三维空间领域（精选10篇）
三维空间领域 篇1
一、公共领域问题的界定
在古希腊的城邦, 自由民的公共领域和私人领域界限分明, 在广场上举行的公共活动必须遵守公共生活规则, 公与私对立但并没有约束, 在现代法律关系中, 公共领域和私人领域完全对立。公共领域, 在政治哲学中主要是指那些与市民社会相对应的社会生活内容, 是围绕着公共部门的核心而展开的公共生活形态。哈贝马斯意指的是一种介于市民社会中日常生活的私人利益与国家权力领域之间的机构空间和时间, 其中个体公民聚集在一起, 共同讨论他们所关注的公共事务, 形成某种接近于公众舆论的一致意见, 并组织对抗武断的、压迫性的国家与公共权力形式, 从而维护总体利益和公共福祉。
通常我们看到的“公域”, 并不是“公共领域”的简称, 公域 (the publics phereor public space) 与私域 (the privates phereor private space) 是西方法哲学的两个对民主与自由的价值追求的重要概念, 公域与私域的划分为法治的合理性构建提供一种界分的框架。“己域要自由, 群域要民主”, 这是大多数学者持有的观点, 私权利领域实行自由, 而公权力领域实行民主, 也是私域和公域问题最简洁的界分。区分公域与私域很有必要, 如果没有公域与私域划分的理论, 将导致私人的独立性和利益得不到论证, 任何公共权力也都将失去其合法性, 本文公共领域主要指“公共舆论领域”。
哈贝马斯认为, “公共领域”是一种不受官方干预, 独立于政治权力之外的社会公民自由讨论公共事务、参与政治的活动空间或公共场所。哈贝马斯同时认为, 具有批判功能的公共领域, “一般的阅读公众主要由学者群以及城市居民和市民阶级构成, 他们的阅读范围已超出了为数不多的经典著作, 他们的阅读兴趣主要集中在当时的最新出版物上。随着这样一个阅读公众的产生, 一个相对密切的公共交往网络从私人领域内部形成了”。
公众舆论和“准公众”舆论, 是言论自由的边界区别的问题, 这两种舆论都带有公共性, 话语民主通过平等公民的公共辩论和批判决定, 在讨论公众事务中, 公民凭借公共批判, 实际上, 承担了一定的责任, 这些自由建构的公共讨论框架, 所有公民认为这些都是合法的。在私人领域, 这种私人的自律的社会基础相当薄弱, 难以形成规范的道德判断, 但公共领域的结构以及公众的组成和行为相对比较稳定, 容易引导公众。公共舆论具有对抗性, 它直接对抗政府的公权力。处理私人领域里的事务, 主要遵循意思自治原则, 可以通过民间法来调整, 但主要还是道德自律。
“公共性本身表现为一个独立的领域, 即公共领域, 它和私人领域是相对立的, 有时候, 公共领域说到底就是公共舆论领域, 它和公共权力机关直接相抗衡。”美国社会学家布鲁默认为, 很多个体间互相不认识, 而是个体受到某一共同事物的吸引而形成的临时群体, 这个群体内没有组织性, 也不具备理性传播, 他们之间只是情绪的相互感染, 在吸引他们的临时性事物消失后, 这个被称之为“聚众”的群体就解散了。这也就是在新媒体的时代, 网络聚集的群体, 由于分化而类聚, 会产生群体认同的现象。
二、网络空间的公共领域
从一个私人领域的实践, 转化为公共领域问题, 媒体似乎扮演了一个放大镜的角色, 记者的报道往往带有一定的个人倾向, 或者说是媒体集体的意志倾向, 一个私人领域的问题往往诱导, 变为一个公共领域的问题。一起事件单个的道德判断印象上升到对整个群体的印象, 在进入公众视野后继续扩大, 成为一起公众事件, 最终演变为一个“公共领域”问题。
今天, 我们很难想象还有什么信息不能触怒公众的每一个神经。互联网, 让我们每个人都可能成为公众人物, 我们私人生活一旦被曝光就变成公众事件, 私人生活的方方面面都有可能进入公众的视野。无论是助人为乐、乐善好施等方面的正面报道的消息, 还是轰动性的小道消息, 都具有爆炸的能量, 在互联网和智能手机上被广泛转载。人们的猎奇心理没有任何力量可以阻止, 一些不经意的小消息可能会侵犯个人隐私, 最后演变为公众对个人的诽谤。
网络空间被理所当然地认为是个人的“私人领域”空间, 在这里形成了一个私人大众的共同聚集地, 他们由于有共同的偶像崇拜, 具有共同意识, 并形成共同价值取向, 在这个群落里, 一个人原本是一个单独的个体, 但在这个聚集地, 变成了政治理论中的“群众”中的一分子, 发言时, 聚集地的“群众”想当然地代替“群众”发言, 演变为一个网络虚拟空间的广场战士并代表这一群体的利益。从网络的这个广场群落里, 围绕“大V”形成一个广场政治圈, 在广场空间里个人言论自由得到最充分尊重和表达。
网络信息稍纵即变, 越来越多的私人领域的问题演变为公共领域的道德冲突问题, 当私人领域的问题继续发酵的时候, 就会出现沃尔特·李普曼笔下的“幻象公众”。《中国新闻周刊》发表了署名秋风的文章, 秋风认为, 网络的自由幻象, 扩展为表达自由和表达的不负责任。作者认为, 无视他人的尊严与权力, 似乎已经成为网络舆论的基本心态。这种过分膨胀的网络精神对于文化、对于社会、对于政治生态究竟具有何种意义, 值得深切关注。
在网络空间, 当“隐私”在私人领域失去不可见性就不再成其为“隐私”, 隐私原本具有不可见性, 但当它进入媒体后就获得了一个公共性, 或许有人质疑隐私公开化被定义为公共领域的不科学性, 但这个私人领域问题被公共化, 在侵犯私人利益的同时, 确实成为一个公共领域的问题。从南京彭宇案、佛山小悦悦事件到近期达州老人“讹诈”小学生案, 原本属于一个私人领域的一般的纠纷, 但它进入公共领域后, 这些事件间接性侵犯了私权利, 它挑战了公众的道德底线, 这种败德私人领域的问题, 进入公共领域, “侵犯”的是人们“善良”的道德本性。公民的切身利益在公共领域不能得到保护, 在媒体的关注下, 发展为全民性的公共事件。实际上, 这些事件已经改变了“隐私”的性质, 以公众视觉的形式, 以“公共”的形式进入公共领域。
实际上, 从这些新闻事件我们发现, 公共领域和私人领域遭遇到双重危机, 这就是公共领域的私人化或私人领域的公共化的结果。
三、网络空间“公共领域”危机
一些私人领域的事件引发公共危机, 转化为公共领域内的问题, 并对秩序、安全构成威胁, 同时也对公众的道德进行批判, 这时往往需要公权力的介入, 大量的事实证明, 在社会自律组织不健全的国家, 公力救济无疑是事后维持社会公正最低的要求。无论是公共利益还是私人利益, 当一方以绝对的人数表达利益时, 就足以影响到政府效能, 这时候公共利益其实就进入了公共领域, 说到底就是公共舆论领域, 它和公共权力机关直接抗衡。
在互联网时代, 质疑, 已经成为社会的病态心理, 也是民众的一种惯性思维, “积极”隐瞒和消极放任, 都会形成两种力量的博弈。罗马史学最伟大的历史学家普布里乌斯·克奈里乌斯·塔西佗, 他曾出任过执政官——古罗马最高领导人, 他是一位雄辩家, 在基层做过保民官和行政长官, 在说起执政感受时说:“当一个部门失去公信力时, 无论说真话还是假话, 做好事还是坏事, 都会被认为是说假话、做坏事。”当私人领域的问题演变为公共领域的问题, 由此引发公众危机, 政府被动跌入“塔西佗陷阱”。
政府如何从“塔西佗陷阱”的泥沼中走出来, 这需要政府重树公信力, 也就是说政府需要重新取得社会公众信任, 政府部门要与社会大众建立信任关系, 因为政府公共形象的德望度和美誉度, 需要在信任的基础上充分建立。政府公信力最直接影响到政府在社会公众中的权威性和影响力。科技发展到今天, 传媒将政府的权力暴露在阳光之下, 利益的多元诉求, 这些都会影响民众对政府的信任。
一些不当的言论往往会损坏政府的公信力, 如何去解决以谣传谣、以讹传讹, 这需要政府部门及时发布有效信息, 以正视听。现实中, 政府部门由于庞大的机构设置, 层层审批, 逐级汇报, 谣言不断发酵, 已超过政府部门工作人员第一级汇报的预计, 所以, 我们看到的一些地方政府出面澄清的事实, 已经远远被谣言覆盖了。对谣言的两种认识值得警惕, 一种是“谣言止于智者”, 这对大多数人构成了伤害, 还有一种是“在缺乏真相的地方才有谣言诞生的土壤”, 这同样是对政府公信力的一种拷问。
在公共领域出现公共危机后, 政府应该重塑思路, 让整个事件的包装在透明的手提袋中, 这需要政府部门完善信息公开制度, 赋予公民足够的知情权, 疏导公民积极参与, 监督社会有影响力的事件, 形成政府与民众的良性互动, 积极依靠民众, 发动民间的力量。
处理公共领域的危机问题, 大多数学者认为, 公共领域的问题的处置主要依靠法治, 私人领域的问题主要依靠道德自律。处理私人领域里的事务, 主要遵循意思自治原则, 可以通过民间法来调整, 但主要还是道德自律。一些私人领域的事件, 往往引发公共危机, 转化为公共领域内的问题, 并对秩序、安全构成威胁, 同时对公众的道德进行批判, 这个时候, 往往需要公权力的介入, 大量的事实证明, 在社会自律组织不健全的国家, 公力救济无疑是事后维持社会公正最低的要求。
在新媒体时代, 网络改变了信息传播的社会状态, 各种谣言还可能引发社会混乱, 问责政府, 指责政府, 并要政府承担社会责任。这个时候, 开诚布公是公共政策的最优选择, 诚实的政府才可能是勇于负责任的政府, 才能获得社会信任。
参考文献
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[3]郑燕.网民的自由与边界——关于微博公共领域中的言论自由的反思[J].社会科学研究, 2012 (1) .
