应用图解

应用图解（精选12篇）

应用图解 篇1

摘要：纸可以作为分离和快速检测技术的支撑材料,采用纸质微流控芯片可实现传统试纸所无法实现的对多组分目标物的同时、定量分析,满足对样品中临床疾病标志物和食品、环境中重要污染物的快速、廉价和便携式分析的需求。目前已开发许多快速、简便、重复性好、成本低的纸芯片制备方法。本文以图解方式简要介绍国内外在纸芯片制作及应用方面的研究进展。

关键词：图解,纸芯片,制作,应用,进展

前言

微流控芯片(Microfluidic Chip)借鉴半导体微加工技术和(或)微电子工艺在芯片上构建微流路系统(由储液池、微反应室、微通道、微电极、微电路中的一种或几种组成),加载生物样品和反应液后,在压力泵或电场的作用下形成微流路,在芯片上进行一种或连续多种反应,可达到高通量快速分析的目的。

“芯片实验室(Lab-on-a-chip)”或称微全分析系统(Miniaturized Total Analysis System,μ-TAS)意指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单元集成或基本集成到芯片上,用以完成不同的生物或化学反应过程,并对其产物进行分析。

功能化芯片实验室大体包括3部分:芯片;分析仪,包括驱动源和信号检测装置;实现芯片功能化方法和试剂盒。

采用微流控芯片分析具有突出优点:(1)系统微型化,芯片面积常为数平方厘米;(2)试样、试剂消耗低,污染少;(3)分析速度快、高通量(通道短,场强高,分离快);(4)自动化、集成化程度高——反应、分离可控性大大提高,在集成化基础上可制成便携式仪器用于现场分析。其研究应用日趋广泛,涉及生命科学、化学、材料、生物合成、生化诊断分析、药物筛选等领域[1~9]。

纸芯片(Paper-based microfluidics)或纸芯片分析装置(Microfluidic Paper-based Analytical Devices,μPADs或Lab-on-paper Analytical Systems)是微流控分析系统的新成员,与普通意义上的微流控芯片相比,它成本低、制备简便、无需复杂外围设备,能够进行真正意义上一次性、价格低廉、便携式的分析,已经越来越受到关注[10],被普遍视为未来现场实时诊断发展趋势之一[11~14],本文重点介绍纸芯片的制作及应用。

1 纸芯片概述

纸质材料在检测装置中可以起到分离和支撑作用,有其独特的、极具吸引力的品质[15~17]:其成分是惰性的纤维素,来源丰富、廉价、可再生、易处理、可循环利用,易于使用和运输,易于化学修饰,有着较好的稳定性和良好的生物相容性。结合现代的印刷技术可以方便地制备出可用于分离、分析和检测用的微流控装置,是一种可用于检测的极佳材料。

纸一直被用于多种快速检测,p H试纸是其中最突出的实例。纸介质可以用于色谱法分离[18],基于纸材料的分离检测提供一类廉价、多功能的平台。纸和膜材料结合模式在针对现场诊断的商品化层析检测试纸条和试纸卡产品中应用极广[19]。

常规的试纸条(卡)通常是基于酶联免疫显色,近期基于胶体金显色的试纸条发展迅速[20,21]。Marbey等[16]在Nature上综述适用于发展中国家的诊断方法,其中特别提到纸上免疫色谱法——在试纸条不同位置标记不同的抗体,可以用一份样本同时检测出多种疾病,检测结果可视化,时间少于10min。常规试纸检测因其操作简便、易用、价廉而获得巨大成功,但通常不能够做多重分析和定量分析[18]。纸芯片(纸质微流控芯片装置)则可以解决这一问题,并更趋微型化、集成化、多功能化。如王方方等[22]采用光刻法制备纸芯片,以化学发光法可同时检测葡萄糖和尿酸。

采用ISI Web of Knowledge检索系统,以“纸芯片(paper-based microfluidics)”等关键词检索相关的文献可知,目前关于纸芯片相关的文献发表正处于不断增长的趋势,并且有着较好的发展前景。目前关于纸芯片综述还不多[13,14,17,23,24,25],本文将结合自己实验工作介绍纸芯片的制作原理及应用。

2 制作材料选择

对于纸芯片,纸材质的选择非常关键,需考虑多重因素[26],如:足够的机械承受力;水相中浸泡无显著变形和解体;合适的亲疏水性便于吸附和固定,形成明确的检测区,又要避免过度散溢[27];不能降解生物待测物或其他检测试剂;表面须均一,以便重现、修饰和生成信号;降低常规方法中易出现的咖啡环效应(coffee-ring stain effect)[28],还要考虑与复合材料的封装匹配效果等[29]……

Whatman 3MM层析纸具有较高的纯度和一致性,确保毛细管效应的载量均一,使用较为广泛。其中Grade1型号国际标准色谱纸厚度0.18mm,线性流速(水)130mm/30min,具有中等颗粒保留度,表面光滑,适合用于普通分析分离并与打印机纸盒匹配较好。

纸与其他材料组合应用也较为常见,如张琼等[29]研发纸与PDMS复合型微流控芯片,利用纸与PDMS表面性质的差异,在纸材料上形成水凝胶液滴,结合液体在微通道中的主动灌流与纸材料中的被动扩散,模拟体内物质运输,形成浓度梯度介导的细胞微环境,成功用于肝癌细胞三维培养。

目前也有研究直接采用丝线、纤维等材料引导流体来制作检测装置[30~32]。

若采用电化学检测方式,还需要考虑电极材料的选择。电极与纸芯片的组装可以采用2种方式:(1)绝缘塑料基板(如聚邻苯二甲酸乙二醇酯PET)上固化金、铜等金属电极材料,然后与纸芯片贴附接触[33];(2)采用丝网印刷技术等将导电碳墨、Ag浆、Ag/Ag Cl浆等直接印刷在纸上之后加热固化。

在塑料基底上镀金、镀铜电极也适合于纸基质电化学装置,并在某些应用中灵敏度更高,如纸芯片上采用金或铜电极用循环伏安法检测效果较好,但因为产物的吸附作用会使电极钝化而不如碳墨电极耐用,且成本较高。

导电碳墨电极有多方面优势:(1)价格便宜;(2)持久耐用;(3)易于制造;(4)工业和研究中应用广泛[37]。

丝网印刷电极(Screen-Printed Electrodes,SPE)技术设计灵活,非常适用于批量生产低成本、可再生以及较为灵敏的一次性电极,在实验室研究和产品开发上,受到越来越多的关注。本实验室采用丝网印刷技术在纸芯片上固定电极材料如导电碳墨、Ag浆、Ag/Ag Cl浆,并对电极进行各种修饰,如可采用纳米材料[34,35]、Nafion膜、分子印迹[36]等。电极应与所采用的电化学分析仪器组装灵活,应考虑与普通电化学工作站或手持便携式电化学分析仪等各接口的适用性。

3 纸芯片制作方法

3.1 制作方法分类

纸芯片制作通常是采用能固化的疏水性材料形成通道来限制和引导流体,这些材料包括蜡[38]、聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane),PDMS)[39~42]、SU-8[43,44]、聚苯乙烯[45]、烷基烯酮二聚体(AKD)[24]、聚甲基丙烯酸甲酰胺(Po NBMA)[46]等。方法有光刻[22]、手绘[38,47]、打印[48,49]等。也有的采用等离子体[50]、激光[51,52]等对纸质材料处理后形成特殊的亲、疏水通道。除此之外,文献中[38,49,53]还报道其他纸芯片的制作方法。

为使纸上流体成为相对密封的体系,除外加密封罩外也可采用热压塑封机,以双层透明膜把芯片塑封起来[54]。

基于打印机的纸芯片制备方法[38,49,55]易于与前端设计步骤衔接,操作简单,并能方便地利用最新的打印工艺打印包括电极部分在内的芯片。

本实验室利用Xerox Phaser 8560DN喷蜡打印机制作纸芯片,制作过程如后。

3.2 打印法制作纸芯片

本实验室打印法基本制作流程:

3.2.1 纸芯片设计

先用电脑辅助设计和绘图软件(如Free CAD等)绘制芯片图样,使蜡打印部分形成对液流的限制通道。设计须保证在芯片上完成进样、分离,与电极接口界面友好,避免加样后散溢,并有一定的支撑强度,从而实现完整的芯片检测功能。

3.2.2 采用喷蜡打印机打印采用特殊的喷蜡打印机装置制作,下图为打印后的样图:

3.2.3 精确数控加热板加热

蜡渗透在纸层中形成限制性通道,视蜡的材质,一般采用100℃,10min左右(以蜡层恰好均匀渗透到下层而不过度扩散为宜),大连化物所Lu等[55]曾进行过相关参数优化。也可将打印好的芯片置于90℃恒温干燥箱20min左右。

3.2.4 电极制作和修饰制作好纸芯片后采用丝网印刷法[41]用下面的模具印刷电极:

3.2.5 控制元件或三维芯片设计

为达到精细控制的目的,可以再加入一些控制管道、阀门等。制作复杂的如三维立体多层的芯片,其制作原理与上述方法类似。

3.3 复杂纸芯片制作

三维立体纸芯片的制作思路是通过防水双面胶带等形成多层间的隔离,中间采用不同孔道形成不同的连通效果[56,57]。多层立体纸芯片制作流程示例:

4 纸芯片检测方法

4.1 光学手段

光学检测是较简单直观也是最常用的方法[58],通常是利用化学反应、酶联免疫反应的显色效应[59~64]、基于纳米粒子或量子点[64~67]的颜色指示等。基于不同的显色指示剂,可显示一种待检物多个指标如p H、葡萄糖、蛋白、核酸等,可裸眼观察也可据色度值定量。也有研究[68]采用对热电敏感的墨水,将不同热电信号显示为色度指示信号(见图5)。

荧光法[15]、化学发光法或电致化学发光法[69~73]、表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)法[74,75]等可能需要特定仪器检测的在本文也归为光学检测类。济南大学Yu等采用电致化学发光法检尿酸[69]和葡萄糖[72],Delaney等[71]采用电致化学发光法在纸芯片上通过显色反应检测2-N-二丁氨基乙醇和NADH,通过手机摄像头等采集激发红光的色度数据进行远程定量检测。纸芯片与商品化血糖仪[76]或手机[77,78]等便携设备结合非常有利于家庭护理和远程诊断技术的发展。纸芯片与手机结合远程诊断的应用,如下图:

4.2 电化学手段

采用电化学方法检测[58],其流程示意图:

电化学检测装置所需仪器简单、价格适中、携带方便[18],其与纸芯片整合极具优势[18,79,80],电化学检测也可以与酶联免疫反应相结合[81]。纸芯片匹配已商品化的电化学检测器即可以用于葡萄糖、胆固醇、乳酸、酒精[76]、维生素C[18]及部分气体[82]等的分析。此类装置可多指标同时检测,方便携带、成本低廉。

