圖學(xué)在人類(lèi)文明進(jìn)展中的作用研究

楊道富， 楊 鵬

（1. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；2. 武漢大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072；3. 黃河水利委員會(huì)河南河務(wù)局，河南 鄭州 450003）

圖學(xué)在人類(lèi)文明進(jìn)展中的作用研究

楊道富1， 楊 鵬2,3

（1. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；2. 武漢大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072；3. 黃河水利委員會(huì)河南河務(wù)局，河南 鄭州 450003）

世界5大文明中心古老的文字都起源于圖，圖在人類(lèi)文明進(jìn)展中起很大作用并占重要地位。論述了古漢語(yǔ)象形文字、古埃及象形文字、古印度印章象形文字、中美洲瑪雅象形文字、蘇美爾楔形文字等世界文明中心文字的起源與圖的關(guān)系。認(rèn)為圖學(xué)在人類(lèi)文明進(jìn)展中的核心作用是由“靈魂、主體、精髓、基礎(chǔ)”構(gòu)成的。物質(zhì)形態(tài)與宇宙同生并存，圖學(xué)具有敘述蒼穹變化規(guī)律、承載人類(lèi)文明信息、展示人類(lèi)創(chuàng)新文明的重要功能。圖學(xué)發(fā)展伴隨著人類(lèi)文明的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，當(dāng)代圖學(xué)要真正承擔(dān)起認(rèn)識(shí)世界、傳承文明、創(chuàng)新理論、咨政育人、服務(wù)社會(huì)、創(chuàng)新文化的神圣職責(zé)。

圖；圖學(xué)；文字起源；文明進(jìn)展；核心價(jià)值

在人類(lèi)文明的啟蒙時(shí)期，由于語(yǔ)音文字的匱乏，世界5大文明中心古老的文字都起源于圖或形（如象形文字），所以圖形符號(hào)占據(jù)文字的重要地位?！肮胖畬W(xué)者，為學(xué)有要；置圖于左，置書(shū)于右；索象于圖，索理于書(shū)”，素有“圖書(shū)圖書(shū)，左圖右書(shū)。地理之學(xué)，非圖不明?！盵1]圖與文分別為人類(lèi)文明進(jìn)展兩翼的說(shuō)法。君“若欲成天下之事業(yè)，未有無(wú)圖譜可行于世者”?！吨芤住は缔o》提出：“書(shū)不盡言，言不盡意，然則圣人之意其不可見(jiàn)乎?子曰：圣人立象以盡意?！盵2]可見(jiàn)圖與圖學(xué)之重要。在人類(lèi)文明的進(jìn)展中，圖與圖學(xué)的貢獻(xiàn)不亞于文學(xué)與數(shù)學(xué)，是人類(lèi)文明進(jìn)展的重要組成部分。

特別是近代以來(lái)，圖學(xué)隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、建筑等科學(xué)技術(shù)的需要，其得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且形成了圖學(xué)自己的理論體系。圖學(xué)中的工程圖是產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制造的重要載體，是產(chǎn)品信息的策劃、構(gòu)思、表達(dá)和傳遞的主要媒介，在機(jī)械、土木、建筑、水利、航海、航天、軍事、園林等領(lǐng)域的技術(shù)工作和管理工作中，工程圖是各行業(yè)、企業(yè)、專(zhuān)業(yè)的靈魂，被譽(yù)為“世界工程界的語(yǔ)言”。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，圖學(xué)有了質(zhì)的飛躍。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化、真實(shí)感圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、圖形圖像融合技術(shù)、先進(jìn)建模及仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)及動(dòng)漫制作系統(tǒng)、3D打印[3]產(chǎn)品制造技術(shù)等已得到廣泛應(yīng)用。特別是3D打印技術(shù)，是從去除材料加工到增加材料加工的跨越式發(fā)展，將是制造業(yè)新的一次工業(yè)革命。充分展示了圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的重要作用。