[4]郭光华.论网络舆论主体的“群体极化”倾向[M].湖南师范大学社会科学学报, 2004 (6) .
山东章鼓：污水处理领域空间广阔 篇2
二级市场上，山东章鼓围绕6元的中轴波动，并呈现大的箱体运行格局，投资者可逢低积极布局，待基本面向好得到市场普遍认同后，股价或有较好表现。
资料显示，罗茨鼓风机广泛应用于各种规模城市污水处理厂曝气沉沙工艺过程以及小城市污水处理厂生化反应过程的鼓风曝气。罗茨鼓风机性价比高、小流量高速风机效率较高，在日处理能力2万吨以下，曝气流量小于每分钟100立方米的应用场合下具有很强的竞争力，在流量要求小于每分钟50立方米的应用场合下全部采用罗茨鼓风机作为曝气风机。
国泰君安强调，污水处理规模增长、设备运转率提高以及新产品研发成功将共同推进山东章鼓罗茨鼓风机在污水处理领域的快速增长。由于十二五期间我国新增污水处理和更新改造规模增长28.7%（规划新增8329万立方米/日的污水处理规模，升级改造规模2611万立方米/日）。国泰君安据此测算，按照一般4万吨/天规模的污水处理厂所需风机总额在100万左右计算，十二五期间仅污水处理领域对鼓风机需求接近30亿元。
可以看到的是，对污水偷排整治将会提升设备运转率、增加更新需求。一般正规工业企业的污水处理设施是建设时就配备的，选择地下污水偷排的原因是处理设施的运转增加了企业成本。若环保部对污水偷排开展严厉整治，结果将是相关工业企业污水处理设施运转率提高，致使鼓风机的更新速度提高。
另外，污水处理用脂润滑罗茨鼓风机产品的问世将进一步提升山东章鼓产品的竞争力和市场份额。国泰君安了解到，目前山东章鼓针对污水处理行业已成功研发出新产品“污水处理用脂润滑罗茨鼓风机”，并已具备了批量生产的条件，截至2013年2月底，山东章鼓已经有了近300台的新产品订单。
投资者还可以关注的是，罗茨鼓风机的应用领域拓宽会扩大市场容量。美国市场罗茨鼓风机广泛应用于食品输送、生活清洁等领域，每年需求在70至80亿元左右。而我国罗茨鼓风机每年需求不到20亿元，应用主要局限于工业领域，未来仍有扩展空间。不过，国泰君安也指出，山东章鼓的股价催化剂是新产品在年内实现批量生产。
业绩方面，国泰君安给出山东章鼓2013至2015年EPS分别为0.35元、0.43元和0.51元。
三维建模技术在建筑领域的应用 篇3
一、建筑动画的制作基础
1. 建筑动画的优点
随着科学技术的发展, 我们步入了信息和网络时代。计算机技术的快速发展对社会产生了深远的影响, 使社会诸方面发生了很大变化, 尤其在建筑中, 传统的思维方式、思想观念正受到巨大的冲击, 随之产生了多媒体技术。
建筑动画作为一种新兴的建筑表现形式, 以其独特的魅力优越于单帧建筑效果图。首先, 建筑动画突破了单帧效果图固定视角的局限, 可以全方位、多角度、自由的观看建筑的各个部分;其次, 建筑动画可以很好地表现昼夜交替、季节变化, 建筑及其周边环境的不同表现, 给人以丰富的视觉效果和广阔的遐想空间。
2.3DS ma x 7在建筑中应用
由于是使用3ds max 7来进行制作的, 因此制作前就得对3ds max 7有一个大概的了解。
菜单栏:位于标题栏的下方, 包含了15个不同的菜单项, 每个菜单项都对应一个下来菜单, 菜单项的名称也表明了该项的主要用途, 在这个区可以完成3ds max 7大部分的操作。
工具栏:位于菜单栏的下方, 包含了一些常用的工具和操作按钮, 主要实现对物体的选择、位置变换、对齐、锁定等操作, 是3ds max 7使用频率最频繁的区域之一。
视图区:位于工具栏的下左方, 占据了大部分的界面, 包含了四个视图, 软件默认是顶视图、前视图、左视图、透视图。在视图的划分上3ds max 7有很大的自由度, 它提供了14种划分方式, 完全可以满足用户的个性要求及工作的需要。通过视图区, 我们可以从各个角度和方向来观察物体。
命令面板:位于视图区的右边, 是3ds max 7的核心, 包含了创建、修改、层次、运动、显示、程序6个选项卡, 每个选项有相应的命令面板, 上面的命令几乎可以完成我们各种的设计工作, 应用频繁并且比较复杂。
在界面的下方从左到右依次为位置信息栏、动画控制区、视图控制区, 提示栏包括了提示栏、状态栏、X、Y、Z的坐标值。状态栏显示物体的选择状态, 提示栏显示工具的选择状态以及操作命令的使用说明, X、Y、Z则反应物体在视图中的具体坐标值, 当物体处于选择状态, 直接在X、Y、Z后面的框中输入数值可以改变物体在视图中的具体位置。动画控制区, 实现了各种的控制功能。视图控制区, 用户可以通过上面的按钮来对视图中的物体进行统一的角度变换以便满足各种视觉需要。
3. 熟悉对象的各种基本操作
这里所说的基本操作是指对象的选择操作、对象的复制以及空间捕捉。具体的操作都是通过点击工具栏上的相关按钮来实现的。对象选择是进行一切操作的前提, 只有对象处于选择状态才能对其进行编辑修改, 就如小区漫游动画这个作品, 当涉及到场景处理时是很繁杂的, 各个模型对象不是相互重叠就是相互遮掩, 要在其中进行修改, 单一的选择对象是很难实现的, 这就需要自己根据具体情况选择合适的方法。复制是制作过程中使用频率相当高的一种操作, 对减少制作过程中的工作量是非常有效的, 如小区动画, 应用好复制的操作真的减少了不少重复又繁琐的工序。空间捕捉, 具有精确定位的功能, 使得制作出来的作品准确到位。三维模型的制作过程, 都是建立在各种基本操作的基础上的, 能否熟悉乃至熟练地应用各种操作, 是关系到模型的最终效果。
4. 相关辅助工具软件介绍
如果只是单一的使用3ds max是不足以完成最终的动画制作, 就必须使用相关的辅助工具软件, 小区动画的制作主要是使用Aut o CAD、Premiere6.5来辅助完成的。Aut o CAD主要用于绘制模型的平面图, 它的应用方便了3ds max的立体建模, 加快了制作的进度。Pr emi er e6.5主要用于动画合成, 它是一款优秀的视频编辑软件, 能对视频、声音、动画、图片、文本进行编辑加工, 并生成视频文件。
二、住宅小区漫游动画的制作
1. 总体目标
通过使用3ds max 7和相关的辅助工具完成小区动画的制作, 充分利用3ds max 7在建模技术上的优势和以动画的形式展示出一个设施齐全、环境优美的住宅小区。在整个制作过程, 本人主要是负责一些建筑模型的制作和动画分镜头的制作。
2. 建筑模型的制作
建模就是用3ds max制作三维模型, 建模的首要步骤就是统一单位。住宅小区动画作为一个场景动画, 包含了许多物体模型, 统一了单位, 便于场景的整合;动画的制作也是一个合作分工的过程, 也就必须使用统一的单位。其实制作任何作品, 首要的就是设置单位。
接着就是制作两侧的前墙下、前墙上、侧墙以及一些相应的造型制作, 过程中其实都是绘制一些线形、矩形、圆、方体等等二维或三维的造型, 并进行相应操作修改, 如挤出、轮廓、复制等操作命令, 最终完成主墙体的制作。而两侧的前墙下就是通过镜像复制实现的。镜像复制是以所选对象的轴心作为中心, 将对象沿着某个轴向反转的同时进行复制的。除了镜像复制, 还有利用键盘移动复制对象的方法, 此种复制方法一般与变换操作相结合, 即在移动、旋转、缩放对象的同时进行复制。镜像复制与键盘移动复制是最常用的两种方法, 如何应用取决于实际的操作要求。
(1) 住宅楼模型的制作
住宅楼模型的制作流程与别墅模型的制作过程基本是一样的, 都属于建筑模型, 先制作出各种墙体, 即把一个主要的框架展现出来, 接着制作阳台、窗户、玻璃等造型, 并且制作造型的同时赋予相应的材质, 这里就不具体展示制作过程, 只展示出最后的造型。
(2) 其他模型的制作
其他模型包括了小区里的各种设施、周边环境的制作等 (如一些远景建筑的简单建模、植物模型的制作等等, 其实都是些较简单的制作工作, 大多在整合场景的时候同时制作) 。设施的制作过程没有建筑模型的制作过程那么繁琐, 但在操作上的要求是更高的。建筑模型的制作, 许多可以利用复制、镜像或者阵列得到所需的造型, 因为建筑多数是一个对称重复的造型, 而单一的物体模型, 往往都拥有各自的造型特点, 因此在操作命令的选择上就有更多要求。这里只展示一些制作好的造型。
(3) 材质与贴图的应用
材质是创建一个仿真世界的关键。利用好材质编辑器。通过对材质和贴图的处理可以使对象变得更加真实, 可模拟现实中物体的很多特性。简单地说, 材质往往是基于一种特殊的光影算法而赋予物体明暗与色彩的变化, 贴图则是为了丰富变化效果或者是为了达到某种效果而加入到材质中的特效。就是说材质包含了贴图, 为了使材质达到令人满意的效果, 就要加入所需的贴图来调节材质。
3. 住宅小区地形的制作 (1) 基础地形的制作
地形的制作基本是利用CAD来绘制的, 因此这里就不作阐述与展示了。
(2) 道路的铺装
就是把绘制好的地形图形导入3ds max进行进一步的制作, 包括小区内的地形、道路等造型的制作, 主要还是二维线形的绘制过程与利用挤出的操作命令。因为下文会有相似的图形展示, 这里就不作展示了。
4. 动画模型的优化
(1) 各种建筑模型的优化
模型的优化是一个很繁琐的工程, 却又是很必要的一道工序, 由于一个动画的场景所使用的面片数是很大的, 消耗了不少系统资源, 从而减慢了动画的渲染速度, 因此在不影响最终效果的前提下要对模型进行相应的优化处理, 利用透空贴图可以替换一些造型, 如栏杆, 这就减少了少的面片数;对一些只需要看到表面的模型就可以把另一面利用编辑网格命令进行删除。一个流程下来, 所减少的面片数也是很可观的, 但整个过程就一个字:烦。
