科技倍息 。高校讲:tz;o SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2∞8 年第 36期
浅谈科学计算可视化及其应用
包小军
(长江大学计算机科学学院湖北荆州 434023)
[摘 要 l近年来，随着科学技术的迅猛发展，待处理的数据量越来越大，来自超级计算机、卫星、宇宙飞船、CT 扫描仪、核磁共振仪以及地
质勘探的数据与日俱增，使科学计算数据的可视化及计算过程的交互干预与引导日益成为迫切需要解决的问题。本文简要介绍了科学计算可
视化的重要意义及其目前在社会各个领域的应用。
[关键词]科学计算可视化;应用领域
科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)是发达国家
在 80 年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域。 1987 年 2 月，
美国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的首次会
议。会议认为将图形和图像技术应用于科学计算是一个全新的领
域
需要了解在计算过程中数据的变化情况，而这些都需要借助于计算机
图形学及图像处理技术"。会议将这一涉及到多个学科的领域定名为
"Visualization in Scientific Computing" ，简称为 "Scientìfic Visualization
一、科学计算可视化的含义
科学计算可视化指的是运用计算机图形学和图像处理技术，将科
学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕上显
示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。随着技术的发展，科学
计算可视化的含义已经大大扩展，它不仅包括科学计算数据的可视
化，而且包括工程计算数据的可视化，如有限元分析的结果等，同时也
包括测量数据的可视化。科学计算可视化将图形生成技术、图像处理
技术和人机交互技术结合在一起，其主要功能是从复杂的多维数据中
产生图形，也可以分析和理解存入计算机的图像数据。它涉及到计算
机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等
多个领域。
二、重要意义
实现科学计算的可视化具有多方面的重要意义。它可以大大加快
数据的处理速度，使庞大数据得到有效利用;可以在人与数据、人与人
之间实现图像通信，从而使人们能够观察到在传统的科学计算中发生
的现象，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具;同时，
还可以实现对计算过程的引导和控制，通过交互手段改变计算所依据
的条件，并观察其影响。总之，科学计算的可视化将极大地提高科学计
算的速度和质量，实现科学计算工具和环境的进一步现代化，从而使
科学研究工作的面貌发生根本性的变化。
三、应用领域
科学计算可视化的应用领域十分广泛，几乎可以应用于自然科学
及工程技术所包括的→切领域。
1.医学 尽管计算机断层扫描及核磁共振图像已广泛应用于对
疾病的诊断，但是，这些医疗仪器只能提供人体内部的二维图像。医生
们只能凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状构思"病灶
与其周围组织的三维几何关系，这给治疗带来了困难。科学计算可视
化技术可以由一系列二维图像重构出三维形体，并在计算机上显示出
来。在此基础上就可以实现矫形手术、放射治疗等的计算机模拟及手
术规划。例如，髓关节发育不正常在儿童中并不少见，当作矫形手术
时，需要对髓关节进行切割、移位、固定等操作。利用可视化技术可以
首先在计算机上构造出俄关节的三维图像，然后对切割部位、切割形
状、移位多少及固定方式等的多种方案在计算机上进行模拟，并从各
个不同角度观察其效果，最后由医生选择出最佳实施方案，从而大大
提高矫形手术的质量。
2. 地质勘探 寻找石油矿藏是包括我国在内的许多国家的一项
长期的战略性任务。其主要方式是通过地质勘探了解大范围内的地质
结构，发现可能的含油构造，并通过测井数据了解局部区域的地层结
构，探明油藏位置及其分布，估计蕴藏量及勘探价值。由于地质数据及
测井数据的数据量极其庞大，而且分布不均匀，因而无法根据纸面上
的数据作出分析。利用可视化技术可以从大量的地质勘探数据或测井
数据中构造出感兴趣的等值面、等值线，显示其范围及走向，并用不同
270
颜色显示出多种参数及其相互关系，从而使专业人员能对原始数据作
出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重要信息。这
不仅可以指导打井作业、减少元效井位、节约资金，而且必将大大提高
寻找池藏的效率，具有重大的经济效益及社会效益。
3. 气象预报 气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和对
