物理模型论文篇(1)

1前言随着计算机技术和人类社会经济的发展,对于纺织服装业CAD/CAM的应用要求也越来越高,二维服装CAD系统已经不能满足要求,人们迫切希望借助计算机完成一些更加实用的三维功能。若能直接将二维服装CAD系统设计的衣片,在计算机上真实地模拟出穿在人体上的效果,便可以帮助设计师直接在计算机上进行着装效果检查、服装裁剪片缝合检查等工作。这样就可大大提高服装从设计阶段到生产阶段间的效率,具有非常重要的实用价值。要通过计算机实现这一功能,有两个关键的问题必须解决:1)建立合适的织物变形模型;2)选择高效而实用的碰撞检测算法。

研究织物变形仿真的方法通常分为三类:几何的、物理的和混合的(几何和物理方法的混合)。纯几何的造型方法很难反映织物的物理特性,因此基于物理的方法研究,近年来已占据了主导地位。在织物变形物理仿真模型中[1],按比拟织物结构的方式又可分为两大类:1)离散质点型模型:比较典型的有Feynma等建立的质点网格模型、Breen等建立的粒子模型和XProvot等建立的弹簧质点模型;2)连续介质型模型:比较典型的有Terzopoulos等建立的弹性变型模型、Liling等建立的空气动力模型、Aono建立的波传播模型、Collier等建立的有限元模型等。

以上的织物变形物理仿真模型,由于其建模的原理和方法不尽相同,因此,它们适用于不同的应用场合有其各自的优缺点。

我们结合设计虚拟穿衣功能的实际,认为XProvot所建立的弹簧质点模型,模型简单,易于计算机实现,在模拟衣片复杂的动态变形过程时,能够取得比较真实的模拟效果和较快的模拟速度。

在模拟三维服装穿在人体上的真实效果时,会遇到大量的碰撞现象:衣片同人模之间以及衣片自身间的一种相互渗透和穿越。只有很好地解决了渗透和穿越的问题,才能逼真地完成虚拟穿衣的模拟过程。因此,碰撞检测是整个模拟过程的关键。碰撞检测非常耗时,最简单的碰撞检测算法是对两个碰撞体中的所有基本几何元素(通常为三角形)进行两两相交测试。

现有的碰撞检测算法大致可划分为两大类:空间分解法(spacedecomposition),和层次包围盒法(hierarchicalboundingvolumes)。前者是将整个虚拟空间划分成相等体积的小单元格,只对占据同一单元格或相邻单元格的几何对象进行相交测试。比较典型的方法有八叉树和BSP树。层次包围盒法的核心思想是利用体积略大而几何特性简单的包围盒将复杂几何对象包裹起来,在进行碰撞检测时,首先进行包围盒之间相交测试,只有包围盒相交时,才对其所包裹的对象,做进一步求交计算。在构造碰撞体的包围盒时,若引入树状层次结构,可快速剔除不发生碰撞的元素,减少大量不必要的相交测试,从而提高碰撞检测效率。比较典型的包围盒类型有沿坐标轴的包围盒AABB(axisalignedboundingboxes),包围球(sphere),方向包围盒OBB(orientedboundingbox)等。

在本文中,我们充分利用了AABB层次包围盒法的优势,同时在构建静态人模的AABB树时,又借助层次空间分解法中子空间在空间排列上的有序性和相关性的思想,将缝合衣片的相对位置同人模自身的结构信息相结合,灵活地构造人模AABB树,这样减少了需相交测试的元素,从而提高了碰撞检测的效率。

2织物的变形模型

2.1织物变形模型的描述

我们建立的织物变形模型是以XProvot的弹簧质点模型作为基础,将织物设想为一个个质点集合,质点间相互关系归结为质点间的弹簧作用。其中弹簧分为三类:结构弹簧、剪切弹簧和弯曲弹簧,具体构成如图1所示。图1织物模型离散成规则网格

1)结构弹簧:在质点Pij和Pi+1,j间,以及Pij和Pi,j+1间的弹簧为结构弹簧,结构弹簧是为了保持质点间初始状态时的距离。

2)剪切弹簧:在质点Pij和Pi+1,j+1间,以及Pi+1,j和Pi,j+1间的弹簧为剪切弹簧。剪切弹簧是为了防止织物在自身平面过渡和不真实的变形,而给织物的一个剪切刚性。3)弯曲弹簧:在质点Pij和Pi+2,j间,以及Pij和Pi,j+2间的弹簧为弯曲弹簧,弯曲弹簧是为了防止织物弯曲。2.2质点的位移在缝合衣片过程中,衣片上所有质点因受力而产生一定的位移,质点位移我们选用Nowton运动定律来描述:F外力(i,j)+F内力(i,j)=ma(i,j)其中,m是质点P(i,j)的质量。在本文中,我们假定布料是各向均质的,因此,质点的质量可由衣片总质量除以质点总数得到,a(i,j)是该点加速度,F外力(i,j)是该点所受的外力,F内力(i,j)是该点所受的内力。为了简化模型,在我们三维服装CAD系统中,只考虑两种外力:缝合力和重力。可以用以下公式来表示:F外力(i,j)=F缝合力(i,j)+F重力(i,j)

在衣片缝合过程中,为了将不同的衣片缝在一起,我们在衣片对应缝合边上加载缝合力。在模型中,缝合力被定义成对应缝合点之间距离的线性函数。对两个缝合点pi,j和qi,j间的缝合力,可以按如下公式计算:F缝合力(i,j)=CsDis(pi,j,qi,j)Npi,j-qi,j式中Cs为缝合力系数,该系数与织物的缝合性能有关,通常,较难变形的布料采用较大的缝合力系数;Dis(pi,j,qi,j)表示两缝合点pi,j和qi,j间的距离;Npi,j-qi,j表示从pi,j点指向qi,j点的单位方向矢量。为了获得较真实的仿真效果,我们在变形模型中考虑了衣片所受的重力。质点所受的重力可按如下公式计算:F重力(i,j)=mi,jg式中mi,j为质点pi,j的质量。在弹簧质点模型中,唯一考虑的弹性内力是弹簧的弹性变形力,由于采用的是理想的弹簧质点系统,可以利用胡克(Hooke)定律来计算弹簧的弹性变形力:F内力(i,j)=-∑(k,l)∈Rk(Pi,jPk,l-Pi,jPk,l0Pi,jPk,lPi,jPk,l)其中,k是弹簧的弹性变形系数,R是P(i,j)邻点的集合,Pi,jPk,l0表示质点P(i,j)与质点P(k,l)之间的原始距离,弹簧的弹性变形系数k可以?谰菟∮弥锏牟牧闲阅懿问呷范ā?/P>

2.3织物变形模型的求解我们选择显式欧拉方法来求解织物变形模型。求解公式如下:ai,j(t+t)=1mi,jFi,j(t)Vi,j(t+t)=Vi,j(t)+tai,j(t+t)Pi,j(t+t)=Pi,j(t)+tVi,j(t+t)其中,Fi,j是质点P(i,j)所受所有力的合力,mi,j(t)是质点P(i,j)的质量,ai,j(t)、Vi,j(t)和Pi,j(t)分别是质点P(i,j)在时间t的加速度,速度和位置。t是系统选定的时间步长。