(2) 地形的优化与完善
地形的优化相对模型的优化较简单, 其实如果在地形的制作过程作相应的设置, 这步基本就可以省去, 一般是利用命令面板中的编辑样条线等命令调底步数, 还有封口端的设置以及不作阴影投影的设置等。而地形的完善就是制作天空等造型, 虚拟出一个模拟的世界, 使得动画更贴近现实。
5. 动画的制作与动画场景的整合
3ds max的动画功能是很强大的, 在3ds max中, 一幅图像就是动画中的一帧, 在3ds max中几乎所有对象和参数的变化都可以记录为动画, 只要按“自动关键点”按钮, 就可以随时记录动画的参数变化, 一个变化建立一个关键点, 并可以随时进行编辑修改。
(1) 制作动画镜头与动画的渲染输出
动画镜头的制作, 由于是有多个镜头的, 并且各个镜头有各自的场景造型, 因此首先就得整合场景, 由于各自的镜头所展示的景观是不同的, 整合场景的过程也是一个修改的过程, 根据所演示的角度在已完善好的地形造型上适当的增减场景内的模型, 把没演示到的模型通通的删去, 降低资源的消耗, 加快渲染场景的速度, 而在场景上所附加的多数是些植物与远景的造型, 主要是为了增加场景的美观, 使动画的效果更加的丰富多彩, 接着对场景进行相机与灯光的设置, 相机与灯光的设置同样要进入轨迹视图进行相应的修改, 以达到最好的效果。最后就是动画渲染, 一个漫长的等待过程。
(2) 动画合成
动画的合成要使用视频编辑软件Premiere6.5, 此软件本人只懂得一些基本的操作, 展示了相关的图例, 不作文字说明。
(3) 输出动画
引入了动画素材, 并制作好各种效果后, 就可以输出动画了, 这里也不作图示了, 最后作品就完成了。
三、总结
本文通过小区动画的制作阐述了一个建筑动画的制作流程:首先, 利用CAD绘制建筑与地形的平面图形;其次, 制作出动画所需的各种模型, 并整合好各个场景;再次, 根据整合好的场景进行相机与灯光的设置, 然后进行将动画渲染输出;最后合成动画。
建筑动画是一个非常综合的制作过程, 使用了各种的操作命令绘制出需要的二维与三维模型, 并整合成一个个动画场景, 最后生成生动的动画场面。
建筑动画的制作过程也是一个多人协作完成的过程, 如何进行分工, 完成好各自的侧重点能更好地完成动画的制作。
摘要：当前三维建模技术在建筑领域得到了广泛应用。使用三维建模技术来制作建筑模型, 效果逼真、到位;而且可以全方位、多角度的观看建筑的各个部分以及周边环境的不同效果。本文采用3dsmax7作为开发工具, 主要介绍了建筑物的立体建模与制作、小区地形的制作、材质贴图、各种场景模型的优化、动画场景的整合、灯光与相机的设置、动画制作以及最后的动画输出等过程。
关键词：3DSMAX,建模,材质贴图,动画
参考文献
[1]霍建华.3dsmax6.0基础教程[M].北京:人民邮电出版社, 2005.
[2]何克抗.教学系统设计[M].北京:北京师范大学出版社, 2002.
[3]詹翔, 王海英从零开始——3ds max基础培训教程 (第二版) , 北京:人民邮电出版社, 2004.3
三维空间领域 篇4
关键词：三维打印；食品加工；应用；发展
中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）12-0063-04
19世纪末三维打印技术才刚刚兴起，直到20世纪80年代才得以实现并初具规模。三维打印技术以计算机三维设计模型为基础，利用软件分层离散和数字控制成形的方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞、组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。目前市场上已经出现面向用户的食品三维打印机，其中在CES2014展出了Chef Jet（3D Systems）和Chef Jet Pro两款以及巴塞罗那Natural Machines公司推出的一款消费级的已经应用于米其林三星餐厅的Foodini三维食品打印机。
1 三维打印技术概述
1.1 三维打印技术的原理
三维打印的基本原理是断层扫描的逆过程。首先想象一个整体，将它分割切片，片数为很大的基数。那么如果计算机系统可以将每一单独的片打印出来，最终将打印好的无数的片层层叠加到一起，即成为最初的整体，这便是逆过程后形成的三维打印产品。
由于可采用各种各样的材料（液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张甚至巧克力、人体干细胞等），而且还有可以自由定型的特点，可定型完全由计算机掌控，从简单到复杂中空的造型都可以实现，所以三维打印机是名副其实的“万能制造机”。
1.1.1 熔融沉积成型（FDM，Fused Deposition Modeling） 该工艺属于丝质材料挤出热熔成型，也称熔丝制造。所谓热熔成型，是利用具有热塑性的材料，通过加热三维打印机喷头挤出材料，并且按照填充轨迹运动使材料逐层粘结形成实体产品。一个层面沉积完成后，调整工作台继续完成其他层面，最终打印出立体多面的造型。
1.1.2 光固化立体成型（SLA，Stereo Lithography Appearance） 光固化立体成型是将液态光敏树脂材料在可控的紫外光线照射作用下，按照光照顺序快速固化成型，其为最早三维打印中采用的一种方法。
1.1.3 选择性激光烧结（SLS，Selective Laser Sintering） 此法采用激光作为动力源来烧结粉末，通过指挥在预定的三维激光点，激光引信通过扫描颗粒粉末床的特定区域横截面一层一层从旧至新开始扫描，然后烧结成型；之后再次扫描后层层铺叠。这种方法可以用于生成包含多个层次的食物，成型食物的每一层都由不同的成分组成。SLS多使用烧结金属，其优点是成件效率高、时间短，无需支撑材料。除此以外，该项技术也适用于一些食品设计。基于SLS技术，使用一种加热和烧结材料的红外激光，可以将营养价值和风味加入到食品中。
1.1.4 分层实体制造（LOM，Laminated Object Manufacturing） 利用激光切割纸张，然后通过分张涂抹热熔胶或其他形式层层黏结，叠加獲得有支撑和固化作用的三维实体零件。
1.1.5 数字光处理技术（DLP，Digital Light Processing） 采用带有高分辨率的数字光处理器投影仪，用光固化液态光聚合物。
1.1.6 三维打印黏结成型（3DP，Three Dimensional Printing and Gluing） 该技术是利用三维打印机喷头喷胶黏剂，选择性黏结粉末材料，将黏结后的物质层层叠加得到三维实物。
三维打印技术的“秘密”可以概括如下：就将复杂设计变成实体物品而言，3D打印机比其他生产模式（如人工生产或机器生产）更精确、更通用，可以将一个复杂的设计通过组合不同的原材料以过去不可能的方式创造成实物。如今，鞋盒大小的塑料物品对于一般的家用三维打印机已不再是难事；工业领域的三维打印机可以制造大到汽车、小到肉眼几乎无法看到的发丝般的物品；有些科技人员开始用三维打印机打印迷你房屋大小的混凝土房屋骨架；而在微观学科的角度，肉眼几乎看不到细节的物体已经开始被着手研究。
1.2 原料成分对三维打印的影响
根据化学组成，三维打印材料分为金属材料、聚合材料、陶瓷材料和复合材料。众所周知，三维打印的成本很高，除了三维打印机自身的机器价格较高外，对三维打印材料的高标准要求也使得打印材料的价格久高不下，同时精密度的高低、速度的快慢对材料的影响也越来越大。因此，三维打印由于打印所需的原材料紧缺和价格制约，迟迟难以市场化，也未全面走进大众的生活。三维打印材料及其制备方法的进一步研发与利用，决定着大众最关心的三维打印产品的性价比。作为三维打印的核心，打印材料决定了工艺的成型、设备的结构和成型件的性能。
2 三维打印技术在食品加工中的应用
三维打印食品技术建立在三维打印技术的原理之上，且多采用FDM的技术原理，将金属、陶瓷粉末等换成食品物料，而各种物料经过混合调匀成一种糊状的最佳状态，这一最佳状态一般为具有固液各自特质的形态，即既可以如固体般有一定的定型能力，又有液体可流动便于造型的特质。打印头与相连的空气压缩机共同协作所产生的压力将食材挤出。不同的食物需要不同的配方，不同食材配方又需要施加不同的压强，有时室温也会影响食品混合物通过打印头的流速。打印头的大小及直径选择很关键，太小会导致挤压速度过慢，太大又会使打印出的食物表面粗糙。
一般来说，与建材金属类打印机不同的是，食品三维打印机对零部件的要求更加苛刻。由于食品要求安全无毒无害无副作用的特质，所以与物料直接接触的物料盒、运输管道等都需要达到国际食品安全标准。此外，三维打印机也需同其他食品加工设备一样具有易于拆卸、便于清洗的特质。
nlc202309082214
根据逐层堆积的原理，三维打印食品因为物料的特性（物料的状态要求为软材料如糊状）暂时具有一定的局限性。在物料制造过程中，软材料挤出技术已经适用于可混合和自动多层叠加的食品中，如生面团、肉糜和加工奶酪等。
2.1 三维打印巧克力和糖果制品
一直以来，巧克力是世界上最受欢迎的食品之一，无论成年人、儿童，无论男女都深深地被巧克力的美味和其独特的功效所吸引。而三维打印巧克力与普通巧克力相比，具有同等的美味，且在造型上与传统巧克力有着截然不同的视觉感受。由于巧克力受外界温度影响的不稳定性，三维打印巧克力所需要的巧克力浆液比传统巧克力制品要求更高，所以对三维打印机的要求也很高，由于可可油复杂的结晶化反应以及晶体的6种同分异构体中只有1种适合制作巧克力和糖果，这种同分异构体的晶体有最好的融化态、组织和货架期的性能。
