常小的1。當物體在場景中違反了這些規(guī)則時，被試對物體的加工一般會變慢，而且更容易出錯。這些規(guī)則表明場景的信息可以在知覺加工的早期被抽取出來，并且以一種“自上而下”的加工方式影響單個物體的知覺和加工。3，2自然場景與非自然場景提供的背景信息差異
從以上的介紹可以發(fā)現(xiàn)，兩類場景的研究結(jié)果在背景作用的認識上存在差異。在無意義圖形或物體序列材料的研究中，得到的結(jié)果大多是，對目標物的加工只與分散在目標物周圍的其他幾個物體有關(guān)，而與整體背景之間是相互獨立的(Jiang & Wangner,2004；wheeIer & Treisman，2002)：而在自然場景的研究中卻比較肯定整體的場景背景在物體視覺記憶中的作用(Biedeman，et al.，1982；BrOcbnole，CastelhanO， & HendersOn，2006；Donely & Davidoff，1999；Tanaka & Sengco，1997)。究其原因，場景的差異是一個主要的因素。下面以已有的研究為基礎，對比了兩種不同場景所提供的背景信息差異。
第一，與非自然場景(無意義圖形或物體序列)相比，自然場景的全局背景可能比局部背景能夠提供更多的信息。在無意義圖形或物體序列中，不能通過元素間的排列來生成預期。但在自然場景中，物體間卻以某種約定俗成的方式分布(Hendcrson & Hollingworth，1999)，這意味著在自然場景中局部物體的分布需要在物理和語義上滿足場景的特征和背景的要求。因此，雖然局部物體還沒有被識別，但是自然場景的特征和分類信息已經(jīng)形成了關(guān)于其物體分布和成分的預
期(Brockmole，et al.，2006；Brockmole & HendersOn， 2005； Hoffmam & Sebald， 2005；Niiboer，et al.，2008)。所以，物置與背景信息之間的聯(lián)系使得個體可以將注意迅速指向目標物。而在物體只與局部信息聯(lián)系的情況下，則不會有這么大的影響(Hollingworth & Henderson，2002；Hollingwoth，2006)。
第二，自然場景背景可以提供關(guān)于再認和目標物位置的提取線索。觀察者可以對成百上千張圖片在一瞥之后進行外顯地再認，而對隨機字母序列的記憶卻很難在大量學習后再認(Brockmole，et al.，2006；Jiang & Song，2005)。同時研究表明，在自然場景中，目標物周圍的局部場景不變但是全局場景變化的情況下，很大程度地降低了之前學習產(chǎn)生的前后線索效應。這可能是由于場景內(nèi)大輪廓的變化或物體數(shù)的變化比一小部分物體的變化更容易導致場景特征的變化，使得關(guān)于場景的提取線索消失。此外，場景知覺中物體識別背景效應的生理基礎也可能是造成全局信息優(yōu)先加工的重要因素之一。
第三，兩類場景背景的熟悉度存在差異。自然場景一般采用彩色圖片或3D模擬的形式呈現(xiàn)，這些場景一般都是日常生活中真實環(huán)境的再現(xiàn)，具有實際的意義，觀察者具有相關(guān)的經(jīng)驗基礎(Davenport，2007；Henderson & Hollingwonll，1999；Hollingwonh，2004)。相對于非自然場景而言，觀察者對自然場景背景有著較高的熟悉度，因此對于背景中的物體能夠快速的識別或精準的再認。而對于不熟悉的場景，被試則需要花費一定的認知資源來對背景信息進行熟悉與適應。
第四，其他差異。除了在目標物學習過程中涉及的認知因素及“自上而下加工”因素外，可能還存在著大量其他的視覺因素，如照明、對比、成分的空間密集度及顏色等。同樣，在自然場景和人工刺激序列中這些差異也存在。另外，這兩種場景中所表現(xiàn)出來的各自成分的視覺同質(zhì)性場景知覺中物體加工的背景效應可能也存在著區(qū)別。例如，人工刺激序列中的材料視覺同質(zhì)性要比自然場景中的高。這樣，材料間的不同可能導致目標物與背景聯(lián)系的緊密程度差異，進而導致了對其認知加工的策略上存在差異。
4 場景知覺中物體識別背景效應的生理基礎
近來，一些研究者關(guān)注在場景知覺的過程中哪些腦區(qū)參與了這個過程，以及背景效應的生理基礎，為理解場景知覺中物體識別的背景效應的生理機制提供了依據(jù)。
在場景知覺的過程中，背景效應激活了大腦中不同的腦區(qū)。有研究者針對掃視任務中背景效應對視覺行為與大腦活動的影響作了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與掃視有關(guān)的視覺行為以及神經(jīng)通路都受到背景信息的影響，但受到激活的腦區(qū)卻不盡相同。具體來說，楔前葉(precllneus)、前額(preflrontalcortex)以及額葉眼動區(qū)(frontal eye fields，F(xiàn)EF)與被試受到背景信息影響后的視覺反應行為密切相關(guān)，而附屬眼區(qū)(supplemensy eye fields)等其他腦區(qū)則可能與反應傾向更加相關(guān)(Dyckman，c鋤chong，Clememz， & McDoweIl，2007)。Hayes等人則運用功能磁共振成像技術(shù)(fmRI)對編碼以及檢索過程中背景變化的情況下，被試對物體再認成績下降現(xiàn)象的神經(jīng)基礎作了進一步研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腦中的PHc(parabippocanpla cortex)區(qū)域與場景中背景圖式的激活密切相關(guān)。同時。這一區(qū)域在編碼記憶以及提取記憶等記憶活動中都占有相當重要的地位(Hayes，Nadel， & Ryan，2007)。
