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感受数学思维与算法艺术之美 ACM/ICPC是国际计算机协会(Association for Computing Machinery)组织的国际大学生程序设计竞赛(International Collegiate Programming Contest),这项每年一届的计算机学科竞赛始于1976年,是大学生智力与计算机解题能力的竞赛,是世界公认的、目前全球高校之间规模最大且最具影响力的国际顶级赛事。 　　由清华大学吴文虎、王建德编著的《世界大学生程序设计竞赛(ACM/ICPC)高级教程第一册程序设计中常用的计算思维方式》(以下简称《计算思维方式》)就是针对世界大学生程序设计竞赛(ACM/ICPC)而编写的参考书,该书面向参加ACM/ICPC的高等院校学生,也可作为程序设计爱好者的参考用书。同时,也向讲授程序设计及相关课程的教师推荐此书,建议认真一读。 　　1ACM/ICPC 　　ACM/ICPC是高等院校计算机教育成果的直接体现,是大学生展示水平与才华的大舞台,也是IT企业与世界顶尖计算机人才对话的最佳机会。因而,ACM/ICPC吸引了越来越多的高校参赛,使得参赛队伍的水平上升很快,赛题的难度也在不断提高。 　　每年度的ACM/ICPC赛事从当年9月份开始,先进行各大洲各地区的预选赛,从上千所高校的几千支队伍中挑选出几十支优胜队伍。让这些百里挑一的队伍在下一年春天参加总决赛,争夺金银铜奖和世界冠军的奖杯。参赛选手由三人组成,一队共用一台计算机。这项赛事与中学生的信息学奥林匹克竞赛既有联系又有较大区别,被称为大学生的信息学奥林匹克。以2008～2009年度的ACM/ICPC为例,这是第33届赛事,有1838所大学的7109支队伍参加分区赛。经过第一阶段的预选赛,共有100支队伍取得决赛资格,于2009年4月18日—22日在瑞典斯德哥尔摩举行全球总决赛。 　　参加ACM/ICPC的选手需要具备很强的数学建模功底、广博的算法知识、超强的编程能力以及团队的合作与协同能力。ACM/ICPC的胜负规则是:答对题目数量多者占优;在两个队解题数量相同的情况下,总用时最少者占优,因此解题速度非常关键。如果比赛一开始就能迅速找出竞赛中相对简单的题目并尽快加以解决,队伍的成绩排名就会占有优势,心理上的压力也会小些。相反,一开始就没有选好题,或者所写的程序总有这样或那样的错误,要花很多时间去调试排错,就会浪费宝贵的时间,处于下风。 　　在这种你追我赶的激烈赛场上,比的是谁做得又快又好。竞赛过程中第一个重要的环节是看题、审题和选题。一开始就选对题,一下子就切入主题是十分重要的。有时第一个环节遇到陷阱,“马失前蹄”,就会导致一筹莫展而步步落后。能否在第一环节占上优势取决于实践能力和洞察力,而实践能力与洞察力的提升需要实战,需要经验,需要学懂计算思维方式和解题策略。 　　参加ACM/ICPC活动,在与编程高手过招的过程中,可以把知识运用的综合性、灵活性和探索性发挥到极致,体验和感受数学思维与算法艺术之美,提升科学思维能力。 　　2“观察—联想—变换”思维方式 　　计算机解题的核心是算法设计,而算法设计需要具备良好的数学素养。数学具有运用抽象思维去把握实际的能力,应用数学知识去解决实际问题时的建模过程是一个突出主要因素的科学抽象过程。进行抽象和形式化需要学习和掌握常用的计算思维方式。 　　科学思维能力的提高是成就事业最重要的因素之一,本书作者希望能在这方面对读者起到帮助作用。 　　编程解题的一般思维方法或过程,可以概述为“观察—联想—变换”,即通过对问题的观察,认识和理解该问题;然后通过联想,寻找该问题同已有知识和经验之间的联系;最后通过变换,把该问题转化为另一个或几个易于解决的新问题,最终达到解决原问题的目的。 　　“观察”是人类认识客观事物的基本途径,就编程解题而言,“观察”是“联想”和“变换”的基础。一般地说,通过观察应当明确:求解的对象是什么;是枚举方案还是回答哪个存在性问题;已知的条件(包括隐含条件) 是什么;能否用递推公式、递归公式、约束规则或状态转移方程把问题的条件、结论和求解途径表示出来;问题所涉及的这些计算式子各有什么特点等。 　　