3基于AABB树层次包围盒的碰撞检测

3.1建立AABB树一个碰撞体的AABB被定义为包含该碰撞体,且边平行于坐标轴的最小六面体。因此,描述一个AABB,仅需六个标量。在构造AABB包围盒时,需沿着碰撞体局部坐标系统的轴向(X,Y,Z)来构造,所以所有的AABB包围盒具有一致的方向。

AABB树是基于AABB的二叉树,按照由上至下的递归细分方式构造生成的。在每一次递归过程中,要求取最小的AABB,需沿所选择的剖分面将碰撞体分为正负两半,并将所对应的原始几何元素(如三角面)分别归属正、负两边,整个递归过程类似于空间二叉剖分,只是每次剖分的对象是AABB,而不是空间区域。递归细分一直要进行到每一个叶子节点只包容一个原始几何元素为止,所以具有n个原始几何元素的AABB树具有n-1个非叶子节点和n个叶子节点。对于剖分面的选择,在本文中,选择垂直AABB的最长轴,且平分该轴的平面。经试验证明,这种方式,在大多数情况下的算法复杂度仅为O(nlogn),较其它的剖分面选择方法有了极大的提高。至于原始几何元素的归属则应依据几何元素的重心P在最长轴上的投影坐标。若投影坐标大于剖分面的坐标(mid),则在剖分面的正向,否则在负向,如图2所示。图2三角面归属负区域,因为其质心投影坐标小于剖分面的基准坐标

3.2AABB的相交判断AABB间的相交测试比较简单,两个AABB相交当且仅当它们在三个坐标轴上的投影区间均相交。通过投影,我们即将三维求交问题转化为一维求交问题。而对一维求交问题,我们则采用SAT(SeparatingAxesTest)[2]法。因SAT无需求交计算,只需比较两个包围盒分别在三个轴向上投影的重叠情况,即可得出相交测试结果,非常简单。现以在一个轴向上的投影情况为例说明:图3AABBs在X轴向相交判断。

设A,B为两包围盒,X为投影轴,CA,CB分别为A,B的中心点,PA,PB为点CA,CB在X上的投影。RA,RB分别为包围盒A,B在X上的投影。若RA+RB

PAPB,(如图3所示)则在轴向X上A和B不相交,反之在轴向X上A和B邻接或相53第5期高成英等:虚拟穿衣中织物模型的建立和碰撞检测的处理交。当包围盒A,B在三条轴向上的投影均相交时,则A,B相交。定义AABB的六个最大最小值分别确定了它在三个坐标轴上的投影区间,因此AABB间的相交测试最多只需六次比较运算,非常简单快速。

3.3AABB树的更新当衣片移动、旋转后,需要对AABB进行更新,根据定义AABB的6个最大最小值的组合,可以得到AABB的8个顶点,对这8个顶点进行相应的旋转和平移变化,并根据变化后的顶点计算新的AABB。当衣片发生变形时,需要重新计算AABB树中发生变形了的叶结点的AABB,再利用变形叶节点的新AABB来重新计算它们父节点的AABB。这种计算必须严格按照从下到上的方式进行。父节点AABB的具体求法为:令(Xmax1,Xmin1,Ymax1,Ymin1,Zmax1,Zmin1)和(Xmax2,Xmin2,Ymax2,Ymin2,Zmax2,Zmin2)分别是两个变形叶结点的AABB,则父结点的AABB即为(max(Xmax1,Xmax2),min(Xmin1,Xmin2),max(Ymax1,Ymax2),min(Ymin1,Ymin2),max(Zmax1,Zmax2),min(Zmin1,Zmin2),只需6次比较运算就完成一个结点的更新,其效率远远高于重新构造AABB包围盒树。

3.4基于AABB树的碰撞检测算法基于AABB树碰撞检测算法的核心是通过有效地遍历这两棵树,以确定在当前位置下,两个碰撞体的某些部分是否发生碰撞,这是一个双重递归遍历的过程。算法描述如下:step1：分别为人模和衣片构造AABB树。step2：人模的AABB树的根结点遍历衣片的AABB树。如果发现人模AABB树的根结点的包围盒与衣片AABB树内部结点的包围盒不相交，则停止向下遍历；如果遍历能到达衣片AABB树的叶节点，再用该叶节点遍历人模AABB树。如果能到达人模AABB树的叶节点，则进一步进行基本几何元素间的相交测试。step3：检测基本几何元素间是否相交。3.5自碰撞检测在衣片缝合过程中,除了衣片同人模之间的碰撞外,由于衣片的动态变形,使得衣片与衣片自身间也有碰撞现象,因此必须进行进一步的自相交检测。在系统设计中,我们利用三角形表面曲率来简化计算。当邻近三角形法线的夹角较小时,它们不可能发生碰撞,只有当夹角超过阈值,才有可能碰撞。我们为每个三角形建立它的临近三角形列表,通过判断每个三角形的所有邻近区域的三角形表面曲率,来排除大部分不可能相交的情况,从而简化了计算。

4虚拟穿衣的具体实现步骤

(1)读入二维服装CAD系统设计的衣片

(2)选择所有需要缝合衣片的对应的缝合边

(3)将二维衣片离散并形成初始的弹簧质点系统a)将衣片离散成规则四边域网格,再将四边域网格的对角线相连,形成规则三角形网格的弹簧质点系统。三角形的顶点形成质点,三角形的边形成相应的弹簧。衣片的三角化,正是为方便地建立衣片的AABB树;b)按质点间的相应关系,加入各种弹力。在离散衣片时,需特别注意的是在(2)中所选择的对应缝合边的长度一定要相等,且当衣片离散化时,在对应缝合边上的原始几何元素(这里为三角形)的个数也应相同。若在(2)中所选择的对应缝合边长度不等,或原始几何元素个数不同时,系统将需做一些预处理:将其中一条缝合边的所有信息删除,将另一条缝合边的相应信息赋给它。

(4)将衣片交互式地放置在人体模型附近的初始位置在该步骤中,首先,给每一缝合衣片赋一个别名(系统自定义的标准别名:左前片,右前片,左后片,右后片等),根据每一衣片的别名,衣片被自动地放置在人体模型附近的相应初始位置上。

(5)分别为人模和衣片建立AABB树本文中所涉及的两个碰撞体,分别为人模和衣片,其中人模在整个动态模拟过程中为静态的,因此,只需在初始化时构造一次AABB树即可。为了进一步提高碰撞检测的效率,我们在构造人模的AABB树时,应根据(4)中得到的缝合衣片别名,结合人模的几何结构,灵活构造人模的AABB树。例如:假设我们在(4)中,得到衣片分别为:左前片,右前片,左后片,右后片。我们即可知,将要缝合的为一件四片裁剪片的上衣,所以在构造人模的AABB树,我们只取人模上半身数据来构造人模的AABB,具体层次结构如图4所示。在进行人模和衣片间碰撞检测时,根据衣片的别名分别进行局部检测,(例如:左前片,就只需和人模AABB树第三层最左边的结点,左前半身的AABB进行碰撞检测)有效地减少了需要碰撞检测的元素。系统根据所缝合的衣片不同,建立的人模AABB树亦不相同。图4人模的AABB树层次结构图