隨著時(shí)間的推移，相關(guān)技術(shù)的不斷改進(jìn)和新技術(shù)的投入應(yīng)用，可以預(yù)測(cè)，現(xiàn)代圖學(xué)技術(shù)必將臻于完善，并被廣泛地運(yùn)用到科學(xué)研究、航海、航天、軍事裝備、工程設(shè)計(jì)、藝術(shù)動(dòng)漫、生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域之中，成為人類(lèi)征服自然、探索未來(lái)的重要工具[4]。相應(yīng)的圖學(xué)發(fā)展必將呈現(xiàn)出蓬勃生機(jī)，對(duì)人類(lèi)文明的創(chuàng)新發(fā)展做出更大地貢獻(xiàn)。

物質(zhì)形態(tài)與宇宙同生并存，圖學(xué)具有敘述蒼穹變化規(guī)律、承載人類(lèi)文明信息、展示人類(lèi)創(chuàng)新文化的重要作用。圖與書(shū)、詩(shī)、畫(huà)成為研究人類(lèi)文明進(jìn)展、創(chuàng)新、實(shí)踐規(guī)律的載體，持續(xù)不斷地記錄著人類(lèi)文明進(jìn)展的印跡。圖學(xué)教育也伴隨著人類(lèi)文明的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，生命不息圖學(xué)教育不止。研究現(xiàn)代圖學(xué)的進(jìn)展，探討各類(lèi)專(zhuān)業(yè)圖學(xué)正確、清晰、完整、簡(jiǎn)潔的表達(dá)手段很必要。文字源于圖，數(shù)也源于圖。文字是人類(lèi)表達(dá)意圖、交流思想的工具；數(shù)字是核定、計(jì)算事物存量的工具；圖是表達(dá)形態(tài)、展示結(jié)構(gòu)、核定尺度、推理計(jì)算的工具。圖學(xué)的作用是人類(lèi)文明的重要組成部分。

1 圖與形是世界文字的起源

文字是人類(lèi)文明的載體之一，世界文字經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程，文字的起源是多因素的、復(fù)雜的，文字的發(fā)展是漸進(jìn)的?！笆澜绻盼拿髦行模醋罟爬系奈幕l(fā)源地）共有5處：①我國(guó)古代的黃河中下游；②尼羅河流域的古埃及；③印度河流域西北部的古印度；④底格里斯河與幼發(fā)拉底河間的美索不達(dá)米亞古文明中心；⑤以秘魯、墨西哥高原，尤卡坦半島為中心的美洲印第安古文明中心?！?前4個(gè)文明中心都位于北緯 30°～40°的亞熱帶和溫帶的大河流域，文明均沿河流產(chǎn)生、布局、擴(kuò)大影響和傳播。美洲印第安古文明中心沿大西洋東海岸線(xiàn)傳播。這5個(gè)世界古文明中心的歷史顯現(xiàn)出他們古老的文字均起源于圖。

1.1 圖與形是中國(guó)早期漢字象形文字的起源

古代的黃河中下游是中國(guó)漢字早期象形文字的發(fā)源地。漢字最早的刻畫(huà)符號(hào)出現(xiàn)在河南舞陽(yáng)賈湖遺址，距今已有 8000多年的歷史。六書(shū)指漢字的6種構(gòu)造條例：象形、指事、形聲、會(huì)意、轉(zhuǎn)注、假借，是后人根據(jù)漢字的形成所作的整理，其中象形、指事、會(huì)意、形聲主要是“造字法”，轉(zhuǎn)注、假借是“用字法”。六書(shū)之首是象形文字，是中國(guó)純粹利用圖形來(lái)做文字使用的，是最早用筆畫(huà)線(xiàn)條勾繪的、表達(dá)物體形狀特征的字。例如：“日月水火，山石田土，魚(yú)草馬門(mén)”等象形文字，如圖1所示[5]。彰顯了圖與形對(duì)中華文明進(jìn)展的基礎(chǔ)作用和助推功能。

