时间：2023-03-22 17:41:54
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物理模型是指在进行物理科研或教学的过程，采用适当的方法对抽象的物理理论做简化处理，用一种能反应物质(现象)本质的理想化结构去描述实际的物质(现象)，这种理想化结构我们称之为“理想模型”[1]。因此，在高中物理的教学过程中，通过“物理模型”的建立，来帮助学生对物理知识产生更深刻的理解，不仅非常有利于更好学习物理这一门学科，还更有利于培养其创造性思维，对于物理教师来讲，也是提高物理教学质量不可多的的方法。
二、高中物理模型的建立方法
(一)围绕教学目标，精炼物理模型
建立物理模型最终是为教学目标服务的，而不是用来供学生观赏的一般艺术品。所以高中物理模型务必做到精炼，尽管一些旁枝末节的部分可能在客观上也是研究和学习对象本身的一部分，但之于本教学目标，并不能够起到促使学生认识物理现象本质的作用，物理教师应该在建立物理模型的时候删去这些不必要的环节，以更简单明了的形式，集中突出教学目标要求的知识范围即可。这样做的理由就在于，过于花俏的物理模型容易使学生的注意力偏移教学的主要目标，物理模型也就失去了本来意义。
(二)围绕本质理论，发掘模型作用
物理是一门基础的自然学科，所以从物理模型的定义来说，高中物理教学的终极目标是要帮助学生通过各种物理的现象去认识其本质，充分发掘物理模型的作用，让学生透彻理解事物或现象之间的关联因素和发生发展规律，加深对物理本质理论的理解，而不是仅仅停留在模型教学的表面现象。从这个意义层面来看，物理的模型教育如果不围绕本质理论，就可能会仅仅落个课堂上的三分钟热闹，而对学生的物理学习几乎帮助很小。
(三)围绕物理规律，避免失败模型
根据高中物理教学内容的不同，教师在建立物理模型的时候，应当做到有所侧重。比如某些物理模型，正如方法一所介绍的那样，应当突出体现事物或现象的主要因素；又比如某些物理模型，主要是针对某些常见且相对容易理解的物理现象，所以建立的物理模型也只需适当的模拟描述即可。但归根结底，无论建立什么样的物理模型，其依据必须是科学的，如果脱离了科学真理，就会成为一个失败的物理模型，不能用之于高中的物理教学。
三、高中物理模型在教学中的应用
(一)以概念模型强化概念理解
人们通过对客观事物或现象的观察，进一步产生主观的认知，反映到大脑里面，便形成了一般性的概念意识。和人所亲眼见到的事物或现象不一样的是，概念通常是对其本质属性进行理性化和抽象化加工处理后的存在，概念的正确和深刻与否，取决于和人脑中已有储存信息的关联程度[2]。而在高中的物理教学中，物理模型的建立一般也都是以概念为出发点，对教学中的物理理论建立理想化模型，撇开对研究对象不大或可忽略不计的影响，抓住主因，如此就更能够强化对其概念的理解。比如在气体和电荷相关的教学过程中，在学生很难理解其实质的情况下，一旦建立了理想气体和点电荷这样的概念模型，就可以提供给学生一种很非常有效的思维方式，理解也变的容易了许多。
(二)抓主要因素建立整体模型
整体模型就是把发生作用的关联物体当成一个整体的研究对象，抓住作用于整体的主要因素，而忽略单个对象某些局部次要的个因，从而把表面看似复杂的问题简单化。比如在动量守恒定律的教学中，我们在探讨两个物体发生碰撞的时候，就可以把两物体看成统一的整体，而把存在于个体的次要作用力如摩擦力忽略掉。建立整体模型，可大大简化多系统关联的物理现象。
(三)多角度考察建立分解模型
从某种意义上来说，针对不同的物理知识教学，分解模型与上面介绍的整体模型绝对不存在矛盾，而是说要具体问题具体分析，两种方法的运用应该是各得其所，相辅相成的关系。具体来说，分解模型就是把复杂的物理过程，进行多角度考察，将其整体发生发展过程从各个方向来逐一解读，从而化整为零，再以零求整，实现对整体现象的理解。举一个简单的例子就是平抛运动：在水平方向，由于惯性的作用，物体保持继续向前运动，在竖直方向，由于重力，物体表现为自由落体状态，综合起来，物体呈现的运动轨迹为曲线。通过建立分解模型，不仅使学生把难以理解的过程细化，而且更能培养其多角度思考问题的能力。