(6)动态变形模型的计算根据衣片的缝合信息,我们在衣片的对应缝合边上加载缝合力。在缝合力、重力和衣片上各质点间内部弹力的共同作用下,二维衣片将逐步变形,并逐渐被缝合在一起,整个缝合过程是一个动态的迭代过程。在动态迭代过程中,要同时进行大量的人模—衣片间,及衣片—衣片间的碰撞检测处理,并给出相应碰撞响应(当有碰撞现象发生时,要重新调整碰撞点处的位置,避免发生穿越和渗透)的处理。缝合过程结束后,便可以得到缝合好的三维服装穿在静态人模上的效果。

5结束语实验证明,本文所采用的织物变形模型———弹簧质点模型,模型简单,能够较真实地反映虚拟环境下的织物特性。所采用的基于AABB的层次包围盒碰撞检测算法,除了AABB层次包围盒自身在碰撞检测上的较高性能外,算法还从以下几方面提高了碰撞的检测效率:

1)将缝合衣片的相对位置同人模自身的结构信息相结合,灵活地构造人模AABB树,减少了人模和衣片之间不可能相交元素碰撞检测的次数;

2)AABB包围盒的相交判断中,采用SAT方法进行包围盒之间的交叠判断,降低了算法的复杂度,提高算法效率。

3)衣片之间的碰撞判断,利用了每个三角形相邻区域的三角形表面曲率来简化求交判断。

物理模型论文篇(2)

【关键词】模型方法 生物教学 模型构建

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）08-0205-01

一、引言

在生物学的课程中，模型教学法在教学中起着非常重要的作用，在生物教学中被广泛应用，生物教学中很多的实验过程以及生物概念的解决都需要运用到生物模型教学法。《普通高中生物课程标准》中还把模型方法归类为教学中的基础知识，并且还把其固定为高中生必须要掌握的知识，教师在授课过程中，如果能够熟练运用模型方法进行教学，就能够加强学生对抽象的生物概念的理解，提升学生的生物成绩。

二、模型方法的归类

（一）人工模型法

人工模型法就是通过人为制作的方法做出科学模型，是以实物为参照而做出的仿制品。代表例子有：动植物细胞模型图以及由克里克和沃森做出的DNA双螺旋结构模型图。人工模型法就是对人体的器官、组织、血液循环等一系列复杂的对象，做出了实物模型，便于教学；同时，对于细胞膜、蛋白质以及DNA分子等的结构模型，运用人工模型法，把生物的原型对象，进行建造，以一定形态的分子模拟物表现出来。与此同时，可以通过计算机对设计模型等一些生物结构进行演示，能够有效避免由于大小不一、色彩等影响天然模型的教学等的不利因素。

（二）概念模型

概念模型就是通过对具体形象进行大量的分析，对于要表达的对象的联系以及主要特点，用符号或者文字加以表达，这就是概念模型的含义。例如：在进行光合作用教学的时候，教师就是运用光合作用的概念图对光合作用的主要反映过程进行详细的讲解，能够帮助学生理解，熟悉光合作用反应的全过程。

（三）天然模型

生物学中，对于人体生理现象等的一些对人体进行研究的现象中，由于不能直接在人体中进行实验，采取操作措施，要充分考虑人身安全、伦理以及人身健康等各方面的因素，所以，对于人体生理现象的研究，科学家们一般是采取与人体结构相似或者相近的腐乳类动物来代替对人体的研究，例如把老鼠、猫或者狗来代替人体研究，通过这种方式的转换，能够迅速得到与人体生理学相关的科学知识。如对于人体学习记忆的研究中，科学家利用海兔代替人体进行研究，通过运用天然模型的方法进行研究，能够从总体上了解人体生命的原貌，从而在学习过程中更加清楚生命的本质，对于生命的本质特征也能够快速掌握。

（四）思维模型方法

一般来说，思维模型方法包括理论模型、数学模型以及理想模型这三种模型方法。

1.理论模型

理论模型方法就是通过多年积累的经验知识以及科学事实，在此基础上，综合分析要进行研究的对象，对于研究中提出的问题，采用理论进行说明和回答，并且在固有答案的基础上，提出新的科学预见，往往是一种科学学说，表现为“假说-演绎体系”，这就是理论模型的主要定义。例如：酶的作用模型以及细胞学说等，都是用理论模型表现出来的。

2.数学模型

数学模型方法一般是用数学语言如图像、公式或者符号等把生物学中的状况、特征以及现象表现出来，这种表现方式一般被称为数学模型方法。数学模型能够把生物学由复杂化变为简单化的数学问题，对于生物运动的全过程，都能够通过数学的方法进行表现，一般是运用数学模型中的运算、逻辑推理以及求解方式等，从而对客观事实获取相关的结论，对生物现象进行详细、具体的研究，达到研究目的。在生物学中，运用数学模型进行表现的研究对象有：在细胞分裂过程中染色体的变量用曲线图、条形图以及统计图进行表现，用反应曲线表现在同一植物体内，生长素浓度对不同器官的影响。通过运用数学方法中的统计学以及概率计算的原理对于大部分的生物遗传计算题充分解决。通过数学模型方法的运用，还可以锻炼学生的分析能力，使学生学会运用数学学科中相关知识，解决生物学中的问题。

3.理想模型方法

理想模型方法是通过简化或者纯化抽象化的生物研究对象，从简单的角度表现了生物研究对象原型的联系和主要特征。运用这种模型方法进行表现的生物研究对象有：各种细胞结构。细胞器的模式图，大肠杆菌的结构模式图以及生物膜的系统图解等一系列的生物研究对象，都可以采用理想模型方法进行研究表现。理想模型方法还可以运用动画效果进行表现，是抽象的生物研究对象可以通过具体的动画形式表现出来，便于教学情境的创设，从而加强学生的理解。

三、模拟教学的方法

在教学过程中，要充分利用到理想模型也称文字图像、数学模型、动态模型以及实物模型等不同类型的模型来构建课堂的教学，同时在构建课堂教学的过程中要充分认识到模型的构建机制、发展原理及其完善机制方面，从而更好地来构建课堂的教学，进而多层次和多角度地挖掘学生的认知模型能力，促进其在认知图式方面的发展。模拟教学的方法具体表现在：

（一）充分利用模型来进行教学

模型的好处就在于能够使得教学研究对象更加趋于简单明了化和直观易懂化，这样可以方便教学研究，同时还能够非常简单地来描述教学研究的成果，从而使得学生很好地理解教学内容，这也就有利于教学活动的有效传播，另外，这种教学方法还能够进行推导和计算，发展学生的发散性思维，使得学生在观察上得到延伸，更好地得出教学上的实验结论。所以说，教师要充分应用模型教学的方法，并利用好这一资源，使得学生更够更加具体而客观地学习到新知识。

（二）模型的建立过程

在生物学科中进行模型教学，并不仅仅是简单的运用模型结论，同时还要重视模型结构构建的过程。在生物模型教学的过程中，教师在模型构建的过程中，引导学生积极区探讨生物学的研究对象，例如，教师在对孟德尔分离定律进行讲解的时候，对于学生的知识教授不能只停留在数学结论中，要对这个数学模型进行充分的推导，在推导过程中加强学生的理解，构建严密、科学的建模过程，提高学生的上课效率，充分掌握生物知识。

四、结束语

本文对生物教学中的各种模型方法进行了分析，并且给出一些构建生物模型教学的建议，以供参考。

参考文献：

[1]林国栋.模型方法———信息技术与生物教学的整合点[J].物学教学，2005（03）：24-26.