目前，三维系统已经与巧克力制造巨头好时公司合作，探索三维打印食品这一新领域的创作，这将允许该公司构思新的巧克力图案。此外，英国的巧克力公司Choc Edge也看到了这一领域的潜力，宣布三维巧克力打印技术和设计的领导者为该公司提供了价值4 800美元的打印机用于策划圣诞节的巧克力设计。三维打印机还与主厨产生密切的联系，主厨可以根据自己的制作配方将菜谱输入到三维打印机中以实现打印出复杂多变的巧克力和糖果。
三维打印给消费者提供个性化巧克力几乎具有无限的可能性，期待这一惊人技术的继续发展。传统巧克力一般只有单一的形状，而在三维打印基础上制造的巧克力有着复杂丰富且多变的外观，三维打印巧克力已经不单单是一种供人品尝的美味食物，更是一种值得让人欣赏的艺术品。同样的，三维打印糖果也走入了消费者身边。研究人员利用三维打印技术来制造糖果自动定制贩卖机，该贩卖机可以使消费者随心所欲打印出自己喜欢的形状的糖果。芬兰技术研究中心小组和阿尔托大学使用淀粉和纤维素基材料进行试验，3D打印可以逐层打造食品，实现每种产品所需的风味、质地和均一性。
2.2 三维打印烘焙食品
随着信息化时代的到来，人们对新兴事物的兴趣也愈发浓厚，尤其是在食物的美观上也有了更多的要求。翻糖蛋糕的兴起改变了固有的蛋糕形态，仿照人物、动物的特征以及周边事物的形态，让蛋糕从简单的食物上升到艺术品的高度。而婚礼蛋糕相比于普通蛋糕讲究颇多，如按照宴请的宾客数量制作适当大小的婚礼蛋糕，婚礼蛋糕的图案花纹形状等等都映射出新人美好的寄托。三维食品打印的横空出世便是实现了从繁到简、由无至有的堆积成型的想法。于是人们想把情侣的合照打印在蛋糕上由“天方夜谭”变成了可以实现，并且现在的三维打印技术已经不再单单是打印照片那么简单，它还可以将逼真的模型和时下最流行的元素用打印机打印在婚礼蛋糕上，例如利用三维打印技术将蛋糕坯内堆积成一定的形状（如桃心形），使每一刀下去蛋糕的截面都是饱满美丽的桃心形。这听起来很难完成，但是在三维打印机的帮助下，这些令人瞠目结舌的效果都是真真切切可以实现的。除了蛋糕坯可以使用三维打印技术，蛋糕上面的奶油裱花也可以使用三维打印技术完成。传统的奶油食品是由面点师傅依靠经验手工妆点，不仅速度慢、花样少，而且陈旧、成本高、不卫生，在糕点行业引入打印技术可以大大提高工作效率。
三维打印蛋糕的配料，打开了烹饪创新的新层面，這一技术使婚礼蛋糕这一重要的食物拥有了技术前沿食品的设计，并且为此后复杂裱花类蛋糕奠定了科技的基础，实现了科技为生活服务。
2.3 三维打印煎饼
煎饼是一款风靡国内外的主食类食品，煎饼果子、杂粮煎饼还有黄油煎饼等都是现在非常受消费者欢迎的食品。
三维煎饼打印机目前市场上已经开始推广普及。但是三维打印煎饼的物料状态很难把控，需要经过反复试验调制出物料面糊的最佳状态，才能保证图案的完整性和美观性。制作过程是将煎饼的物料比例确定后混合均匀，过滤掉大的颗粒，装入料盒，在计算机上选择喜欢的图形或者可以自己绘制图案，调好煎锅的温度，打印机喷头在一定压强控制下将物料均匀挤出叠覆成型。很快一张趣味美观的煎饼就制造好了。三维打印煎饼与传统煎饼相比味道相差无几，但是价格稍高，很显然，这是技术的力量。
2.4 三维打印重组食品
三维打印除了有使食物“变美”的功效，还有改造食物的能力。尤其针对一些特殊人群，如老人和婴幼儿等一些咀嚼能力较弱的人群。
目前已打印成功的重组食品有意大利面（Burritobot公司与谷歌联合成功打印出了意大利面）。此外，芹菜彩泥、飞船形扇贝都是三维打印重组食品的新型食品。
由于老年人随着年龄的增长钙质缺失，导致牙齿松动脱落，咀嚼能力下降，所以引发厌食、营养不良等一系列的病症。三维打印重组食品可以很好地解决由于食物硬度、韧度、脆度导致的食物质地影响牙齿咀嚼这一问题。
以常态存在的易耗型食品如蔬菜、水果、肉类等传统的食物原料是无法直接打印的，但是为了创造出符合要求的蔬菜果泥食材的状态，对食材的水状胶质浓度进行了一定的调整。另外几种由于使用了谷氨酰胺转移酶改进加工的食品如扇贝、芹菜、火鸡等，在用三维打印机打印成型后，便可以近一步地烹制和油炸成熟。此类食品的研发对于素食主义者来说具有重大意义，食物不再是单一形式的存在，而是更加地具有创新性和价值性。但是基于人们普遍认知，在外形和构造上消费者不是很介意，他们介意的是味道是否足够好、是否可以引起食欲。这也是三维重组食品所面临的一大问题和挑战。
3 三维打印食品的发展及挑战
三维打印食品技术在我国还没有得到普遍的应用与推广，但是在国外很多食品企业及餐厅已经将三维打印机作为与普通食品机械一样的食品加工料理机器。如巴塞罗那的一家米其林三星餐厅应用了这样的机器，做出的美食也深得广大美食爱好者的欢迎。
美国烹饪学院与三维系统合作于2014年，有经验的三维工匠让教师和学生了解更多有关食品打印的方法。三维系统还与美国烹饪学校合作研发了一台名为Chef JetTM Pro烹饪的三维打印机。
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3.1 三维打印食品的发展
三维打印技术被创造于20世纪80年代，在30多a的三维打印发展历史中，该项技术成功应用于多个领域。近些年来，在全球资源日益紧缺与匮乏的背景下，具备再生创造特点的三维打印技术被认定为是第三次工业革命的重要标志及关键标志之一。而以三维打印机为主的新型工业革命，势必推动一些新兴产业的诞生与发展，从而导致社会生产方式、人类劳动形式、制造模式、生产组织发生重大变革。
普遍认为，食品打印机有助于利用全新或无法正常利用的食材便捷地制作非传统食品，它会对人类今后的饮食习惯和生活方式产生深远的影响。根据美国人口调查局和联合国人口基金会的预计，全世界人口将在未来数十年持续增长，这意味着未来粮食供应不足的问题将更加严峻。食物打印为缓解今后粮食可能不足的难题提供了一种解决方案，其有可能从人类目前不太食用的物质中提取出需要的营养成分，然后利用打印技术制作出新的食物。例如，荷兰的食品组织机构正在设想从水中的藻类、甜菜叶及个别昆虫这些难被人类利用的资源中提取营养与可摄取成分进行打印。此外，食物打印能够满足人们丰富多彩的个性需求，不仅可根据不同年龄段制订个性化的营养配方，而且还可使食物打印成为懒人和特殊人群的果腹之道。
3.2 三维打印食品面临的挑战
3.2.1 物料的局限性 由于三维打印的原理为物料的层层堆积，也就是说食品物料只能是糊状，原料的状态局限使得食物成品本身带有了束缚。因此，在三维打印食品的领域中，改变物料的局限性和胶凝性成为目前研究人员主要应对的问题。
3.2.2 与传统食品的差距 由于三维打印食品中的一个必经步骤是将物料打碎重组，那么在打碎食品物料这一过程中就必不可免地破坏食物的结构，从而使食物丧失掉部分原有的风味。这一差别也是导致大部分消费者认为三维打印重组食品在风味上缺失的很大一部分原因。
3.2.3 消费者的偏见 很多人看到食物在打印机中输出便在脑海中发射出一种“这东西不可以吃”的信号，所以大部分消费者无法接受三维打印食品步入他们的生活。但是就像手机、电视机刚开始被发明时一样，新型技术的发展总要有一段被接受的过程。
4 结语
三维食品的横空出世解决了传统食品的很多问题，但是解决这些问题的同时又带来了新的挑战。精致复杂的巧克力、美妙绝伦的蛋糕饼干，经过打印机改造后，它们在作为艺术品被展出时也映射出了随着经济全球化的快速发展，人们对食物的要求已经不仅仅是可以果腹那么简单。希望三维打印在食品加工中的应用更为广泛，相信这一技术的发展将为更多技术的变革和发展带来新的惊喜。
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三维空间领域 篇5
三维数字校园设计
以西安某学校为例建立三维数字校园的三维场景,其基本流程为:①使用南方CASS图形处理软件处理规划平面图,提取高程矢量数据建立不规则三角网DEM,并导入Arcsence中,生成三维地貌模型即TIN模型;②使用三维建模软件SketchUP建立三维地物模型;③使用ArcCatalog建立个人数据库,预设属性字段;④将TIN模型和三维地物模型分层导入Arcsence中,进行匹配集成生成三维数字校园。
三维数字校园的构建
1.三维地貌模型
数字地形模型DTM是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。即用三维坐标X,Y,Z表示区域内的地形地貌,X,Y为平面坐标系的平面坐标,当Z表示高程并当作地形属性时,即为数字高程模型DEM[1]。DEM用函数的形式描述为(式1):
vi=(xi,yi,zi)(i=1,2,3…n)式1
其中(Xi,Yi)是平面坐标,Zi是对应的高程。当该序列中各平面矢量的平面位置呈规则格网排列时,其平面坐标可省略,此时DEM就简化为一维矢量序列{Zi,i=1,2,3,…n}。
本文采用西安某高校的规划平面图作为原始数据,对数据进行处理后生成TIN(Triangulated Irregular Network)模型,具体步骤是:(1)用图形处理软件南方CASS打开规划平面图,清理图层,只保留地物的图形数据和高程数据;(2)用南方CASS软件中提取高程矢量数据功能,提取处理后图形的高程矢量数据,生成.dat的无编码数据;(3)将.dat的文编码数据加载到南方CASS中生成不规则三角网DEM,并对三角网进行修剪,然后另存为Arcsence的默认矢量文件;(4)将另存后的默认矢量文件加载到Arcsence中生成TIN模型。