(四)用关联过程建立等效模型
等效模型往往是以概念模型为基础的，是通过对现象本质的认知，从而把两个看似不同的物理过程相互关联，其实他们在本质是都是基于同一物理规律或定律，所以，可以把表面复杂的物理现象或过程转化为已知相对简单的模型去理解。例如，在圆弧形光滑的轨道内做周期滚动的球体，通过关联后，我们就完全可以把它建立成与之等效的单摆模型。
(五)将学科交叉建立数学模型
其实这点是毋庸置疑的，长期以来，数学方法都是进行物理研究的常用工具之一，甚至可以说，数学方法在一定程度上支持着物理研究的发展[3]。所以在高中的物理教学中，通过建立数学模型，不仅有利于帮助学生分析物理现象，更有利于培养他们善于用数学方法来解决物理问题，特别是以后有可能从事物理理论研究工作的话，这样的方法尤为重要，所以有必要从高中的物理教学工作中就逐渐渗透此方面的意识。
四、结语
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。
软件开发过程包括需求分析，系统分析与设计，编码测试过程等。而构建复杂多变的系统，难度主要体现在需求分析过程。需求分析人员通过与用户沟通，获得详细全面的需求描述，即与系统相关的“问题域”；系统分析师需要理解用户想要的系统、评估权衡不同的解决方案，即与系统相关的“求解域”。面向对象的方法把“问题域”与“求解域”的建模活动合二为一。“问题域”首先被建模成一组对象和关系，然后系统用这个模型来表达它操纵的现实世界的概念。比如中煤平朔劳保物资发放系统中员工资金账户对象，就表示现实生活中，员工在领用劳保时专有的一个虚拟钱包；员工资金账户操作记录对象，表示劳保管理人员对员工的虚拟钱包存款或扣款。“求解域”也被建模为对象。面向对象中使用了数据抽象、信息隐藏或封装、继承和分段加工等，对象和类就是对现实世界的一种抽象，对象和类中封装了相关的属性和方法，通过对象与对象之间的信息交互，来实现软件的功能。UML（UnifiedModelingLanguage）统一建模语言，是一套优秀的面向对象建模设计语言。为系统分析设计提供模型架构。包括功能模型、对象模型、动态模型。中煤平朔劳保物资发放系统的系统分析与设计通过UML中的UseCase（用例图），Class框图（类图），和Sequence(顺序图)来实现。
二、系统建模
（一）功能模型开发软件的初期阶段，需求分析人员与用户经过反复地沟通，了解用户详细的需求，并且对需求的规格定义达成共识，落实到具体的文档形式。UML技术中的用例模型-Use管理二一四•十二企业管理Case（用例图）为解决建模问题提供了标准的可视化表示法和面向对象的建模语言。用例模型描述了系统的整体功能需求，使开发人员站在软件使用人员的角度，从系统宏观上理解系统的功能。以确保在后期开发中，真实系统不会偏离用户的需求。用例图主要是刻画整个系统功能和环境约束，它由一组用例、执行者、执行者与用例间的关系以及用例间的关系组成。一个用例就是系统一个功能单元。根据用户需求，确定系统的边界，中煤平朔劳保物资发放系统的外部执行者可分成四个角色(Actors)：系统管理员、卡务管理人员、采购计划管理人员、仓库管理人员，然后根据角色的使用功能确定用例。系统管理员是系统的全局角色，除执行基础数据管理以及其他角色的管理模块之外，还负责系统权限设置、系统数据备份和恢复、系统相关参数设置等。行政单位设置用例是企业内部按照等级划分和按照不同职责划分的各级部门基本信息的增加、删除和修改功能。工种设置用例是企业按生产劳动性质来划分的种类基本信息的增加、删除和修改。岗位设置用例是企业内部在特定的时间段内，由特定的人或小组所担负某项任务的组织基本信息的增加、删除和修改。员工岗位任职设置用例是在具体的岗位中指派特定的员工基本信息的增加、删除和修改。用例图同时划分了清晰的系统权限。岗位权限设置用例说明系统的权限由岗位来划分，不同的员工登录系统后，会根据其岗位权限来确定系统的使用权限。