人体工学服装设计(人体服装设计论文范文第6篇)

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人体服装设计论文范文第1篇

服装美的基础是人体美,但服装不是简单地随顺人体的辅助要素,人体着装后的美不在服装,也不在人体,而是在两者之间找到一种和谐共荣的关系,即着装后的人体美超越单独的服装与人体。服装设计对人体展示有三种方法:第一种是强化,通过突出或强调人体的优势部位,强化美感的视线,从而忽略有缺陷的部位;第二种是弥补缺陷,即利用服装遮掩人体缺陷,举个例子来说,大腿比较粗的人,可以通过宽松的长款上衣或者大腿肥小腿收缩的裤装,来遮掩大腿部位,达到修正人体缺陷的目的;第三种是塑造,通过服装结构调整人体缺陷,倾向于人们的审美理想,重新塑造人体。

一、服装设计中的视错觉运用

服装上产生视错觉能改变人体展现出来的效果,可以达到强化美弱化弊的效果。达到视错觉现象的对比主要有两种。

(1)形态对比。形态对比就是将不同形态进行对比时,在视觉形态外部轮廓特征上所展现出的差异。这种差异在不同环境中给人不同的知觉印象。19世纪德国心理学家赫尔姆霍兹正方形线条实验得出横宽竖窄,也就是横线条看上去显胖,竖线条看上去显瘦的视错觉效应;21世纪初英国心理学彼得-汤普森的旗袍形服饰实验却得出相反结论;而人们在在实际服饰穿着中,却似乎两种效应都存在,即有时候横线条显胖竖线条显瘦,有时候相反。

(2)色彩对比。色彩是人类的第一视觉反应,也是造成视错觉的主要因素之一。色彩有三个基本属性,即色相,明度和饱和度。不同色相,明度,饱和度的色彩进行对比可以令人产生不同的视错觉。

二、如何运用服装设计展示出较高的人体比例

对服装结构的处理过程中,为使着装后的人体显得高些,必须诱导目光作上下移动。斜线相对垂线更有长度感,能拉长整体高度,服装的长度要有限度,不能一味地追求长,那样反而会把身高压得更低。上衣的长度很容易影响身高,适当抬高腰节线的位置,能使下身看起来修长一些,从而给人高的印象,注意不要在人体正中位置上确定长度,上下一样的长度比例会给人一种拦腰截断的感觉,尽量少用横向分割线,如肩育克、裙腰育克、裤腰育克等。腰带的宽度直接影响着身高的视觉效果,因而要避免使用过宽的腰带,以及对比性过强的东西。这是因为横向分割与上下对比,将身材一分为二,在减少纵向高度的同时还增加了横向宽度,同时,因为视错也容易使人们对原本是线的概念,转化为横向面的概念。在色彩的使用中,柔和明亮的色彩由于膨胀感,可使物体看起来比实际体积大,上下装的颜色对比不要过于强烈,尽量使用同色的面料,上下的一致性容易产生延续感,使人看起来显高。横条服装能拉长服装的修长感,横条宽在1寸左右最为合适,过细的横条显得杂乱,过宽的横条则会有膨胀感。

三、各体型人体如何设计服装来达到理想效果

针对各类型人体设计服装,来达到展示出最接近当下时装审美的人体比例。各类人体可分为三大类型:理想人体,即最接近当下审美趋势的人体类型。正常人体,即现下最多人体的类型。非正常人体,即过瘦或者过肥胖的人体类型。

(1)理想体型可以依自己的体型为标准进行服装比例设计,包括着装方式和服装配件的整套设计。服装要体现自身的体型优势和比例美。理想体型者的服装设计相对较为容易,并且能较充分地展示服装效果。

(2)正常体型可根据黄金比律进行服装比例设计。腿部造型优美者可设计紧身裤和短裙装类,如牛仔裤、健美裤,还可以设计短裤、超短裙等,使得腿部的美感能够充分地得到展示,“突出重点,发挥优势”;胸部造型丰满、优美之女性,可进行强调上衣省道比例设计,通过设计省道来展示胸部的曲线美;臀部造型优美者可设计贴体裤装或合体裙装,在设计时特别要注意横裆部位的数值比例设计,因为它的合体程度直接关系到臀部的美感,因而横裆部位设计特别要准确、合体。后片口袋造型比例要稍大,左右口袋为贴袋时,在后片上的整体造型最好为倒“V”字形设计。

(3)为非正常体型者设计服装:要通过比例协调设计达到一定的修饰作用。腿部较短者宜设计中、长裙装,要避免设计贴身裤和迷你裙,因为腿短穿着贴身裤时会使腿短的非正常造型暴露无遗,而中长裙则可以遮盖腿短的视觉效果;臀部较小的女性可设计较宽松裤装,如运动裤、锥裤等,要避免臀部贴身裤和臀部紧身裙,否则就会将围度比例失调的缺憾暴露出来,无法达到比例修饰的效果;溜肩体型者,可加大垫肩的比例设计,运用垫肩的不同比例设计可以修正溜肩的视觉效果,以达到整体比例协调之目的;颈部比例较短者要避免设计高领类上衣,应根据视错原理设计长领类上衣,这样可以使视觉产生颈部稍长感。

参考文献

[1]李正.论服装造型的比例设计[J].苏州大学学报工学版,2002(2):78.

[2]张君浪.服装对人体体型的修饰设计研究[J].山东纺织经济,2013(10):53.