物理模型论文篇(3)

摘要：中医证候动物模型是开展中医证候实验研究的重要手段之一，它的研制成功与否直接关系到实验研究的正确性和可行性。文章从中医理论体系指导、优化造模因素、建立严谨客观的动物证候评价标准、注意模型稳定性等方面对于中医证候动物模型需要注意的有关问题进行探讨。提出中医证候动物模型的研制过程艰辛，仍需医家共同探索。

关键词：中医证候；动物模型

中图分类号：R－33　文献标识码：A 文章编号：1673-7717(2007)05-0914-02

随着科学的发展，中医药学的研究已经完全突破了长期以来以经典校注、引证发挥和临床诊治观察为主的传统模式，实验研究已成为中医科研方法体系的一个重要组成部分。而在实验研究当中，中医证候动物模型的复制更是开展中医证候及中药新药实验研究的一个重要途径，以其实证性研究方法为广大中医药和中西医结合工作者采用。近年来，为了探索中医证候动物模型的研制，诸多医家在此方面进行了广泛的研究，取得了较为理想的效果，然而仍存在许多问题需深入探讨，有待进一步的充实完善，笔者不揣浅陋，试探讨建立中医证候动物模型需要注意的有关问题。

1中医证候动物模型需要在中医基础理论体系的指导下研制

中医证候动物模型是在中医学整体观念及辨证施治思想指导下，运用脏象学说和病因病机理论，把人类疾病原型的某些特征在动物身上加以模拟复制而成，是中医学人体证候的具体再现。而中医的证是一个综合的症状群，它是疾病发生、发展过程定阶段的病理变化，有着深刻的病因病机理论。是辨证论治的起点和核心，也是中医证候动物模型的灵魂。只有在中医理论体系指导下研制的中医证候动物模型，才可以从根本上基本等同于人体临床证候，才具有现实意义。

而目前部分中医证候动物模型的复制。不是在中医理论体系的指导下，而是纯粹利用化学药物造成一种类似中医的某一“证”的病理状态。这种与中医临床貌合神离的模型或许实际上只是某些西药引起的毒性反应或机械损伤，出现的病理状态和中医的证候生拉硬套，难免有牵强附会之嫌。比较典型的如采用注射大剂量外源性醋酸氢化可的松制作阳虚动物模型，四氯化碳肝毒性制作肝阴虚动物模型，利血平毒性制作脾虚动物模型，肾皮质电灼伤诱发“肾阳虚”动物模型等等。

笔者认为，中医证候动物模型所揭示的应该是中医学的基本内涵，这种利用西药造成的中毒反应和病理状态来苟合中医证候之表象，是难以模拟出人体证候之本质的，是不可取的，更是经不起推敲的。我们应当在中医理论的指导下从本质上对证候进行复制，从而使实验模型和临床人体达到尽可能的一致，为中医证候的实验研究提供真实而可靠的依据。

2中医证候模型复制亟待优化纯化造模因素

造模因素及方法有目的、有依据的选择是模型能否成功的关键。目前学术界对中医证候动物模型存在的争议大多数都集中在中医传统病因塑模因素上，笔者认为关于这方面的论说，主要存在以下两点争议。

2.1模拟中医传统病因确定动物模型证候属性值得深思

理论上讲，某一证候动物模型的造模因子应当符合该证候的中医传统病因，这是合理的。但实际上传统病因并不一定是能直接引起相应证候的客观因素。郭书文等就指出，中医在一个阶段的证候所得病因，主要是由“审证求因”获得，即多从临床辨识而来。况且，由于当时科学检测技术和手段的滞后，对引起病证的真正病因尚不能完全弄清楚，因此，“审证求因”后的病因并不一定是疾病或证候产生的原发病因。且传统病因造模时作用时间、施加强度均不宜控制。此外，综合性的病因与机体内在因素相互作用，是导致中医临床复杂证候的一个特点。因此，模拟中医传统病因施加于动物确定模型证的属性值得进一步研究。

2.2同一证的造模方法多特异性较差

以脾虚证模型为例，郭书文统计脾虚证的造模方法多达24种。就传统病因而言，有饮食所伤者，有劳倦过度者，有苦寒泄下、耗气、破气等单因素或复合因素造模法。近年来有关脾虚动物模型的造模方法报道最多的是采用大黄等苦寒泄下法，此法符合“苦寒伤阳”、“脾虚忌下、降泄、破气”的理论。有人则根据“饥馁致伤中气”、“脾虚生化无源”，采用饮食失节的方法，利用低蛋白饮食导致营养不良复制脾虚模型。有人则从“劳体劳倦则脾病”理论出发复制脾虚模型。这些造模方法模拟中医传统病因，从思路上讲皆是符合中医理论的，具有一定的可信度和科学性。但多数未对每种造模方法的成功率、死亡率、统计方法及适用范围进行客观的评述。

并且，我们知道中医病因多带有非特异性及多重性，饥饱失常、劳倦、情志异常及久病虚损等不仅是导致脾虚的病因，也是导致肾虚、心虚、肺虚、肝虚的共同原因，因此，仅以某些文献为理论依据是不可靠的，试想，在一个人身上见到单一存在的证型都是十分困难的，在动物无语言的情况下，如何利用四诊合参之技能来判断鼠兔之辈是脾虚还是肾虚。

因此笔者提出，考虑到中医病因的非特异性与多元性，塑造中医证候动物模型，首先必须分清临床上导致该证候出现的主次原因，优化造模因素，同时要结合多元因素出现的层次性、动态性，尽可能突出主要因素，并使其中的不确定性降至最低程度。这样建立的动物证候模型才能真正与中医的“证”相似，这一过程仍需要长时间的努力与探讨。

3缺乏严谨的系统的对模型动物的辨证诊断标准且注重基础疏于临床评价标准与临床已形成的全国辨证标准脱节明显

中医证候动物模型研制成功后，应对其正确性、可靠性进行检验以便于在实验中推广应用。但是由于动物的生理特性以及中医理论本身的抽象性、模糊性使得证候模型常常缺乏有效的验证手段。目前评判动物证候模型的标准大部分主要是建立在人的证候诊断标准的基础上，而动物皮毛与人体有差异、语言不通、脉诊又不适合，故而动物证候模型只能主要通过望诊来收集症状和体征以判断模型准确与否，这就难免以偏概全，其弊端日益明显。也就是说，动物模型即使塑造得与中医临床之“证”很相似，仍然存在着很大局限性。并且动物实验中所证明的内容必须与临床实际结合起来综合分析才有参考意义。