圖1 古漢字象形文字

1.2 圖與形是古埃及象形文字的起源

古埃及象形文字，自公元前 3500年起逐漸形成，一直使用到公元2世紀(jì)，古埃及象形文字由30個(gè)單音字、80個(gè)雙音字和50個(gè)三音字組成。古埃及象形文字是表形、表意和表音相結(jié)合的文字，不僅其表形來(lái)源于象形的圖形，而且其意符和聲符都來(lái)源于象形的圖形，如圖2所示[6]。古埃及文字又演化成英語(yǔ)字母，古埃及文明同樣是起源于圖與形。

圖2 古埃及象形文字

1.3 圖與形是古代中美洲瑪雅文字的起源

中美洲瑪雅文字大致形成于公元前最后幾個(gè)世紀(jì)，是象形文字和聲音的聯(lián)合體，瑪雅文字類(lèi)似漢字，塊體近似圓形或橢圓形。字符的線(xiàn)條也隨圖形起伏變化，圓潤(rùn)流暢。字體有幾何體和頭字體兩種，還將人、動(dòng)物、神的圖案結(jié)合組成全身體?，斞欧?hào)的外形很像小小的圖畫(huà)，如圖3所示[7]。顯示了中美洲瑪雅文字是起源于圖的，并逐步進(jìn)化、發(fā)展成現(xiàn)在的瑪雅文字。

1.4 圖與形是古代印度河流域印章文字的起源

古代印度河流域的文字，起源于公元前 2000多年，多數(shù)刻制在象牙、銅、石頭或陶土的印章上，稱(chēng)為印章文字。到目前為止，共發(fā)掘這種文物2500多枚，文字符號(hào)500余個(gè)，歸納出來(lái)的基本符號(hào)有22個(gè)，基本符號(hào)都是象形的，符號(hào)一般用直線(xiàn)條組成，字體清晰。因?yàn)榇嬖诒硪艄?jié)和重音節(jié)符號(hào)，所以被認(rèn)為是向字母文字過(guò)渡的演化文字，如圖4所示[8]。說(shuō)明古代印度河流域文字也是起源于圖、并以圖或形為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。

圖3 中美洲瑪雅象形文字

圖4 古印度印章象形文字

1.5 圖與形是蘇美爾的楔形文字的起源

在公元前3000年左右， 蘇美爾人用泥板通過(guò)圖畫(huà)的形式記錄賬目，在約 2000年間楔形文字一直是美索不達(dá)米亞唯一的文字體系。蘇美爾的楔形文字(cuneiform)，來(lái)源于拉丁語(yǔ)，是cuneus（楔子）和 forma（形狀）兩個(gè)單詞構(gòu)成的復(fù)合詞。楔形文字也叫“釘頭文字”或“箭頭字”。蘇美爾人的楔形文字，采用削成三角形尖頭的木棒、骨棒或蘆葦棒當(dāng)筆，在潮濕的、黏土制作的泥板上刻畫(huà)符號(hào)和寫(xiě)象形文字，因字體筆畫(huà)自然形成楔形，而稱(chēng)為楔形文字，如圖5所示[9]。蘇美爾的楔形文字同樣是起源于圖與形。

圖5 蘇美爾楔形象形文字

綜上所述，古代黃河中下游的象形文字、古埃及象形文字、古印度印章文字、瑪雅象形文字、蘇美爾人的楔形文字等，均說(shuō)明早期人類(lèi)古文明進(jìn)展中多數(shù)文字起源于物質(zhì)形態(tài)的圖與形，是以圖與形為載體和途徑對(duì)人類(lèi)文明的創(chuàng)造、更新、進(jìn)化、傳承、延續(xù)的。

2 圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展起核心作用

人類(lèi)的文明進(jìn)展，在長(zhǎng)期更替、演化的歷史過(guò)程中，經(jīng)過(guò)艱苦地探索、認(rèn)識(shí)和實(shí)踐，形成了以圖學(xué)為核心價(jià)值作用的觀念。圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展所起的引領(lǐng)作用和主導(dǎo)作用就是其核心價(jià)值體系，是由“靈魂、主體、精髓、基礎(chǔ)”構(gòu)成[10]。