另外,电化学检测与显色检测也可以联用[83](见图9)。

目前已经有U盘大小的商品化电化学分析仪,插入电极连接掌上电脑即可以进行检测(见图10)。纸芯片与电化学检测器联用为开发简易、便携化的诊断平台提供一种新的手段,并具有降低检测成本、扩展检测范围的潜力。

图片来自军事医学科学院郝荣章博士

4.3 其他手段

也有报道[84]采用纸上进样,串联质谱检测,但是较为复杂,难以达到便携、廉价的要求。

5 纸芯片相关研究进展

5.1 设计多样化

针对不同的应用目的,可以有多种设计样式(见图11,12),既需考虑所需完成的功能,又需考虑制作、修饰、组装难易度。

5.2 纸芯片上的驱动和控制

目前,纸芯片上的流体控制还是其设计和应用的瓶颈之一。通常,采用具有良好可湿性的纸材料,在无需外加动力的情况下,样品溶液即可因为纸的毛细作用而流到检测区域,但是当流体通道较长或者较复杂时,采取上述被动的方式就较难控制,或所需时间延长,导致液体过分蒸发,所以,在某些情况下需要对流体驱动和控制更主动和有力的手段。驱动方法除利用纸自身的毛细吸附力外,还有利用声波[84,86]、离心力[87]、注射器推动[60]等。

控制手段除设计阀门、开关外,还有采用激光控制开关[88]、通过包被不同化合物改变流体传输性能[89]等。下图分别是采用纸芯片特殊设计来达到不同液流混合或者通断:

5.3 应用进展实例

纸芯片已经被开发出越来越广泛的功能,除上面所列外还被用作微混合装置[92]、模拟点样板装置[42,93,94,95]等,还有研究采用纸芯片培养细胞[95,96],半定量检测细菌信号分子[97]、计量时间[98]等。

下图为双层流体混合装置:

下图为浓度梯度立体细胞培养装置:

6 展望

芯片实验室是一种集成、快速、高效、高通量、试剂用量小的技术平台,将极大地促进生物分析的研究。

微流控芯片技术是一门新兴的、与多学科交叉的技术,日益与电子科技和数码打印技术[99]、生物科技、纳米科技[12,100]等结合,制作方法不断推陈出新,工艺不断得到改进[101]。最近报道[102],普通造纸所用的木浆纤维,经特殊处理使其尺度达到纳米量级,可制备出透明、可弯曲、可降解的半导体器件,使得通过全打印方式来制备电子器件成为可能,这也将进一步推动纸芯片技术的功能延伸!

目前,纸芯片制作和应用领域中还有诸多课题有待研究:如何把纸芯片与其他材料相结合,增强其机械强度;如何保证引入、富集样品,而不渗漏、蒸发、流失;如何保证一个相对封闭的空间,避免外界环境干扰;如何对纸芯片上流体进行精确控制、驱动及其机理;如何提高纸芯片检测的重现性;如何将纸芯片与检测仪器巧妙集成、整合,拓展其功能;另外还有如样品的残留、部分疏水试剂形成的限制性通道难以耐受样品或者低表面张力、检测限进一步提高等[103]……

未来的制作将更趋简单、省时、易于批量生产等,而应用上则需提高检测灵敏度,使其体积更小、集成度更高并且可以同时进行多种复杂的化学和生物分析。

通过不断提高和优化,纸芯片很容易实现规模化量产,这种装置成本低,样品消耗量少,携带方便,能使检测更简便、快速、经济、实用。其用途广泛,可用于医药卫生,食品安全,环境监测等领域的实时现场检测,有良好的发展前景。

应用图解 篇2

（一）一、什么是数字证书及作用？

数字证书就是互联网通讯中标志（证明）通讯各方身份信息的一系列数据，提供了一种在Internet上验证您身份的方式，其作用类似于司机的驾驶执照或日常生活中的身份证。它是由一个由权威机构-----CA机构，又称为证书授权（Certificate Authority）中心发行的，人们可以在网上用它来识别对方的身份。数字证书是一个经证书授权中心数字签名的包含公开密钥拥有者信息以及公开密钥的文件。最简单的证书包含一个公开密钥、名称以及证书授权中心的数字签名。常用的密钥包括一个公开的密钥和一个私有的密钥即一组密钥对，当信息使用公钥加密并通过网络传输到目标主机后，目标主机必需使用对应的私钥才能解密使用。使用它主要是为了提高IT系统在敏感数据应用领域的安全性，为用户业务提供更高安全保障； 注：数字证书，下面均简称证书；

二、如何搭建证书服务器？

搭建证书服务器步骤如下：

1、登陆Windows Server 2008服务器；

2、打开【服务器管理器】；

（图2）

3、点击【添加角色】，之后点击【下一步】；

（图3）

4、找到【Active Directory证书服务】勾选此选项，之后点击【下一步】；

（图4）

5、进入证书服务简介界面，点击【下一步】；

（图5）

6、将证书颁发机构、证书颁发机构WEB注册勾选上，然后点击【下一步】；

（图6）

7、勾选【独立】选项，点击【下一步】；（由于不在域管理中创建，直接默认为：“独立”）

(图7)

8、首次创建，勾选【根CA】，之后点击【下一步】；

（图8）

9、首次创建勾选【新建私钥】，之后点击【下一步】；

（图9）

10、默认，继续点击【下一步】；

（图10）

11、默认，继续点击【下一步】；

（图11）

12、默认，继续点击【下一步】；

（图12）

13、默认，继续点击【下一步】；

（图13）

14、点击【安装】；

（图14）

15、点击【关闭】，证书服务器安装完成；

（图15）

Windows Server 2008上使用IIS如何配置WEB服务器上证书应用（SSL应用）？

此应用用于提高WEB站点的安全访问级别；配置后应用站点可实现安全的服务器至客户端的信道访问；此信道将拥有基于SSL证书加密的HTTP安全通道，保证双方通信数据的完整性，使客户端至服务器端的访问更加安全；

注：以证书服务器创建的WEB站点为示例，搭建WEB服务器端SSL证书应用步骤如下：

1、打开IIS，WEB服务器，找到【服务器证书】并选中；

（图1）

2、点击【服务器证书】，找到【创建证书申请】项；

（图2）

3、单击【创建证书申请】，打开【创建证书申请】后，填写相关文本框，填写中需要注意的是：“通用名称”必需填写本机IP或域名，其它项则可以自行填写； 注：下面的192.168.1.203为示例机IP地址，实际IP地址需根据每人主机IP自行填写；填写完后，单击【下一步】；

（图3）

4、默认，点击【下一步】 ；

（图4）

5、选择并填写需要生成文件的保存路径与文件名, 此文件后期将会被使用；（保存位置、文件名可以自行设定），之后点击【完成】，此配置完成，子界面会关闭；

（图5）

6、接下来，点击IE（浏览器），访问：http://192.168.1.203/certsrv/；注：此处的192.168.1.203为示例机IP地址，实际IP地址需根据每人主机IP自行填写；

（图6-1）

此时会出现证书服务页面；此网站如果点击【申请证书】，进入下一界面点击【高级证书申请】，进入下一界面点击【创建并向此CA提交一个申请】，进入下一界面，此时会弹出一个提示窗口：“为了完成证书注册，必须将该CA的网站配置为使用HTTPS身份验证”；也就是必须将HTTP网站配置为HTTPS的网站，才能正常访问当前网页及功能；

（图6-2）

在进行后继内容前，相关术语名词解释：

HTTPS（全称：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。它是一个URI scheme（抽象标识符体系），句法类同http:体系。用于安全的HTTP数据传输。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。这个系统的最初研发由网景公司进行，提供了身份验证与加密通讯方法，现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。至此，我们需要搭建一个HTTPS网站，即搭建WEB服务器的SSL应用；

7、如何搭建HTTPS的网站呢？ 前期回顾：

证书服务已搭建，用于创建SSL的加密服务；使用证书服务器的WEB网站时，提示需要将证书WEB站点配置为HTTPS网站才能正常使用；

我们继续以证书服务器的搭建为示例，完成WEB服务器的SSL应用搭建；

8、接下来，由于搭建HTTPS需要先申请证书，但现在证书服务网站也需要配置为HTTPS才能正常使用，那 么在证书网站还未配置为HTTPS服务前我们如何申请证书？方法如下： 方法：打开IE(浏览器)，找到工具栏，点击【工具栏】，找到它下面的【Internet选项】；

（图8）

9、点击【Internet选项】->点击【安全】->点击【可信站点】；

（图9）

10、点击【可信站点】，并输入之前的证书网站地址：http://192.168.1.203/certsrv，并将其【添加】到信任站点中；添加完后，点击【关闭】，关闭子界面；

（图10）

11、接下来，继续在【可信站点】位置点击【自定义级别】，此时会弹出一个【安全设置】子界面，在安全设置界面中拖动右别的滚动条，找到【对未标记为可安全执行脚本的ActiveX控件初始化并执行脚本】选项，将选为【启用】；之后点击所有【确定】操作，直到【Internet选项】子界面关闭为止；

（图11）

12、完成上面操作后，先将IE关闭，然后重新打开，输入：http://192.168.1.203/certsrv；页面出来后点击【申请证书】；

（图12）

13、点击【高级证书申请】

（图13）

14、点击【使用base64编码的CMC或PKCS#10文件提交一个证书申请，或使用Base64编码的PKCS#7文件续订证书申请】

(图14）

15、将之前保存的密钥文档文件找到并打开，将里面的文本信息复制并粘贴到“Base-64编码的证书申请”文本框中；确定文本内容无误后，点击【提交】；

（图15-1）

（图15-2）

16、此时可以看到提交信息，申请已经提交给证书服务器，关闭当前IE；

（图16）

17、打开证书服务器处理用户刚才提交的证书申请； 回到Windows【桌面】->点击【开始】->点击【运行】，在运行位置输入：certsrv.msc，然后回车就会打开证书服务功能界面；

打开后，找到【挂起的申请】位置，可以看到之前提交的证书申请；

（图17）

18、点击鼠标右键会出现【所有任务】，点击【所有任务】->点击【颁发】将挂起的证书申请审批通过，此时挂起的证书会从当前界面消失，即代表已完成操作；

（图18）

19、点击【颁发的证书】，可以看到新老已审批通过的证书；其它操作（吊销的证书、失败的申请）在此略掉，大家有空可以自己试用；

（图19）

20、重新打开IE，输入之前的网址：http://192.168.1.203/certsrv/； 打开页面后，可点击【查看挂起的证书申请的状态】；之后会进入“查看挂起的证书申请的状态”页面，点击【保存的申请证书】；