人体服装设计论文范文第2篇

重庆市在数字医疗领域有着较强的自主创新研发优势, 成功研发出的全球首台高强度聚焦超声肿瘤治疗系统, 已出口英国、日本等国, 实现我国大型医疗设备出口发达国家零的突破。而诞生在重庆市的亚洲首台消化道胶囊内镜, 也成功进入联合国采购目录, 同类产品的市场占有率居全球第一。

通过近几年的发展, 重庆市目前拥有176家医疗器械注册企业。去年全行业的销售收入达到30亿元, 并初步形成了超声医疗、微系统医疗、现代医疗电子和医用材料及组织工程四大特色医疗器械科技产业。

即将建设的中国 (重庆) 自主创新医疗器械科技产业基地将主要针对产业共性问题, 建立快速创新设计、新技术开发应用、实验技术规范等公共服务平台, 并围绕目前重庆市取得的重大自主创新医疗器械成果, 开展行业、国家甚至国际标准的研究等。

人体服装设计论文范文第3篇

一、服装人体工程学的含义

1.服装人体工程学是服装设计学科的前沿科目, 是人体工程学的分支学科。之所以说服装人体工程学是人体工程学的分支学科, 是因为它们的系统目的、价值、功能均相一致, 只是在服装人体工程学中, 服装更具体地充当了人体工程学的载体, 成为学科理论与实践的媒介。

2.服装人体工程学实质上就是一门以人为中心、以服装为媒介、以环境为条件的系统工程学科, 旨在研究服装与人、服装与环境相关的诸多问题, 使人、服装、环境三者达到和谐匹配、默契同步。

3.服装人体工程学也可以说是一门从人体的形态和运动机能等特性出发, 充分考虑人体与服装的调和性和舒适性, 提高服装整体机能的一门运用科学学科, 并汇集了服装材料学、纺织科学、人体心理学、人体解剖学、环境卫生学、人体测量学、服装设计学、医学等众多学科。

由以上分析可以看出, 服装人体工程学是结合服装专业特性与人体工程学内容构成的一个独立系统。它的目的是让服装适应人, 彻底改变过去人适应衣服的传统观念, 实现人与服装、人与环境, 以及“形式美”与“功效性”在服装设计过程中的和谐统一, 使服装介质的各个指标与人体各种要求相适应, 使服装设计尽可能最大限度地适合人体的需要, 使服装的艺术性与穿着的实际效能达到舒适、卫生、安全、健康、功能、美观、个性的最佳匹配状态。

二、服装人体工程学在服装设计中的地位

人体工程学的设计理念是所有机械设计必不可少的, 而服装人体工程学的设计理念也是服装设计必不可少的。传统的服装设计注重形式美, 注重某种艺术风格的表现, 追求时尚与流行, 其主观意愿较强, 而对人的因素考虑的比较少, 因而设计出的作品和制成的成衣有些只能欣赏, 并且还不易被人们理解。到了20世纪90年代末, 随着“人本化”理念的增强, 人们开始追求着装的舒适与自然, 强调服装的个性与特色, 以人为本、人性化设计也由此逐渐成为服装设计界关注的重点。如今的服装设计是将形式美建立在服装结构设计科学合理且有助于肢体的运动, 服装材质卫生健康、方便生活且易于保养, 符合人们的生理、心理指标等基础上的, 实现了真正意义上的“衣服适应人”。

例如, 在设计泳装时, 根据服装人体工程学的设计理念, 应将游泳衣设计成适合运动员四肢大幅度运动的款式, 否则, 将会使运动员的四肢活动受限, 影响其比赛成绩的提高。

又如, 在女性连衣裙的设计中, 为了表现女性的体态特征, 以往的设计师常常在连衣裙的腰部用一条束带系扎。这样, 女性的体态特征虽然显示出来了, 但却忽视了夏季服装通风散热的要求, 腰部用束带系扎后, 空气对流受阻, 妨碍通风换气。要解决此问题, 就可以按照服装人体工程学的设计理念, 对这种设计进行修改, 腰部不用束带系扎, 而是通过抽褶、收省等工艺达到收腰的意图。这样, 既展现了女性的体态特征, 又符合了健康学与卫生学的要求, 同时, 良好的通风性能也增强了着装者的舒适感。由此可以看出, 服装人体工程学在服装设计中的地位是非常重要的。

三、服装人体工程学在服装设计中的应用

1.人体各部位在服装设计中的应用。服装人体工程学要求服装设计与人体各部位相适应, 使人体与服装界面达到整体上的内外和谐, 显示出最佳状态与最优绩效。

服装设计对人体的观察有其独特的视角, 不像工具设计是以人的手形、关节形态为主, 也不像人体工程学中家具的设计以人的生理机能、脊柱形态、活动范围为主, 而是以人的躯干、四肢等人体肢体部位为中心, 充分展现人体与服装的和谐美感及最佳效果。

为了使服装设计能够顺利实施, 设计师及其设计群体通常根据人体不同部位所起的不同作用, 将人体划分为4个区域, 即贴合区、自由区、作用区和设计区。贴合区是服装设计的基本支撑部位;自由区和作用区是进行服装造型设计时满足人体运动功能的重要部位;设计区是服装空间量自由变化、造型丰富的区域, 是设计师设计理念、设计风格集中体现的部位。另外, 在进行服装设计时, 还要与人体的颈、肩、胸、腰、四肢、臀等部位的着装要求相适应, 使之显示出最佳美感。专家说得好:“在现代服装设计中, 服装空间更应该突出功能, 合身适体、活动自如, 极力显示以最大限度适应人活动的可能性, 要求不抑制和不约束人的活动范围, 以顺应人的生活进程, 真正意义地实现由‘人适应衣服’向‘服装服务于人’的转变。”

2.人体测量学在服装设计中的应用。人体测量学是服装人体工程学的重要基础学科, 人体形态与尺寸测量是服装人体工程学的重要内容。在服装行业中, 出自对服装舒适、合身、功能等提高人体机能的工学要求, 更需要有确切的人体测量来为服装设计创造作保证, 以使人体和服装达到合理的匹配。