2.1 圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展起核心作用的靈魂

圖學(xué)展示人類(lèi)文明進(jìn)展的意象和人類(lèi)文明研究的指導(dǎo)思想，是以圖學(xué)為核心作用的人類(lèi)文明的靈魂。象形文字的形成過(guò)程，顯示了圖學(xué)是人類(lèi)文明進(jìn)展的靈魂。以圖學(xué)為載體策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、引領(lǐng)各個(gè)行業(yè)、專(zhuān)業(yè)發(fā)展的方向，在人類(lèi)文明的形成、進(jìn)化、傳承、與延續(xù)的過(guò)程中，占主導(dǎo)地位、起引領(lǐng)作用。通過(guò)圖學(xué)研究的理論創(chuàng)新、圖形鑒審、文明駕馭、信息優(yōu)化、審美選擇和學(xué)者導(dǎo)向來(lái)彰顯圖學(xué)的主體理念。同時(shí)，圖學(xué)客觀上要根植于某行業(yè)、專(zhuān)業(yè)的學(xué)科前沿。例如：工程圖作為構(gòu)思設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工中的信息載體，在機(jī)械、土木、建筑、水利、航海、航天、軍事等領(lǐng)域起到規(guī)范行為和建立秩序的重要作用，起到“一圖領(lǐng)全局、一圖勝千言”甚至圖是不可替代的核心作用。圖學(xué)的主體和客體理念構(gòu)成人類(lèi)文明以圖學(xué)為核心作用的靈魂。

2.2 圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展起核心作用的主體

圖學(xué)研究成果對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展的引導(dǎo)力、凝聚力和學(xué)者向心力形成人類(lèi)文明繁榮的共同理想，是以圖學(xué)為核心作用的人類(lèi)文明的主體。理想是基于現(xiàn)實(shí)又要超越現(xiàn)實(shí)的希望和愿景，通過(guò)規(guī)劃圖和設(shè)計(jì)圖寄托著人類(lèi)未來(lái)的向往和追求，通過(guò)工藝流程圖、邏輯程序圖、示意圖引導(dǎo)人們的行為走向、實(shí)現(xiàn)人類(lèi)文明的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家這個(gè)共同理想，一切有利于以圖學(xué)發(fā)展的方法、措施、行為、思想、精神的內(nèi)涵和外延條件，都應(yīng)當(dāng)?shù)玫桨l(fā)揚(yáng)、繼承、創(chuàng)新、研究和保護(hù)。

2.3 圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展起核心作用的精髓

圖學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展創(chuàng)新的職業(yè)精神和學(xué)者科研成果領(lǐng)先的時(shí)代精神，是以圖學(xué)為核心作用的人類(lèi)文明的精髓。圖學(xué)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的職業(yè)精神是在長(zhǎng)期實(shí)踐中形成的理念、意識(shí)、心理、品格、氣質(zhì)的總和。是人類(lèi)文明發(fā)展生生不息、屆屆相傳的精神血脈，是圖學(xué)研究團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)風(fēng)氣最本質(zhì)、最集中的體現(xiàn)。創(chuàng)新是一個(gè)民族文明的靈魂，是學(xué)者不斷追求的目標(biāo)，其科研創(chuàng)新、成果領(lǐng)先是圖學(xué)學(xué)科發(fā)展不竭的動(dòng)力。圖學(xué)學(xué)科創(chuàng)新的職業(yè)精神和學(xué)者科研成果的時(shí)代精神相互交融，深深熔鑄在圖學(xué)學(xué)科的生命力、創(chuàng)造力和凝聚力之中，深深熔鑄在圖學(xué)創(chuàng)新的核心價(jià)值作用之中，這是圖學(xué)起核心作用的人類(lèi)文明的精髓。

2.4 圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展起核心作用的基礎(chǔ)