（图20）

21、进入新页面后，勾选Base 64编码，然后点击【下载证书】,将已申请成功的证书保存到指定位置，后续待用；

（图21）

22、打开IIS服务器，点击【服务器证书】->【完成证书申请】->选择刚保存的证书，然后在“好记名称”文本框中输入自定义的名称，完后点击【确定】；

（图22）

23、上述操作完后，可在“服务器证书”界面下看到“JZT_TEST1”证书；

（图23）

24、点击左边的【Default Web Site】菜单，然后找到【绑定】功能，点击【绑定】功能，会弹出【网站绑定】界面，默认会出现一个类型为http，端口为80的主机服务，然后点击【添加】，会弹出【添加网站绑定】界面，在此界面中选择“类型：https”、“SSL证书：JZT_TEST1”，然后点【确定】；点完确定后，会看到【网站绑定】子界面中有刚配的HTTPS服务，点击【关闭】，子界面消失；

(图24)

25、点击左菜单上的【CertSrv】证书服务网站，然后点击【SSL设置】;

（图25）

26、进入SSL设置页面，勾选上“要求ＳＳＬ”即启用SSL功能，然后点击【应用】，保存设置；

（图26）

27、此时一个基于ＳＳＬ应用的WEB服务器站点已配置完成；让我们用ＩＥ试下SSL的应用； 首先，将我们之前为了申请证书而开放的【可信站点】的设置还原； 在IE的【可信站点】的【自定义级别】选项中【对未标记为可安全执行脚本的ActiveX控件初始化并执行脚本】选项，由“启用”改为【禁用】即可；

然后关闭IE，再重新打开并输入：https://192.168.1.203； 此时会出现：“IIS7”字样的页面，如果出现此页面，恭喜你SSL配置已成功！反之则有问题，从上到下把操作说明和自己的操作过程比对检查看是否正确；（有问题别看我，我的示例可是没问题的^_^，自己耐心再检查下！）至此：WEB服务器上配置基于SSL证书应用的安全站点（HTTPS站点）操作已全部完成；

（图27）

应用图解 篇3

在空间设计的前期阶段，我们经常会运用草图的形式来勾画设计方案，便于对空间设计的规划形成初步的认知。“图解”表现是比草图更为丰富的设计思考形式。 “图解”一词英文名称为diagram，本义具有双向性。它采用对话式的互动交流，通过分解演绎式的图示方法对空间设计进行探索性的预想研究。所以它不仅是传达设计意图的重要媒介，也是设计者用于推敲方案的工具。

图解表现的特征

1. 框架构想的虚拟化

“图解“是对目标空间结构造型的模式虚拟。在设计的开始阶段，设想的任何图形样式都是随意的、无约束的表达。不必拘泥于图案设计的完整性，这只是对目标方案的大胆设想。哪怕只是一些毫无明确概念的线条，但它有可能就是因某个观点而提出新视界的认知。除此之外，我们还应对设计符号和元素的应用慎重考虑；它们构成的不仅仅是各种事件环节发生的抽象模型。在一定程度上，它体现了各种符号与空间设计要素在构成艺术方面的虚拟演绎。设计项目实践分析中，这种虚拟化从无到有的构建过程，实际也记录了我们的设计思维认识从模糊到清晰的转变步骤，即一步步从不确定性走向确定性。

2. “感觉”的概念性思考

空间设计的前期阶段，设计必须依赖自身的“感觉”进行概念性思考。“感觉”的辨析力对概念性思考影响很大。这种主动意识不是对设计结果的潦草展现，而是通过“图解”表现，表达出多种设计可能性；然后对多种设想进行筛选和提炼，优化关联内容，确定最终的理想设计效果。

我们通过多样渠道所掌握的专业知识都在不断的发展、更新；随着时代的进步，很多内容难免受到狭隘、落后的限制。在设计“感觉”参与的同时，设计者必须拓宽自身的专业视野，抓住设计思考的着眼点；为前期的设计提供必要准备。进行深入而严谨的推敲，直到整体设计项目的实施完成。

3. 设计思路的导航分析

“图解表现”是空间设计过程中构思提炼的重要环节。“图解”表现的主要特色在于徒手，不是尺规作图。它能够使设计师方案设计思路明朗有序；然后经过反复的揣摩，逐渐发现设计中的问题。由于图解不局限于实际空间类别和形态关系、以及所选用的色彩、材料等方面的束缚，所以在图形元素拆分和重构演绎中，思路就会很自由随意；设计师也易于找到设计的灵感，图形所体现的形态装饰和美化效果也更为新颖；自然而然，设计师所表达的思路也就明确的展现出来。

思维对“图解”设计的影响

设计艺术是概念性与理性的统一结合。设计的创新离不开“图解”思维的启发，思维的导向扩展我们设计时的涉猎领域。因此，为了更好的把握“图解”的设计思维模式，对概念性思维和感性思维的特性，我们需要有清晰地认识。二者的涵义是互通的，它们提供的是一个完整的空间意识。设计实践中，概念性思维和感性思维的重要性很值得我们关注。

“图解”表现的探索

“图解”设计中，我们探索的是对既定空间多样化形象的组织形式。只有充分利用图画形式辅助图解设计思考，才能激发我们设计的创意思维。在构想过程中，不能局限于某一视点，让思想任意游荡；我们应该舒畅的进行研究，为意想不到的设计成果敞开大门。总结其探索途经如下：

1. 设计“图解”演化的多维性

设计的分析必须从多角度，多维度考虑。面对空间设计的复杂情况时，进行自我快速的交流，找到其繁琐问题的成因所在，参照空间实际的功能定位和使用需求，开展的系统观察，进行全面的综合研究。采用多样化的设计意识，多种概念性理念及方法也就随之应运而生了。

2. 具体形象的逻辑转化

在明确设计主题之后，图解样式和空间装饰构造的营造，就要以这些为依据；例如：国际著名建筑大师赫尔佐格和德梅隆为2008年北京奥运会设计的主场馆“鸟巢”，就是借助逻辑性思维转化形式的经典作品。我们欣赏其原始设计方案稿时，就会发现设计师的“图解”就是采用仿生的手法，把自然界的具体形象进行逻辑性转化，营造出功能相近而效果迥异的特殊空间。相应的设计形象就要与设计要素恰当的结合，完成逻辑性的转化，用多种设计手法展示设计蕴含的人文特色和艺术审美性特征。

3. 表现的解构性与条理性

设计空间层次的规划和合理布置要满足具体、适宜的基本使用需求。由于个人艺术审美水平不尽相同，对设计语意的认知，难免会存在理解程度的差异性。针对大众认知性普遍不高的现状，空间层次规划需要布置的条理清晰、秩序井然，避免错误的暗示性。实际应用中，采用相对直接的视觉语言，大部分造型设计要以具象形态为主，对设计形象的分解、变形或者是重构，都要选择优先元素有条理的进行搭配；把抽象的装饰形式和样式，科学合理的安排在人们便于了解和理解空间层次。这样，统一表现的结构性和条理性。

結 语

综上所诉，“图解”思考的方式和模式是设计师在设计过程中必须依托的设计手段。“图解”对空间设计规划所起到的指导性作用，我们对“图解“表现应用的探索和创新研究，会赋予空间设计方式更为新颖的理念，解决空间设计问题时，在方法应用和实践手段的选择上，会更为游刃有余；同时，为未来空间设计的思路提供很好的方向指引，推动设计行业设计模式不断地革新，促进设计行业的良好发展。

思维图解在车身造型设计中的应用 篇4

西蒙 (Simon) 指出图解在设计中十分关键, 图解能力的高低直接体现了设计专家和设计新手的差异, 前者更倾向有结构、有目的地表达设计问题, 并通过草图实现造型和功能上的推导。[1]设计不仅是结果, 更重要的是过程, 是一个富有创造力与个性的思维过程, 对于设计师来说, 草图所记录的设计灵感才是他们获得创意的源泉。

一、图解思维的作用

(一) 结构梳理

由于车身设计是一个复杂的系统工作, 设计过程中出现的许多问题并非孤立存在, 为了解决关键问题, 我们还需要识别许多子问题。

设计者根据设计需要, 对头脑中的相关视觉信息进行排列、协调、取舍, 勾勒出揭示物体内在结构的概括性、纲要性关系图, 从而为解决问题提供一个全面而系统的分析。它体现了结构内在的组织关系、主次关系、聚散关系, 也验证了戈登.贝斯特“对设计问题的分析是设计过程的起点”的观点, 对于明确设计关系、设计原理具有重要意义。

(二) 思维拓展

设计大师巴格诺尔认为, 大部分的人都是具有一定的想象才能, 只是没有获得发展或者应用的机会, 如果在设计过程中能提供一些思考的方法, 这种才能就可能被激发。[2]图解思维作为一种开放式、发散式的思考方式, 它主张从一切可能的图形中寻求解决方案, 将大量不确定与随机的因素包含其中, 这是一般思维所无法到达的延伸与拓展。正是基于这种图像化的思维解析方式, 设计者能使那些解决问题的构思逐步明朗化, 并以此来促进创意的发现和设计的推论。

(三) 信息交流

在车身造型数以千计的设计流程中, 团队协作与信息交流显得尤为重要。如何将设计师们聚集在一起, 并以快速、高效的方式表达各自的设计构思与理念, 成为设计成功的关键。当设计方案展开时, 图形作为一种语言可以将抽象概念转化为直观的视觉符号, 为设计师之间思维交流提供一个便捷清晰的渠道, 设计师们可根据个性、喜好以及对方案设计理解的不同, 提出对同一车型的不同想法, 概括和提炼出最佳的设计方案, 以达到消费者对设计功能、风格、情感上的满足。

二、图解思维在车身造型设计中的应用

以上提到, 车身造型设计是一项繁复的系统工程, 设计范围涉及较广, 涵盖产品的定位、材质、结构、尺寸、人机等方面。因此, 设计师应准确掌握图解思维的方法, 遵循其三大流程:“收集设计信息 (范围、要求、形式) ;分析设计问题 (层次、关系、解决方式) ;形成设计方案 (概念、结构、表达) ”。

(一) 收集设计信息

对设计问题的发现与信息的收集是图解思维运用的开始, 它为整个设计过程指定了目标, 明确了方向。通常设计者收集信息的渠道和表现方式丰富多样, 既可包含市场调研图、汽车体量图、光线氛围图等概括性特征, 又可有颜色质地, 表面处理以及触觉感受等细节性特征。也许, 这些图像多数是片段的、随意的, 图像主题之间可能不存在必然的逻辑关系, 只是在设计师的思维中有某种解释上的关联, 但它却有助于增强设计的视觉敏锐性。整个过程设计师总是保持一种开放式、探索式的思考, 注意力在不同的主题图像中不断跳转, 从中他们会观察、记录一些重要问题与限制因素, 以便构建更多的汽车整体性信息。