3.服装材料在服装设计中的应用。在服装设计中, 服装材料是构成服装的三要素之一, 是服装的物质基础。服装材料品种繁多, 性能特点各异, 对人体的作用也各不相同。服装人体工程学研究认为, 天然纤维棉、毛、丝和化学纤维涤纶、丙纶等的主要性能和特点符合服装材料的需求, 能体现服装材料舒适、柔软、弹性和卫生方面的性能。因此, 此类材料是服装设计中符合人体工程学要求的首选品种。

例如, 要制作一批高档西装, 一般要选择含毛纤维多的面料。因为毛纤维具有吸湿性好、染色性优良、弹性大、保温性好、不易起皱等优点, 人着装后显得高贵、典雅、庄重、大方、有品位。但在制作内衣时, 根据服装人体工程学的卫生要求, 羊毛纤维不是制作内衣的最佳材料, 棉纤维才是制作贴身内衣的最佳材料选择。因为羊毛纤维不能达到内衣需要勤洗、尺寸稳定、卫生柔软的最优条件, 并且, 它与皮肤排泄物发生作用易变色和霉蛀。而棉纤维是所有纤维中与皮肤接触最感舒适柔软的纤维, 且吸汗性强, 因此多被推荐用做内衣用料。但棉纤维做内衣唯一明显的缺点就是缩水率较大, 要解决此问题可将其先下水浸泡后再做成衣。然而, 由于在进行批量生产时不可能先下水浸泡再做衣服, 因此服装设计师一般选用棉纤维与莱卡弹性纤维混纺的材料, 以针织线圈织造。这样, 既克服了棉纤维缩水大的缺点, 又保证了尺寸稳定的保形效果, 还具有卫生、柔软、弹性好、吸汗透气的优良性能。

再如, 做运动服和舞蹈服时最好选择柔软, 伸缩性、压缩性和弹性好, 又吸汗透气的针织材料, 以满足人体运动的协调性。

又如, 由于夏季天气炎热, 人们对夏季服装面料的要求一般是凉爽、透气、轻薄等。某品牌服装夏季专用西裤就采用麻类和真丝织物作为面料, 运用服装人体工程学和美学原理等高科技手段制成。由于真丝织物透气、舒适, 再加之麻类材料中含有26种对人体健康有益的微量元素和十多种氨基酸, 因此, 由该材料制成的西裤具有散热性强、轻薄、舒适、透气、凉爽等特点, 该品牌西裤由此受到广大消费者的青睐, 为经销商带来了丰厚的经济效益。

四、服装人体工程学是新一代服装设计师向更高层次发展的依据

无论哪一位服装设计师, 都希望自己所设计的服装既具有时代美感, 又能够满足所有人的需求。但是, 在以往的服装设计中, 有些设计师在进行服装设计时, 过于追求形式美, 忽略了服装应以人为本、人性化设计的本质, 其结果可想而知。服装人体工程学问世以来, 服装设计师越来越注意满足人们自身的要求及人—服装—环境之间的和谐默契, 逐渐改变了服装设计偏重形式美的主观表达, 作品体现了设计要求的合理化与科学性。

安全、健康、舒适、功能、美观、个性是现代服装设计的6大理念。服装人体功效是达到这个目标的依据, 人—服装—环境系统的和谐构成服装行为的良性生态, 环境是条件, 服装是手段, 人是焦点。所以, 新一代设计师在进行服装设计时一定要以安全为基础;符合卫生学的要求, 保障着装后人体健康不受损害;使人穿上服装感觉从容、畅快、舒适、美观, 且能最大限度地发挥服装功能, 既丰富了人们的生活情趣, 又使人们的情操得以升华。

五、服装人体工程学的发展前景

人体工程学在我国起步较晚, 20世纪80年代初才作为一门独立学科被引入我国。而作为人体工程学的分支学科——服装人体工程学在国内尚处于初兴起时期, 不少服装设计师和服装创作群体对于服装人体工程学的含义及其所研究的内容、对象还不甚了解, 故在服装设计、加工等方面的应用还很不够, 从目前的状况看, 要想改变服装设计单纯追求形式美的思维模式, 尚需加倍努力, 且任重而道远。

设计是为人服务的, 人是设计的出发点和归宿。服装人体工程学是为一切关于人体的服装设计创作活动服务的, 是服装设计行业的灵魂。如今, 随着人们生活水平的提高、个性化需要的出现以及审美情趣的变化, 设计师的设计理念也随之发生了很大改变。而科学设计的飞速发展, 更是极大地推动了服装设计的发展。瑞士日内瓦大学及瑞士联邦科技学院推出的GCAD软件能够在电脑上通过三维系统获得服装穿着效果的检验, 由于三维图形可360°旋转, 设计者可以从多个角度来观察服装款式在不同替换环境、不同光源位置、不同色彩调配下的效果, 其先进的设计手段与设计理念预示着服装人体工程学的发展未来。

人体服装设计论文范文第4篇

关键词：动画,模板,虚拟现实

1. 引言

随着虚拟现实技术的的迅速发展,虚拟环境中虚拟人的运动生成与控制已经成为研究热点。一般情况下,动画师在设计骨骼动画时,只是直接对3维模型进行操作,以最常见的关键帧动画为例,先在某一帧内,修改每块骨骼的位置、方向,然后将所有的帧连续播放形成动画。这样做的缺点是效率低、操作繁琐,且不易修改。并且由于三维人体运动极其复杂,一般都有上百个自由度,采用关键帧方法很难预先确定人体每个关节的角度。

本文提出了一种基于动画模板的动画制作方法。基于给定的动画模板,用户只需输入一个3D骨骼模型和其行走路径,根据模型的尺寸和想要实现的行走风格在操作界面上调节相应的参数,就可快速、方便地制作出具有某种风格的动画。