“联想”是由某种对象而引出其他相关对象的思维形式。就编程解题而言,“联想”的目的在于为“变换”提供可能的方向或线索。一般地说,在“观察”的基础上,通过联想应当明确:以前是否解过这类试题;是否解答过与其类似而又稍有不同的试题;是否解答过与其有关的问题;能否利用解答这些问题时所使用的解题方法或所得到的结果;能否回忆出某个可能用得上的定理、公式或解题思路;为了能利用它,是否应当改变条件或结论的表现形式等。 　　“变换”是编程解题的基本手段。在“观察”和“联想”的基础上,有目的地对问题实施“变换”,把原问题转化为另一个或几个易于解决的新问题,这是编程解题成功的关键。为此,变换时,应当遵循如下三条基本的思考原则:熟悉化原则、简单化原则以及和谐化原则。 　　3程序设计的常用思维方式 　　为了使读者对“观察—联想—变换”的思维方法和过程有一个比较全面深入的了解,本书归纳了大赛程序设计中六种常用的思维方式,主要包括正确认识和处理整体与部分的关系、构造性思维、目标转化的思想、分类与分治思想、逆向思维、猜想与试验六个章节,旨在引导参赛学生学习并掌握编程解题的一般思维方法和过程,提高解题能力。 　　在“观察”上,提出了整体与部分的思想,包括: 　　(1) 整体实现的关键是准确地应用必要条件。 　　(2) 整体思考的一个重要角度是“守恒”,即寻找变化中的不变量。 　　(3) 提高整体实现效率的途径是“充分利用有效信息”和“压缩冗余信息”。 　　(4) 改善整体的性能状态的基础是处理好细节问题。 　　在“联想”上,提出了逆向思维和猜想与试验,分析了“执果索因型”的逆向思维和“由反及正型”的逆向思维;探讨了四种联想方式:相似联想、归纳联想、从数与形的结合上联想和“回到起点”重新联想。指出猜想是在深入分析问题的基础上,不懈探索、反复修正的过程。 　　在“变换”上,提出了构造性思维、目标转化思想、分类与分治思想。构造性思维包括建立模型的机理分析法和统计分析法;建模过程注意应用序关系;选择模型时必须权衡四个因素:“时间复杂度、空间复杂度、编程复杂度和思维复杂度”。目标转化思想包括缩小目标的“降维”思想和放大目标的“升维”思想;分类与分治思想包括应用于一般有序序列的“二分查找”;应用于退化了的有序序列的“二分枚举”;应用于无序序列的“二分搜索”;应用于多维情况的“多重二分”。 　　在实际编程解题时,“观察”、“联想”、“变换”等思想活动总是互相联系、互相影响、互相交织地进行着,形成了一个有机的整体。本书列举的六种思维方式是互相渗透的,章节划分主要是依据各种思维方式的主要特征进行分类,同时也是为了叙述的方便。当然这六种思维方式并没有、也不可能穷尽编程解题过程中的所有思维活动,它只不过是列举了常用的一些思维方式,为“观察—联想—变换”的思维活动勾勒出一个基本轮廓,为读者留下学习、探索和再创造的空间。 　　4本书的体例结构 　　本书介绍的内容丰富而深入,所采用的叙述结构大致如下: 　　思维方法1 (1～6) 　　知识点1 　　经典例题1 　　思路点拨 　　解题思路分析 　　算法1 　　算法分析 程序实例 　　算法2 　　…… 　　经典例题2 　　…… 　　小结 　　知识点2 　　…… 　　思维方法2 　　…… 　　书中选择了大量的经典例题,这些题目对于丰富程序设计课程教师的教学案例也很有帮助。所选取案例大都具有一定的趣味性,有助于提高读者的阅读和实践练习的兴趣,提高实践效果。因此,可以说,虽然本书的编写主要针对ACM/ICPC,但对于高等院校程序设计教学水平的提高,促进程序设计教学质量和教学改革发展具有积极的意义。 　　本书各个知识点的“小结”内容是很值得推荐阅读的部分,作者以精准的语言扼要地概括了本部分的知识内容,仔细阅读和认真思考,将起到事半功倍的效果。 　　 　　