(二) 分析设计问题

信息收集与问题分析两者之间是相互融合、相互递进的, 并无明显的界限之分。一方面, 前者将任何有价值的信息都描绘在纸面上, 为以后分析问题提供了充分的材料。另一方面, 为了使材料具有针对性, 收集过程也会加入设计分析, 对信息进行筛选、过滤。

以矩阵图为例, 它可以从多维问题的事件中找出成对因素, 将其排列成具有关联的行与列, 并以此来表现各要素之间联系的疏密。它有利于我们保持思维的整体性, 使用联系的观点去认识车身外形与内部零部件之间的依存关系, 避免空洞的、孤立的主观设计。

与此同时, 我们需注意问题的多样性, 当关系从统一走向对立时, 分析方法就会大相径庭。好比, 在车身的A、B、C支柱的设计中, 外形美观要求支柱越细越好, 以实现车身的通透与视觉的开阔。

然而, 过细的支柱无法满足汽车对结构钢度与强度的要求。因此, 在实际的分析过程中, 设计者应时刻保持图解方式的转变, 诸如使用“树形图”, 寻找问题的原因;运用“影响图”, 体现问题间影响力的强弱;应用“流程图”, 梳理逻辑推理次序, 以此应对事物关系的变化。

(三) 形成设计方案

图解思维目的是要帮助设计师形成设计方案, 前期所有用于分析的图像信息经过设计、评价、验证后, 最终将会转化为汽车造型的特征线。特征线作为汽车造型与结构工艺信息的集合, 是设计师表达、推敲造型的主要载体。它有着特定的结构约束和造型内涵, 主要包括三围一顶 (前围, 侧围, 后围和车顶) 。其中主要特征线, 控制的是汽车造型的体量和形面 (如侧面轮廓、腰线等) ;过渡特征线, 反映车身造型形面之间的过渡关系 (AC柱、翼子板) ;附加特征线, 它是在整车造型的基础上, 通过削减和添加手法形成局部的造型特征 (如栅格、车灯) , 主要体现汽车造型的图形认知。所有造型特征线在几何表达和描述造型特征上具有基本类别的意义, 即在点、线、面构成的特征层次结构中, 特征线更能够以“最小的代价包括最多的信息”。

摘要：图形作为一种直观的视觉语言对于设计创意的表达与传递有着重要的作用, 特别是在设计实施的前期和计划组织阶段, 图像解析的思维方式能激发设计者思维的广度和探索的深度。本文以车身设计为切入点, 分析图解思维在其设计中的重要性。

关键词：汽车设计,图解思维,车身造型

参考文献

[1]盛卿.图解在工业设计中的运用[J].清华大学, 2007.

幼儿灯笼折纸图解 篇5

幼儿灯笼折纸图片步骤

1幼儿灯笼折纸图片步骤

2幼儿灯笼折纸图片步骤

3幼儿灯笼折纸图片4：

灯笼的悠久和寓意

今天和大家分享一下灯笼的历史的一些具体的意义。

查阅手套的历史记载：元宵佳节观灯猜灯谜的习俗则起源于汉朝初年，唐朝开元年间，为了庆祝国泰民安、风调雨顺，而扎结各种各样的花灯，广告灯笼藉著闪烁不定的灯光，象徵着「彩龙兆祥，民丰国强」，花灯风气到此才广为流行。

明朝朱元璋建都南京时，更于秦淮河畔之上燃放水灯万余支；永乐朝在午门大立虌山灯柱，又在华门外设立「灯市」。

灯笼的寓意：中国的灯笼，历史悠久。以前做宫灯，就代表婚礼与喜庆；竹篾灯则说明这是葬礼场合；灯（字姓灯），因「灯」与「丁」语音差不多，则意味著人丁兴旺。迎神赛会上，神明的阵头前仍有两盏大灯笼悬挂，这就是这种习俗的延续。

不过，灯笼最让人遐思、期盼恐怕还是元宵节的花灯了。每年正月私塾开学时，家长会为子女准备一盏灯笼，由夫子点亮，寓意学生的前途将会一片光明，称之为（开灯）。

图解CES热点 篇6

在今年的CES上，“技术升级”与“大尺寸”是平板电视的主题，PDP努力提高图像质量、降低功耗，LCD则致力于提高分辨率和对比度。但做大尺寸却是两者的共同方向，随着夏普展出全世界最大的108英寸液晶电视，在大尺寸面板的竞争中，LCD已超越PDP。

高清DVD标准之争持续

韩国LG公司推出了全球首款同时兼容HD DVD和蓝光的高清播放器，与此同时，华纳兄弟也推出一种双格式兼容DVD碟片，适用于不同格式的高清DVD播放器，很多人都希望此举能平息下一代DVD标准之争。但有分析人士认为，这并不足以解决两大阵营之间的矛盾，两种标准势必将较出高低，双方的竞争会更加激烈。

数字娱乐：游戏并非全部

比尔·盖茨表示，微软进军游戏领域也不单单是只为了游戏。对Xbox系列产品来说，2007将是具有“里程碑意义”的一年，因为它会从一台游戏主机变成更多东西。不过微软也没有忘记PC游戏市场，力推“Games or Vista”计划。微软还确认了在Zune播放器上运行游戏的计划。索尼则推出了一款名为“mylo”的产品，这款产品定位于个人掌上娱乐通讯，结合MP3播放、互联网接人、视频内容播放等功能，还可通过USB2．0快速接口与电脑连接。

无线技术正在崛起

Wi—Fi、WiMAX、UWB(超宽带)以及新的“WirelessHD”等无线技术是CES上又一个热门话题。由于无线网络新标准通过，以及多网融合的趋势，因此不管是手机、PDA、计算机、数字家庭应用等，都正在或试图导人无线技术。

手机越来越智能

苹果公司推出的智能手机iphone毫无疑问是最受关注的手机产品，该产品结合了iPod、手机和互联网通讯等功能，并采用了最成熟的GSM技术。iPhone的推出引起了诺基亚、摩托罗拉等通讯巨头的警惕，但诺基亚认为：“iPhone的推出说明诺基亚的发展战略是正确的”，它推出的两款新型智能手机N76、N93i也备受关注；另外诺基亚还携手Visa推出了一个全球移动支付系统，可以完成非接触支付(contact-freepayments)、远程支付、个人对个人支付以及移动优惠券等功能。但这些新产品都指向同一个方向：即日渐智能的移动多媒体终端。

“数字家庭”雷声大

除了Vista之外，微软对于Xbox 360的推广也不遗余力，推出了面向新型数字家庭的解决方案“IPTV on Xbox 360”。通过Xbox 360与面向IPTV业界的Microsoft TV IPTV Edi—tion的组合，把Xbox 360放在称为“All in One”高清娱乐方案播放中心的位置上。英特尔的欢跃平台继续产业化进程，TCL与英特尔联手推出了全球首台基于“欢跃(ViiV)”技术平台的3C化液晶电视，该产品嵌入了欢跃技术模块，可与电脑、DVD播放机、数码产品、数字媒体适配器、DMA等多种3C多媒体设备互联，实现信息资源共享和多媒体处理功能。

“不安分”的IT巨头

应用图解 篇7

本量利 (CVP) 分析是企业成本、业务量、利润关系分析的简称, 它是指基于对企业成本进行成本性态的划分, 借助量化的会计模型与图式来表达出成本、销售、利润等变量之间的内在规律, 通过三个变量的内在关联性研究, 为企业进行有效的预测、决策和规划提供必要的分析手段。

本量利分析可以为企业在保本、保利条件下应实现的销售或销售额进行预测, 基于这种应用理念也可以对销售成本和资金进行测算。也可以运用敏感性分析寻找增加企业利润的途径 (如压缩固定成本, 提高售价, 降低单位变动成本) , 在公司有剩余生产能力的情况下, 决定是否接受某些与企业销售政策不同的订单, 帮助企业制定或决定是否接受某些产品销售价格。

二、本量利分析图解模型

(一) 标准本量利分析图

标准本量利分析图属于实际应用最广泛、且能反映最基本的本量利关系图形。它所反映的总成本是以固定成本为基础, 能形象地反映固定成本总额不变的规律, 同时也能很直观地揭示保本点、安全边际、盈利区与亏损区的关系。通过观察标准本量利分析图可以掌握本量利之间的规律。

1. 保本点在一定时期内确定的情况下, 如果产品销售量

高出保本点将会实现盈利, 超出一个单位的业务量, 将取得相应一个单位边际贡献的盈利, 随着销售量的增加, 企业的盈利也同比例的提升。反之, 当产品的销售量低于保本点一个单位的业务量, 即亏损一个单位边际贡献。

2. 固定成本线与横轴之间的距离为固定成本值, 固定成本值在一定时期一定范围内不会随产量增减而变动。

销售收入线与总成本线的交点是盈亏平衡点。它表明企业在此销售量下总收入与总成本相等, 既没有利润形成, 也没有亏损发生。在此基础上, 随着企业销售量的增加, 销售总额超过总成本, 形成了企业利润区域;反之, 形成亏损区域。

3. 在销售量不变的情况下, 保本点越低, 盈利区域的面积相应扩大, 亏损区域的面积就相应缩小。

它反映了产品的盈利性有所提高, 能实现更多的盈利或更少的亏损。反之, 保本点越高, 盈利区的面积就缩小, 亏损区的面积就相应扩大, 它反应了产品的盈利性有所降低, 能实现的盈利越少或亏损越大。

(二) 边际贡献式的本量利图

标准本量利图虽然反映了本量利之间的基本关系, 但没有反映出边际贡献的作用, 而边际贡献式本量利图将固定成本置于变动成本线之上, 边际贡献的形成、边际贡献与利润之间的关系在此图示中得到直观的呈现。这种图绘制方法与标准的本量利图相同, 它的主要优点是可以清楚地表明边际贡献的数值, 企业的销售收入随销售量同方向的变动, 企业销售收入用于抵消产品自身的变动成本之后, 剩余的便构成了企业边际贡献。边际贡献随销量增加而增加, 当其达到固定成本值时, 企业处于盈亏平衡状态;当边际贡献超出固定成本后, 企业处于盈利状态。

(三) 利润—业务量式本量利图

利润—业务量式本量利图是标准本量利图和边际贡献式的本量利图的一种变形, 它以利润线代替了销售收入线和总成本线, 因此是简化了的本量利图。该图突出了利润与业务量之间的关系, 提供的利润信息比上述两图更加直截了当, 因而简称为利量图。图中业务量既可以用销售量表示, 也可以用销售收入反映。如果是销售量, 利润线的斜率是单位边际贡献;如果是销售额, 则利润线的斜率是边际贡献率。从图中还可以看出, 在单位边际贡献大于零的条件下, 当销售量为零时, 企业将发生最大的亏损额, 其数额等于固定成本。