2. 设计思想

传统的动画制作方法有一个共同特点,即用户无法根据需要自由定制动画效果,且结果一旦生成,修改起来较麻烦。而本文的动画模板从人机交互的角度出发进行设计,更加适于用户使用,可自由方便地定制动画,操作简单,效率高,对现有结果的修改也较容易。

本文实现的动画系统是在Blender软件的平台下,用Python脚本语言编写的,适用于制作蒙皮骨骼动画。Blender不仅在开发过程中大量使用了Python语言,而且在Blender软件中自带了Python解释器和核心的Python模块,使得我们可以在Blender中方便地使用Python语言开发自己的程序。

3. 系统的设计与实现

目前,制作3D动画的方法有三种:关键帧方式、运动曲线方式、路径方式。我们的方法综合了关键帧和运动曲线方式。

3.1 动画模板系统的架构

本文的动画模板系统由4部分构成:用户操作界面、Python脚本程序、Blender宿主系统和3D显示窗口,如图1所示。Python脚本相当于一个驱动程序,动画模板的所有功能都是通过调用执行它来实现的。Python脚本和用户界面可实现双向的交互,脚本程序既可以从用户界面得到输入,又可以把执行的结果和返回的状态信息显示在界面上。用户操作界面可以看作一个提供给用户的接口,能够接收用户输入的参数,同时显示当前的状态信息。Blender宿主系统是整个架构的核心部分,它承担着解释执行Python脚本、绘制、显示等任务,将最后生成的动画在3D窗口中显示出来。

3.2 动画模板的实现

所谓动画模板,就是利用一段脚本程序控制一个“虚”的、逻辑的骨骼模型进行运动。要将模板表示的运动附着在某个真实的骨骼模型上,只需将模板中的每个代理与模型上的某个关节点相关联,动画模板通过控制代理物体的运动来带动骨骼模型运动。

在实现人物“走路”的动作时,不必控制腿部和脚部的每一个关节点的运动,只需关注脚部的3个关节点:heel、foot、toe。当这3个关节点沿着正确的轨迹运动起来后,在heel关节点上加以反向动力学(IK)约束,将IK链长度设为2,即可带动大腿、小腿一起运动。

本文采用了添加空物体(empty)的方法,如图2所示。在模型的中心点、双脚、两臂共增加9个空物体,除模型的中心点外,每个空物体与模型的一个关节点相关联。动画模板实际上是控制空物体的运动,当空物体按照给定的要求形成动画以后,其与相应关节点的约束关系由用户在Blender操作界面中手动设定。

在本文实现的“行走”动画模板中,对foot和toe部位的关节点与骨骼添加“Track To”约束,对heel处的关节点与骨骼添加“IK”约束,对arm处的关节点与骨骼添加“Track To”约束,此外,中心点处的空物体不是与模型的某一个关节点相关联,而是作为整个模型的父类控制着模型在空间方位、朝向上的变化。

用户在使用动画模板时,希望得到一定的自由度,能够根据需要随时修改运动姿态,得到不同的行走风格。在模板中,用户不仅可以设置模型的基本属性,如模型中心点距地面的距离(Center height)、肘部关节点距地面的距离(Arm height)、双脚分开距离(Heel separation),还可以修改和动画有关的属性如:

(1)步伐的频率(Move time):即每个行走单元所用的时间,Move time越大,脚部运动的频率越慢;反之,Move time越小,脚部运动的频率越快。角色行走的步幅(即行走单元的长度)、胳膊摆动的幅度也是与Move time相关的,Move time越大,步幅和胳膊的摆动幅度也越大,反之亦然。

(2)脚部抬起的高度(Lift height):这里的Lift height为脚部运动到最高点时的高度值。

对于角色模型的胳膊的控制相对简单,只需在肘关节处添加一个空物体,让空物体相对于模型的中心前后运动,然后对空物体和肘部关节点加以“Track To”约束,小臂和大臂就会跟着摆动起来。肘部关节点相对于地面的高度用Arm height的值来表示。

4. 结果与分析

为了验证本文的动画模板的有效性,我们将同样一个“行走”的动作作用于两个角色模型。如图3所示。可以看出,第一组图片基本保持了人物在行走时的动作特征,第二组的小动物也模仿了人走路的姿态。并且,将lift height值增大,其它参数值保持不变,得到了人行走的另一组动画。人物的动作幅度加大,腿抬起的高度明显增加。

5. 总结

本章提出了一种基于模板的行走动画定制方法,并实现了一个简单的行走动画系统。使用该模板系统制作动画,不必直接对模型进行操作,只需设置用户操作界面上的参数即可。而且,用户可以根据特定的需求,随意的调整参数,编辑出个性定制的动画。相比现有的动画制作方法,本文实现的动画模板使用简单、方便,可以快速地编辑、修改动画。

参考文献

[1]王德才,杨关胜,刘晓明等.蒙皮骨骼动画角色模型接口的设计与实现[C].第三届智能CAD与数字娱乐学术会议(CIDE2006),2-3.

[2]石敏,朱登明,王兆其等.三维地形中人体运动生成方法[J].系统仿真学报,2006,18(5),1247-1252.

[3]IGARASHI,T.,MOSCOVICH,T.,AND HUGHES,J.F.2005.Spatial keyframing for performance-driven animation.In Sympo-sium on ComputerAnimation(SCA),107-115.

[4]IGARASHI,T.,MOSCOVICH,T.,AND HUGHES,J.F.2005.As-rigid-as-possible shape manipulation.ACM Transactions on Graphics24,3(Aug.),1134-1141.

[5]Isaac Victor Kerlow.3D计算机动画与图像技术[M].鲍明忠译.北京:中国水利水电出版社,1998.