5图书相关信息 　　书名:《世界大学生程序设计竞赛(ACM/ICPC) 高级教程(第一册) 程序设计中常用的计算思维方式》 　　作者:吴文虎王建德编著 　　ISBN:978-7-113-10134-3/ TP3344 　　页数:278 　　定价:42.0元 　　出版社:中国铁道出版社(计算机图书批销部) 　　北京市宣武区右安门西街8号 　　邮编:100054 　　责编:秦绪好 　　装帧:精装 　　出版年:2009-7 　　6主要内容(目录) 　　第1章正确认识和处理整体与部分的关系 　　1.1整体实现的关键是准确地应用必要条件 　　1.1.1选择有助于简化问题、变难为易的必要条件 　　1.1.2合成必要条件,从整体结构上优化 　　1.1.3必要条件与原有模型比较,更新算法 　　1.2整体思考的一个重要角度是“守恒” 　　1.2.1从具体问题中抽象出守恒量 　　1.2.2根据问题的本质构造守恒量 　　1.2.3在交互问题中构造变化中的不变量 　　1.3提高整体实现效率的基本途径是“充分利用有效信息”和“压缩冗余信息” 　　1.3.1计算过程中充分利用有效信息 　　1.3.2通过“压缩法”消除冗余的图形和数据信息 　　1.4改善整体性能状态的基础是处理好细节问题 　　1.4.1必须解决导致错误结果的细节问题 　　1.4.2争取降低算法时间复杂度的阶 　　1.4.3注意降低算法时间复杂度的系数 　　第2章构造性思维 　　2.1模型的基本概念 　　2.1.1模型的一般特点与功能 　　2.1.2模型的一般分类 　　2.1.3模型与信息原型间的关系 　　2.2建模的一般方法 　　2.2.1建模的机理分析方法 　　2.2.2建模的统计分析法 　　2.3建模的一般思维方式 　　2.3.1直接构造法 　　2.3.2分类构造法 　　2.3.3归纳构造法 　　2.4在建模过程中注意应用序关系 　　2.4.1在交互式问 关于药用植物的药用成份分析 　　关键词:药用;植物;研究;分析 摘要:代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面。 　　 　　一、代谢组学研究的技术步骤 　　 　　代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面。 　　(一)植物栽培。对研究对象进行培育的目的是为了对样本的稳定性进行控制,相对于微生物和动物而言,植物的人工栽培需要考虑更多的问题,如中药材在不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢组研究的重复性。为了解决以上问题,推荐使用大容量的培养箱,定时更换培养箱中栽培对象的位置,以及使用无土栽培技术等,Fukusaki E利用无土栽培系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量进行精确地控制,大大提高了实验的重复性。 　　(二)样本制备。为了获得稳定的实验结果,样本制备需要考虑样本的生长、取样的时间和地点、取样量以及样本的处理方法等问题,并根据分析对象的分子结构、溶解性、极性等理化性质及其相对含量大小对提取和分离的方法进行选择,逐一优化试验方案。Maharjan RP等用6种方法分别对大肠杆菌中代谢产物进行提取,发现用-40℃甲醇进行提取的效果最好。现阶段代谢组学的分析对象主要集中在亲水性小分子,尤其是初级代谢产物,气相色谱质谱联用(GC MS)和毛细管电泳质谱(CE MS)联用都是分析亲水小分子的重要技术。Fiehn O等使用GC MS对拟南芥叶片中的亲水小分子进行了分析,发现酒石酸半缩醛、柠苹酸、别苏氨酸、羟基乙酸等15种植物代谢物。 　　(三)衍生化处理。对目标代谢产物的衍生化处理取决于所使用的分析设备,GCMS系统只适合对挥发性成分进行分析,高效液相色谱法(HP LC)一般则使用紫外或荧光标记的方法对样本进行衍生处理,Blau K对酯化、酰化、烷基化、硅烷化、硼烷化、环化和离子化等衍生方法进行了详细的说明。然而离子化抑制常使得质谱分析过程中目标代谢产物的离子化效率降低,这主要是由于分离过程中污染物与目标代谢物难以完全分离开所引起的,优化色谱分离时间可有效缓解离子化抑制,然而在实际操作中不可能对上百种代谢产物的分离时间进行优化,利用非放射性同位素稀释法进行相对定量可以很好的解决该问题。