在此基础上，笔者提出，没有确定的评价动物证候模型的标准，该模型就缺乏可控制性和可重复性，因此建立中医证候动物模型的评价标准是必须和紧迫的。在科研工作中应注重挖掘动物身上的信息特征，对证候模型进行恰当的辨证诊断，建立专门评判动物证候的、严格的科学判定标准，只有这样宏观与微观相结合，才有利于提高科研工作的准确性。

叶建红强调中医证候动物模型评价标准的建立必须依照以下几个准则：(1)动物证候模型的诊断依据必须与临床诊断依据一致，模型的诊断依据只能在临床诊断依据的基础上做一些非原则性的变通；(2)症状在中医证候的临床诊断中起着最重要的作用，中医证候动物模型的评价标准也必须以症状为主；(3)治疗作用的反证也是衡量模型是否成功的一个重要标准；(4)动物证候模型的复制，还应考虑相关因素，如复制肝郁，模型应选用年轻大鼠，复制。肾虚模型选用老龄大鼠等。笔者认为值得借鉴。

4部分模型缺乏稳定性及重复应用性

中医证候动物模型研制出来后能持续多长时间，即其稳定性如何直接影响到证候实验的成功与否。毋庸置疑，理想的动物模型应是规范化的，能真正反映中医“证”的特点，且能够准确地重复再现。然而不少证候模型重复应用时稳定性较差，甚至有些在造模过程中就存在了自然缓解或恢复现象，给塑模的研发造成了很大的困扰。

如脾虚证模型目前突出缺点就是在造模因素撤去后自然恢复较快。大黄、利血平造模方法形成的脾虚状态往往是一过性的，自愈性强，停止给药后，症状就会很快消失，这与人体的脾虚并不相同。再者，过劳伤脾所致的脾虚模型，初期可产生虚证，但当动物适应后跑步机可能会成为动物的健身器。可见维持模型的稳定性也是证候模型研制成败的一个关键因素。

物理模型论文篇(4)

【关键词】中药药理；动物模型；病症

中药的药理研究从20年代初，陈克恢开始麻黄研究[1]以来，研究方法逐步完善，研究领域日益扩大，研究水平不断提高，形成了自己的学科体系，这就是中药药理学。其中一个重要标志，就是中药药理动物模型的研究和应用。中药药理动物模型是中药药理学独具一格的研究方法，它使中药药理学从中药和药理学脱胎而出，形成了独特的学科体系。因此，有必要对中药药理动物模型进行整理、探索为进一步指导中药药理学发展、丰富实验动物学的内容起作用。故本文较系统地论述了中药药理动物模型的概念、分类、现状和作用，探讨了中药药理动物模型的发展趋势。

1 中药药理动物模型的概念

中药药理动物模型是指根据中医药基本理论，为进行中药药理研究而对人类疾病原型的某些特征进行模拟复制，创造出的具有人类病证表现的动物实验对象及相关材料， 包括人类疾病动物模型、人类证候动物模型、人类病证动物模型三部分的内容，它既是实验动物学的范畴，又是中药药理实验方法学的核心。

2 中药药理动物模型的分类及现状

中药药理动物模型的研究历经几十年的发展，已研制出百余种证型，其造模方法大致可归纳为以下三类：

2.1 依据中西医结合病因学说塑造动物模型：又称为中药药理病证动物模型[2]、病因病理结合型模型[3]

这类模型的造模方法是既运用了中医的发病学说， 又考虑了西医的致病原理， 将现代医学的人类疾病动物模型与中医证候动物模型嫁接，建立病证结合动物模型。如高脂性疾病血瘀证动物模型、失血性贫血血虚证动物模型、感染性休克厥脱证动物模型等，把现代医学的辨病论治与中医学的辨证论治结合起来，中西汇通[4]。这方面的工作急待开展，以深化中药药理模型的研究，纠正证候动物模型难于深化、不好应用的不足。

2.2 采用西医病因病理复制动物模型

又称为中药药理疾病动物模型[2]、病理型模型[3]，其可分为自发性的和诱发性的。自发性疾病动物模型是指实验动物未经任何有意识的人工处理，在自然情况下，发生染色体畸变、基因突变，并通过定向培育而保留下来的疾病模型，如无胸腺裸鼠、重症肌无力小鼠、青光眼兔、高血压大鼠、肥胖症小鼠等；诱发性疾病动物模型是研究者通过使用物理、化学、生物等因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些人类疾病的功能、代谢或形态结构方面的改变。如发热动物模型、四氧嘧啶糖尿病（消渴）动物模型、肥胖症动物模型等，此类模型目前应用最为广泛。

2.3 模拟中医传统病因建立动物模型

又称为中药药理证候动物模型[2]、病因型模型[3]，自20世纪60 年代邝安堃建立第一个“阳虚”动物模型[5]以来，已用200 多种方法，复制建立了肾虚证、脾虚证、肺虚证、心虚证、血瘀证、血虚证、肝郁证、寒证、热证、痹证、里实证、厥脱证、温阻证、温病等证候动物模型。中药药理证候动物模型是指在中医药理论指导下，在动物身上复制的中医药证候，是中药药理动物模型独具一格的有别于人类疾病动物模型的方法。而中药药理证候动物模型的研究还远远不能满足中药药理学发展的需要，急待增加研究投入，提高研究水平。

3 中药药理动物模型的作用

3.1 中药药理动物模型是中药药理学的基石

中药药理学是以中医药理论为指导，用现代科学方法研究中药对机体的作用和作用机理以及体内过程，从而阐明其防治疾病原理的学科。它包括中药药性药理、中药实验药理、中药临床药理3部分的内容，而中药药理动物模型在中药药性药理、中药实验药理、中药临床药理的研究中均发挥着重要作用。

3.2 中药药理动物模型是实验动物学发展的新领域

中医以系统——综合医学模式为特征，坚持功能主义的原则和视角来研究人体。在中医药理论指导下对中药药理动物模型生物学性的认识，将弥补现代以形态结构为原则进行研究的不足，建立新的指导标准体系，丰富实验动物生理学，实验动物医学和比较医学的内容。而中药药理动物模型的研制与增加，又将丰富实验动物病理学和动物实验技术的内容，对实验动物疾病的病理过程和实验操作，技术进行重新认识，故中药药理动物模型的建立与深入研究，将成为实验动物学发展的新领域。

3.3 中药药理动物模型是中医药现代化的突破口

中医药的学术发展相当缓慢，其原因就是缺乏实验研究体系，缺乏与现代自然科学的沟通与融合，忽视基础理论的研究，未建立起自己的科研规范，指标体系和方法论，致使其理论研究对实践缺乏推动作用，与世界医学缺乏共同语言，而中药药理动物模型就是在中医药理论指导下，应用现代科学方法以实验动物器官、组织、细胞为研究对象，建立的具有人类病证表现的实验模型，弥补了中医药研究的不足，成为中医药理论与现代科学的中介部分。故中医药药理动物模型的研究与发展必将促进中医药的现代化。