三、本量利分析图解模型应用案例

企业经营决策的目的是运用最佳方案合理配置资源, 实现最优的经营效果。本量利分析图解模型能够直观清晰地呈现出企业成本、销量和利润三者变量之间的变动关系, 所以被广泛地应用于企业的经营和投资决策之中。诚然, 传统的本量利分析的假设条件与充满不确定性的企业经营管理环境往往是不完全吻合的, 这也极大地降低了本量利分析图解模型作为企业战略规划方法的有用性。企业的相关会计人员应尽量正确把握成本性态, 深入分析企业经营管理环境, 研究企业经营管理中的不确定性因素, 凭借有效的概率论知识和系统分析方法, 立足企业发展内外环境, 为企业经营管理决策提供有效及时的会计信息。

现实中, 如果某种产品的生产共用一种或几种要素, 囿于这些要素有限性, 企业就应该认真研究这些要素如何有效而合理地得到利用, 即达到最优组合, 通过计算分析, 作出企业应该生产多少才能使生产要素获得合理而充分的利用, 并且能够获得利润最大化。

例, 名成公司生产A、B两种产品, 其相关资料 (见表1) :

约束条件:供水消耗最高为4 000立方;电力消耗最高用量为4 200千瓦。要求:依据上述条件对该企业如何使用现有供水和电力消耗资源实现A、B两种产品最优生产组合作出决策分析。

1.确定目标函数与约束条件, 建立数学模型。以XA代表甲产品产量, XB代表乙产品产量, S代表边际贡献总额;L代表约束条件, 则A、B两个产品组合生产约束条件表示如下:

目标函数:S=25XA+20XB

约束条件:4 XA+5XB≤4 000 (L1)

5 XA+3 XB≤4 200 (L2)

XB≤600 (L3)

XA≥0, XB≥0

2.本量利图解分析法。令坐标图中横坐标代表甲产品产量XA, 纵坐标代表乙产品产量XB, 按照相关步骤画出代表约束条件的三条直线 (如图4所示) :

(1) 直线L1根据等式4 XA+5 XB=4 000在坐标图中画出; (2) 直线L2根据等式5 XA+3 XB=4 200在坐标图中画出; (3) 直线L3根据等式XB=600在坐标图中画出。

由上述三个约束条件直线L1、L2和L3所围成的一个共同区域, 就是产品组合的可行性区域, 在阴影区内每条界限表明企业进行产品生产必须受到的相应限制。在阴影区内的任何产品组合都是可行的。

3.确定最优生产组合。确定产品最优生产组合, 就是找出既能满足约束条件的要求, 又能使目标利润函数达到最大值的那一点, 实际生产中此种产品组合边际贡献总额最大。

在上图中所反映的可行性区域内, 共有4个交点, 将其坐标值分别代入目标函数S=25XA+20XB中, 计算出各个交点的边际贡献总额。计算结果 (如表2所示) :

从表中数据可以清楚得出, 交点b的目标函数值22 220最大, 即此种产品组合边际贡献总额最大, 故甲产品生产692件, 乙产品生产246件是最优产品生产组合。

四、结论

在竞争日益激烈的市场条件下, 本量利分析图解模型的合理、有效地运用对企业生产管理决策有很大的支撑作用。本量利分析图解模型将成本、销量、利润三个变量要素及其相互关系直观地反映在直角坐标系中, 因其能清晰地显示企业不盈利也不亏损时应达到的产销量, 也能清楚地表达出成本与销量的关联, 利润区域和亏损区域的形成。

通过企业成本、业务量和利润三者之间敏感性分析, 企业能够具体掌握各有关因素对利润的敏感程度, 提升了企业经营管理工作中的预见性, 并采取相应的措施来增加收入, 压缩成本, 以获取最佳的经济效益, 提高管理工作效率, 确保企业在市场竞争中保持一定的优势, 减少生产经营的盲目性和随意性。将本量利分析图解模型应用于财务分析系统, 弥补了传统财务分析体系的缺陷, 能够结合内部管理会计资料更充分地反映企业的财务状况和经营成果, 丰富了财务指标之间的联系, 为内部管理提供了更多有用信息。

参考文献

[1]庞惠, 杨丽萍.如何运用本量利法分析企业盈亏[N].中国税务报, 2007-01-01 (007) .

[2]赵荣华.本、量、利分析在企业中的应用[J].财税研究, 2006, (12) .

[3]吕洪波.本量利分析法应用于企业的案例研究[J].内蒙古科技与经济, 2009, (7) .

应用图解 篇8

1 利用图解, 总结光合作用中的物质变化和能量变化及两个阶段的联系

教学中, 我先让学生仔细观察图解, 然后提出一系列问题让学生思考:光合作用分几个阶段?各个阶段的场所在哪儿?光反应阶段的需要的原料及产物各是什么?光能被吸收后到哪儿去了?光反应阶段的物质变化的反应式该怎样书写?暗反应阶段需要的原料及产物各是什么?暗反应阶段的物质变化的反应式该怎样书写?光反应阶段和暗反应阶段有什么联系?通过对以上问题的思考, 学生不难得出光合作用的物质变化及能量变化过程。即:

光反应阶段的物质变化:

光反应阶段的能量变化:光能转变为ATP中活跃的化学能。

暗反应阶段的物质变化:

暗反应阶段的能量变化:ATP中活跃的化学能转变为 (CH2O) 中稳定的化学能。

光反应阶段和暗反应阶段的关系:从图解不难看出, 光反应为暗反应提供还原剂[H]和能量ATP, 暗反应为光反应提供ADP和Pi;没有光反应, 暗反应无法进行, 没有暗反应, 有机物无法合成。

2 利用图解, 总结影响光合作用的外部因素及对图解的标注

光对光合作用的影响:从光的角度分析, 影响因素包括了光照强度、光照时间、光照面积和光质四个方面。从而对原图进行标注。

CO2对光合作用的影响:CO2是光合作用的原料, CO2n浓度对光合作用的影响在生产上的应用表现为:施用有机肥;大棚作物可用CO2发生器等适当提高棚内CO2浓度;大田生产中的“正其行, 通其风”等。

水对光合作用的影响:植物缺水时, 一方面使细胞的整体代谢速度降低;另一方面导致植物叶片气孔关闭, CO2供应不足, 植物光合作用下降。生产上通过适时适量的合理灌溉来解决作物对水的需求。

3 利用图解, 解析高考真题, 深化对图解的把握

例1: (2011课标, 3) 番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后, 与对照组相比, 其叶片光合作用强度下降, 原因是 ()

A.光反应强度升高, 暗反应强度降低

B.光反应强度降低, 暗反应强度降低

C.光反应强度不变, 暗反应强度降低

D.光反应强度降低, 暗反应强度不变

解析:选B。学生头脑中只要有光合作用的图解, 稍加分析, 可发现镁是叶绿素的组成成分, 缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低, [H]和ATP合成不足而使暗反应强度也降低。

例2: (2009海南单科, 15) 在其他条件适宜的情况下, 在拱试植物正常进行光合作用时突然停止光照, 并在黑暗中立即开始连续取样分析, 在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是

A.C3和C5都迅速减少

B.C3和C5都迅速增加

C.C3迅速增加, C5迅速减少

D.C3迅速减少, C5迅速增加

解析:选C。突然停止光照后, 光反应供给暗反应的[H], ATP减少, C3的还原受阻而C5和CO2生成C3的速度短时间不变, 所以C3积累C5减少。

例3: (2010海南单科, 4) 光反应为暗反应提供的物质是 ()

A.[H]和H2O B.[H]和A T P

C.AT P和C O2 D.H2O和C O2

应用图解 篇9

关键词：图解法,匹配网络,阻抗变换,归一化

中波天馈匹配网络的设计和调试, 应用公式计算是比较准确的, 但缺点是无法表达匹配网络中各元件数值对匹配网络所起的作用, 在现场实际调配时, 对于如何从测量的结果判断应调哪个元件的数值, 应往大的方向调整还是往小的方向调整就没有指导意义了, 应用起来也不大方便。而图解法兼具网络的设计计算和判断调整方向两项功能, 既简便又直观, 就像走路驾车有了地图, 方向明确并可选择合适的路线。中波天馈匹配网络图解法的原理有关教材和工具书已有介绍, 因此本文在图解法原理的基础上主要谈一谈实践应用的方法和总结体会, 供需要者参考借鉴。

一、阻抗的图算法原理

当一电阻RP与一电抗j XP并联, 其等效串联阻抗为RS+j XS, 它们的关系为:

将上式有理化, 将等式的实数部分与虚数部分分另相等, 并整理后得以下两式:

当RP和XP为定值时, (2) 和 (3) 两式的直角坐标系上分别是两个圆, 其一称为RP定值圆, 另一是XP定值圆, 直角坐标系的阻抗变换图就是根据这个原理制作的, 因为电阻部分只有正值而电抗部分则有正与负值, 所以只取第Ⅰ与Ⅳ两象限, 又因为并联电抗XP可以是感抗, 也可以是容抗, 所以电抗圆有两个, 在第Ⅰ象限的为正电抗圆 (代表XP为感抗的圆) , 在第Ⅳ象限的为负电抗圆 (代表XP为容抗的圆) 。为计算方便, 图1是归一化 (将各阻抗值除以一基值) 后的阻抗变换图。[1]

图1有两个坐标系, 一个是由水平的rs轴和垂直的xS轴构成的直角坐标系, 用于表征阻抗的串联;另一个是由rP电阻圆和xP电抗圆构成的圆坐标系, 用于表征阻抗的并联。在图中任何一点代表一个阻抗, 其中直角坐标系的rs、xS坐标表示该点的串联电阻与电抗值, 同时通过该点的圆坐标系的rP电阻圆和xP电抗圆则代表与该阻抗等效的并联电阻与电抗值, 因此可以在这个图中进行串、并联互化和阻抗变换。应用图解法设计和调整天馈系统的匹配网络就是使用串并联互化方法由天线阻抗向馈线阻抗方向逐步计算, 一步一步地把串臂和并臂接入天线侧等效阻抗, 当遇到串臂时把天线侧的等效阻抗化为串联形式, 当遇到并臂时把天线侧的等效阻抗化为并联形式, 计算起来简单方便。串并联图算法具有以下规律:

1.一串联阻抗z1=r1±jx1与一电抗元件串联时, 只是电抗部分发生变化, 而电阻部分不变, 因而, 串联后的总阻抗zS是沿r=r1的直线上变化。当与z1串联的元件为感抗时, 总阻抗向上移动, 当串联的元件为容抗时, 总阻抗向下移动。移动距离根据所串接的电抗值而定。