Han DK等应用同位素编码的亲和标记(IC AT),根据经诱导分化的微粒蛋白及其同位素标记物的峰面积比,对该蛋白的相对含量进行分析。Zhang R等发现同位素标记技术也可用于代谢组学的研究,但是却存在许多困难。活体的同位素标记方法对于同位素的洗脱是一种非常有潜力的技术,目前关于使用34s的研究已有报道。 　　(四)分离和定量。分离是代谢组学研究中的重要步骤,与质谱联用的色谱和电泳分析技术都是使用紫外或电化学检测的方法进行定量,其对代谢组数据的分辨率与定量能力都有一定的影响。Tomita M等总结了各种色谱分离法中经常遇到的技术问题,认为毛细管电泳和气相色谱法由于具有较高的分辨率,已成为代谢组学研究的常规技术手段之一,液相色谱因其适用范围广,应用也相当广泛。 　　(五)数据转换。为阐明代谢物复杂的线性或非线性关系,需要进行多变量分析,将原始的色谱图数据转换为数字化的矩阵数据,通过对色谱峰鉴定和整合从而进行多变量分析。由于环境等因素的干扰,光谱数据需要通过适当的数据加工方法进行校正,包括: 　　1.降低噪声。 　　2.校正基线。 　　3.提高分辨率。 　　4.数据标准化。Jonsson P等报道了一种关于GC MS色谱图数据处理的方法,可以对大量代谢产物样品进行有效的识别。 　　 　　二、代谢组学中的数据分析方法 　　 　　(一)主成分分析法(PCA)。将实测的多个指标用少数几个潜在的相互独立的主成分指标线性组合来表示,反映原始测量指标的主要信息。使得分析与评价指标变量时能够找出主导因素,切断其他相关因素的干扰,做出更为准确的估量与评价。PCA数据矩阵通常来自于GC MS,LC MS或CE MS,因此将目标代谢产物作为自变量,而相应的代谢产物含量作为因变量,定义与最大特征值方向一致的特征向量为第一主成分,依此类推,PCA便能通过对几个主要成分的分析,从代谢组中识别出有效信息。主成分分析有助于简化分析和多维数据的可视化,但是该方法可能导致一部分有用信息的丢失。 　　(二)层次聚类分析法(HCA)。层次聚类分析法也常用于代谢组学的研究中,它是将n个样品分类,计算两两之间的距离,构成距离矩阵,合并距离最近的两类为一新类,计算新类与当前各类的距离。再合并、计算,直至只有一类为止。该方法虽然精确,但计算机数据密集,对大量数据点进行分析时,更适合选用K均值聚类法(KMC)或批次自组织映射图法(BLSOM),而HCA适合将数据转换为主成分后使用。 　　(三)其他数据采集方法。除PCA、HCA外,很多变量分析方法都可用于植物代谢组学的分析。软独立建模分类法(SIMCA)是利用主成分模型对未知样品进行分类和预测,适合对大量样本进行分析;近邻分类法(KNN)和K平均值聚类分析法(KMN)也可用于样品分类;主成分回归法(PCR)或偏最小二乘回归法(PLS)在某些情况下也可使用。然而到目前为止由于还没有建立一个标准的数据分析方法,代谢组学仍然是一门有待完善的学科。 　　 　　三、代谢组学在药用植物中的实践 　　 　　植物药材来源于药用植物体,而药用植物体的形态建成是其体内一系列生理、生化代谢活动的结果。植物代谢活动分为初生代谢和次生代谢,初生代谢在植物生命过程中始终都在发生,其通过光合作用、柠檬酸循环等途径,为次生代谢的发生提供能量和一些小分子化合物原料。次生代谢往往发生在植物生命过程中的某一阶段,其主要生物合成途径有莽草酸途径、多酮途径和甲瓦龙酸途径等。植物药材含有的生物碱、胺类、萜类、黄酮类、醌类、皂苷、强心苷等活性物质的绝大多数属于次生代谢产物,因此探讨次生代谢产物在药用植物体内的合成积累机制及其影响因素,对于提高活性物质含量、保证药材质量、稳定临床疗效等具有重要意义。孙视等通过对银杏叶中黄酮类成分积累规律的研究,提出了选择具有一定环境压力的次适宜生态环境解决药用植物栽培中生长和次生产物积累的矛盾。王昆等以人参叶组织为材料,总结了构建人参叶cDNA文库过程中存在的一些关键问题和应采取的对策,为今后关于人参有效成分如人参皂苷的生物合成途径及其调控的基础研究提供技术参考和理论指导。