2,三维地物模型
三维数字校园的地物模型主要包括:建筑物、道路、植被、水系及公共设施。建立三维地物模型步骤有:(1)将规划平面图导入ArcMap中,添加统一的坐标系,为了后期在Google SketchUp中建模时具有统一的空间参考,方便地形与地物的匹配集成;(2)将其在导入到Google SketchUp中,并建立建筑物、道路、植被、水系和公共设施等图层,达到可以分层显示三维模型的目的;(3)在对应的图层中建立相应的三维模型;(4)使用图像处理Adobe Photoshop软件对采集的纹理数据进行剪裁、拉伸、变换等处理,贴在三维模型上,使三维模型的显示效果更接近实体。
3.个人数据库
三维数字校园使用ArcCatalog建立个人数据库,在数据库中添加元素,并对元素的属性字段进行预设[2,3,4]。三维数字校园的数据库建立中,元素的添加数量与Google SketchUp中的模型层数一致,即应添加建筑物、道路、植被、水系及公共设施等的元素,然后分别预设这些元素的属性字段。然后将Google SketchUp中建立的三维模型一一对应的分层导入到数据库中。
4.三维地貌地物的匹配集成
在构建三维数字校园时如果将地物和地形不进行匹配集成,就会出现地物悬于地形上方飘浮在空中、地物钻入地下的各种异常现象。当地物悬于地形上方飘浮在空中时,一般采用修改地物模型的方法来实现地物与地形的匹配。在地物钻于地下或者大范围水平基准面相同的情况下,可以通过修改地形模型的局部改造来实现地形与地物的匹配。当地物密度较大地形较为复杂时,地物模型与地形模型之间可能会出现大面积的不匹配现象,地形模型与地物模型匹配的工作量会相应增加,所以我们一般情况下是对地形模型进行分块处理,将每块地形内的地物与地形进行匹配,最后再将各块地形进行整体合并,这样就可以实现一个完整的地形与地物匹配模型。
三维数字校园的实现
将三维地形和地物进行匹配后,三维数字校园的模型建立完成,将数据库中的各项元素加载至ArcScene中,以ArcScene为平台进行三维数字校园的三维显示,在ArcScene中,实现三维数字校园的平移、缩放以及漫游等功能,直观地表达校园的整体三维效果,也可以设置飞行路径浏览校园内的风景,对校园内的地物进行属性信息的查询。
建立三维数字校园以期为高校建设规划电子化进度及大学生生活学习载体多元化发展提供理论依据,并对以后三维数字校园系统的开发提供理论基础。
参考文献
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三维空间领域 篇6
1 开发权转让的涵义
土地私有制国家中对于土地财产的认识是一个二维空间的,不仅包括兴建住宅或商业建筑的权利、开采资源和农业耕作的权利,还有出售权、出租权和通行权等权利[1]。由于土地不可再生的特性,使得这些权利都具有特殊的经济价值。1943年,美国建筑师沙里宁提出开发权(Rights to Develop)[2]的概念:将一宗土地可从事开发的权利从土地所有权中分离出来,体现出土地实物以外的空间价值。开发权是从土地本身分离出来的一种权利,具有一定的经济价值,可以在市场机制中进行流通和交易。
开发权转让(Transfer of Development Rights,TDR)包括两个方面[2]:1)转让地区(Sending Area),出售开发权;2)接收地区(Receiving Area),购买开发权。转让地区的土地所有者通过市场机制出售一部分或全部的土地开发权后,损失的开发权利得到补偿,土地其他使用目的的权利仍然归土地所有者所有。接收地区可以通过购买开发权,增加当地开发建设的密度。地方政府也可以购买开发权用来控制土地价格或限制城市扩张。
2 开发权转让计划的建立和运行
1)分析总体规划和区划。
通过对现行的总体规划和区划的分析,可以准确地衡量能够成为转让和接收地区的数量与面积以及这些地区对开发建设和保护自然资源的需求。
2)评估社会利益。
社会接受度是决定一个开发权转让计划能否取得成功的重要因素[7],市民必须了解和同意计划实施的范围和所要达到的目标。可以使用环境资源清单(Environmental Resources Inventory,ERI)建立分析框架,通过对财政影响的研究,对现有发展模式与计划实施后描述的理想发展模式进行比较[7]。
3)确定转让地区。
转让地区的确定一般是出于保护开放空间的目的,或由于其他有可能制约发展的因素(环保法规、场地问题、足够的公共设施等),必须降低土地的开发密度。为了维护土地所有者的开发建设的权益,允许他们制定一个适当的转让比例(Transfer Ratio)出售土地的开发权。
4)分配转让信用额度。
信用额度(TDR Credits)的分配是将转让的信用数额分配到转让地区中的各地块,包括定义从土地中分离出来的开发权的性质以及确定分配给开发权的信用数额[2]。信用额度的分配可以通过多种方法确定,包括总面积、开发适宜性(自然属性)以及比较开发权转让计划使用前后的发展潜力等。其中前两种方法易于实施和管理,第三种方法被认为更加公平[7]。
5)确定接收地区。
选择适当的接收地区需要考虑三个重要的条件:足够的基础设施的提供、社会的接受度和开发商的利益。如果选择不恰当,接收地区的选择可能会成为开发权转让计划中最为投机的部分[8]。
6)制定开发权转让条例。
政府通过制定开发权转让条例(TDR Ordinance)管理开发权转让计划的实施,制定选择出售开发权的转让地区和购买开发权的接收地区的标准,并确定转让地区的信用额度分配和接收地区增加的开发密度。
7)确定信用额度的初始价值和制定分配规则。
开发权转让计划成功实施的关键因素在于信用额度的定价和分配,必须在功能与市场之间取得平衡。“发展潜力”(Development Potential)是确定转让信用额度初始价值的重要指标,反映了在特定的时间和特定的地块上允许开发建设单元(一般考虑居住和商业功能)的最大数量,是一种评估土地价值的标准[9]。分配规则决定了可以购买开发权的数量和类型,一般是在较为成熟的房地产市场分析上发展起来的[8]。
8)出售和购买信用额度。
一般来说,一个开放的信用交易市场是可以通过开发权所有者和购买者之间的谈判达成一致价格来实现。政府通过建立开发权转让银行对信用额度的交易进行监管,对购买和出售的信用额度进行授权,并且为转让地区的土地所有者和接收地区的开发商提供交易的行政协助[9]。
3 开发权转让计划的评价
3.1 开发权转让计划的优点
1)公平性和灵活性。
地方政府可以利用开发权转让计划减轻土地使用变更带来的经济影响,该规划工具保护了土地由商住用地转变为开放空间的土地所有者的经济利益[5]。一个设立良好的开发权转让计划能够降低对区划条例变化的需求。
2)可行性和可预测性。
开发权转让计划由于其补偿土地所有者的内在目的比变更区划更具可行性,所以会被大多数人所接受。开发商可以从开发权转让计划提供的清晰度和一致性当中受益[10],通过购买其他土地所有者的开发权,避免了谈判的费用和风险。
3.2 开发权转让计划的不足
尽管开发权转让计划是基于市场机制的规划工具,但它的复杂性限制了其作为增长管理工具的适用性。开发权转让计划不能在不同的地方进行简单的移植,每个计划必须根据当地的房地产市场、邻里政策和公共参与等方面制定相应的条例。
4 我国开放空间保护领域的借鉴意义
1)保护耕地。
我国基本农田保护政策强调基本农田是受到强制性保护的,这样就存在基本农田上的农民与非基本农田上的农民在开发权实现的机会上存在不均等的问题[11]。基本农田上的农民被间接地剥夺了工业化和城市化带来的直接收益,这就可能产生社会不公平的问题。土地开发权转让计划提供了一种工具来补偿由于政策和法规强制限定不能发展的基本农田上的农民的开发权益,使得基本农田保护区内的农民同样享受到工业化和城市化带来的经济收益。
2)保护生态敏感地区。
生态敏感地区,如水源保护区、湿地、自然保护区等由于重要的生态服务功能,地区内的开发权根据敏感性高低受到不同程度的限制。我们在保护生态敏感性地区时,一般采取的是强制性的保护措施,往往忽略对该地区的经济利益的补偿。为了维护生态敏感区内的开发权和经济利益不受到严重的损害,应允许转让地区内业主将其拥有的规定限度内的土地开发权转让至接收地区,补偿其因土地使用管制造成的被保护区土地所有者权益的损失,同时也增加了被保护区保护性投资的资金来源[12]。
3)保护文物古迹。
三维空间领域 篇7
近年来,随着计算机断层(CT)、磁共振(MRI)、B超等设备的研制成功,使得传统的医学诊断方式发生了革命性变化。使用计算机对医学影像设备采集到的数据进行处理(医学影像处理与分析),为临床医学的诊疗和医学科学的研究,提供了清晰的人体结构图像和详尽的病理信息,使得疾病的检查与诊断发生了革命性的变革。目前,我国已从国外进口了大批医疗设备,并在临床上广泛应用,但由于国内缺乏配套的开发队伍,一般使用的是国外公司随机器附带的软件。同时,我国已经初步具备了医疗器械的生产能力,但高质量的配套软件相当缺乏,抓住这一契机,在国内开发医学影像软件十分必要。
1 方法
1.1 软件开发