3.4 中药药理动物模型是中药新药有效性评价的工具

中药新药有效性评价，可用正常动物观察药物对生理状态下各种生理、生化、形态等方面的影响，以判断新药的疗效。但生理状态与病理状态有本质的区别，对药物的反应常有质的不同。有些药物对正常动物无药效作用，而对中药药理动物模型则有治疗作用，如清热药对发热动物有降温作用，而对正常动物体温则无影响，因此仅用正常动物不能全面准确地评价新药有效性，必须选用中药药理动物模型，观察新药，对病理状态的影响，才能更准确地评价其有效性。故中药药理动物模型是中药新药有效性评价的工具。

4 中药药理动物模型研究的发展趋势

中药药理动物模型研究近年来其应用范围日趋广泛，今后将在中医药基础研究方面发挥更大的作用。除新药药理研究之外，纯基础研究能更完美地体现动物模型的优势和特点，反映中医药理论现代化的本质要求。因此，可望成为其主要发展方向，要实现这一点，必须在以下两方面取得进展：

4.1 重建开放的中医药理论体系以融贯新知

中医药理论体系有明显的超稳定性，使中医药基础理论研究的许多成果在融入这一体系时遇到障碍。动物模型研究的许多发现，已从多个方面，如病、证概念，证、病关系，不同证候鉴别，同一证候内进一步分型，证候重新分类，治疗反证的意义，中医方剂、中药的功用主治规律性等方面提出现有中医药理论体系难以容纳的内容[8]。因此，很有必要以实证性方法重建开放的中医药理论体系。

4.2 相对独立于临床以充分完善自我

基础研究有其自身内在的发展规律，必须相对地独立于临床进行发展才能真正完善中医药基础科学，并更好地促进临床发展。

【参考文献】

[1]陈克恢. Schmidt T. Pharmacol Expt Therap[J]. 1924，24（5）：B339.

[2]彭成.试论中药药理动物模型[J].中药药理与临床，1999，15（5）：47-49.

[3]傅益群，吕健.动物模型与中医证候关系释义[J].中医药学刊，2004，22（9）： 1665-1666.

[4]曾茂贵，郑沁鈊.中药药理研究中证候动物模型的选择和（下转第267页）（上接第228页）应用[J].福建中医药， 2007，38（3）：60-62.

[5]邝安堃，吴裕欣，丁霆，等.某些助阳药对于大剂量皮质激素所致耗竭现象的影响[J].中华内科杂志，1963，11（2）：113.

物理模型论文篇(5)

一个学科的形成和发展，首先是这个学科研究方法的形成和发展。中药的药理研究自20年代初，陈克恢研究麻黄［1］以来，研究方法逐步完善，研究领域日益扩大，研究水平不断提高，形成了自己的学科体系，这就是中药药理学。其中一个重要标志，就是中药药理动物模型的研究和应用。中药药理动物模型是中药药理学独具一格的研究方法，它使中药药理学从中药和药理学脱胎而出，形成了独特的学科体系。基于此，有必要对中药药理动物模型进行整理、探索，为进一步指导中药药理学发展、丰富实验动物学的内容起作用。故本文试图较系统地论述中药药理动物模型的概念、作用，分析中药药理动物模型的现状，探索中药药理动物模型的发展方向。

1　中药药理动物模型的概念

中药药理动物模型是指在中药药理研究中建立的具有人类病证表现的动物实验对象和相关材料，它包括人类疾病动物模型、人类证候动物模型、人类病证动物模型三部分的内容，它既是实验动物学的范畴，又是中药药理实验方法学的核心。

2　中药药理动物模型的作用

2.1　中药药理动物模型是中药药理学的基石　中药药理学是以中医药理论为指导，用现代科学方法，研究中药对机体的作用和作用机理、以及体内过程，从而阐明其防治疾病原理的科学。它包括中药药性药理、中药实验药理、中药临床药理三部分的内容。而中药药理动物模型在中药药性药理、中药实验药理、中药临床药理的研究中均发挥着重要作用。

2.1.1　中药药理动物模型是中药药性药理的研究手段　中药药性药理包括四气、五味、归经、升降浮沉、补泻、毒性等方面的药理研究，而中药药理动物模型是中药药性药理的研究手段。如梁氏用温热药建立热证动物模型，再用寒性中药龙胆草、黄连、黄柏、银花、连翘、石膏治疗，观察中药寒凉药性的药理学基础；用寒凉药建立寒证动物模型，再用热性中药附子、干姜、肉桂、党参、黄芪、白术治疗，观察中药温热药性的药理学基础［2］。又贲氏应用血虚肝脾损伤动物模型，研究中药当归、熟地、川芎、白芍的归经药理［3］。

2.1.2　中药药理动物模型是中药实验药理的研究基础　中药实验药理是中药药理的研究核心，中药实验药理主要是应用实验动物、器官、组织、细胞研究中药功效的药理作用，揭示中药功效的现代内涵。中药功效是中医辨证论治体系在药学中的体现，对中药功效的揭示，必须以中医证的研究为基础；而中药药理证候动物模型是中医证在实验研究中的载体，故中药药理动物模型是中药实验药理的研究基础。如研究补气药人参、白术、茯苓、甘草组成的四君子汤对小肠推进运动的影响，结果四君子汤能抑制正常动物离体器官小肠的运动［4］，对正常在体动物小肠推进运动无明显影响［5］；但能增加脾虚动物小肠推进运动［5，6］后者与临床实际相符，与补气药健脾益气功效相符，是健脾益气功效在肠功能中的体现。这个例子说明，建立和使用中药药理动物模型，才能真正揭示中药的功效，丰富中药实验药理的内容。

2.1.3　中药药理动物模型是中药临床药理的桥梁　中药临床药理学研究方兴未艾，但学科有待建立。由于正常动物的结构形态、功能代谢与人类的病理状态相差甚远，故必须应用中药药理动物模型来连接中药实验药理与临床药理的研究，为中药临床药理的有效性和安全性评价奠定基础。

2.2　中药药理动物模型是中医药现代化的突破口　中医药的学术发展相当缓慢，其原因就是缺乏实验研究体系，缺乏与现代自然科学的沟通与融合，忽视基础理论的研究，未建立起自己的科研规范、指标体系和方法论，致使其理论研究对实践缺乏推动作用，与世界医学缺乏共同语言。而中药药理动物模型就是在中医药理论指导下，应用现代科学方法，以实验动物、器官、组织、细胞为研究对象，建立的具有人类病证表现的实验模型。弥补了中医药研究的不足，成为中医药理论与现代科学的中介部分。故中药药理动物模型的研究与发展，必将促进中医药的现代化。