最近,美国加利福尼亚大学伯克利分校的Keasling等采用一系列的转基因调控方法,通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质——青蒿酸,其产量超过100mg/L,为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。经过长期的研究积累,人们对代谢途径的主干部分(为次生代谢提供底物的初生代谢途径)已经基本了解,例如酚类的莽草酸途径,萜类的异戊二烯二磷酸(IPP)途径等。被子植物中一些相对保守的次生代谢途径也得到了很好的研究,如黄酮类、木质素的生物合成与调控。然而,对次生代谢最丰富最神奇的部分——特定产物合成与积累的过程,还所知甚少。 　　 　　四、展望 　　 　　然而依据传统中医药学和系统生物学的指导思想,目前急待解决的是中药种质资源的代谢组学研究和中药体内作用的代谢组学研究。同时,代谢组学在分析平台技术、方法学手段和应用策略等方面相对于其他组学技术还需要进一步发展和完善,还需要其他学科的配合和介入。相信随着更有力的成分分析设备的使用及代谢组数据库的建立,药用植物代谢组学将对中医药学产生深远的影响。   在3ds Max中采用Mental Ray渲染器探究 　　关键词:Mental ray;渲染器;高质量;效果图 摘要:Mental Ray渲染器被认为是市场上最高级的三维渲染解决方案之一,Mental Ray 与3ds Max 的无缝集成使3ds Max的用户可以直接从3ds Max中访问Mental Ray,只有在充分熟悉Mental Ray功能的基础上,使用Mental Ray材质及灯 光,正确设置 Mental Ray 渲染器的有关参数,借助Mental Ray 渲染器可以渲染出高质量的三维图像效果。 　　 　　Mental ray是一个专业的渲染系统,它可以生成令人难以置信的高质量的真实感图像,具有一流的高性能、真实感 光线追踪和扫描线渲染,被认为是市场上最高级的三维渲染解决方案之一,Mental Ray与3ds Max的无缝集成使3ds Max 的用户使用起来非常方便。 　　一、Mental Ray渲染器的优势 　　Mental Ray渲染器不同于扫描线渲染器,它可以实现反射、折射、焦散、全局光照明等其他渲染器很难实现的效果 。随着3ds Max 2009版本的发布,超级渲染器Mental Ray与3ds Max整合已跨越近6个版本,至今发展非常成熟,为许多电 影成功实现了视觉特效。Mental Ray凭着良好的开放性和操控性,以及与其他主流三维制作软件良好的兼容性而拥有大 量的用户。 　　3ds Max默认的渲染器是Scanline(扫描线)渲染器,虽然它相对于其他的渲染器来说具有渲染速度快的优点,但其渲 染效果却难令人满意。Mental Ray渲染器是由Mental Image开发的一款功能强大的渲染器,它基于真实物理原理来模拟 灯光的照明效果。 　　二、Mental Ray渲染器的功能及使用 　　(一)Mental Ray渲染器的主要功能集中在以下几个方面: 　　1.全局的照明模拟场景中光的相互反射。 　　2.借助于通过其他对象的反射、折射和散焦,渲染灯光投射到对象上的效果。 　　3.矢量运动模糊创建基于三维的超级运动模糊。 　　4.柔和的光线跟踪阴影提供由区域灯光生成的准确柔和阴影。 　　5.景深模拟真实世界的镜头。 　　(二)在3ds Max 9中的Mental Ray渲染器增加了下面一些新的功能。 　　1.新增加了以下两种材质: 　　(1)Car paint material:这是一种强大的车漆材质,使用默认的参数就可以得到非常不错的效果。 　　(2)Arch & Design:内置一些预设好的建筑材质解决方案,直接调用就能进行成品渲染,并在选项中集成了老版插件 F-edge的圆角功能,还有可调性很强的模糊反射功能。 　　2.新增了最终聚集的几种预设解决方案,极大地提升了在制作的不同阶段的工作效率和渲染速度。 　　3.