基础数据用例图如图1所示。卡务管理人员是在信息卡逐步代替手工单据、票据的制作、保管下应运而生的一类角色。卡务管理人员负责系统软件与卡信息的交互，即读取芯片卡内信息录入软件或将系统数据设置到芯片卡中。单位资金账户和员工资金账户是系统为企业内部开设的虚拟钱包，作为部门或员工领取劳保品的一种电子货币形式。单位资金往来明细和员工资金往来明细中记录了资金的存入和消费。采购计划管理员角色因物资的需求计划而设立。工矿企业的工种科目种类繁多、岗位职务分类复杂；员工领取劳保品的标准各不相同；并且物资类别丰富多样等诸多原因加大了制定物资需求计划的难度。物资类别用例和物资标准品种用例是采购计划管理员对物资的分类管理和别名管理。供应标准是企业根据一定的原则为员工领取劳保用品所指定的发放标准。供应标准明细用例和供应标准品种用例进一步说明了发放标准中的详细信息。采购计划管理员在设置特定的时间段内，根据员工的供应标准和供应标准明细生成领料计划及领料计划明细。采购计划用例图如图3所示。仓库管理人员负责入库、盘点、调库、发放，以及实时查看仓库库存和库存变动情况。系统管理员可以增设仓库信息，指派相应的仓库管理员。仓库管理员接收供货商的物资，执行入库操作。仓库管理员可以对仓库执行调库操作。可以实时查看库存情况，盘点库存的盈亏。在物资发放上仓库人员采取按计划发放和零售发放两种方式。库存、发放管理用例图如图4所示。用例描述模板描述了角色和系统交互的事件流。卡务管理员资金账户明细管理，包括添加、修改、删除三个用例描述。添加员工资金账户明细的用例描述，如表1所示。
（二）静态模型Class框图（类图）是UML建模中的一个基本要素，类图用于描述系统中类的静态结构，描述了类、接口、协作以及它们之间的关系。主要内容包括类、接口、协作、依赖（一个类使用另一个类）、泛化（一个类是另一个类的特殊化）、实现（一个类是另一个类的实现）和关联关系（彼此之间存在联系）。类的组成包括类的名称、类的属性和方法。图5和图6表示了基础数据类图和采购计划管理的类图，以及类之间的关联。行政单位是企业内部划分的主管部门，可以根据上下级别划分成二级行政单位和三级行政单位等；工种是根据劳动管理需要，以企业的专业分工和劳动组织基本状况为依据进行的划分；岗位是企业根据具体的劳动强度、劳动环境和技术要求而进行的划分，比如：同样是司机，对于170吨重型卡车司机和普通司机的技术要求是不同的，同时样是管钳工，对于井上管钳工和井下管钳工的作业环境、安全要求是大不相同的。不同的岗位就决定了福利、奖励的差异。供应标准及供应标准明细是企业为员工发放福利所制定的供应标准。供应标准依据是员工的岗位制定，企业还可以根据行政单位、工种、岗位供应类别及员工岗位任职来制定供应标准，这样就要求系统设计适应需求的变动。领料计划是由计划管理员定期制定的，包括计划的起始和结束时间，领料计划明细是根据领料记录信息与供应标准计算得出，包括物品的使用起始时间，使用结束时间，可领数量等。图7表示了卡务管理的类图。卡作为卡务管理中的核心部分，包含了卡的基本信息和卡的设置参数，以及卡的类型。卡的类型有两种：单位卡和个人卡。单位卡用于单位资金账户的操作，因此每个行政单位至少具备一个单位资金账户，单位资金账户明细反映了单位资金账户的上账记录和消费记录。个人卡用于员工资金账户的操作，每位员工至少具备一个员工资金账户，员工资金账户明细反映了员工资金账户的上账记录和消费记录。图8表示了库存、发放管理的类图。入库单、入库单明细反映了仓库库存的入库操作，出库单出库明细反映了仓库库存的出库操作，仓库库存反映了当前库存的实时情况。根据需求在实际发放中分为两种发放形式，一种是计划发放形式，另一种是零售形式。领料单反映了员工在某一阶段内的领料状态，领料单明细反映了某一阶段内该员工可以领用的物品及数量，领料记录反映了已经领用的信息。销售单销售明细反映了零售方式的员工领用情况。