计算结果的分析。一方面，科学计算可视化可将大量的数据转换为图
像，在屏幕上显示出某…时刻的等压面、等温面、位涡、云层的位置及
运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等，使预报人员能对
未来的天气作出准确的分析和预测。另一方面，根据全球的气象监测
数据和计算结果，可将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布
及风力风向等以图像形式表示出来从而对全球的气象情况及其变化
趋势进行研究和预测。
4. 分子模型构造 使用交互式图形生成技术来观察复杂的化学
物质始于 60 年代。目前，它已经是学术界和工业界研究分子结构及其
相互间作用的工具。科学计算可视化技术的发展将使分子模型构造技
术进一步发生变化。过去被认为是复杂而昂贵的方法，现在已经是一
种分析和设计分子结构的有效工具。例如，与超级计算机相结合构造
诸如蛋白质和 DNA 等高度复杂的分子结构，在遗传工程的药物设计
中使用三维彩色立体显示来改进已有药物的分子结构或设计新的药
物等。
5 计算流体力学 飞机、汽车、船舶等的外形设计都必须考虑在
气体、液体高速运动的环境中能否正常工作。过去的做法是:将所设计
的飞机模型放在大型风洞里做流体动力学的物理模拟实验，然后根据
实验结果修改设计。这种做法既浪费资金，又延长了设计周期。目前已
实现了在计算机上建立飞机的几何模型，并进行流体动力学的模拟计
算，这就是计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics ， CFD)。为了
理解和分析流体流动的模拟计算结果，必须利用可视化技术在屏幕上
将结果数据动态地显示出来。例如，用多种不同方法表示出每一点的
流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、尾流及端流等。
6.有限元分析 有限元分析是 50 年代提出的适用于计算机处理
的一种数值计算方法，它主要用于结构分析，是计算机辅助设计技术
的基础之一。有限元分析在飞机设计、水坝建造、机械产品设计、建筑
结构应力分析中得到了广泛应用。从数学的观点来看，有限元分析将
研究对象剖分为若干个子单元并在此基础上求出偏微分方程的近似
解。应用可视化技术可实现形体的网格剖分及有限元分析结果数据的
图形显示，即所谓有限元分析的前后处理，并根据分析结果，实现网格
剖分的优化，使计算结果更加可靠和精确。
四、结束语
我国科学计算可视化技术的研究开始于 90 年代初。近年来，有关
高等院校、科研机构完成了国家自然科学基金重点项目"科学计算可
视化的理论和方法"等研究项目，提出并实现了三维空间标量场、矢量
场的多项创新算法，使所生成的图像结构正确、细节丰富，图像生成速
度显著提高，达到当前国际先进水平。科学计算可视化作为一项新兴
技术正在蓬勃发展。它与虚拟现实技术、计算机动画技术、虚拟人体、
数字地球，甚至与人类基因组计划等诱人的前沿学科领域有着密切的
联系。如何有效处理和解释包含大量信息的海量数据，将成为人们今
后相当一段时间内面临的巨大挑战。e
• [参考文献 1
[1]李晓梅，黄朝晖，科学计算可视化导论[町，国防科技大学出版社.
[2]龙汉，浅论三维可视化技术应用[刀，因防科技，2∞4/06. (下转第 300 页}
科技信息 。夕卡i吾享主毛开。 SCIENCE & TECHNOLOGY剧FORMATION 2008 年第 36 期
日语阅读教学方法的探讨
:X1J巧迎
(宁夏大学外国语学院宁夏银川I 750021)
[摘 要]在对日语阅读的认识欠缺、对阅读课的重视程度不够的情况下，如何提高日语专业学生的阅读能力?笔者在学习同行的经验、结
合自己以往的教学实践的基础上，探讨了日语阅读教学的方法 c
[关键词 1 日语阅读;阅读教学
Analysis of the teaching method of Japanese Reading
LIU Qiao-ying
[Abstract ]In short understanding to Japanese readi吨， the reading dass is in the insufficient value degree situation, how 10 sharpen Japanese
college major's reading ahility?In the foundation of studyìng colJeague's experience, unifying own teachìng practice, the author has discussed the
teaching method of Japanese reading
[Key words ]Japanese reading;reading leachin
一般的外语专业教学中，都会开设阅读课，日语专业亦不例外。日
语阅读课是对日语的综合运用能力的培养，教师及学生对该课程的认
识以及对该课程的重视程度，直接影响着该课程的教学效果。笔者吸
取同行的经验，并结合自己的教学实践，总结阅读课的教学方法。