。2.一并联阻抗z1=r1//jx1与一电抗元件并联时, 同样是电抗部分起变化, 电阻部分不变, 总阻抗zP的变化是沿rP=r1的等rP圆移动, 当并联的元件为感抗时, 阻抗点沿rP=r1的等rP圆反时针方向移动, 当并联的元件为容抗时, 阻抗点沿rP=r1的等rP圆顺时针方向移动。移动的距离由下式决定:

式中x1为原并联阻抗z1的电抗值, x为所并接的电抗元件的电抗值, x2为并接后总阻抗zP的电抗值。[1]

二、应用于阻抗匹配的计算

天馈匹配网络形式多样, 但绝大多数是由串臂和并臂构成的, 串臂是指串接在馈线芯线和发射塔引入铜管之间的电路, 并臂是指并接在馈线芯线与地之间或并接在发射塔引入铜管与地之间的电路, 常用的倒L形匹配网络就是由一个串臂和一个并臂组成。由于以馈线特性阻抗为基值归一化的图解实例在其它工具书或教材上已有介绍, 因此本文不再重复, 而以馈线特性阻抗为基值归一化后的阻抗值超出阻抗匹配图计算范围 (因版面限制) 情况经常遇到, 所以以下介绍其计算方法。步骤如下:

1.对所需匹配的阻抗用所要求的达到的馈线的特性阻抗作为基值, 取归一化值。若天线输入阻抗超出阻抗变换图的计算范围, 可调整取归一化的基值, 使阻抗值在阻抗变换图的计算范围内。

2.在图中标出阻抗匹配点所在的等rP圆及平行于xS轴的直线, 然后设法将所需匹配的阻抗以串联或并联电抗的方法移到该圆或该直线上, 然后沿该圆 (即并一电抗) 或该直线 (即串一电抗) 移到阻抗匹配点。不过需注意的是, 若所算出的元件值有可能太大或太小, 就要重新选择匹配方案。

例:天线输入阻抗 (165+j118) Ω、馈线特性阻抗75Ω, 求所需的匹配网络的元件值。

(1) 先用馈线特性阻抗值归一化。以馈线特性阻抗除天线输入阻抗, 即:

但此值却超出图1所能计算的范围, 因此需调整归一化的取值, 并改变图中匹配点的位置。如为适合本例的天馈线阻抗值, 可在图中标出rP=0.6等rP圆及rs=0.6直线, 这样只要我们设法将所需匹配的阻抗以串联或并联电抗的方法移到与rP=0.6的等rP圆或rs=0.6直线上, 然后沿rP=0.6的等rP圆或沿rs=0.6的直线移到rs=0.6, xs=0点, 这样即可达到匹配。所以, 还需将取馈线特性阻抗值归一化后的值再乘以0.6, 即:

(2) 如图2 (a) 所示, 在直角坐标系中作rs=1.32直线、与xs=0.94直线, 它们的交点既是落在圆坐标系的rP=2.0圆与x=2.8圆的交点, 由a表示。

(3) 从a点 (转换为并联等效电路计算) 沿rP=2.0的等rP圆逆时针方向移动到rs=0.6的直线上, 交点为b, 其直角坐标为 (rs=0.6, xs=0.92) , b点也是rP=2.0圆与xP=1.31圆的交点, 即a点至b点是从xP=2.8移到xP=1.31, 这表示需要在天线端并联一感抗, 其值为:

(4) 从b点 (此时转换为串联等效电路计算) 沿rs=0.6的直线向下移到c点 (rs=0.6, xS=0) , 即b点至c点是从xs=0.92移到xS=0, 达到匹配, 这表明需串一容抗, 其值为:

(5) 匹配网络如图5 (b) 所示。各元件实际值为:

三、网络匹配的形式与选择

若使用公式计算天馈匹配网络, 仅分为W>Ra或W

1. 当a点落在rp=1的圆内时 (W>Ra) , 如图3 (a) , 并臂在馈线端, 有2种电路形式:

(1) 从a点沿平行于xS轴的直线向上移动至b1点, 即在天线与馈线间串联电感, 再从b1点沿rP=1的等rP圆顺时针移动至c点, 即在馈线端并联电容, 电路如图3 (a-1) 。

(2) 从a点沿平行于xS轴的直线向下移动至b2点, 即在天线与馈线间串联电容, 再从b2点沿rP=1的等rP圆逆时针移动至c点, 即在馈线端并联电感, 电路如图3 (a-2) 。

2. 当a点落在rp=1的圆外、rs=1直线的右侧 (W

(1) 从a点沿rP>1的等rP圆逆时针移动至b1点, 即应在天线端并联电感, 然后从b1点沿rS=1的直线向下移动至c点, 即应在天线与馈线间串联电容, 如图4 (a-1) 。

(2) 从a点沿rP>1的等rP圆顺时针移动至b2点, 即应在天线端并联电容, 然后从b2点沿rS=1的直线向上移动至c点, 即应在天线与馈线间串联电感, 如图4 (a-2) 。

3. 当a点落在rp=1的圆外、rs=1直线的左侧 (W>Ra) , 如图5 (a) , 并臂在馈线端或天线端任意, 有4种电路形式 (本例a点的虚部为正值) :

(1) 从a点沿平行于xS轴的直线向下移动至b1点, 即在天线与馈线间串联电容, 再从b1点沿rP=1的等rP圆逆时针移动至c点, 即在馈线端并联电感, 如图5 (a-1) 。

(2) 从a点沿平行于xS轴的直线垂直向下移动至b2点, 即在天线与馈线间串联电容, 再从b2点沿rP=1的等rP圆顺时针移动至c点, 即在馈线端并联电容, 如图5 (a-2) 。

(3) 从a点沿rP>1的等rP圆顺时针移动至b3点, 即在天线端并联电容, 再从b3点沿rS=1直线向下移动至c点, 即在天线与馈线之间串联电容, 如图5 (a-3) 。

(4) 从a点沿rP>1的等rP圆顺时针移动至b4点, 即应在天线端并联电容, 然后从b4点沿rS=1直线向上移动至c点, 即应在天线与馈线间串联电感, 如图5 (a-4) 。

当图5 (a) 中a点的虚部为负值时, 各电抗元件的符号相反。

根据以上分析, 只要在阻抗变换图中按照规定的路径和规律, 能将天线输入阻抗点移到阻抗匹配点, 其线路的形式就可用。对于选择什么形式的匹配网络及各元件的作用在图解法中也一目了然, 使用起来方便, 这是使用公式计算难以做到的。如串臂为电容、并臂为电感的网络, 可旁路雷电的大部分能量, 对防雷有利, 串臂为电感、并臂为电容的网络, 对滤除谐波减少带外辐射有利, 可根据实际需要选用。

四、匹配网络的调整

根据设计的数据安装好天馈匹配网络, 此时匹配网络与天线连接、与馈线不连接, 用阻抗电桥测量匹配网络输入端呈现的阻抗, 并在归一化阻抗图上表示。由于杂散电容的存在, 各元件之间的引线、匹配元件与馈线之间的连线电感的存在, 以及测量误差等因素所导致的原因, 此时测出的阻抗与馈线特性阻抗会有所偏差需进行调整。那么匹配网络中的元件哪个影响阻抗的实部、哪个影响阻抗的虚部?应当怎样调整?以下进行分析讨论。

当匹配网络形式如图6 (a) 时, 其天线与馈线之间的串臂为电容、馈线端的并臂为电感。从该图中可看出, 串臂元件的数值既决定阻抗点在平行于xs轴的直线上移动的距离, 同时也决定阻抗点所在的等rp圆的直径的大小 (等rp圆的直径随着容抗的增减而增减) ;并臂元件的数值决定阻抗点在等rp圆上移动距离 (在等rp圆上移动的距离随着感抗的增减而减增) 。因此, 在此匹配网络中, 若调整阻抗的实部应调整串臂元件, 若调整阻抗的虚部应调整并臂元件。但是, 调整串臂元件时对阻抗的虚部值也有不同程度的影响, 影响大小与天线输入阻抗值落在阻抗变换图中的位置有关。如天线输入阻抗落在图6 (a) 中a1点, 增大串臂的容抗后阻抗点由b1移到b2, 即从rP=0.9的圆上移到了rP=1.0的圆上, 并从xP=-0.81圆上移到xP=-0.82圆上 (变化很小) , 所以调整串臂元件时实部有变化, 而虚部变化很小。又如天线输入阻抗落在图6 (a) 中a2点, 增大串臂的容抗后阻抗点由b3移到b4, 即从rP=0.9的圆上移到了rP=1.0的圆上, 并从xP=-2.55圆上移到xP=-2.0圆上 (变化较大) , 所以调整串臂元件时实部有变化, 而虚部也有些变化。因此, 对于此形式的匹配网络, 从图中可以看出, 当天线输入阻抗点落在距xS轴较近位置时调整串臂元件对虚部的影响较小, 反之对虚部的影响较大。

当匹配网络形式如图6 (b) 时, 其天线端并臂为电容、天线与馈线之间的串臂为电感。从该图中可看出, 并臂元件的数值既决定阻抗点在等rp圆上移动的距离, 也决定阻抗点在rS实数轴上的位置;串臂元件的数值决定阻抗点在平行于xS轴的直线上移动的距离。因此, 在此匹配网络中, 若调整阻抗的实部应调整并臂元件, 若调整阻抗的虚部应调整串臂元件。同样, 调整并臂元件时对阻抗的虚部值也有不同程度的影响, 影响大小与天线输入阻抗值落在阻抗变换图中的位置有关。如天线输入阻抗落在图6 (b) 中a1点, 减小并臂的容抗后阻抗点由b1移到b2, 即从rS=1.2的直线移到了rS=1.0的直线, 并从xS=-0.98的直线移到xS=-1.0的直线 (变化很小) , 所以调整串臂元件时实部有变化, 而虚部变化很小。又如天线输入阻抗落在图6 (b) 中a2点, 减小并臂的容抗后阻抗点由b3移到b4, 即从rS=1.2的直线移到了rS=1.0的直线, 并从xS=-0.49的直线移到xS=-0.63的直线上 (变化较大) , 所以调整并臂元件时实部有变化, 而虚部也有些变化。因此, 对于此形式的匹配网络, 从图中可以看出, 当天线输入阻抗点落在距rp=2.0等rp圆 (以馈线特性阻抗取归一化值时) 的较近位置时调整并臂元件对虚部的影响较小, 反之对虚部的影响较大。

从以上分析可得出一个规律:调整倒L形天馈匹配网络, 接天线端的元件用于调整阻抗的实部, 接在馈线端的元件用于阻抗的虚部。 (注:天线端有并臂元件的将其看作接天线端元件, 无并臂元件的将串臂元件看作接天线端元件;馈线端与之同理。)