提高了对日光的支持,在日光中增加了“mental ray日光”与“mental ray天光”两种光照类型,并且渲染速度 也获得了极大的提升。 　　在3ds Max 9的启动过程中并不自动加载Mental Ray渲染器,因此要使用该渲染器需要先手动加载。执行“自定义 (U)”菜单中的“首选项(P)…”命令,打开“首选项设置”对话框,选择“mental ray”选项卡,勾选“启用mental ray 扩展”复选项后确定。设定之后重新启动3ds Max 9就可以加载mental ray渲染器了。 　　三、设置Mental Ray 渲染器灯光 　　打开一场景,按F10键,弹出“渲染场景”对话框,进入“公用”选项卡,在“指定渲染器”卷展栏中单击“产品级” 后面的按钮,打开“指定渲染器”对话框,从中选择“Mental Ray渲染器”。在创建灯光面板中选择“标准”灯光,对象 类型中列出了多种灯光类型,其中有“MR区域泛光灯”与“MR区域聚光灯”,选择MR灯光类型,区域泛光灯从球体或圆柱 体体积发射光线,区域聚光灯从矩形或碟形区域发射光线。如在场景中创建几盏MR区域泛光灯,并调整泛光灯的位置,在 “区域灯光参数”卷展栏中设置区域灯光的形状和大小。选择泛光灯,根据场景中灯光的明暗程度调整灯光的倍增值, 并单击灯光的颜色色块,设置灯光的颜色,如将灯光的颜色设置为“黄色”,渲染透视图,观察渲染后灯光处的阴影效果 。在“区域灯光参数”卷展栏中,其中“启用”复选框就是启用和禁用区域灯光,当“启用”选项处于启用状态 时,Mental Ray渲染器将使用灯光照亮场景,当“启用”选项处于禁用状态时,Mental Ray渲染器不使用灯光;“渲染器 中显示图标”启用时,Mental Ray渲染器将渲染灯光位置的的黑色形状,禁用此选项之后,区域灯光不渲染。 　　四、使用Mental Ray 渲染器生成高质量图像效果 　　(一)光线跟踪参数设置 　　Mental Ray的光线追踪算法无与伦比,优化得非常好。Mental Ray光线跟踪器可以快速处理并提供高质量的图像, 但是必须在3ds Max中正确使用它。在渲染菜单中,当激活Mental Ray 渲染器时禁止使用“光线跟踪设置”和“光线跟 踪全局包含/排除”。这些控件只为扫描线渲染器调整光线跟踪设置,不会影响Mental Ray渲染器。Mental Ray的光线 跟踪控件位于“渲染器”面板中的“渲染算法”卷展栏中。 　　当Mental Ray渲染器忽略光线跟踪器的全局包含或排除设置时,可以在“光线跟踪”材质或贴图的局部层级启用或 禁用光线跟踪。 　　(二)焦散和全局照明 　　焦散就是指物体被灯光照射以后所反射或折射出来的影像,其中反射后产生的焦散就是反射焦散,折射以后产生的 焦散就是折射焦散。Mental Ray模拟反射焦散的方法是从光源生成“光子”并让光子从表面上反弹出去,然后将所形成 的光线图案绘制在光线反射到的表面上,反射焦散的一个常见例子是太阳光从游泳池中的水面反射后在旁边的墙上投射 不均匀的、闪烁的光线图案的效果。Mental Ray 渲染器模拟折射焦散的方法是:从光源发射“光子”,并通过一个或多 个对象折射这些光子,然后在光线透射到的曲面绘制所生成的光线图案。折射焦散的一个常见示例是太阳光透射过一杯 液体,将不均匀的、闪烁的光线图案投射到附近曲面上的效果。产生焦散的必要条件其中之一是要有产生焦散的物体, 另外一个必要条件就是灯光,两者缺一不可,只有同时具备了灯光和产生焦散的物体才能够制作出焦散效果。为使焦散 正常工作,生成的对象必须使用具有一定反光度、反射率或折射率的材质。无论是制作反射焦散还是制作折射焦散,灯 光都是一个必不可少的要件,灯光的亮度,强度等值直接决定了焦散的效果。 在渲染焦散之前,先指定“光线跟踪”或其他贴图作为“反射”贴图或“折射”贴图。可以使用非常有光泽、高反射率的材质或者使用透明或半透明材质,在场景中生成散焦。如果使用玻璃材质,那么确保其是双面材质以产生适当的结果。将对象属性设置为“接收焦散”或“生成焦散”的方法是:右击对象并选择“对象属性”,弹出“对象属性”对话框,选择“Mental Ray”选项止,勾选“生成焦散”或“接收焦散”。 　　