不僅如此，最近相關(guān)的研究還發(fā)現(xiàn)不同腦區(qū)的激活程度與背景信息的類型有關(guān)。Eichenbaum和Lipton的研究發(fā)現(xiàn)，當物體與場景中的背景信息密切相關(guān)時，PHc就會被激活。但對于空間和非空間的場景信息，這一區(qū)域被激活的程度卻是不同的。后海馬旁皮質(zhì)(posterior parahippocampalcortex)與空間背景信息的關(guān)系密切，激活程度最高；而前海馬旁皮質(zhì)(anterior parahippocampalcortex)與抽象背景信息的關(guān)系密切，激活的程度較高(Eichenbaum & Lipton，2008)。這一結(jié)果說明，被試在加工非自然場景和自然場景時，PHc區(qū)域的反應程度以及PHC內(nèi)受激活的腦區(qū)可能不完全一致，被試對全局信息的反應要強烈的多(BesAminof & Schacter，2008)。這可能是因為，在自然場景中，物體與周圍背景之間的關(guān)系更多、更密切；但對于非自然場景，這種物體與背景之間的關(guān)系則要微弱的多。另一種原因是，人類的大腦中有專門的腦區(qū)負責加工全局場景信息，尤其是位于下顳葉上的PPA(the parahippocanpalplace area)。它是人類大腦皮質(zhì)中對視覺場景信息(例如：城市、鄉(xiāng)村風景)反應較強的一個區(qū)域，而它對其他視覺刺激的反應則相對較弱。研究者提出假設：PPA這一區(qū)域的主要功能是編碼場景中與物體同時出現(xiàn)的背景信息，但這一假設還有待進一步的驗證(Epstein & ward，2009)。FMRI的研究表明，這一區(qū)域可以對所看到的圖片做出選擇性的自動反應。當個體觀看包括結(jié)構(gòu)和幾何特征的場景信息時這一區(qū)域會被激活，而觀看抽離了全局結(jié)構(gòu)的物體時不會被激活(Epstein & Kanwisher，1998)。因此，它可能是全局信息優(yōu)先加工效應神經(jīng)機制的一部分。
從上面的介紹可以看出，場景中物體識別的背景效應不僅在行為研究中得到證實，同時有關(guān)生理的研究也發(fā)現(xiàn)了不同的腦區(qū)定位，為行為研究結(jié)果找到了生理基礎。相信隨著這些研究的深入，研究者能夠揭開背景效應在大腦中的生理機制。
5 小結(jié)與展望
我們生活的真實環(huán)境是復雜而多變的，物體出現(xiàn)的背景始終在影響著我們對處在其中物體的識別和加工。雖然現(xiàn)有的研究提出了很多的理論解釋，同時進行了很多生理的研究，但是縱觀現(xiàn)有的研究，仍有一些問題需要以后的研究來解決。
首先，背景效應發(fā)生在知覺加工的哪個階段仍需要進一步的研究。雖然現(xiàn)在的很多研究都證明了背景效應的存在，但是縱觀現(xiàn)在的研究結(jié)論發(fā)現(xiàn)，很多的研究仍有爭議(Bar 2004：Hollingworth & Henderson，2002；HOIHngworth，2009)。這個爭議的一個重要議題是有關(guān)背景對物體識別的影響發(fā)生在知覺加工的哪個階段。背景對其中的物體產(chǎn)生影響，是作用于早期感知階段，還是后期的決策階段，這個問題有待于進一步的研究來證實。尤其是涉及到不同的研究目的和材
料，背景起作用的階段可能不同，所以很可能這種階段性在不同的研究中是有差別的。這也可能正是現(xiàn)有對背景效應進行解釋的理論之間差異的一個主要原因。
其次，仍需要建立一個同時考慮感覺刺激和原有經(jīng)驗的理論來解釋背景效應的發(fā)生過程。雖然研究者針對場景知覺中物體識別的背景效應提出了三種不同的理論模型，但三種理論模型在有些方面還存在較大的分歧。背景引導理論雖然考慮到了前面兩種理論的不足，試圖從局部加工和整體加工的角度來解釋背景的作用問題，并試圖用整體加工來考慮經(jīng)驗問題，但是這個理論更多從數(shù)學計算和模擬的角度來探討背景效應，而對觀察者所具有的經(jīng)驗考慮不足(T0mlba，et aL.，2006)。畢竟我們生活在一個復雜的環(huán)境中，大腦對物體的識別不像計算機那么嚴格地依照計算，而是更多地依賴主觀的判斷。對于這一理論還需要更多的研究對其進行論證與完善。
再次，不同場景材料的背景效應仍需要進一步探討?，F(xiàn)在的研究更多地是用自然場景或非自然場景來單獨的探討背景效應問題，并且提出一些假設和理論來解釋背景效應。但是從兩類場景研究的結(jié)果對比來看，不同的場景間發(fā)現(xiàn)的背景效應有很大的差別。這可能說明了一個很重要的問題，即場景的真實程度和背景的熟悉程度可能會影響到背景效應的作用。因此，仍需要一些研究能夠?qū)⒉牧系男再|(zhì)作為一個變量來考慮，整合已有的研究結(jié)果以解釋不同背景類型下的背景效應問題。從研究的效度分析，自然場景更接近真實的生活，研究的外部效度比較高，但是實驗的控制相對較差。雖然非自然場景控制比較好，但是外部效度又相對較弱。所以如何能在嚴格控制的基礎上，探討自然生活場景中背景對物體視覺加工的作用是目前該領(lǐng)域研究的一個重要議題。