2.3　中药药理动物模型是实验动物学发展的新领域　中医以系统-综合医学模式为特征，坚持功能主义的原则和 视角来研究人体。在中医药理论指导下对中药药理动物模型生物学特征的认识，将弥补现代以形态结构为原则进行研究的不足，建立新的指标体系，丰富实验动物生理学、实验动物医学和比较医学的内容。而中药药理动物模型的研制与增加，又将丰富实验动物病理学和动物实验技术的内容，对实验动物疾病的病理过程和实验操作技术进行重新认识。故中药药理动物模型的建立与深入研究，将成为实验动物学发展的新领域。

2.4　中药药理动物模型是中药新药有效性评价的工具　中药新药有效性评价，可用正常动物观察药物对生理状态下各种生理、生化、形态等方面的影响，以判断新药的疗效。但生理状态与病理状态有本质的区别，对药物的反应常有质的不同。有些药物对正常动物无药效作用，而对中药药理动物模型则有治疗作用，如清热药对发热动物有降温作用，而对正常动物体温则无影响。因此，仅用正常动物不能全面准确地评价新药有效性，必须选用中药药理动物模型，观察新药对病理状态的影响，才能更准确地评价其有效性。故中药药理动物模型是中药新药有效性评价的工具。

3　中药药理动物模型的现状

中药药理动物模型自唐·陈藏器《本草拾遗》首次记载用精米喂猫、犬造成脚气病模型以来，中药药理动物模型已初具规模，分为中药药理疾病动物模型、中药药理证候动物模型、中药药理病证动物模型三类。

3.1　中药药理疾病动物模型　中药药理疾病动物模型分为诱发性疾病动物模型和自发性疾病动物模型。诱发性疾病动物模型是研究者通过使用物理、化学、生物等因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些人类疾病的功能、代谢或形态结构方面的改变。如发热动物模型、四氧嘧啶糖尿病(消渴)动物模型、肥胖症动物模型等。自发性疾病动物模型是指实验动物未经任何有意识的人工处理，在自然情况下，发生染色体畸变、基因突变，并通过定向培育而保留下来的疾病模型，如无胸腺裸鼠、重症肌无力小鼠、青光眼兔、高血压大鼠、肥胖症小鼠等。

3.2　中药药理证候动物模型　中药药理证候动物模型，自60年代邝安建立第一个类“阳虚”动物模型［7］以来，已用200多种方法，复制建立了肾虚证、脾虚证、肺虚证、心虚证、血瘀证、血虚证、肝郁证、寒证、热证、痹证、里实证、厥脱证、温阻证、温病等证候动物模型。中药药理证候动物模型是指在中医药理论指导下，在动物身上复制的中医药证候，是中药药理动物模型独具一格的有别于人类疾病动物模型的方法。而中药药理证候动物模型的研究还远远不能满足中药药理学发展的需要，急待增加研究投入，提高研究水平。

3.3　中药药理病证动物模型　中药药理病证动物模型包括两方面的内容。一是用现代医学的人类疾病动物模型与中医证候动物模型嫁接，建立病证结合动物模型。如高脂性疾病血瘀证动物模型、失血性贫血血虚证动物模型、感染性休克厥脱证动物模型等。把现代医学的辨病论治与中医学的辨证论治结合起来，中西汇通。另一种是在中医药病证理论指导下，建立中医病证结合动物模型［8］。这方面的工作急待开展，以深化中药药理模型的研究，纠正证候动物模型难于深化、不好应用的不足。

4　中药药理动物模型的发展方向

中药药理动物模型在今后一个时期内，主要是应总结分析中药药理动物模型的理论，加大中药药理证候动物模型和中药药理病证动物模型的研制，建立中药药理动物模型的科研规范、研究体系，为中药新药研制和开发、中药药理研究、中医药学术发展、中西医合流提供坚实的实验基础，也将为我国实验动物学的发展增添新的内容。

参考文献

1　陈克恢，Schmidt T. Pharmacol Expt Therap，1924；24(5)∶339

2　梁月华.北京医科大学学报，1987；19(1)∶54

3　贲长恩.北京中医学院学报，1991；14(增刊)∶23

4　黄树明，等.中医杂志，1988；(9)∶60

5　彭　成，等.中药药理与临床，1995；11(5)∶6

6 　闻集普，等.中药药理与临床，1992；8(2)∶27

物理模型论文篇(6)

【关键词】物理模型 试题特点 解题程序 培养能力

钱学森教授说“模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考虑得来的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素所创造出来的一幅图画……”模型的本质其实就是把实际问题理想化。物理学习重视对实际问题的分析，抓住主要的因素，略去一切次要因素，还原出一幅我们所熟悉的理想化的基本物理过程，这就找到了我们想要的物理模型。

模型法常常有下面三种情况

（1）“对象模型”：即把研究的对象的本身理想化。用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，称为对象模型。实际物体在某种条件下的近似与抽象，如质点、光滑平面、理想气体、理想电表等；常见的如“力学”中有质点、点电荷、轻绳或杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、弹性体、绝热物质等。

（2）条件模型：把研究对象所处的外部条件理想化。排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素，突出外部条件的本质特征或最主要的方面，从而建立的物理模型称为条件模型。

（3）过程模型：把具体过理过程纯粹化、理想化后抽象出来的一种物理过程，称过程模型。理想化了的物理现象或过程，如匀速直线运动、自由落体运动、竖直上抛运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动等。

用模型法解决物理问题的基本程序如下：

・审题，阅读题目将文字叙述的问题在头脑中形象化，并用画示意图的方法将题目所叙述的物理情境展现出来，仔细、认真审题是正确解题的关键。

・分析， 对物理情境进行一系列分析，从情境的特点中，弄清物体的运动过程特点，比照学过的模型判据判断物体的运动“模型”。在教学过程中我们应该有意识地给学生总结各种物理模型，让学生认识各模型的特点及其规律，以便让学生万题归宗。

・再现， 回忆模型所遵循的所有的物理规律， 规律包括文字叙述的形式和数学的形式两种。数学形式又包括公式和图象两种形式，使学生真正清楚模型的物理意义。

・决策， 用规律把题目所要求的目标与已知条件以及这道题目所特有的条件（初始条件、边界条件、临界条件等）关联起来，列出解决问题的所有方案，然后挑选最佳方案，这是学生在头脑中形成最终解题方案的决策过程。一个题目的条件和目标之间存在着一系列的关系，这些关系是由条件通向目标的“桥梁”，用哪些关系解题，需要根据这些关系和题述过程所遵循的物理规律确定。解题实质上就是分析这些关系与题述过程所遵循的哪个物理规律相匹配。有些题目，这种匹配关系十分隐蔽，必须通过认真分析才能加以揭示；有的题目这种匹配关系有多种，就会出现多个解法。

・运算，运用挑选好的物理规律进行运算操作：或进行列式计算，或进行逻辑推理论证，或运用图象分析判断，得出结果。

・讨论，运用物理规律结合题意所涉及的实际问题，讨论结果的合理性。

应用“模型”解题法在日常教学中我们要注意培养学生的以下几种能力：

1.审题能力：主要体现了学生的阅读能力、理解能力、推理能力、分析综合能力，它是解决物理问题的关键。

2.绘图能力：对物理情景进行图示分析是高中物理学习最重要的分析方法。绘图能力的欠缺会明显影响物理学习成绩的提高。学生绘图不当情况通常有：整体图形过大或过小、线段长度不当、方向不准、角度不准、随意绘图等等。