（三）动态模型Sequence(顺序图)，描述的是参与者与对象之间的时间交互顺序。顺序图是对用例图的细化和扩展。参与者通过软件完成一项特定的功能，需要与相关的类产生交互，所有参与类都要产生自己的实例，并提供相应的方法，对象调用其他类的方法是按照时间顺序排序的，在图上是以从左到右的方向显示，同时每一次调用都要有反馈消息。图9表示了采购计划管理员生成某阶段的领用计划用例的系统工作顺序图。其中生成领用计划的是采购计划管理员。它首先向领料计划类对象发送生成计划消息，领料计划类对象通过调用自己的方法检查当前的计划是否已经生成，如果未生成，领料计划类对象会调用行政单位类的方法获取相关的行政单位信息，行政单位类对象调用岗位类方法获得相关的岗位信息，岗位类对象调用供应标准类的方法获得相关的供应标准信息；岗位类对象调用员工岗位任职类的方法获取相关的员工岗位任职，员工岗位任职类对象调用员工的方法获取员工的信息。根据供应标准信息为每个员工生成领用计划。
三、结束语
“服务型高校行政管理模式”的内涵可以通过以下四个方面分析，即管理观念、管理职能、体制结构和服务对象。首先，从管理观念角度分析。要将服务师生、服务教学的观念贯穿到日常的行政管理工作中，将教师和学生的角色从被管理者转变为服务的对象，强化“管理即是服务”的意识；其次，从管理职能角度分析。高校服务型行政管理职能的侧重点应体现在两个方面，即实现从权力型机关向责任型机关的转变，以及提升对服务职能的认识，摒弃行政本位，以教学科研为中心；再次，从体制结构角度分析。一方面，采用扁平的组织机构来代替传统的金字塔结构，合并职能相近的机关部门。另一方面，提高学校制度政策制定的参与性和民主化；最后，从服务对象角度分析。高校所具有的人才培养及教学科研的基本职能决定了高校行政部门服务的对象是学生和教师，因此，应以师生为本，为其创造良好的平台和环境，推动教育事业的发展。高校服务型行政管理模式归纳起来具有以下四个特征：
第一，强调服务意识。坚持“以师生为本”的理念，将服务视为学校管理模式的核心价值观和行政管理机构的首要职责，一切从师生的需求出发，为师生的利益着想，明确师生的主体地位和作用。在实际工作中，努力实现和维护好师生的根本利益，协调好各方面的利益关系，做到“教育以育人为本、以学生为主体，办学以人才为本、以教师为主体”。
第二，鼓励参与并及时回应。鼓励参与指的是在涉及有关学校发展与建设的问题上，服务型行政管理模式鼓励相关人员参与。学校决策不再仅由少数领导干部讨论决定，而是要广泛听取师生、家长及其他相关机构的意见与建议，让他们充分而自由地参与到学校决策中来；与鼓励参与相对应的是强调回应性。针对相关人员提出的意见和建议，建立科学有效的沟通回应机制，以保证畅通无阻的沟通与交流。
第三，体现公开与公正。在新时期高校服务型行政管理模式下，学校行政部门要及时将重要工作信息如学校重大决策、制度调整和管理活动向师生、家长及其他相关机构公布，做到管理的公开和公正。师生、家长等相关人员有权对学校的服务质量进行监督。
第四，倡导尊重与平等。服务型高校管理模式倡导尊重个体，强调平等。在日常行政管理工作中，管理人员要严格遵循勤奋务实的工作原则，努力与师生形成一种互相尊重、彼此平等的关系，营造和谐的工作氛围。在管理决策过程中，行政部门应充分考虑并积极维护师生员工的合法权益，使每位师生都能平等地享受学校资源，使学校教育发展的成果惠及全体师生。
二、目前中国高校行政管理的现状及存在的问题
近年来，在全国构建“服务型政府”的大背景下，高校行政管理工作的服务意识不断增强，行政管理体制改革不断向前推进，但由于中国高校始终没有完全摆脱传统的行政管理模式，时至今日仍然存在一些弊端和问题，主要表现在以下几个方面：
（一）管理机构过度膨胀
中国高校在内部管理上一直采用从学校、学院、教研室到教师这种自上而下层层管理的形式，即金字塔式的组织机构。这种科层制的组织机构会产生两个方面的负面影响：一是由于各部门功能不断细化和权限不断缩小使行政部门岗位越设越多，导致机构膨胀，行政效率不高。二是由于中国高校行政管理人员是按照政府机关的人员编制设置的，从科员到处级、局级逐级建构，每个部门至少有两到三名行政人员，随着行政机构的不断膨胀，行政管理人员的队伍也越来越大。