医学软件的开发主要分为DICOM(Digital Imaging and Communication of Medicine)数据的读取、图像分割、数据可视化及外科手术模拟等几部分[1],如图1所示。其中,数据可视化是一个较为关键的环节,它可为医生提供病变组织与邻近结构的空间解剖结构,辅助医生直观、迅速、准确地诊断病变。这里主要介绍目前常用的可视化分析算法,并重点结合OpenGL技术及VTK(Visualization Tool Kit)软件包实现面绘制(Surface Rendering)及体绘制(Volume Rendering)方法,最后对两种方法进行简单比较。
1.2 面绘制与体绘制技术
三维可视化算法大致可分为面绘制与体绘制技术。面绘制技术[2,3,4]基于三维空间场的等值面提取,可细分为Marching Cube,Marching Tetrahedral,Dividing Cubes等算法。其中,Marching Cubes(MC)算法是体素单元内等值面抽取技术的代表,其基本思想是逐个处理数据场中的体素,分类出与等值面相交的体素,采用插值计算出等值面与体素棱边的交点。根据体素中每一顶点与等值面的相对位置,将等值面与立方体边的交点按一定方式连接生成等值面,作为等值面在该立方体内的一个逼近表示。在计算出体数据场内所有等值面的有关参数后用常用的图形软件包或硬件提供的面绘制功能绘制出等值面,如图2所示。
然而,对于复杂物体表面,如果仅用几何形状表示各器官的表面,不可能完整显示其内部信息。体绘制[5,6,7]的目的就在于提供一种基于体素的绘制技术,能显示出对象体的丰富的内部细节。常用的体绘制算法包括Ray Casting,Ray Tracying,Shear Warp等。其中,Ray Casting为其典型代表,具体思想为从图像平面的每个象素向数据场投射光线,在光线上采样或沿线段积分计算光亮度和不透明度,按采样顺序进行图像合成。得到的结果图像如图3所示。
在可视化算法的具体实现过程中,对于底层操作用户可以采用基于OpenGL[3,8]渲染的方法进行重建。OpenGL是由SGI公司开发的低层三维图形API(实际上是一种图形与硬件接口),包含120多个图形函数,用户可以用这些函数来建立三维模型和进行三维实时交互,目前已经成为高性能图形和交互式视景处理的工业标准。优点是操作灵活,可完全依照需求,用于完成各项操作功能,但其缺点是没有基本可视化模块,具体算法需要用户编写实现,对于初学用户难度较大,实现周期较长。
VTK[4]是一个用于可视化应用程序构造与运行的支撑环境,具有强大的三维图形功能,主要进行3D计算机图形、图像处理。它是在OpenGL的基础上采用面向对象的设计方法发展起来的,将在可视化开发过程中会经常遇到的细节屏蔽起来,并将一些常用的算法封装起来。例如:VTK将Marching Cubes算法封装起来,以类的形式给予支持。这样用户在对三维规则点阵数据进行表面重建时就不必再重复编写Marching Cubes算法的代码,而直接使用VTK中已经提供的VTKMarchingCubes类即可,给从事可视化应用的用户提供直接的技术支持,但主要缺点是,使用VTK自身提供算法简单易行,但若增加用户特定功能较为困难。
VTK具体的程序流程如图4所示,主要包含可视化(Visualization Pipeline)及图形(Graphics Pipeline)两个主要管道。其中,可视化管道负责将信元转换为图形数据;图形数据管道则将图形数据转化为输出图像。
2 结果
这里的DICOM实验数据取自第四军医大学附属西京医院小儿骨科患者髋关节数据。使用PQ6000型多层螺旋CT对病人扫描获取样本数据,扫描范围从髂前下脊到小转子。具体参数为:层数71,扫描层厚3 mm,重建层厚2 mm,扫描参数120 kV,70~120 mA(由患者的体形大小决定)。分别使用实验室自己编写的直接基于OpenGL的Marching Cubes算法、三维纹理映射算法,以及采用VTK自身提供的Marching Cubes算法、Ray casting算法,其结果对比如图5、图6所示。
3 讨论
在此主要介绍了体绘制及面绘制技术在医学领域中的应用,重点阐述了其基于 OpenGL及VTK的实现方法,并对患者数据使用上述方法进行了简单的对比分析。对比面绘制与体绘制[9,10,11]技术可知,面绘制可有效地绘制出三维体的表面,但缺乏内部信息的表达。同时其可视化效果较差,如提高渲染质量,需增加三角形面片或进行平滑处理,如图7所示;体绘制真实感较好,但渲染速度较慢,不适用于实时系统的表达。
对比VTK及OpenGL[10,12]两种显示技术可知,VTK可视化方法简单,适用于快速显示数据空间信息,但其三维交互功能不足,如要增加特定功能实现极为困难;OpenGL属于底层API,可灵活完成各项交互操作及渲染任务,功能强大,但其编码较为复杂。
对于今后三维平台的开发,可以采用OpenGL开发自己的库函数,以供后期直接使用;或修改VTK,配合ITK(Insight Tool kit)进行分割配准,为自己所用。或直接使用MITK(Medical Imaging Tool Kit),同时完成可视化及配准操作。
4 结 语
经上述分析比较,VTK可视化方法实现简单,适用于快速显示数据空间信息,但其三维交互功能不足。OpenGL属于底层API,可灵活完成各项交互操作及渲染任务,但其编码较为复杂。
摘要：在医学软件的开发过程中,实现三维重建技术的优劣是系统设计的难点和重点。在探讨面绘制与体绘制技术的基础上,使用OpenGL及VTK工具包完成可视化具体操作,并对其结果进行简要分析。利用患者髋关节CT数据,实施了基于OpenGL的Marching Cube算法、三维纹理映射算法,以及基于VTK的Marching Cube、Ray Casting算法,并对实现过程及实现效果进行了对比分析。基于OpenGL与基于VTK的面绘制技术及体绘制技术均能较好呈现患者髋关节的三维解剖结构信息。其中,面绘制可有效地绘制出三维体的表面,但缺乏内部信息的表达;体绘制真实感较好,但渲染速度较慢,不适合用于实时系统的表达。VTK可视化方法实现简单,适用于快速显示数据空间信息,但其三维交互功能不足;OpenGL属于底层API,可灵活完成各项交互操作及渲染任务,但其编码较为复杂。
关键词：面绘制,体绘制,VTK,OpenGL,DICOM
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三维空间领域 篇8
根据美国CSI/FBI连续五年的《计算机犯罪与安全调查报告》中指出,有超过85%的安全威胁来自组织内部,而其中的16%的威胁来自未授权的存取,在这一安全威胁范围内有30%到40%是由电子的泄漏造成的。从这些数据可以看出文件信息的安全显得尤为突出,目前对于防范组织内部对文件信息的泄漏出现了许多防范措施,其中突出的就是文件安全加密技术。
1 局域网加密技术的基本概念
1.1 什么是加密
消息加密是指用某种方法伪装消息以隐藏它,这个过程就称为加密,其中未加密的消息称为明文,加密的消息称为密文。
1.2 局域网加密的功能范围
一般而言局域网加密技术因其应用的范围的不同提供的功能也会不同,主要有以下几种:
(1)秘密性(Secrecy or Privacy):防止非法的用户打开明文信息。
(2)鉴别性(Authenticity):确定信息来源的合法性,也就是确定信息是从合法的发送方传送的而不是非法的用户伪造的。
(3)完整性(Integrity):确定信息没有被非法者更改、删除部分信息以及取代信息等。
(4)不可否认性(Nonrepudiation):发送方在事后不可以否认其传送过的信息。
传统的密码学只是重视消息的秘密性,但是现代的密码学往往在消息的鉴别性、完整性以及不可否认性。
2 局域网加密系统设计的主要模块
现有的透明文件局域网加密技术一部分是基于钩子技术还有一部分是基于文件系统过滤驱动技术。这两个技术在性能上来说,后者要比前者优越很多。因为钩子技术很容易造成系统的不稳定,而过滤驱动在这一方面要好很多,在很大程度上钩子局域网加密技术其实也是用户态局域网加密技术,这样很容易导致安全问题。本文在前人的基础上改进了现有的基于过滤驱动的文件局域网加密技术,采用新的津津有味加密技术可以有效地实现防止输电线路三维数字化地形图泄露的目的。新设计的方法主要分为两大部分:客户端和服务端。客户端模块的主要作用是负责用户与服务器进行交互,给终端提供身份认证等功能。客户端按操作系统的运行可分为用户态和内核态、策略配置、密钥管理、读/写操作等功能,而内核模态主要实现过滤驱动技术也是我们要讨论的重点,用户态主要是为内核模态提供加密服务的。服务端模块的主要作用是记录局域网内部人员的基本信息、给合法用户分发保存密钥信息、发布控制策略以及方便系统管理员给不同的用户分配权限,这样给组织内部提供了提供一个方便、快捷、安全、有效地管理控制中心,进而在设计的源头上就可以防止输电线路三维数字化地形图泄露。
3 输电三维数字化设计平台
3.1 平台架构设计
GIS技术和IT技术是平台的基本技术保障,利用海量数据技术和软件框架搭建方法,实现数据库建设和系统建设。平台围绕电网设计具体业务,遵循可扩展性原则设计。平台分为六个层次,分别是基础设施层、数据管理层、基础软件层、通用组件层、业务服务层及用户表现层。其中,数据管理层、通用组件层、业务层和用户表现层分离,便于扩展系统。
3.2 主要功能