如果场景的渲染被灯光冲淡,那么在“间接照明”面板中的“焦散和全局照明”卷展栏的“灯光属性”组中,双击“能量”设置,该属性全局设置场景中所有灯光的能量级别,减小“能量”值可以减少冲淡的影响。如果是一个灯光引起的问题,那么可以在灯光对象的“Mental Ray间接照明”卷展栏中减小“能量”倍增值。要提高焦散的质量,请进入“焦散和全局照明”卷展栏的“焦散”组,并增加“采样”数。 　　如制作一颗钻石的焦散效果,可以先打开一个摄像机、材质和灯光都调节好的“戒指.Max”场景文件,选择“钻石”和“白金”,右击选择的对象,从弹出的菜单中选择“对象属性”选项,在弹出的“对象属性”对话框中选择“Mental Ray”选项卡,对其进行参数修改后,按F10键,弹出“渲染场景”对话框,进入“间接照明”选项卡,在“焦散”选框组中勾选“启用”复选框,并设置“倍增”及“每采样最大光子数”的值,在“灯光属性”选框组中设置“每个灯光的平均焦散光子”的值,最后进行渲染即可以得到钻石焦散效果。 　　全局照明是Mental Ray渲染器的一种高级的照明算法,它能实现光能传递的特殊渲染效果,用来模拟真实的环境光线。如利用“全局照明”制作室内效果图:打开一个摄像机、材质和灯光都调节好的场景文件,按F10键,弹出“渲染场景”对话框,在“间接照明”选项卡中设置相关参数,并在“最终聚集贴图”组中单击按钮…,选择一个路径来保存最终聚集贴图。在“焦散和全局照明”卷展栏中的“全局照明”选框组中勾选“启用”复选框,并调整相关参数。进入“处理”选项卡,在“转换器选项”卷展栏中勾选“材质覆盖”组中的“启用”,按M键打开“材质编辑器”进行材质设置,然后将刚制作的材质球从“材质编辑器”对话框拖动到“材质覆盖”组中的材质按钮上,再单击“渲染”按钮。单击8键,打开“环境和效果”对话框,在“曝光控制”卷展栏中设置曝光控制。按F10键弹出“渲染场景”对话框,进行“处理”选项卡,在“转换器选项”卷展栏中取消“材质覆盖”组中“启用”前面的勾选,在“渲染器”选项卡中设置采样质量参数,最后渲染得最终效果。 　　由于Mental Ray渲染器的渲染功能非常强大,渲染效果非常逼真,操作起来也得心应手,所以它在3ds Max 三维设计与制作软件中也占居了举足轻重的地位,得到了大家一致好评。为了更加快捷地渲染出一流的三维效果图,还需要作进一步的探究与实践。 　　 　　参考文献: 　　[1]思维数码.逆向式中文版3ds Max 9实战学习88例[M].北京希望电子出版社,2007,7 　　[2]苏征辉.利用Mental Ray渲染器制作玻璃与金属的焦散[J].电视字幕(技与动画),2007,06 　　[3]徐琦.三维渲染中的天光设置及表现[J].电视字幕(特技与动画)2009,1   引导学生自主学习,在实践中培养创新型人才 1研究背景 　　 　　近年来,计算机硬件,特别是多核技术及嵌入式技术的发展,给计算机相关研究带来了新的契机,同时也对计算机相关课程的教学产生了深远影响。多核技术的发展使未来大多数的软件开发都将以多核芯片为基础硬件平台,因此一直习惯于“顺序软件”的开发者必须要找出新的软件开发方法。全球的软件开发者此时都站在同一起跑线上,对高校学生而言亦是如此。 　　在“英特尔多核大学计划”的推动下,截至2009年,国内已有102所高校开设了多核相关课程,每年有超过2万名学生从中受益。多核及嵌入式相关课程有着知识点多、覆盖面广、实践性强、学习难度大的特点。由于课时数、实验条件等原因的限制,教师在有限的课堂上很难面面俱到,只能对重要的知识点或方法进行讲解分析,这就对学生的自主学习能力提出了更高要求。具备自主学习能力是培养学生创新能力的前提,因此我们在多核及嵌入式的课程教学中进行了一些有益的探索,立足学生的发展,强调学生自主学习,强调教师在学生自主学习中发挥引导作用。本文以武汉大学多核架构及编程技术课程为例,以英特尔®学术社区为自主学习平台,分享我们在课程改革中的一点经验。 　　 　　