以下再以图6 (C) 所示的情况列举两例调整匹配网络阻抗值的方法:

1.当匹配网络输入端的阻抗值落在图中c1点位置, c1点落在rp=0.9圆上、rs轴之上且接近于rs轴。该阻抗点的移动路径是从a点延平行于xs轴的直线移动至b1点, 再从b1点延rp=0.9的等rp圆逆时针移动到c1点。显而易见, 因b1落到了rp=1的圆之内, 说明串联的容抗太小, 因此应调大容抗, 让阻抗点移到rp=1的圆上 (即b点位置) 。然而b1点位于xp=-2.55圆上, b点位于xp=-2.0圆上, 从b1点延rp=0.9圆到c1点, 与b点延rp=1圆到rs轴, 比较它们在各自的等xp圆上移动的距离, 可估算出后者将大于前者, 因此阻抗点从b1移到b后, c点将落在rs轴之下, 估计应略调小并联的感抗, 让c点移到xs=0的位置。

2.当匹配网络输入端阻抗值落在图中c2点位置, c2点落在rp=1.1圆上、rs轴之上。该阻抗点的移动路径是从a点延平行于xs轴移动至b2点, 再从b2点延rp=1.1的等rp圆上逆时针移动到c2点。显而易见, b2落到了rp=1的圆之外, 说明串联的容抗太大, 因此应调小容抗, 让阻抗点移到rp=1的圆上 (即b点位置) 。再看图中的b2点位于xp=-1.8圆上, b点位于xp=-2.0圆上, 从b2点延rp=1.1圆到c2点, 与b点延rp=1圆到rs轴, 比较它们在各自的等xp圆上移动的距离, 显然前者大于后者, 因此阻抗点从b2移到b后, c点仍在rs轴之上且距rs轴更远 (与c2相比) , 估计应调大并联的感抗, 让c点移到xs=0的位置。

调整匹配网络的过程, 一般可先调整阻抗的实部, 然后调整阻抗的虚部, 也可先调与匹配值偏差较大的元件, 接着测量阻抗值, 判断变化的趋势, 然后再调整同一个或另一个匹配元件, 重复这样的步骤, 直至达到阻抗匹配。经以上分析可知, 应用图解法调整匹配网络不必死记硬背各种类型电路的调整规律, 只要掌握匹配网络图解法的原理, 根据阻抗点在图中的移动路径和变化趋势来分析判断, 就可准确调整达到天馈系统的阻抗匹配。

总之, 应用图解法设计和调整中波天馈匹配网络, 需领会阻抗串并联互换及阻抗变换图的基本原理, 掌握阻抗匹配的图解计算方法和步骤, 分析领悟其中的规律和特点, 即可在工作实践中得到很好的应用。

参考文献

应用图解 篇10

关键词：CAD,图解法,凸轮轮廓曲线

0引言

根据机器的工作要求,在确定了凸轮机构的类型,选定了从动件的运动规律、凸轮的基圆半径和凸轮的转动方向后,就可设计凸轮的轮廓曲线了,本文应用CAD软件图解法设计凸轮轮廓曲线,图解法简单易行直观,精确度很高。

1图解法绘制凸轮轮廓曲线工作原理

图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用相对运动原理完成的,当凸轮机构工作时,凸轮和从动件都是运动的,而绘制凸轮轮廓时,应使凸轮相对静止。设想给整个机构加一个与凸轮角速度ω大小相等、方向相反的公共角速度“-ω”,使凸轮处于静止状态,而从动件一方面按原定运动规律相对于机架导路作往复移动,另一方面随同机架以“-ω”角速度围绕O点转动。由于从动件尖底始终与凸轮轮廓保持接触,所以从动件在反转行程中,其尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线,这就是凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。

本文以设计一尖底对心直动从动件盘形凸轮机构为例,凸轮顺时针匀速转动,基圆半径rb=40mm,从动件升程h=50mm,推程运动角δ0=150°,远休止角δs=30°,回程运动角δ0’=120°,近休止角δs’=60°,从动件运动规律为:等加速等减速运动规律上升,等速运动规律下降。

2应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线作图步骤

①以1:1的比例,作出从动件位移线图,凸轮相位按1°=1 mm比例作图;

②以1:1的比例,以rb=40mm为半径作基圆,基圆与导路的交点0即为从动件尖顶的起始位置;

③在基圆上,自O0开始,沿“-ω”方向依次作出δ0、δs、δ0’、δs’4个角度。方法是:取直线命令,以O为起点,输入@100<240°作射线O6;同理以O为起点,输入@100<270°作射线O7;同理以O为起点,输入@100<30°作射线O13,完成推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角在基圆上的分度;

④在基圆上分别对推程运动角、回程运动角细分,凸轮轮廓曲线的作图精度就取决于细分的程度,分得越细,凸轮轮廓曲线的作图精度就越高,一般细分程度为3-8等分。本题以6等分为例,推程运动角δ0=150°,6等分后,每等分夹角为25°,采用CAD的旋转阵列命令,以O0射线为对象作出O1、O2、O3、O4、O5;同理,回程运动角δ0’=120°,6等分后,每等分夹角为20°,采用CAD的旋转阵列命令,以O7射线为对象作出O8、O9、O10、O11、O12、O13,如图1所示;

⑤基圆的推程、回程细分了,然后对位移线图上的推程运动角、回程运动角细分,细分数目与基圆上推程运动角、回程运动角细分数目相同,所以同样是6等分,采用CAD的偏移命令,推程运动角偏移距离是25mm,回程运动角偏移距离是20mm,在相位坐标轴上分别作出1、2、3…各点,位移线图上的1、2、3…图1推程、回程运动角细分各点与基圆上的1、2、3…各点是对应的;

⑥在位移线图上作各细分点的行程,分别是11’、22’、33’…

⑦在位移线图上以分别1、2、3…各点为圆心,以11’、22’、33’…行程为半径作行程系列圆,如图2所示;

⑧把位移线图上的行程系列圆移动到基圆的对应点上,位移线图上的圆心1、2、3…各点就是基圆上的1、2、3…各点;

⑨以行程系列圆为边界,把各射线修剪掉出头,留下1’、2’、3’…各点,1’、2’、3’…各点就是凸轮轮廓曲线上的点,凸轮轮廓曲线上找的点越多越密,精度就越高,而11’、22’、33’…就是从动件的行程,是从位移线图上转移过来的,如图3所示;

⑩用CAD的样条曲线命令,把1’、2’、3’…各点光滑连接,即得到所要求的凸轮轮廓曲线,如图4所示。

3 CAD图解法对作图精确度的保证

把上述作图方法与传统的手工凸轮轮廓曲线作图法进行比较,至少有两点大的改进:

①推程运动角、回程运动角细分:用CAD的旋转阵列,解决了传统手工作图不精确的问题,解决了传统手工作图不能分得太细的问题,而推程运动角、回程运动角的细分点数,决定了图解法设计凸轮轮廓曲线的精确度;

②在位移线图上作行程系列圆,然后移动到基圆的对应点上,解决了传统手工作图测量不准确的问题,测量不准确同样影响到凸轮轮廓曲线的作图精确度。

综上,应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线是一种新的方法,新方法从作图及测量两个方面在根本上解决了传统手工作图精确度不高的问题,这是CAD软件本身的功能来保证的。CAD图解法设计凸轮轮廓曲线的精确度完全可以与解析法设计凸轮轮廓曲线相媲美,解析法计算可以精确到小数点后面4、5位,CAD图解法同样可以精确到小数点后面4、5位,甚至更多位数,这是CAD软件本身的精度来保证的。应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线作图精确度高,完全是由作图步骤、CAD软件的功能、CAD软件的精度决定的,这种精度完全可以保证企业工程实践所需。

参考文献

[1]郑红.论高职机械设计课程“教学做”合一的课堂[J].才智,2012(5).

[2]胡家秀.机械设计基础[M].机械工业出版社,2014.

图解巩县石窟 篇11

图为巩县石窟第一窟东侧礼佛图，北魏时期。每幅上都有众多侍从，有的为帝后执扇撑伞，有的捧持香炉和供品。禮佛图生动而逼真地记录了北魏统治者宗教活动的情景。

图为巩县石窟第一窟拱形门与中心柱正面（南面）佛龛，北魏时期。第一窟是一个高、阔均为六米的正方形洞窟。石窟正中有顶天立地的中心方柱。方柱四面凿有佛龛，龛内雕有一佛、二弟子、二菩萨。

此为巩县石窟第三窟中心柱正面飞天，北魏时期。

图为巩县石窟第一窟外壁东侧摩崖大佛像，北魏时期。巩县石窟远景图。石窟多呈方形，窟中有中心方柱，方柱四周凿龛造像，龛内均雕一佛、二弟子、二菩萨，窟顶浮雕平棋，以第5窟藻井浮雕最为精美。

旅游小贴士

交通路线：在巩义市区宋永昭陵南门乘旅游公交车直接到达，距市区约10公里，车票价2元每人。

门票：该景点门票30元/人，讲解40元/次。学生半价。

景区开放时间：冬季8:00—17:00夏季8:00—18:00

应用图解 篇12

建筑设计的成果表达即建筑表现,历来都是建筑学及相关领域课题研究实践的重要内容之一。随着数字时代的到来,建筑设计的操作对象不断丰富,设计表达的途径和成果更在数字技术媒介的影响和支持下日新月异。从手绘草图、工程图纸到计算机辅助绘图,从实体模型到计算机信息集成建筑模型,乃至数字化多媒体交互影像的设计制作,各种设计表达方法和手段在设计过程的不同阶段更新交替,发挥着各具特色的影响和作用。

新的建筑表现手段的不断出现使建筑表现内涵发生了改变,数字技术媒介支持下的建筑表现手段与传统表现手段相互融合,使建筑表现呈现出新的特点。当前,无论是在建筑方案创作初始阶段,还是建筑方案深化设计阶段,甚至方案公示实施阶段,视觉化图式语言作为建筑表现的基础手段一路相随。而在新的媒介手段支持下的数字化图解和动态化影像的加入,使建筑设计的表现由过去对设计结果的关注,更多地转向对设计理念和生成过程的表达;另一方面,数字媒介带来的互动性,更拉近了建筑设计者与体验者间的距离。人们对建筑的体验更为直接、彻底和深刻,它不再局限于传统的视觉感受,而是为人们提供听觉、触觉等全方位的体验感知。

长久以来,相关研究和文论大多将建筑成果的表达定位于传统的建筑绘画及效果图制作的数字化更新,或集中于具体绘图建模渲染软硬件的介绍和技法应用,而设计表现的相关教学与研究亟待摆脱传统的经验式和技法类教授研讨,应与数字技术媒介影响下的新观念、新方法相结合,走向系统化和综合性的研究和应用。有鉴于此,本文针对当代建筑设计及其成果表达中两个代表性数字技术的应用表征——图解和影像,探讨日渐成熟的数字技术媒介,在建筑设计阶段乃至最终成果表达中的综合应用。