對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展研究的圖學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的組成結(jié)構(gòu)、整體水平和綜合素質(zhì)，是以圖學(xué)為核心作用的人類(lèi)文明的基礎(chǔ)。人類(lèi)群體的綜合素質(zhì)和整體水平是通過(guò)學(xué)歷教育、繼續(xù)教育、自身修養(yǎng)、文化習(xí)慣、教育感化等起作用的。大力發(fā)展對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展相關(guān)的圖學(xué)科研團(tuán)隊(duì)、學(xué)者群體、社會(huì)需求、互利共贏的新型合作關(guān)系。站在對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展本身利益的立場(chǎng)上，擴(kuò)大科研和科普工作，通過(guò)教師和學(xué)生競(jìng)賽，促進(jìn)圖學(xué)科研團(tuán)隊(duì)、學(xué)者群體、社會(huì)需求、可持續(xù)發(fā)展的良好風(fēng)氣的形成，這是以圖學(xué)為核心作用的人類(lèi)文明的基礎(chǔ)。

綜上所述，圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展的“靈魂、主體、精髓、基礎(chǔ)”4個(gè)方面的作用，是圖學(xué)發(fā)展意識(shí)形態(tài)的最重要部分，揭示了圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展的核心作用，凝聚了在建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家中圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展信息的收集、傳輸、加工、存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)豐富的內(nèi)涵和外延的精華。用圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展的作用，引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展，凝聚高水平學(xué)者，這是強(qiáng)國(guó)之道的基石和建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的支柱。

3 圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的作用

現(xiàn)代圖學(xué)技術(shù)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，以其先進(jìn)的手段、強(qiáng)大的功能、方便的操作、宜人的需求在各個(gè)領(lǐng)域中得到迅速的開(kāi)發(fā)和廣泛的應(yīng)用[11]。圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的作用幾乎無(wú)處不在、普遍涉及、浩如煙海，現(xiàn)在列舉圖學(xué)發(fā)展的 6個(gè)最新成果，推論、延伸圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的重要作用。

3.1 科學(xué)計(jì)算可視化在未來(lái)能使科學(xué)現(xiàn)象圖視化

科學(xué)計(jì)算可視化(visualization in scientific computing)是對(duì)科學(xué)計(jì)算取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理或三維圖形顯示，并可通過(guò)交互地改變參數(shù)，來(lái)觀察計(jì)算結(jié)果的全貌及其變化[12]。其核心作用是將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像。例如標(biāo)量、矢量、張量的可視化，流場(chǎng)的可視化，數(shù)值模擬及計(jì)算的交互控制，海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理及傳輸，圖形及圖像處理的向量及并行算法等[13]。將大數(shù)據(jù)存于云端，可視化用于日常生活、辦公使用的手機(jī)和電腦上，改變了未來(lái)文明社會(huì)的生活、管理、工作、出行方式?？茖W(xué)計(jì)算可視化技術(shù)最終提交的成果是以圖形為載體顯示出來(lái)的直觀效果，對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展具有重要作用，如圖6所示。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)能使訓(xùn)練模擬實(shí)景化

圖 6 風(fēng)速計(jì)算可視化

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality, VR)也稱(chēng)靈境技術(shù)，未來(lái)廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)學(xué)、教育、科研等多個(gè)科技領(lǐng)域，被公認(rèn)是未來(lái)影響人們生活乃至人類(lèi)文明進(jìn)展的重要技術(shù)之一[14]。首先利用計(jì)算機(jī)生成一個(gè)關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的三維空間的虛擬世界，然后讓參與者有身臨其境的感覺(jué)。其涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，逼真的三維空間，以人們習(xí)慣的能力和方法，對(duì)這個(gè)虛擬世界進(jìn)行客觀的觀察、體驗(yàn)、控制甚至分析，進(jìn)行實(shí)景體驗(yàn)。對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明主要有以下應(yīng)用：①虛擬演示教學(xué)系統(tǒng)；②虛擬實(shí)驗(yàn)室；③模擬訓(xùn)練；④數(shù)字化校園；⑤遠(yuǎn)程教學(xué)。其中僅軍事模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中就有：作戰(zhàn)指揮、衛(wèi)星通信、船舶輪機(jī)、航海訓(xùn)練、航空訓(xùn)練、軍事交通運(yùn)輸、激光發(fā)射、后勤保障模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等[15]。VR使軍事模擬訓(xùn)練的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、監(jiān)控、糾偏、反饋等都非常容易，且經(jīng)濟(jì)安全。VR是以圖為載體對(duì)未來(lái)行為流程、操作控制、顯示實(shí)景的導(dǎo)向過(guò)程。