人体服装设计论文范文第5篇

一、课前的充分准备

教师,尤其是青年教师,首要的任务是熟悉教材和教学大纲,切忌“备一课上一课”,打无准备之仗。要将整本教材完全融会贯通,在此基础上研究教学大纲,积极听前辈们的示范课,妥善组织教材,从专业角度入手,以学生现有的知识水平、思想状况、接受能力为基准,舍弃无关紧要、众所周知的知识点,突出重点,抓住难点,并且注意研究解决重点、难点的有效教学方法。在前述基础之上,写好备课笔记、教案,特别要注意知识点之间的连贯衔接,完成授课最重要一步。

二、多种教学方法的灵活应用

现在的大学教育,不能再拘泥于“一支粉笔、一块黑板”的单一的传统教学方式,而是要多样性、现代化、灵活地运用多种教学方法。

1. 多媒体课件的有效应用

无论是讲授结构还是功能,多媒体课件的恰当使用都十分重要。传统的教学在结构理论讲授方面总是采用挂图或课本图谱等简单方法,学生不能清楚地认识相应的结构或由于课时限制讲授过快,达不到相应的教学效果。但是使用多媒体教学,制作合适的课件、挑选恰当的图片就会调动学生学习的积极性,同时激发学生学习的兴趣,上课时积极思考。

2. 艺术性的板书

在各门课的教学中,板书历来都被视为教师的基本功,采用科学的、艺术的板书可明显增强教学效果,特别在配合多媒体课件时作用尤其突出明显。艺术性的板书具有重点突出、图文并茂、布局合理等特点,虽然多媒体课件形象具体,但是难免鱼龙混杂,学生难以抓住重点,所以除了形象的幻灯片之外,艺术性的板书也非常必要。学生通过视觉的强化,明确了重点;通过记笔记,把板书的内容记下来,同时调动学生脑、耳、眼和手的协同工作,增强了记忆效果。此外,在讲述重要结构时,为了使学生加深印象,我们也要求学生会画一些简图。教师在黑板上利用不同颜色描绘出富有层次感的结构模型,让学生在笔记上随老师思路一起绘画,再配合重点突出的板书,不但激发学习兴趣,而且使教学重点清晰,教学效果更好。精心设计的板书模式及板图,加上在课堂上的生动演示,使原本抽象的知识变得形象具体,能吸引学生的注意力,对开发学生的形象思维能力有很好的效果。

3. CAI在教学中的作用

CAI是计算机辅助教学的简称,是以计算机为中心的多媒体技术的发展,把先进的声像技术结合到其中,除了文本、图示、声音、图像外,还可以配合动画、电影录音等,增强所学内容的生动性和真实性。尤其是在机能方面,正常人体机能理论丰富、内容广泛、实验性强,要学好这门课除理解基本概念、原理之外,还要多动脑、融会贯通,以便真正掌握。学生们普遍反映:“上课一听就懂,下课一放就忘”,针对这种现象,我们采用“CAI”将教师、媒体、学生、教学内容有机地组织在一起,形成一个优化的教学环境,由计算机来辅助学生学习,实现针对性教学,改变过去学生被动学习的状况,使学生积极主动地参与教学活动。

三、实验教学的设计与把握

1. 采用PBL教学方式进行人解剖学实验教学

以问题为基础的教学法(Problem Based Learning,PBL)是以学生为中心,教师为引导者,自我指导学习及小组讨论为教学形式的一种新的教学模式,能有效训练学生发现问题、解决问题的能力,有助于学生创造力的培养。传统的人体解剖学实验教学模式是教师在每次实验课时给学生们灌输式地介绍大体标本结构,然后学生在教师的指导下认知标本结构,由于人体解剖学名词较多,且教学信息量较大,学生充当了听众的身份,课堂发言不积极。而在PBL教学中,学生的学习兴趣浓厚,课堂气氛相当活跃,学生处于教学中心的位置,是课堂的真正主角,在激发学生的学习热情、锻炼学生的思辨能力方面是优于传统教学模式的。整个PBL课堂教学过程分为四个阶段:教学前一周向所有学生发放PBL教学资料,要求学生自行在课外时间内利用各种资源查找资料文献,教师进行简单的课前指导;学生课下讨论形成各自小组的观点,并选出一个发言者和一个记录者准备在课上阐述自己的观点;课堂指导教师提出需要解决的问题,小组成员相互配合进行解剖实验,各组学生代表阐述各自小组的观点并接受其他组员的答辩;指导教师最后对实验进行总结并评价各小组的表现,并据其表现及实验预习报告的书写情况对该次教学进行打分。PBL教学法除了能激发学生的学习兴趣,活跃课堂气氛外,学生主动获取知识的能力还明显增强,自学能力明显提高,同时也训练了学生的口语表达和人际交流能力,真正锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,达到令人满意的教学效果。较之单调、枯燥的传统教学模式,PBL教学方式既可增强学生的团队协作精神,又可为他们搭建良性的竞争平台。

2. 采用CAI进行生理学实验教学

在实验教学方面,多媒体CAI的形象化教学方式在生理学方面的实验中更具有优势,使学生有条件观察或模拟进行复杂性、破坏性、危险性、价格昂贵的实验,这是其他教学环节无法完成的。某些实验因周期过长或成本昂贵、

分子生物学综合性实验教学初探

郭晓丽

(衡水学院生命科学学院,河北衡水

摘要:分子生物学是进行各门学科研究的基础,是理论和实践相结合的典型课程。本文就分子生物学综合性实验教学的设计思路、教学内容及条件进行了论述,期望进一步提高分子生物学实验教学质量。