（二）管理制度不完善
一方面，缺乏实际有效的法律制度保障。中国现行的教育法律体系是自20世纪80年代开始建立的，以《中华人民共和国宪法》为基础，先后制订了《学位条例》、《义务教育法》、《高等教育法》等教育法律、法规，它们构成了中国现行教育法律制度的基本框架。但这其中及后续出台的相关法律法规涉及行政管理的内容较少且空泛，实际工作中难以参照执行，使行政人员在执行或决策中随意性增大，难以形成公开透明的制度环境。另一方面，很多高校忽视与行政管理制度联系密切的监督和信息反馈等民主制度建设，使得师生、家长及相关机构脱离了涉及高校重要决策制定的过程，不利于建立“以人为本”的新时期高校服务管理模式。
（三）管理机制不健全
首先，人才引进机制不完善。高校不仅需要有一支高水平的师资队伍，还要有一支高素质的行政管理队伍。从专业素质看，大多数行政管理人员都不是来自管理专业，没有经过系统的高等教育基础理论和现代高校管理知识的学习，不具备系统的知识理论框架，在日常工作中不讲方式方法，影响了工作效率。从年龄结构看，由于对高校行政管理工作仍保持着传统的认识，即科技含量低、创新空间小、自我提升慢等，专业青年人才不愿加入到这个队伍中来，致使整个行政管理队伍人才出现断层。其次，激励机制欠缺。目前，全国各高校发放工资、奖金、福利等大多是以科研成果来划分等级，由于工作性质原因行政人员不可能在科研方面有太多成果，因此获得奖励的机会很少，导致行政人员缺乏工作积极性，工作效率受到影响。
三、构建高校服务型管理模式的主要措施
解决传统高校行政管理模式中出现的问题，推动新时期高校服务型管理模式的建立，是中国高校内部管理体制改革的重要任务，具体要从转变管理观念、精简管理机构、完善体制机制三个方面入手。
（一）转变和提升服务理念
在全国构建“服务型政府”的大背景下，高校应开始转变并不断提升行政服务理念，将以人为本作为日常工作的出发点，将保证高校师生的利益作为工作核心，树立和维护以服务为根本、尊重与合作并存的理念，真正做到将为师生提供的便利化服务扩展到最大范围。坚持“以师生为本”的服务理念，需要行政管理人员在日常工作中具体做到以下两点：第一，明确定位，包括对自身的定位和工作对象的定位。行政管理人员应深刻理解高校行政管理工作的性质、职能和作用，摆脱自身官本位思想的束缚，站在服务者的角度协助师生处理好日常事务工作。第二，把握好思路和方法，寻求以师生为本的有效的高校行政管理工作方式方法，切实转变工作作风。
（二）精简机构
建立扁平式的组织结构科学合理的组织结构不仅搭建出了新时期高校服务型行政管理模式的主体框架，还为提高行政工作效率和服务质量打下了坚实基础。科学和合理的组织结构是指扁平式的组织结构，即改变传统多层级的金字塔式组织结构，减少过多的中间层行政部门和行政人员职位，使行政组织逐渐趋向简约化和扁平化。这种扁平式的组织结构具有管理层次少、管理成本低、管理跨度大、信息传递速度快且准确度高等特点，促进行政管理工作效率不断提高。
（三）建立并完善管理机制
物理模型是以实物或图画形式表达认识对象的特征。因此，物理模型具备实物或图画的形态结构与真实事物相似、本质非常接近，大小一般是按比例放大或缩小的特点。
二、物理模型建构在实际教学中的应用
1.模型建构活动是满足学生所需的一个理想课堂。
不久前笔者对所教学生学习生物学的现状进行了调查。经调查发现，学生心中理想的生物课堂是充满科学性、探究性、趣味性的课堂。而高中生物相较于初中生物理论性更强，涉及到遗传学、分子生物学、生物化学等方面的知识，很多理论抽象、晦涩，学生很难用已有的知识经验和感知想像去理解有关概念和理论体系，导致很多学生对生物的学习热情和兴趣大大降低。模型建构活动是能满足学生心理需求、发展需求的一个课堂。学生通过在模型建构活动中的主动参与，将在生物体中存在的结构或发生的抽象、晦涩、难以理解的生理变化通过所建构的模型直观呈现，在动手中不断思考、探索，最终在愉悦的心情中建构新的知识。