一、关于阅读
1.对阅读的定义
阅读是在→定的目的的基础上展开的，没有目的的阅读只是一种
机械式的活动，不具备积极的意义 O 所谓阅读能力，指的是为达成自己
→定的目标、为现在及将来有效地参与社会活动，充分运用自己所掌
握的语言知识和阅读技巧，正确理解文章意思，有效掌握文章主旨信
息，并能对此展开深层思考的能力。阅读课就是为了培养这种阅读能
力而开设的课程。
2. 口语阅读课在教学中所处的地位
《高等院校 H语专业教学大纲》中明确的提出，大学日语教学的最
终目标是:培养学生具有较强的阅读能力，一定的昕、说、读、写、译的
能力。而在现今的教学中，不论是教师还是学生，几乎都把教学与学习
的重心主要放在了昕与说的练习、却忽略了阅读能力的培养。日语精
读i果着眼于语言本身，基本任务是语音、词汇、语法等语言基本知识的
传授，课文阅读部分主要以精讲的形式进行，其目的是培养学生准确
理解文章的能力，因此，扩展阅读知识面、提高阅读速度以及培养深层
阅读理解能力的任务就主要落在了阅读课上。
二、传统阅读课教学方法及弊端
学生课堂 t阅读课文、做课后练习，老师纠正阅读过程中出现的
错误、核对课后练习题的答案并对课文或练习中学生的疑惑进行讲
解，几乎是多年来阅读课较普遍的运行模式，甚至有些阅读课直接就
变成了翻译课。这样的课堂"忽略了学生的主观能动思维，使学生对阅
读课产生-定的误解，也是导致阅读课不受重视的主要原因之一。
三、教学方法的实践探索
阅读课是一门实践课，是在教师的指导下进行的。教师的教学理
念、教学方法是否得巧，教学材料难易程度的设置是否合适，甚至课程
的设置是否合理，都会影响到学生的学习积极性、影响阅读课的教学
效果。
1.课程设置
笔者所在学校经过多年实践探索，最终将日语阅读课设置在第四
学期。理由有二:第一，第-学期，学生的日语水平尚处于人门阶段，词
汇量少、所掌握的语法也是最基础的，尚未形成系统的语法体系。至第
二学期结束，学生所掌握的词汇虽相对增加，语法体系亦接近完善，但
还没有达到独 1I.完成阅读的能力。面对一篇文章，常常是满眼的生词
和陌生的语法结构，找不到头绪，教师只能逐词逐句地进行讲解，其结
果是把泛读变成了精读。第二，泛读课是一门综合性较强的基础课，主
(上接第 270 页 )[3]徐伟，陈新，三维可视化技术在现代医学中的应用[月，计
算机与现代化，2∞7/06
[4]郭昭学，陈平，周开吉，三维可视化技术在石油钻井中的应用 [J]. 天然气工
业 .2004月，
300
要教育内容是:主题句的确定及其在话篇中的表现方式;句子深层含义
的判断;文章结构的总结以及篇章结构的主要形式;猜词技巧;根据重
要论据或重要细节判断主题[叮。直至第兰学期结束，学生才具备了基本
的语言认知能力，因此，第四学期成为较适宜阅读课开设的时期。阅读
课的课时则可根据学校各自的需求予以调整。
2.教材的选取
阅读是一个心理过程，包括语言、心理、文化三个层次。在该过程
中，选材→定要难易适中，内容太简单则难以寻|起学生的阅读兴趣，太
难则会打击学生的学习积极性。其次，材料的知识性、趣味性也很重
要。通过阅读掌握一定的新知识，包括语言知识和社会文化知识;趣味
性则涉及到内容要新颖、要兼具时代性。问时，体裁也应多样化，如叙
述文、传记、故事、话剧、报道、诗歌、谚语、说明文、小品文等。这有助于
扩大学生的词汇量，丰富语言知识，使知识的掌握达到潜移默化的境
界，学生的积极性才会大大的提高。
3
新形势下的日语阅读教学，首先耍打破原有的"教师的讲授与学
生的昕讲"的陈旧教学理念及模式，积极采取先进的教学方法，如多媒
体技术的引进，从视觉与听觉双方面对学生进行知识冲击。
其次，针对题材不同的文章嘈传授给学生一些常见、通用的阅读方
法，如赂读与扫读阳等，使学生快速地掌握文章的中心大意。阅读的过
程中，还要学习日本人的表达方式，试着用日本式的思维去把握文章
主旨、理解作者意图。
另外，现今日语阅读教学中较有争议性的观点，就是是否应该让
学生进行课前预习间。笔者经过几年的教学实践，得出:教学过程中，适
当的让学生进行课前预习，可以节省时间来进行其他的阅读教学活
动。同时，课堂上的限时阅读也是很好的教学手段。
阅读教学是一个训练学生对日语进行综合运用的活动，教师要通
过难度不同的层次教学，以提高学生的阅读理解能力;同时，也不能忽
视从文化背景等方面对学生进行知识钊导 o(f
.一←一- 一一←一一←一二{参考文献]
[1]夏玉玲.关于日语专业泛读课的课程设置[刀.黑龙江教育学院学报，2∞4 ，
(06)
[2]汤丽.日语泛读授课方法初探[1].:it京理 l~大学学报， 2007 ， (04).
[3]庸宪义泛读课文是否应提前预习辨析[1]齐齐哈尔师范学院学报， 1997 ，
(06).
作者简介，刘巧~(J979-) ，女，汉族，陕西西安人，宁夏大学外国语学院，
助教，主要从事日语教学及其文化研究。
[责任编辑:团瑞鑫]
十一一←.
[5]陈耀松，计算流体力学的新方向及其在工业上的应用[刀，中国科学，2ω7/09.
[6J沈震字，可视化技术在气象数据场分析中的运用[刀，系统仿真学报，2006/5 1.
[责任编辑:张新雷]