关键词:分子生物学综合性实验设计思路教学内容教学条件

分子生物学是生物技术及生物科学专业的一门必修课,它是在分子水平上研究生命活动及其规律的科学,主要研究的内容是核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互作用[1]。随着科技的突飞猛进的发展,遗传学、生理学、免疫学等基础领域的研究工作也已深入到分子水平,分子生物学成为各学科的领先学科,而且已逐渐渗透到农业、工业、医学等科学的各个领域之中[2,3]。在我国分子生物学已成为国家‘863’高新技术和‘十一五’、‘十二五’计划的一项重要内容,越来越得到广泛的发展和应用[4]。

分子生物学实验是进行各个学科研究、实践的基础,实验课的教学直接影响学生对分子生物学课程的理解程度;它不仅是学生掌握基本知识、基本理论和发展基本技能的重要手段,而且对培养学生的科技创新能力,探索科学的研究方法和唤起学生的求知欲望都有着重要的意义。但是由于本课程实验相对较抽象,难理解,对学生而言,如果不能充分激发其兴趣,就会导致厌学情绪。因此,分子生物学实验课的重要作用在高校生物技术及生物科学专业中日益凸显。近年来,衡水学院根据培养创新型、应用型人才的目标,结合学生特点,对分子生物学综合性实验教学进行了初步探索。

1.综合实验设计思路

1.1注重经典,结合先进。

分子生物学实验内容的设置既要保留基本的操作训练,又要不断更新,使学生尽可能多地接触新的前沿技术。基本的实验技术主要包括质粒DNA的提取、分光光度计检测、琼脂糖凝胶电泳技术、聚合酶链式反应、感受态细胞的制备及转化等,均需要学生在实验过程中熟练掌握原理和基本操作。同时对一些先进的仪器,要尽可能地使学生掌握基本的实验操作,为以后进一步开展科学研究奠定基础。对于一些新的实验技术,不能正常在实验课中开展的内容,可播放录像和示范,也可制成精美的多媒体课件,利用相关教学资源制成Flash[5],使学生们在有限的学习条件下学到更多的知识。

1.2强调教学,结合科研。

实验教学的目标,不仅是知识的传承和实验技能的训练,更要在实验教学中培养学生的科研素质、科研技能和创新能力[6]。强调教学的同时,将教师的科研内容引入到学生的实验中来,不仅可增强学生的学习兴趣,也可以使学生了解到最新的科研动态和科研成果,为学生今后考研及发展提供有价值的参考。同时,将教师的科研成果进入教学,引导学生参与到教师的科研中去,以教学带科研,以科研促教学,让学生得到操作复杂等原因不适合学生操作,不可能在学生中广泛开展,利用CAI教学,就可使学生“身临其境”地感受到实验全过程,激发学生的学习兴趣,做到眼看、手动、脑子想,把全部感官都调动起来积极主动学习,而且节约实验资源。

四、教学效果的反馈与总结

经过充分的课前准备工作,理论教学借助多种教学方法

最大的实验收获。

1.3强调系统,侧重综合。

在强调分子生物学实验的综合性的同时,也要保持它的系统性,只有系统地完成一系列连续的实验,才能充分展示其综合性。所以实验内容要丰富,加强涵盖分子生物学基础技术的训练,每个系列实验由若干个小实验组成,各个实验之间紧密相连,注重强调实验的整体性和连贯性,这样有助于激发学生的实验学习兴趣,发展学生的观察分析能力及实验设计能力,从而全面提高学生的综合素质。

2. 实验教学内容

实验课中实验内容的选择是体现综合性实验教学的重要方面,在优化实验教学内容的过程中,将教师科研中较成熟的内容开发为可供学生操作的实验,实验材料和内容均来源于实验教师的科研课题,例如植物DNA的提取,DNA的检测及纯化,基因的克隆、连接及转化,克隆的筛选等一系列的连贯性实验。从提取的方法、引物的设计到筛选,均让学生查阅教师提供的文献资料来设计,从而锻炼学生的实验设计能力,使学生对基因克隆的整个过程有清晰的认识,同时强调这些实验的连贯性和整体性,使学生充分认识到每个实验的重要性。

3. 实验条件

分子生物学综合性实验涉及的实验内容多、实验方法和手段多、实验中使用的仪器设备多、实验材料和试剂较多,因此我们在进行实验方法选取时,应尽量使用经典的方法,避免使用昂贵的试剂盒操作,这样既可以使学生充分了解实验中药品的配置及作用,同时可节约药品的开销。此外,我们要合理利用实验室,充分利用实验学时,多个实验穿插进行,把相近的实验内容安排在一个单位时间内完成。通过这样的合理安排,在较少的课时计划下,尽可能多地安排实验,学生能够得到扎实的实验技能培训,从而充分锻炼学生的动手能力。

4. 结语

近年来,随着分子生物学的发展,实验手段的不断增多,以及在人类社会中所发挥作用的日益凸显,使高校在讲授分子生物学理论的同时,需要对学生实验技能和科学的思维方法进行综合性的培养。高校综合性实验教学的开展及进一步实施正是这一理念的体现。我院分子生物学综合性实验教学的开展必将在一定程度上提高学生的实验动手能力、实验分析能力、数据处理能力和创新能力。

参考文献:

[1]朱玉贤,李毅.现代分子生物学(第2版)[M].北京:高教出版社,2005.

[2]郝福英,周先碗,黄玉芝,等.生命科学实验技术[M]北京:北京大学出版社,2004.

[3]何钢,叶翠层,王义强,等.分子生物学综合实验教学改革研究[J].实验室研究与探索,2006,25(11):1401-1404.