根据输电线路设计流程,提供线路设计全生命周期规划、设计、分析统计、方案优化等业务相关功能。利用卫星图片、航测照片、卫星定位和全方位地形测量等手段开展线路路径优化、杆塔排位优化,以及基础、杆塔、导地线、金具绝缘子的可视化设计及优化,使线路设计更加形象直观。平台包括三大部分,如图1所示。
4 新设计局域网加密系统对于防止输电线路三维数字化地形图泄露的有效性
针对现有的技术不能够有效控制局域网内部合法的员工对输电线路三维数字化地形图泄密这一现状。分析了输电线路三维数字化地形图泄漏难以防护的主要原因是由于元加密系统存在着一些不安全性,以往的加密技术都是在应用层实现的,应用层文件加密技术实现简单,因此用户无意或有意泄漏信息难以做到有效的防护。为了改变这一现状,本文实现了局域网透明文件加密技术,透明加密技术在用户不知道的情况对用户的机密信息做了加密处理。这样即使用户将文件拷贝到局域网外部,由于文件在磁盘上是以密文形式存储的,所以在打开文件时也由于没有解密密钥而使得打开的信息是乱码。这样就可以有效的防止输电线路三维数字化地形图泄露。在设计局域网文件加密系统之前,需要对现有的文件加密技术有一个大致的了解,这样在研究的时候也不会走太多的弯路,并且还可以借鉴前人的经验。
其次本文的重点之一就是文件加密技术,但是由于是针对局域网内部的文件加密技术,所以除了需要选取性能较好的对称加密算法之外。在局域网内部为了保证通信的安全还需要用到安全套接层协议来进行信息传输。此外新的加密系统的设计实现了文件共享功能,文件共享需要实现用户的身份认证,在考虑多个认证方案之后,设计了基于椭圆曲线的双向认证协议。另外一个关键防止输电线路三维数字化地形图对外泄露的加密技术就是文件过滤驱动技术,文件过滤驱动技术是在内核层进行的,内核编程不像应用程序那样通过开发工具调用工具包就可以完成程序的开发。
策略控制主要是为了减少客户端以及服务器的负荷,只对一些机密文件进行加密处理,这样就需要制定相应的控制策略。为了保证用户使用的灵活性但是又不至于给用户太多的自由度。策略控制的制定主要由服务器端根据用户的权限来为用户罗列相应的策略规则,用户根据自身需求对策略进行不同的组合,然后将选择的策略信息发送给服务器,服务器将这些信息保存在用户第一次注册时分配的空间。对于不同的用户其文件的密钥信息都会保存在服务器端的数据库内由服务器统一进行管理。当用户需要打开机密文件时,客户端的程序首先会判断文件是否机密文件,机密文件的判断主要是根据加密文件标志。当操作的是机密文件时,通信模块会首先根据用户的身份信息,同服务器做身份认证。
最后在加密理论之后就需要进行系统的设计,新的加密系统的设计实现了用户的登录局域网的权限控制,在登录的同时设置了具体的权限控制策略。对于登录系统的用户,根据其设置的控制策略进行机密文件的操作,这些对于用户而言都是透明的。除了具体的功能实现,还对关键的技术进行了详细的分析。主要设计到文件标志的设置、文件机密进程的获取以及文件缓冲处理等等。理论总是需要事实来证明的,对于提到的新的加密系统是否能够真正的做到防止输电线路三维数字化地形图泄露的谜底还是需要时间来检验的。
摘要：企业局域网作为信息共享的平台,给企业内部提供资源共享、消息传递、实现电子邮件、内部网站、企业办公自动化等应用,很大程度上提高了企业的生产效率,同时企业对局域网的依赖性也越来越强。一旦局域网瘫痪或者中断,对企业的损失也是不可估量的,这样企业局域网的安全问题也就变的日益突出。
关键词：加密,三维数字化,平台架构设计
参考文献
[1]费金龙.局域网数据保密系统的研究与实现[D].南京信息工程大学硕士学位论文,2006.
[2]朱兴星.基于USB安全钥的文件加密系统研究与设计[D].湖南国防科学技术大学硕士学位论文,2006.
三维空间领域 篇9
随着“大众创业，万众创新”的浪潮涌起，联合办公空间兴起，并被迅速复制。
曾经叱咤房地产业的前SOHO中国营销副总裁王胜江，在2015年4月也被卷入了创业大潮。他与俞敏洪、盛希泰以合伙人身份联合创办了洪泰创新空间，为创业者提供包括办公场所、孵化、投资等创业服务的生态链，并将洪泰创新空间明确定位于“创业服务运营商”。
既然做“创业服务运营商”，就意味着创业链条中的每一个环节都不可缺失。有着10年以上商业地产经验的王胜江，作为洪泰创新空间创始人兼CEO，在办公场所选址、项目运营上有着丰富的实战经验;而“创业教父”俞敏洪在创业方面的资源优势毋庸置疑;华泰联合证券公司前董事长盛希泰则有投资领域的经验和人脉，这使得洪泰创新空间一诞生就拥有“黄金三角”的聚合力。
王胜江将目前的众创空间分为两个类型：一类是房地产型，这类占比最大，主要是以联合办公空间为主的房地产运营模式;第二类是创业服务模式，为创业者做服务、做生态以及投资。
“我们的定位是创业服务运营商，而房地产服务仅仅是创业服务链条中的一环，是将创业者导入洪泰创新空间这个创业生态的入口。”王胜江自豪地对《中外管理》说。
因此，认为众创空间仅仅是简单的“房地产+服务”是一种误读，服务才是众创空间的灵魂，否则只有房子而没有做透房子里的内容，又与以往的写字楼有何区别？那么，服务型创业空间到底能为创业者做什么？又在如何运营？
用Uber模式做创新空间
为创业服务的孵化器早已有不少。
但目前，不少孵化器的同质化程度很高，而一些产业也想借创业浪潮的政策红利捞一把，打着“众创空间”的名义“挂羊头卖狗肉”。对于这些乱象，王胜江的评价是：真正为创业服务的创业平台会留下来，而七八成会死掉。
如何做好创业服务？洪泰创新空间打出了一个由第三方创业者为创业者提供服务的概念，“实际就是为创业者对接资源，而我们就是做这项服务的平台。”王胜江说。首先，俞敏洪和盛希泰作为合伙人，将自己的资源不断导入洪泰创新空间这个平台，而资源与资源进行交互后，其资源量又被无限放大，形成网状、多重的平台化优势。因此，无论是创业者还是提供创业的服务商，都可以在这里实现资源的共享乃至增值。
“众创空间是典型的共享经济下的产物，而洪泰创新空间就是要做创业领域的Uber。”王胜江对《中外管理》特别强调这一点，“我们要做创业者与众多服务商的‘媒人’。”
在洪泰创新空间，每月定期都会有多场路演活动，会有投资人和投资机构参与其中，创业团队可以直接和投资机构接触;空间还会定期举力大型的CEO分享沙龙，每期有几十位CEO齐聚，畅谈自己的商业模式，互相学习借鉴，甚至还可能找到商业合作机会;还有一些第三方服务机构，经常会到创业空间里驻场服务;而空间内，还设有专职的客服人员，可以及时将创业团队的需求与资源方进行对接，或者给予其他个性化服务。
培育创业者的“狼性文化”
现在，中国遍地兴起了众创空间，但王胜江也意识到，似乎还缺少一些情怀和文化。而洪泰创新空间就是要打造与众不同的、有灵魂的、有创新精神的创新空间，要培养创业者的“狼性竞争力”。
在水泥文化氛围浓厚的洪泰创新空间望京办公区，没有悠闲的办公节奏，甚至没有上下班概念，几乎每天都有住在办公室的创业者，他们在默默地暗地里较劲儿。看到其他创业团队还在加班、拿到投资或者产品发布时，对他人难道不是一种刺激和激励吗？
“创业者就像是孤独的长跑者，他们更需要归属感。”王胜江此时似乎想到了自己，他也是一个投入了全部身家的创业者，“你看，我还在用毛大庆送给我的杯子……”说着，他拿起印有UrWork的杯子喝水。
目前，洪泰创新空间的全部员工只有20人，同时要服务于目前入驻几个办公区的五六十个创业团队，还要不断布局新的空间。“洪泰创新空间同样有一个很有战斗力的创业团队，以一敌十。”王胜江对此很自豪。
资本寒冬来了，王胜江并不避讳这个说法，毕竟数据就摆在那儿：2015年第二季度，互联网行业VC/PE融资规模环比下降了一半，跌至37亿美元。王胜江不仅没有忧虑，反而认为这是众创空间的机会来了：“寒冬的到来，意味着大家更要抱团取暖，而这就给了创新空间做大做强的机会。”
王胜江一直在强调洪泰创新空间的文化：要让创业者成为冬天都可以捕获猎物的好猎手。而且，能在冬天捕到的也一定是好猎物。冬天正是培养创业者成为“狼”的好时机，只有真正强大的创业者才能生存下来，优胜劣汰是永远的商业规则。
而对于创业者来说，如何让他们顺利过冬？王胜江认为：创业服务在办公场所、法律、税务、财务、技术、投资、咨询等方面，为创业者解决问题固然很好，“但创业者更需要的是什么？是需要自己能去带兵打仗、与他人竞争、在冬天依然能生存下来的能力。”他还对《中外管理》特别强调，“我们不是开幼儿园的，不是浇花的，也不是保姆，这些观念都是对创业服务的误读。”
在他看来，创业服务的核心，正是要让创业者在这里学会怎么带兵打仗，培养出有狼性竞争力的创业团队。因此，洪泰创新空间不仅要做“创业服务运营商”，给创业者实战性的创业指导和支持，更希望做一个有温度、有创业精神和创业文化牵引力的创业平台。
像找合伙人一样选创业团队
“我也是一个创业者。”王胜江自洪泰创新空间创立以来，几乎没有休息过，不拿一分钱工资。
创业需要情怀和信念，而这也是为什么王胜江更欣赏脚踏实地、能坚持活下来、能挨得过冬天的创业者。有的创业者说得天花乱坠可以一时打动投资者，可长久的生存问题依然要靠自己，“依然要有自力更生、艰苦创业的精神。”他坚信这一点很重要。
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在有限的办公空间内，洪泰创新空间对于创业团队的选择也非常慎重，同样秉承着合伙人意识。王胜江说：“如果创业团队是我的合伙人，那我对其服务、成长和投资的角度就会不一样，这个定位非常重要。而未来，我们希望成为优秀创业者的合伙人。”