二、数字化设计表现的图解应用

在国内,图解这样的语汇已越来越多地出现在期刊杂志、论文选题和网络论坛上。对相关问题的探讨在近年来的学位研究论文中也多有涉及,如同济大学李光前的硕士学位论文《图解,图解建筑和图解建筑师》、华中科技大学邓载鹏的硕士学位论文《图解设计—建筑学设计方法论研究》、清华大学陶晓晨的硕士学位论文《数字图解—图解作为“抽象机器”在建筑设计中的应用》等。提到图解设计,业内人士大都熟知热衷于此项研究的建筑师,如美国的彼得·埃森曼、荷兰的雷姆·库哈斯等。但究竟图解是什么,图解的特点又是怎样的,图解的特点是什么?它是如何加入到建筑设计的实际操作中,数字技术支持下的设计图解又能如何呢……诸多问题的提出与解答似乎并不简单,以下的片断也许能帮助我们深入思考。

图解,顾名思义,就是用图示化语言进行解释说明。图解在词典中的释义有:以图或其他看得见的表现方法为主题所做的说明,或利用图形来解释、分析或演算。从建筑方案早期的手绘草图到尺规工具图,再到借助计算机辅助设计的二维平立剖面图,乃至后期的建筑效果图、建筑施工图,这些均是用二维图示化语言进行的解释说明。在这里,图解是一种解释性或分析性的工具,用以表示某种几何关系、进行形式研究或解释事物间的某种内在关系等。有研究者将其归纳为解释性图解、生成性图解和数字图解(1)。就图解与再现的关系来说,图解不是某种图形或图像的再现,也不是对某种事物的模仿或抄袭(2)。图解再现的对象是某种抽象关系或概念。

为大家所熟知的埃森曼和库哈斯被认为是“互补地试图以图解取代设计”的建筑师。埃森曼的研究是从历史学的形式分析图解“九宫格”开始,试图将“内在性”和“外在性”这两大分析衍生系统引入到建筑设计中,在其著作《图解日志》(Diagram)中,他以图解为线索,总结了自己在建筑设计领域多年的研究工作。拥有记者、电影剧作者和建筑师多重身份的库哈斯在自己的研究实践工作中,充分考虑到社会因素对建筑设计的影响,将社会学作为初始的设计条件之一引入到图解设计中。他在初始收集各方面的资料信息时,通过归纳整理、统计分析完成最初的理念构建,并从研究开始将数据转化为形式(图1)。虽然艾森曼和库哈斯在方案创作初始阶段的出发点不同,但图解都是作为生成工具穿梭于整个设计过程中,直至方案最终形成。图解在这里成为方案概念和设计生成过程的生动表达。

时至今日,信息技术日益革新,计算机技术凭借其强大的创造和生成能力,通过数字图形软件对信息的操作得到新的图像,并逐渐成为图解操作和设计表现的新兴媒介。图解技术与数字技术相结合,带来更多难以预测的建筑形式,其结果是令人惊奇的。由于数字技术的介入,埃森曼的“事件发生”和库哈斯的“社会因素”也许有可能结合在一起,成为某种完整的图解过程。建筑师从操作者变成了控制者。所谓的数字化图解正在越来越多的建筑设计及其表现中如影随形地展开。

运用此类手法的代表建筑师有美国建筑师格雷戈·林恩和荷兰UN Studio联合工作室。林恩是数字设计领域的知名人物,在1999出版的作品集《动态形式》(Animate Form)中,他详尽阐述了数字技术应用于建筑设计的必要性和可行性,并将图解与数字技术紧密结合。林恩的设计过程是先找到每个项目的限制条件,将它们作为参数输入电脑中,得到可能的形式范围,并通过控制动画时间选择形式。拓扑形、参数和时间是林恩图解式设计的三要素。在林恩的设计中,参数输入与变形一直都是设计的主题,而在设计一开始,他会选择一种合适的图解(3)。大多数情况下,图解依据的是某种拓扑形,如泡状物、折叠等,而在他的部分作品中也多以动画软件中的粒子系统(4)作为图解工具,探讨了一种对场所力(一般是人流和车流)进行更为精准的模拟的可能性(图2)。

数字化图解在很大程度上将建筑设计作为对功能和自然条件的直接反馈。与传统的“分析——综合——评价”这样一套创作过程得来的设计结果不同,动态的数字图解设计过程是通过不断调节各变量因素的值来获得不同的方案。传统二维图纸媒介系统从设计对象和设计过程两个方向,不同程度地分化着建筑的设计内容和表现成果,然而,通过从建筑表现方式到建筑设计主要因素的转变,借助数字技术媒介参与生成的数字化图解,将建筑设计与表现逐渐拉近成为一个有机整体。

三、数字化设计表现中的动态影像

如果说数字化图解天然具备动态性和交互性,那么数字化影像带来的则是更具操作性的动态生成和交互体验方式。正如林恩所言:“动态(animation)的定义包含了形式进化的过程及赋予其形式的力量。以前,建筑的静力学特征使许多建筑师对动画产生抵触情绪,然而就像微积分给数学带来新的生机一样,动画将把建筑从一个静力系统带到一个动态组织(dynamic organization)中。”在不断涌现的数字技术媒介的催生下,利用动态影像技术辅助建筑表现的地位也日益提升。

建筑对象所包容的元素之多、传达的信息量之大,及其所包含的形、色、体、空间、时间、场所等其他因素之广,绝非某种单一的传统媒介可以完整表现。与此同时,现场体验应是解读的首选,但时空的阻隔限制了现场解读的可能,而二维平面印刷媒介在对建筑的还原能力和交流能力方面有着明显的局限,以至在建筑艺术的传达过程中经常造成多种信息的缺失和变异,最终导致人们对建筑的误读。数字动态影像作为表现媒介,在完整性、真实性及与表现对象的同一性方面具有长足的优势,影像作为建筑艺术的表现媒介,是对传统设计表现媒体的补充和修正。换句话说,影像媒介以其丰富的手法、多变的元素拓展了建筑师对建筑体验和表现的操作范围。

从早期的电影场景到后来的建筑动画宣传片,再到如今世界各地充斥着的多媒体技术与建筑设计的结合,建筑设计表现的互动性在逐渐增强。谈到动态影像表现建筑设计,我们不妨将视野放得更宽、更广一些,甚至可从另一个也是借助数字技术而日新月异的领域——多媒体互动游戏领域来获取一些借鉴。人们都知道,游戏得以良好运行的关键在于引擎质量的高低。游戏引擎是一套由多个子系统共同构成的复杂系统,从建模、动画到光影、粒子特效,从物理系统、碰撞检测到文件管理、网络特性,还有专业的编辑工具和插件,几乎涵盖了开发过程中所有重要的环节。简而言之,引擎就是“用于控制所有游戏功能的主程序,从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置,到接受玩家的输入及按照正确的音量输出声音等。”从1992年第一款游戏引擎Wolfenstein 3D诞生到今天,虚拟游戏场景对于现实生活场景的再现已达到了前所未有的高度。与同样拥有强大数字技术支持的电影场景、建筑动画场景不同的是,当下流行的游戏场景中加入了越来越多的互动性元素,操作者可通过一系列数字媒介与游戏场景进行沟通互动,获得全方位逼真的场景体验(图3,图4)。

不难预想,借助此类数字技术媒介,游戏世界中虚拟场景的表现方式在真实感和互动性等方面将日新月异。而这一点,也为我们在设计表现方面尽可能地让大众全方位互动体验建筑提供了可借鉴之处。目前微软公司和任天堂公司都推出了体感游戏系统,如大名鼎鼎的Wii主机系统。通过磁场感应和动态图像识别系统,操作者的一举一动均被同步反应到游戏中,并可与游戏对象产生相互影响。在专业建筑设计表现中,从抽象概念图解操作到具象参数化影像模型生成,过程的互动和结果的反馈有可能籍此同步进行。借助数字技术使大众在建筑未建成之前就通过虚拟现实世界体验到每一片瓦、每一块砖、每一格玻璃的质感,体会建筑师的设计意图及其所呈现的空间大小、高低、围合之感,也许这会使建筑师得到更多的支持和信任,这种更为深入到位的设计概念也将更加易于交流和推广。

四、总结与展望

一直以来,建筑师通过独有的建筑表现方式将自己的设计意图明确清晰地表现出来,以此与甲方、施工方及民众进行沟通。建筑设计表现是要以一定的中介系统或表现媒介向人们展示建筑的内容、特征及涵义,设计意向的传达不仅是对多维度媒介的综合应用,更是与设计过程交互作用密不可分的手段,甚至它本身就可融入到设计之中——设计方案的发展与表现不应是两个割裂的部分。

与传统的建筑效果图和建筑实体模型等表现手段相比,建筑图解和动态影像不仅拥有传统设计表现媒介直观会意的效果,更弥补了传统媒介在过程表达和互动体验方面的缺失。很多时候,图解(尤其是数字化图解生成)已成为先锋建筑师必备的设计工具,他们借助图解去分析解决设计过程中遇到传统套路难以解决的问题。新的表现媒介和方法的影响及应用,也引发了建筑师对设计过程和方法的反思。数字化图解的抽象提炼和影像的动态交互性,更适合表现建筑的复杂生成过程和真实空间结构,乃至场所氛围。

当我们面对市场上华丽的建筑效果表现图和炫彩夺目的建筑宣传片时,值得反思的是究竟是需要建筑师来阐述自己的建筑设计理念,还是要依靠数字技术“表现”行业人士向大众介绍和解释建筑设计理念?诚然,媒介只是工具,数字媒介更是当下最为流行的建筑表现工具,但建筑设计过程并不是以工具作为终结,而是以工具作为手段渗透到设计过程中的不同阶段。表现与设计过程互相作用、相得益彰,确保整个建筑设计过程更快、更好、更有效地完成。随着全球信息化进程的加快,数字媒介在建筑表现方面扮演的角色将越来越重,也必将对建筑设计产生更加深刻的影响。

参考文献

[1]徐卫国,陶晓晨.批判的图解—作为“抽象机器”的数字图解及现象因素的形态转化.世界建筑,2008(5)

[2]陶晓晨.数字图解—图解作为“抽象机器”在建筑设计中的应用:[硕士学位论文].清华大学,2008

[3]虞刚.图解的力量—阅读格雷格·林恩的《形式表达—建筑设计中的原-功能潜力》.建筑师,2004(4)

[4]卜骁骏.视觉文化计介入当代建筑的阐述—视觉技术、大众与消费:[硕士学位论文].清华大学,2005