的展示,以及实验教学中PBL及CAI的联合应用,教学效果良好,学生的学习兴趣、学习积极性和主动性、团队协作精神及思维能力等方面都有所提高。总之,年轻教师一定要积极总结上课经验,课后注重收集学生的反馈信息,并及时检查整改,分析总结每一次教学活动的成功经验与不足之处,做好课后记以待下次的改进与提高。

摘要：传统的解剖学和生理学在多数专科护校已被贯通融合为一门学科——正常人体学(包括正常人体解构和正常人体机能两部分),虽在内容上有一定的缩减融合,但由于课程本身的容量、客观条件的限制及学生的主观因素等原因,教学难以达到理想的效果。因此,教师,尤其是青年教师在教学中应尽可能地利用已有条件,结合专业特点,调动学生学习的主观积极性,应用“多媒体”使教学形象化,应用“CAI”激发兴趣,强化实验操作,利用艺术性的板书强化和巩固知识点等,从而不断增强教学效果。

人体服装设计论文范文第6篇

人体通信技术是一种新型的无线通信技术,其将人的身体作为通信媒介,实现信息在人体传输。与传统无线通信相比,该技术具有低功耗,高信息安全性,以及人体低辐射性等优点。利用人体通信技术自身优点可以较好地实现WBAN的安全互连。同时,WBAN应用中,数据的双向交互意义重大。例如:社交场合中,两人或多人通过接触、拥抱、握手实现彼此的信息共享;在娱乐场合,音乐播放器与耳机之间的数据交换;在健康领域,健康生理信息的交换等。

本文针对WBAN双向信息交互的需求,采用人体通信技术,设计并实现了信息交互系统。

1 总体架构

1.1 人体通信技术

人体通信信号传输方式基本分为3种:简单电路、静电耦合及波导传输[3],如图1所示[3],简单电路属于电流耦合,而静电耦合和波导传输都属于电容耦合方式。在第一种实现方法中,简单电路方案主要将人体作为一个导体,虽然该实现方法简单,但是需要额外在体表增加一根传输线,用作信号回路。对于静电耦合方式,必须要求节点良好接地,这种传输方式在Zimmerman的个域网(PAN)研究课题中有体现[2]。虽然静电耦合方式不需额外在体表增加一根传输线,但周围电磁环境对该种方式的传输质量会造成较大影响。在波导传输中,主要是将人体作为波导,通过一终端产生一个高质量电磁波在人体身上进行传输,并被另外一个贴在人体身上的终端电极接收到,这种方式既不需要额外的传输线,又不会受到人体周围的磁场环境影响。

电流耦合与电容耦合之间差异主要体现在以下5个方面:

1)耦合电极:

电流耦合方式需要采用多个电极,电极的材料、大小都会对信道增益产生影响,且电极需要与皮肤直接接触[4];电容耦合方式在收发端只需各采用一个电极,电极材料、大小不会对信道增益造成影响,且无需直接接触皮肤[5]。

2)通信频段:

电流耦合方式工作在1 MHz以下[4];电容耦合方式工作在1～100 MHz之间[6,7]。

3)通信数据率:

电流耦合方式由于在同一端的电极对短路了大部分的电流,数据率小于1 Mbit/s[8];电容耦合方式可以达到10 Mbit/s[9]。

4)通信链路稳定性:

电流耦合方式与地无关[4];电容耦合方式的地回路受周围环境影响较大,随着地特性的差异,信号质量也会发生变化。

5)系统体积:

电流耦合需要多对电极,且收发端电极对不能靠得太近。因此,电流耦合方式的系统体积较大,不便于集成,且需要与皮肤直接接触,会有安全疑虑,体验度不好。电容耦合方式只需一对电极,系统相对较小,且无需直接接触设备。

考虑到系统体积,通信数据率、耦合电极等因素,本方案中采用了波导传输的信号传输方式。

1.2 系统硬件设计

人体通信信息交互系统系统主要在以LPC3130+FPGA(CycloneⅢ)为核心处理单元搭建的平台上实现的,FPGA选用Altera公司Cyclone系列的一款IC。由它们搭建的核心处理单元能够充分满足系统对资源、速度和性能等的需求。核心处理单元主要完成对外设的控制、传输数据的生成和接收数据的处理等功能。系统主要由主(Host)和从(Device)两个节点组成,二者的硬件构成没有区别,主要包括核心处理单元、数据存储单元、信号处理单元、放大滤波单元及电极等[10],如图2所示。

系统主从节点工作模式主要分为空闲模式、发送模式,以及接收模式。节点上电后,系统进行一系列的初始化后,进入工作模式。

1)低功耗模式:

可以通过外部中断方式将其唤醒,可以利用信道能量监测或触摸检测方式触发中断,由低功耗模式唤醒后,进入发送模式。

2)发送模式:

(1) ARM处理器先从存储单元中获取要发送的数据;(2)将数据发送至FPGA,FPGA在获取到待发送数据后,对数据帧进行编码,调制,添加CRC16等一系列处理;(3)数据经FPGA处理后,经由一I/O口串行输出,经滤波后将数据发送到电极片。

3)接收模式:

(1)首先由电极通过电容耦合方式将信号接收下来;(2)通过滤波器模块进行滤波;(3)经由检波器对信号进行检波,检波器中心频率受FPGA控制;(4)将解调信号传输给放大器、比较器;(5)接着传输至FPGA,FPGA对其数据处理后,传输给ARM处理器;(6) ARM会对接收数据进行帧解析,CRC16校验等,并通过显示模块实时显示传输状态。

系统硬件调试:通过利用示波器分别探测发送端电极板输出、接收端滤波器输出、运放输出,以及比较器输出。实时信号波形见图3所示,信号经过滤波、检波、放大等处理后,波形完好。即使信号中存在部分噪声,但高低电平间的裕度足够大,合理调整比较器阈值电压,不会影响到信号的判决,导致逻辑错误。

信号中的噪声主要来自两个方面:1)信号在接收时,通过人体的电容耦合效应,将周围环境中的电磁干扰耦合到有效信号中。2)另一部分主要是系统硬件设计:(1)采用绝缘地的方式,PCB板的参考地设计不合理,导致“地弹”现象发生;(2)电源完整性设计及系统时钟电路,亦会产生叠加噪声。