2.“遗传与进化”模块中适合进行物理模型建构活动的内容归纳。
笔者通过实践，总结出人教版生物教材必修二“遗传与进化”模块可进行建构物理模型活动的内容。
3.物理模型建构活动教学的实例及分析。
相对于传统电子商务线上与线下业务职能较为清晰的划分，全过程电子商务物流更加注重突破线上与线下的业务界限，将交易、物流等信息进行共享，并通过建立专门的物流服务中心来对各方物流资源进行整合，实质是为各方物流提供了与自身物流属性相匹配的信息配对服务，解决电子商务物流服务需求者与供应方的双向信息孤岛问题，提升要素资源的配置效率。通过一体式的信息管理系统，全过程电子商务物流还可以实现对于交易者、物流服务提供者的统一信誉资质认证功能，并以参与人保证金制度为依托，进一步将信息不对称造成的道德风险和逆向选择发生概率降至较低水平。从电子商务交易标的物的规模构成来看，B2B电子商务与B2C、C2C电子商务对于物流资源的需求存在一定差异，进行差异化交易与物流管理固然是较为妥协折衷的方案，然而却因人为分割商品资源属性而造成电子商务物流信息与供应链资源管理的混乱，而全过程电子商务物流可以有效解决此问题。以B2B电子商务物流发展为例，其对于物流稳定性、专业性、信息化程度以及可视化特性的要求均较高，包括浙江塑料城网上交易、阿里巴巴采购批发平台、欧浦钢网等国内B2B电子商务交易平台，均开始尝试利用全过程电子商务物流来应对B2B电子商务的较高发展需求，进而逐渐衍生出“物流模式变革引致因素”这一问题，对此，本文构建了全过程电子商务物流集成动力模型（如图2所示），将线上交易与线下物流界限清晰的传统电子商务物流向全过程电子商务物流转变的驱动力量分为内、外两个方面，其中内部驱动力量以电子商务相关创新元素为主，而外部力量则包括社会环境、技术以及理念变革等元素。
2全过程电子商务物流动力作用机理
由图2全过程电子商务物流动力模型可知，全过程电子商务物流的变革驱动是多方外部因素和电子商务自身发展、创新共同作用的结果，各种差异化元素具有不同的作用机理，具体来说：
2.1外部驱动力量（1）企业商品购销模式变革驱动。在电子商务发展初期，供应链上的企业购销活动往往采取分散和单一的交易模式，买卖主体对于实体市场的依赖程度远高于网络市场，而在全国性大宗商品网络化交易发展较为成熟的阶段，企业单一购销模式逐渐向追求效率、安全、便捷与集合竞价优势的一体化联合购销转变，因此对于具备标准化服务特征和一站式工作优势的全过程电子商务管理诉求日益高涨，企业开始以电子商务参与者和物流需求者的角色来驱动传统电子商务物流向全过程电子商务物流发展过渡。（2）创新理念和技术等因素的冲击。信息技术的飞速发展使得电子商务物流管控中的数字化特征愈发突出，云技术、大数据分析、物联网、激光镭射编码等电子科技与电子商务物流管理的结合，进一步突出了物流业务各环节互相打通、连线以及资源共享的需求特征，而先进的供应链管理思想则为全过程电子商务物流的推出与发展提供了及时的引导，外生技术冲击再一次显示了对于产业经济变革与微观业务流程重组的影响与作用能力，并与管理思想演绎互为依托，共同推进了电子商务物流管理的革新。（3）经济与法律等制度环境因素的影响。经济环境对于全过程电子商务物流的发展驱动主要体现在宏观经济走势与市场竞争激烈程度方面，电子商务物流由垄断竞争向寡头垄断发展的过程中，微观参与者通过构建竞争联盟而提升市场竞争力、控制交易成本的需求也会变得愈发强烈，而法律制度因素则渗透到电子商务物流的双边和多边诚信管理、安全约束等方方面面，只有统一化和集中化的电子商务物流平台建设，才能应对参与者的竞争联盟需求，同时迎合法律约束范围的经济安全特征。