因此，以投资人的眼光去评估创业项目，王胜江就会更关注：项目的商业模式是不是成熟？市场在哪里？未来在行业中处于什么地位？估值是多少？有没有可能拿到下一轮投资？还有很重要的一点，有没有持续的创业精神。
一般情况下，一个项目经过两轮评估，历时三天就可以“审批”下来。目前，洪泰创新空间有不少项目都是经过路演或大赛，被投资人推荐过来的项目。当然，王胜江对《中外管理》也毫不讳言：“没有完美的项目。我喜欢有缺点的项目，有缺点就意味着有提升的空间。同时，认识到自身缺点才可能上进，一个自大的创业者是不可能进步的。”
在洪泰创新空间1800平米的望京办公区，目前已经入驻30余家创业团队，240个工位的出租率已达80%，而望京办公区正式开业，才仅仅三个月。
入驻这里的第一个创业团队，是女性运动互联网平台UP Lady。其合伙人王浩介绍说：他们第一天来这里考察，第二天就搬进来办公了。这里交通便利，出地铁站15米就到，而办公室是按工位出租，全部费用也就是写字楼的六七成，开支便宜很多。最重要的是，这里有非常丰富的内外部资源，以及很好的创业服务项目。此外，每天清晨，阿姨都会给创业者们现磨豆浆，健身房、休息区、冥想室等公共设施随时为创业者解压。在入驻洪泰创新空间的两个月后，10月15日，UP Lady的App正式上线。接下来，他们将进入下一轮天使融资阶段。
和开店一样，选址很重要
洪泰创新空间望京办公区是旗舰店。目前，安贞、五道口办公区也已正式开业，已有20余家创业团队入驻。同时，洪泰已经开始了全国性扩张。“创业服务也需要一个生态圈，有产业支撑、商业环境和大学支撑的地域，我们都将进行战略性布局。”王胜江说。
到2015年年底，洪泰创新空间将在全国打造10个创新空间，2016年将开启30-50个。有人会说，这不依然是“房地产+服务”的概念吗？而王胜江认为，物理空间是聚集创业者的纽带和入口，只有将创业者连接起来才能让服务更好地落地。
王胜江毫不讳言物理空间对创业者的影响，“一个好的办公场所甚至会帮助创业者成功”。以望京为例，它是CBD+中关村的功能区域。CBD是商务聚集区，很多跨国企业聚集于此，缺点是交通拥挤，办公成本太高。而随着互联网的发展，许多公司不必非要集中在核心区，就转移到了望京，像微软、奔驰、爱立信、施耐德，乃至阿里巴巴都扎根在此了，可以说它已具备了产业副中心的功能。既有中关村的产业元素，又有CBD副中心的商务元素，因此在北京，望京更适合发展科技、互联网之类的创业项目。
“创业者是非常脆弱的，要让他们在空间里很容易地找到市场，降低成本。”王胜江说。洪泰创新空间在每个区域进行选址时，都会考虑该区域的生态环境，同时有针对性地引入创业项目。
在洪泰创新空间望京办公区入口处，有一面二层楼高的信息墙，上面展示着空间里大部分资源方的品牌LOGO，创业者、创业服务机构、投资人等平台上的资源都聚集于此。如果你愿意将他们“连连看”，恐怕能绘制出一个完整的共享生态链。
这种情景就像梧桐树一样，不断吸引和聚合资源方纷至沓来，不断形成“1+1+1+N”的力量。
管理点评
从风险角度说，创业者数量在增加，成功率却并没有提高。众创空间的本质是提供创投服务，而资本的本质是追求投资回报率。因此，当空间的功能和孵化器相结合，第一，发起人必须有成功的创业或投资经验，至少有这样的人深度参与。第二，必须有从业务层面帮助创业者打磨项目、增加存活率的能力。第三，必须有成熟的下一步资源对接模式，否则无法形成长久有竞争力的商业模式。
点评人：京北投资合伙人、天使茶馆合伙人 桂曙光
三维空间领域 篇10
近年来, 与空间信息有关的数据受到了计算机应用领域的高度重视, 这些应用包括地理信息系统 (GIS, georaphical information system) 和计算机辅助设计 (CAD, computer-aided design) , 以及诸多多媒体信息系统 (MMIS, mult-media information system) , 数据仓库 (data warehouse) , 地理观测系统等潜在的应用, 正是已有的应用的需求推动了空间数据库的研究。
1 不确定性的含义
空间关系可以从现实世界、认知世界、GIS (数字) 世界三个方面来认识。在现实世界中, 空间关系是现象或过程存在和发展的基础, 是客观存在的;空间关系的变化是连续的、渐变的, 既有量的变化, 又有质的变化;空间关系的种类是繁多的, 约束关系很复杂。现实世界中现象间的空间关系给GIS提供了空间关系研究原型。
在GIS世界中, 空间关系受现实世界空间关系实例和认知世界中空间关系概念的双重因素影响, GIS中的模型是现实世界的数字化反映, 要尽可能的与现实世界接近。然而, GIS又要尽可能的提供一些对用户友好的语言和借口来与用户交流, 能够在一定的程度上模拟人的思维和认知过程。
由于空间关系在现实世界、认知世界和GIS世界表现出不同的特点和抽象描述方式, 三个世界的空间关系在概念和形式上总存在差异, 因而也就产生了不确定性。
2 不确定性的种类
不确定性对于一般人而言就是误差, 随着科学技术的发展, 人们对不确定性有新的认识, 对不确定性的本质有进一步的了解, 根据不同的性质, 对不确定性进行分类。
随机不确定性。随机不确定性是指事物本身有着明确的含义, 只是由于发生的条件不充分, 使得在条件与事件之间不能出现确定的因果关系, 从而事件的出现与否表现不确定性。
模糊不确定性。模糊不确定性是指事物的概念本身是模糊的, 即一个对象是否符合这个概念难以确定, 而不知其全部信息或确切的信息量。
灰色不确定性。灰色不确定性是指由于事物的复杂性和噪声干扰, 人们只能把握部分信息或信息的大致范围, 而不知其全部信息或确切的信息量。
未确知不确定性。未知不确定性是指纯主观上的、认识上的不确定性。
3 不确定性的来源
空间关系的不确定性主要是由数据的不确定性、认知的不确定性以及空间关系分析处理的不确定性等引起的。
3.1 数据不确定性引起的空间关系不确定性。
GIS中, 图形位置的不确定性主要指由数据获取、表示、分析等引起的空间实体位置坐标与现实世界中相应实体的位置不一致。由于位置不确定性和属性不确定性的共同作用使得面对象的边界不再是几何意义上的线, 而是具有一定宽度的区域, 从而使得空间关系在边界地区发生变化, 但是现有的空间关系的表达方法却很少能处理这种由位置不确定性而引起的空间关系不确定性。
3.2 认知不确定性引起的空间关系不确定性。
由认知引起的空间关系不确定性主要体现为空间关系概念的模糊性。由于GIS不但是对现实世界的建模, 同时又是为人类认识和改造现实世界服务的, 因而它必须能够正确理解人们的查询和处理意图, 又要能够将结果以人们能够理解的形式反映给用户。
人们认知的另一个显著特征就是在谓语前增加修饰语, 如“大概”、“基本上”、“差不多”、“完全”等, 又如像“对象A完全在对象B的内部”、“对象A与对象B基本相交”等语句。它们是通过概念的模糊性来体现的。
3.3 空间关系分析处理中的不确定性。
空间关系分析处理中的不确定性主要表现为分析处理的模糊性, 如在GIS中处理数据时, 有些操作往往不是精确的, 而是模糊的, 因为精确的操作可能得不到所需的结果或者运算本身就是模糊的, 而且有时也没必要进行精确的操作。模糊操作在GIS中有着广泛应用, 通常空间关系在GIS中的应用包括数据检索、数据匹配、关系推理、相似性及完整性判断等, 这些运算都可能涉及到模糊性。基于空间关系的数据处理一般可以归结为空间关系相似性问题, 并有精确相似与模糊相似之分, 其中, 空间关系精确相似只有相似与不相似两种状态, 而没有相似的程度, 这是不合逻辑的, 而模糊相似性却可以给出两个空间关系的相似性程度。
4 不确定方向关系
空间实体的位置以及形状的模糊性和人们认知的不确定性, 使得空间方向关系具有一定的模糊性。例如:山地和平原, 城市与乡村, 大海与大洋, 区域是有范围的, 但是边界的不确定或者不可能定义, 使得不能明确它们之间的方向。
4.1 不确定实体的表示。
空间方向关系的模糊性可以定义为一种含糊性, 这种含糊性表现为目标对象以一定的隶书度属于某个方向概念, 而不是完全属于或完全不属于某个方向概念, 是一种多值逻辑。空间方向关系模糊性受四个方向的约束和影响, 一是空间对象位置不确定性;二是空间对象的模糊性, 三是宽边界对象的边界宽度;四是人类在方向概念上的认知思维具有模糊性。
4.2 不确定方向关系模型。
目前有关不确定区域的方向关系模型尚不多见, 已有的研究主要分为两类:a.精确模型。对确定性空间对象的方向关系模型进行扩展, 使之能处理具有不确定边界的空间对象;b.模糊模型。基于模糊集或粗糙集理论, 主要建模空间对象模糊性及方向关系的模糊性。
5 存在的问题和发展方向
目前, 大多数不确定性区域的拓扑分析模型都基于内、外边界来描述, 此假设过于简单, 不能刻画所有边界模糊的情形, 实际区域的内、外边界的确定也很困难, 而且此假设不符合人们对模糊的直观理解, 今后应考虑高阶模糊的情形。模糊模型的困难主要在于不确定边界的隶属度函数难以确定, 所以应该设计更好的关系系统以更自然的方式来表达和处理区域间的空间关系。另外, 还应考虑多实体间复杂空间关系的表达和分析方法。
在空间推理领域中的拓扑关系分析方法的研究将主要侧重于三个方向:a.理论模型的完善, 要求对空间实体间关系的刻画更准确、更全面;b.增强模型的实用性, 与GIS充分结合, 较好地解决实际应用问题;c.充分结合人类的认知模式, 使模型的描述方式更符合人们对常识的表达和认知方式, 尽量缩小认知和模型描述之间的差异。
6 结论