1.3 系统软件设计

人体通信信息交互系统软件实现主要包括两部分,一是ARM处理器的软件部分,二是FPGA的软件部分。

1.3.1 ARM软件部分设计

ARM软件通过利用有限状态机(FSM)实现了包括外设的控制、MAC协议、帧的定义、生成及解析等功能。因为FSM具有以下优势:灵活性强;调试程序简单;基于软件的FSM,易于实现循环及复杂时序控制。

1) MAC简要介绍

ISO/OSI-IEEE802定义了节点参考模型,所有的中心节点(Hubs)和子节点(Nodes)其内部划分为物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)层,Nodes和Hub的通信在MAC层和物理层中进行。在Nodes或Hubs内,MAC层通过MAC服务访问接口(SAP)为MAC终端提供服务,而PHY层通过PHY层SAP为MAC提供服务[11]。

2012年,IEEE颁布了IEEE802.15.6通信标准,它主要是针对于NB、UWB及人体通信提出的一个通信标准。标准规定了MAC层3种通信模式,分别是信标不使能的超帧模式、信标使能的超帧模式、既不使用信标帧也不使用超帧的模式。带信标周期(超帧)的非信标模式下,如图4a所示,在任何超帧(信标周期)中,Hub只有管理接入阶段(MAP)。信标使能的超帧模式,如图4b所示,需要一个网络协调器进行网络管理,包括上传和下载时隙的分配、时间同步、信道接入、流量控制等方面。无信标周期(超帧)的非信标模式下,Hub提供包含TypeⅡ轮询分配的未安排双向链路分配间隔[11]。

考虑到系统设计节点数目有限,网络结构相对简单。采用非信标的超帧模式,因其帧结构简单,控制容易实现。在该模式下,所有命令及响应时隙均由主节点(Hub)统一控制分配。

2)节点工作流程

节点中所有的命令都是由主节点发起的,从节点不能发送命令,从节点ARM接收到主节点命令时,对命令进行解析,比较命令中的CRC16,当检测到CRC校验正确时,发送ACK;否则,发送NAK。主节点工作流程如图5所示,从节点工作流程如图6所示。

3)自定义传输帧数据格式

主从节点中具体的数据传输格式如表1所示。首先发送的是1字节帧长度信息(帧长度最大255,不包括CRC16);接着是1字节传输命令信息;然后是长度可变的数据信息;最后是2字节CRC16校验数据,传输帧高位在前,低位在后。

1.3.2 FPGA软件部分设计

1) SPI:

FPGA通过SPI模块与ARM进行数据传输,当成功接收1 byte数据后,SPI就将数据写入到TxFIFO中缓存。

2)TxFIFO:

TxFIFO模块缓存通过SPI模块从ARM接收到的数据。当TxFIFO为空时,FPGA发送完所有接收到的数据,此时FPGA把TX＿DONE输出电平置1,通知ARM可以发送新的数据;当TxFIFO接收的字节数等于Frame Length的值时,说明整个帧已接收完成,此Transmitter状态机可以开始进行编码,添加CRC16及调制输出。

3) RxFIFO:

RxFIFO模块缓存Receiver从模拟前端接收到的数据。当RxFIFO接收的字节数等于Frame Length时,FP-GA已经成功接收到一帧数据,此时FPGA把DONE电平置1,通知ARM可以读取数据;否则FPGA把DONE信号拉低,ARM此时不能读取数据。

4) Transmitter:

Transmitter模块是一个有限状态机,用于对要发送的数据进行编码,添加CRC16和调制输出。

5) Receiver:

Receiver模块是一个有限状态机,用于采样模拟接收前端输出的串行信号,数据解码。Receiver首先开始进行有效数据采样解码恢复数据,每成功接收1 byte数据后,Receiver将该数据写入RxFIFO,当成功接收一帧数据后,FPGA会切换工作模式,进入Transmitter状态,准备发送下一帧数据。

1.3.3 软件调试分析

软件调试主要借助于逻辑分析仪捕获SPI接口上的信号,通过逻辑分析仪进行总线分析,捕获到实时传输帧的数据序列,如图7所示。

1.4 系统误码率测试

为了分析信道及硬件系统的可靠性及评估通信质量,设计误码率测试方案如图8所示。

设定信道传输数据率为1 Mbit/s,传输107字节(8×107位)数据大概需要8×107/106=80 s,选取8个人进行测试,年龄在23～31岁之间,每个人测试5次,最后进行误码率统计,见表2。测试过程中,首先测试人员搭建试验平台,并检查其工作是否正常;然后,对受测对象进行检查,保证受测对象双手保持洁净,避免对统计结果造成不必要影响,并要求将双手分别放在收发器的两个电极板固定的位置,保证测试条件的一致性;最后,测试人员确定实验对象已达到测试要求,即启动信息交互系统进行传输,并对结果进行记录。

为了能让接收板进行自动错误检测,发送的数据采用了从0x00到OxFF循环发送,接收板每次比较本次接收的数据和上次接收的数据,如果本次接收到的数据与上次接数据相差为1,说明数据正确,否则有误,测试结果如表2所示。

由式(1)求得该通信系统的误码率约为1.46×10-8,可以充分确保通信系统的可靠传输。通过表2可以看出,通常,男性误码率相对较低,女性则相对较高,每个女性都出现了不同程度的误码率,且最严重的误码现象主要发生于同一被测对象,这跟个人生理特征的差异性有关,不同类型的人,信道模型参数会存在较大差异。实验中,若在女性手上涂有油脂性材料,亦会出现较明显的误码现象,主因是系统采用电容耦合方式,油脂性材料会改变电容耦合通路的介电常数,对通信信道产生较大的影响,导致通信质量下降,误码率增加。

2 结论