3.恰当的文字表述能力：多数学生解题时，除了一个“解”字，其余全都是字母和数字，有的甚至全是数字，连“解”字都没有。产生这种情况的原因，一是初中时对解题过程要求不高，二是学生不了解高中物理解题过程的要求，三是学生自我要求不高，四是有一种错误的思想意识，即认为书写文字太多，浪费时间。

【参考文献】

物理模型论文篇(7)

关键词：射线跟踪，规划仿真，传播模型

 

一、概述各移动运营商及移动通信相关技术咨询单位在进行规划方案验证时，传统的方法是通过规划仿真软件使用宏蜂窝传播模型及20米精度三维电子地图对规划方案进行仿真验证；然而，宏蜂窝传播模型的应用范围和自身局限性限制了规划方案仿真验证的精度：首先，宏蜂窝传播模型的应用范围一般在500米以上，而CBD区域基站的覆盖半径一般在500米以下。其次，宏蜂窝传播模型只能从宏观上反映方案覆盖效果，无法根据建筑物的高度从微观上反映局部的覆盖情况。因此，需要采用更合适的传播模型配合高精度的三维电子地图对CBD区域的规划方案进行仿真验证，以确保该重点区域无线网络建成后的网络性能。

目前射线跟踪模型作为一种高精度的规划仿真传播模型在大中型城市覆盖重点区域的规划方案仿真验证中得到广泛应用。本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。

二、射线跟踪模型简介2.1 微蜂窝传播模型介绍 当前传播模型根据应用范围可分为宏蜂窝传播模型和微蜂窝传播模型，宏蜂窝传播模型应用范围为1km至几十km；而微蜂窝传播模型应用范围仅为几百米，一般只适用于基站附近区域。免费论文。由于CBD区域基站的覆盖一般在500米以内，因此应用微蜂窝传播模型对该区域规划方案的效果进行仿真验证更为合适。

微蜂窝传播模型根据模型建立方法，可分为经验模型，确定性模型以及混合模型；

l经验模型

经验模型是在大量测量的基础上产生的，该模型与室外传统宏蜂窝传播模型类似，不考虑理论计算，对基站附近测量大量数据后统计归纳出经验模型。

l确定性模型

确定性模型是依据电波传播理论计算出接收点与发射点之间的传播损耗。射线跟踪模型是一种典型的确定性模型，确定性模型不考虑测量，仅在确定计算公式中的个别参数时需要测量验证。

l混合模型

混合模型结合了经验模型和确定性模型，一方面混合模型以电波传播理论为依据得出电波的传播模型，同时需要对基站附近测量大量数据以统计确定传播模型中的参数值。

2.2 射线跟踪模型介绍 射线跟踪模型是一种确定性模型，其基本原理为标准衍射理论（Uniform Theory ofDiffraction，简称UTD）。根据标准衍射理论，高频率的电磁波远场传播特性可简化为射线（Ray）模型。因此射线跟踪模型实际上是采用光学方法，考虑电波的反射、衍射和散射，结合高精度的三维电子地图（包括建筑物矢量及建筑物高度），对传播损耗进行准确预测。

由于在电波传播过程中影响的因素过多，在实际计算预测中无法把所有的影响因素都考虑进去，因此需要简化传播因素；射线跟踪算法把建筑物的反射简化为光滑平面反射、建筑物边缘散射以及建筑物边缘衍射。

根据考虑路径的种类不同，射线跟踪模型可分为三种：

l2D射线跟踪模型

只考虑水平切面的传播路径，即第一类路径。

l3D射线跟踪模型

只考虑水平切面以及垂直切面的传播路径，即第一类及第三类路径。

l全3D射线跟踪模型

考虑所有传播路径，即考虑所有第一、二、三类路径。

三、射线跟踪模型基本原理射线跟踪模型的基本原理是简化传播因素，采用光学方法定位传播路径并计算各接收点与发射点之间的路径损耗；因此，射线跟踪模型的关键在于如何定位接收点与发射点之间的传播路径并计算路径损耗。免费论文。

3.1 水平切面的传播损耗从发射源在接收点之间可能存在很多传播路径，但是一般只有一到两条强度最强，在传播中起主导作用的主导传播路径。路径损耗计算时只需计算主导传播路径的损耗即可。免费论文。

3.2 垂直切面的传播损耗 相对于水平切面的传播损耗，垂直切面的传播损耗计算要简单一些，计算垂直切面的传播损耗时，需要首先确定发射源与接收点之间的垂直传播路径，然后计算其中各个刀锋衍射损耗，其路径损耗为各刀锋衍射损耗之和。

3.3 射线跟踪模型简要结论 根据射线跟踪模型的理论以及相关资料，可以得到射线跟踪模型的简要结论如下：

1.对近距离的场强预测， 水平切面算法（2D射线跟踪算法）起主导作用。

2.全3D方向算法中全3D路径（即第三类路径）对远距离的场强预测准确性影响很大。

3.在整齐规划的建筑群中，对远距离的场强预测，垂直切面算法可取代全3D方向算法。

四、射线跟踪模型的应用 本节主要以WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型为例，对射线跟踪模型的应用进行说明。

WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型作为AIRCOM公司的规划软件Enterprise的插件，可用于高精度的规划方案仿真验证。该模型基于标准衍射理论及射线跟踪算法，综合考虑电波传播范围内建筑物的轮廓、高度、地形剖面图，对电波的传播特性进行准确预测。

WaveSight模型是一种3D射线跟踪模型，该模型包括两种类型路径：水平切面路径以及垂直切面路径。

对比传统射线跟踪模型，WaveSight 具有优点十分明显：首先，WaveSight射线跟踪模型采用了不同于传统射线跟踪模型的算法，空前地提高了计算效率：该模型完成一个基站的覆盖预测所需时间仅是传统射线跟踪模型所需时间的1/3左右，不仅保证了覆盖预测的精度，同时还保证了覆盖预测的速度。此外，WaveSight 模型使用简单，该模型不需要使用测试数据对其进行调校，仅需要输入两个参数：使用频率及接收端高度。

WaveSight 射线跟踪模型的缺点是：仅适用于市区环境，对电子地图精度要求较高，不仅要求地图精度必须达到5m 以上，而且要求提供建筑物矢量信息以及高度信息。

五、结论及后续工作 本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后给出射线跟踪模型的简要结论，最后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。

今后研究工作可以再上述研究基础上进一步展开，对全3D射线跟踪算法进行进一步的探讨，同时也可以对其它射线跟踪模型如WinProp模型等进行研究，

进一步研究射线跟踪传播模型算法，更精确地城市CBD区域进行预测，指导网络的规划及优化工作。

【参考文献】

1．WaveCall公司；《WaveCallPropagationWhitePaper》；2001

2．WaveCall公司；《WavecallCaseStudy》；2001