2.2内部驱动力量（1）电子商务交易模式创新。在实货对接已经不能满足部分经济主体进行电子商务交易需求的背景下，具有金融衍生品特征的电子商务仓单交易模式近年来逐渐成为不可忽视的市场力量。通过建立完备的仓单标的物监督制度与保证金制度，可交易仓单电子商务模式获得迅速发展，然而，仓单交易所对应的现货在进入交割库后要求对其数量、品质以及监管控制都实现一体化管理，此时仅仅依靠传统电子商务平台物流资源系统很难满足这种要求，这为能够纳入外部企业和物流资源的全过程电子商务物流系统提供了较好的应用基础。（2）电子商务支付模式创新。作为电子商务流程中的核心环节，交易支付功能逐渐突破单一的功能模式，现金资源管理和资金调拨等“准银行”功能愈发突出，早期B2B电子商务的银行转账和票据支付途径也开始向第三方支付工具渗透，而B2C、C2C等依托第三方支付的电子商务模式也具有寻求创新支付的内在需求，基于电子商务物流资源一体化管理的全过程电子商务物流为支付创新提供了多样化的业务节点，以货易货、分期支付等在电子商务上的应用具备了一定的实践基础。（3）供应链融资模式的创新。在途资金滞压始终是困扰电子商务交易者的主要问题之一，买方和卖方主体均具有进行电子商务短期融资的内在需求，但是都面临着静态融资难和资金时效性差的难题，而基于供应链一体化的全过程电子商务物流管理则为电子商务参与者提供了基于供应链节点的动态融资平台，商流、资金流、物流以及信息流的一体化特征使得资金融通的风险更加透明，并实现了基于电商平台、物流节点和买卖双方的多方分散，供应链融资进一步由线下转移到线上，低成本，高效率。
3研究结论
关键词：房地产行业五力模型
据国家有关部门分析，我国房地产业的发展将出现四个变化：房地产业将从沿海向内地推进；在城镇体系中将由中心城市向其卫星城和小城市推进；中介服务、物业管理将快速发展；房地产业从数量增长型向数量、质量效益并重转化。随着WTO各项有关条款的兑现和落实，包括房地产业在内的我国经济各方面都将发生新的变化。国民经济的持续增长和居民消费结构的提升，为房地产业提供了高速发展的机会，也使房地产业面对着更加激烈的竞争。
波特五力模型理论
一个行业除了受到总体环境的影响外，还受自己特殊的行业环境影响。哈佛商学院的迈克尔·波特教授对竞争环境结构作了研究，提出了竞争的五种力量模型，即五力模型。波特认为五种竞争力量决定某一行业的吸引力。这五种力量是：进入者的威胁；替代产品的威胁；买方的讨价还价能力；供应商的讨价还价能力；现有竞争者的竞争能力。
五力模型是用来确定某一行业的竞争程度，其理论假设是行业获利能力不是由产品属性或产品的技术含量决定的，而是由行业的市场结构决定的。从战略形成的角度看，五种竞争力量共同决定行业的竞争强度和获利能力。但不同的行业或某一行业的不同时期，各种力量的作用是不同的，常常是某一种力量或两种力量起支配性作用，其它竞争力量处于较次要的地位。
房地产业五力模型分析
就房地产行业而言，该行业环境包括这样一组因素；新进入者的威胁、供应商讨价还价的能力、买方讨价还价的能力、替代品的威胁（在现有的条件下几乎不存在这种威胁，本文暂不予分析）及当前竞争对手之间竞争的激烈程度。它们直接影响到房地产行业和它的竞争行为。总的来说，这五个因素之间的互动关系决定了这个行业的利润能力。
（一）新进入者的威胁
1.进入障碍。加入WTO导致外资、外商进入我国房地产业的壁垒降低，从而对我国房地产发展商构成极大威胁。由于对所有外来企业实行国民待遇，国外房地产企业及其相关联的建筑安装、中介服务企业以及金融、保险机构将大举进军中国，市场竞争机制的全面引进，将给国内企业带来前所未有的压力。对大多数企业来说，由于缺乏市场竞争力和规模扩张力，势必被迫退出房地产市场，而更大的市场分额可能被外资、外商所拥有。这对多数发展商来说，不只是一种挑战，而是面临十分严重的生存危机。
2.产品差异化。随着时间的推移，顾客会渐渐相信一个企业的产品是独特的。这种认知会给企业带来进一步服务的机会，使广告变得有效，企业也将可以领先其他公司向顾客提品和服务。通常新进入者要分配很多资源用于消除顾客对原先产品的忠诚，它们经常采用更低的价格相抗衡，随之企业利润相应减少。我国房地产业中的各个企业，不管是新加入者还是在位竞争者，采用差异化都尤为重要，而要实现差异化战略，企业需要付出相当的努力。房地产企业要想在竞争中脱颖而出，强化特色经营是必由之路，同样的商品，附加不同的服务其特色就不一样，对顾客的吸引程度也就不一样。特色的商品再加上特色的服务，比较优势就转化为竞争优势，或进一步转化为企业的核心竞争力。