2多核架构及编程技术课程设计 　　 　　2.1课程简介 　　武汉大学多核架构及编程技术本科生课程针对通信工程、电子信息工程等专业学生开设,在第6学期开课,共72学时(理论36学时、实验36学时),3个学分。该课程获得2007年度“教育部-英特尔精品课程”立项项目。 　　我们以“多核架构及编程技术在本学科领域”为主线开展教学活动,使学生掌握多核体系的基本原理、典型设计策略,全面深入地了解多核体系架构,完善知识结构,能在多核平台上进行并行编程,会使用相关工具进行程序优化和调试,理解多核技术对其他学科的影响。 　　2.2课程分析 　　该课程覆盖硬件和软件两大模块,知识覆盖面广,包括了多核芯片与传统单核微处理及对称多处理器的架构比较、并行体系与多核体系架构、典型多核芯片、嵌入式多核芯片、多核平台结构与芯片组支持技术、多核操作系统、多核系统软件对并行编程的支持、多线程编程对多核架构的支持、Windows(Linux)系统下多核多线程编程、OpenMP对多核的支持、编译优化、性能评测、英特尔多核编程工具、案例分析等众多内容,实验部分包括8个基础实验、8个提高实验、课程设计等内容。要在有限的学时内保质保量地达成教学目标,需要加强培养学生的自主学习能力。我们总结出多核课程自主学习的三要素,即通过多种途径激发学生的学习兴趣,选择一个良好的自主学习平台,教师在学生自主学习过程中发挥引导作用。 　　 　　3教学过程 　　 　　3.1激发兴趣 　　多核技术是全新的,要改变编程思维方式,入门难度很大,因此学生容易产生畏难心理,更不用说有什么兴趣了。我们采用三步走的方式激发学生的学习兴趣,取得了比较理想的效果。 　　第一步,感性认识向理性认识的转变。教师通过对图像处理案例等本学科领域内容(如512地震堰塞湖的遥感监测)的分析,将其与单核单线程、单核多线程的处理结果相比较,说明多核技术的应用场合及效果,让学生从感性上认同教学内容并产生探秘心理,即“知其然”。 　　第二步,理性认识的深化。教师一方面可以在课堂上讲解多核架构的硬件,分析说明为什么可以并行处理数据,即让学生“知其所以然”;另一方面采用校企联合办学的办法,请英特尔工程师来校讲座,增加学生与企业研究人员面对面交流的机会,通过探讨加深对知识的了解。近两年,英特尔工程师来校讲座实践了4次,同学们参与热情非常高,提问也非常积极。 　　第三步,理性认识向兴趣的转化。经过约20课时的学习实践,学生已经初步具备了多核编程能力。在这一阶段,我们在课堂上播放从英特尔学术社区中下载的国外知名教授或资深研究员的知识点讲解视频,如Clay Breshears教授讲解的“锁”,加深学生对知识点的理解,激发学生的学习兴趣。在这一时期,课程组与学院其他课题组的老师联系,请他们为学生出一些实践课题,让学生学以致用。 　　随后的时间中,课程组教师每周拿出固定的时间为学生当面答疑,同时也对邮件问题给予及时回复,敦促学生加快学习进度。 　　3.2搭建平台 　　为了更好地开展自主学习,学生需要自主学习平台。我们除了建设课程网站外,还把英特尔学术社区作为学生自主学习的主要平台。该社区平台提供了全球知名高校相关课程的课件、工程师的演讲视频、最新的研究动态文档、在线研讨工具、各类多核编程软件等资料,为学生提供了丰富的课外学习资源和宽广的交流平台,其中教师讲课视频和心得体会最受学生欢迎。同时,英特尔软件网络推出了“英特尔黑带软件开发人员奖励计划”,对参与社区活动、分享教学经验和学习体会的师生给予奖励,更是极大地激励了参与者的积极性,使师生们在英特尔学术社区平台学习知识、交流分享、追求创新,进一步丰富了社区内容,形成了人与平台之间的良性互动。 　　3.3教师引导 　　“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之;学至于行之而止矣”,强调的是实践的重要性。“授之以鱼,不如授之以渔”,强调的是学习过程中方法的重要性,也就是本文所述的自主学习能力。多核技术是一门实践性很强的课程,培养学生实际编程和解决问题的能

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