3.资本要求。在新的行业竞争，要求企业有足够的资源投入。即使新的行业很有吸引力，企业也可能没有足够的资本成功进入市场，寻求合适的市场机会。而房地产业就是这样的企业，它要求企业有足够、大量的资源投入，否则要进入房地产业也是很困难的。
4.政府政策。国家对房地产业的运行与操作规则给予了相应的规定，作为新进入者要密切关注政府的政策法规，从中权衡轻重，依政策办事。
（二）供应商讨价还价的能力
我国的住宅产业是一个巨大的市场，无论是国外的房地产开发商，还是材料、产品的供应商，都密切关注这一市场。当关税降低之后，外国木材进口量将加大，用于住宅建设，房地产开发过程中使用大量建材（如钢筋）、机电产品（如空调、电梯）和卫生洁具，随着关税的降低和各类进入产品限制条件的放宽，国外产品将大量充斥国内市场，并对国内产品产生巨大冲击，首当其冲的就是导致国产商品的价格下降。单就房地产产业来说，这或许是有利的。
（三）买方讨价还价的能力
企业作为供给方，总是想方设法提高价格，而买方会尽量压低价格。目前我国的房地产市场是需求远远大于供给。再加之在我国收入分配的特点上，我国财富分配贫富悬殊，并且财富集中在少数人手里，开发商看准的是这些人的需求。因此我国房地产市场偏向档次高的客户，普通的低档房盖得很少，即便盖了低档房，也很难卖出，低收入者无能力买。这些原因决定了买方的讨价还价能力相对于开发商来说是较弱的。
（四）当前竞争对手之间竞争的激烈程度
行业内的企业相互制约，一个企业的行为必然会引发竞争反应。因此，企业为了追求战略竞争力和超额利润，必然积极投身竞争。如果某企业受到挑战，或者有一个显著的改善市场地位的机会，本行业内激烈的竞争行为就不可避免。同一行业中的企业很少有完全相同的，他们在资源和能力方面各有不同，并努力使自己与竞争者不同。通常地，企业会在顾客认为有价值的、企业拥有竞争优势的方面，努力使自己的产品与有竞争能力者的不同。价格、质量和创意等都是展开竞争的主要方面，当然不同的行业展开竞争的方面不同。
1.同行企业的数量。有很多公司参与竞争的行业，竞争通常很激烈。但在另一方面，一个行业如果只有几个规模和力量相当的企业，也会有竞争。房地产行业应该就属于后者。一般情况下，某地房地产行业都是由房地产市场上几个巨头垄断着，那么或许能够把成本领先和差异化融合在一起的能力，对于维持企业竞争优势是至关重要的。与单纯依赖某一主导战略的企业相比，能够成功地执行成本领先与差异化战略整合的企业，会处于一种更加有利的位置。
2.行业增长程度。当一个市场正在成长的时候，企业会尽量将资源用在有效地满足不断扩充的顾客群的需要上。在成长的市场中，企业有相对少的压力去竞争对手那里争夺顾客。房地产业市场处于成长之中，在争夺顾客方面的压力相对较小。竞争的压力往往来自于楼盘的位置、环境、设计、物管，当然也有价格。不同收入水平的人对这几个的因素偏好不同，由此来决定自己的选择。
3.高额固定成本。房地产是个特殊的行业，它的“产品”就是固定资产，耗资大，风险大。一般而言，这一点阻止了进入此行业的企业的数量，使得该行业相对其他行业竞争程度小。
4.高的退出成本。房地产业的特殊性决定了，一旦进入这个行业，特别是已经开始进行房地产开发，如果想半途而退，成本是相当大的，人、财、物已经投入，真正的“产成品”还没有出来，这是个两难的境界。如经常看到的“烂尾楼”，就是这种情况，原因是多方面的。要想尽量避免这种事情的发生，就要进行周密的开发前的可行性分析与规划。
通过对房地产五种力量的分析，投资主体应该能够对该行业的吸引力做出判断，看是否有机会获得足够的甚至超常的投资回报。一般来说，竞争力量越强，行业中的投资者能够获得的回报就会越低。相反，有吸引力的行业通常具有高的进入障碍，供应商和买方没有什么讨价还价能力，替代品的竞争很弱，竞争对手之间的竞争程度中等。从文中对房地产业的五力模型分析可知，房地产业是一个十分有吸引力的行业，这也是房地产业成为热点原因所在。
参考文献：