3.3 建筑信息模型（BIM）技術(shù)在未來(lái)能使建筑產(chǎn)品形態(tài)數(shù)字化

建筑信息模型(building information modeling, BIM)是數(shù)字化建模新技術(shù)[14]，是未來(lái)建筑文明的基礎(chǔ)。具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性5大特點(diǎn)，如圖7所示。因?yàn)榻ㄖ畔⒌膮f(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化等都建立在可視化的圖形基礎(chǔ)上，所以BIM技術(shù)對(duì)未來(lái)人類(lèi)建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)的文明進(jìn)展起到重要的作用。

圖7 基于BIM的運(yùn)行系統(tǒng)圖

3.4 同步建模技術(shù)在未來(lái)能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改體驗(yàn)動(dòng)態(tài)化

同步建模技術(shù)是在參數(shù)化、特征化建模技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新興的、非常靈活的三維建模技術(shù)[15]。在未來(lái)工程設(shè)計(jì)中，同步建模技術(shù)合并了尺寸驅(qū)動(dòng)和約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)的精華，實(shí)現(xiàn)全面控制和可重復(fù)性，具有直接建模的靈活性?？梢詫?duì)模型的表面形態(tài)直接修改，也可以對(duì)其他系統(tǒng)生成的無(wú)約束模型進(jìn)行編輯，系統(tǒng)實(shí)時(shí)地、自動(dòng)地識(shí)別模型的幾何條件。未來(lái)同步建模技術(shù)不僅可以用于零件建模還可應(yīng)用于裝配建模。同步建模技術(shù)對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展的作用有4點(diǎn)：①快速捕捉設(shè)計(jì)意圖；②快速修改設(shè)計(jì)變更；③提高多CAD環(huán)境下的數(shù)據(jù)兼容率；④提供新用戶(hù)的體驗(yàn)。產(chǎn)品零件建模、裝配建模的設(shè)計(jì)與修改，在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地識(shí)別糾正過(guò)程，是以圖學(xué)為平臺(tái)且載體展示，彰顯了圖學(xué)在未來(lái)設(shè)計(jì)領(lǐng)域文明操作中將起重要作用。

3.5 真實(shí)感和裸眼三維圖形顯示技術(shù)在未來(lái)能使意向構(gòu)思實(shí)景化

真實(shí)感圖形顯示技術(shù)和裸眼三維圖形(3D)顯示技術(shù)。未來(lái)綜合利用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他科學(xué)知識(shí)在計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備上生成象彩色照片那樣的具有真實(shí)感的圖形[16]。該技術(shù)通過(guò)建模，將三維轉(zhuǎn)為二維平面透視投影圖，確定場(chǎng)景中的可見(jiàn)面，賦予物體在場(chǎng)景中的顏色，最終生成圖形。再通過(guò)分光使得有視差的圖像分別進(jìn)入左右眼球來(lái)形成三維效果。對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明的貢獻(xiàn)是將設(shè)想、構(gòu)思、意念“立象以盡意”，通過(guò)圖形顯示技術(shù)達(dá)到裸眼三維圖的效果展示，起到助推未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展的作用。

3.6 材料增成制造技術(shù)在未來(lái)能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)快捷化

最新發(fā)展的材料增成制造技術(shù)(也稱(chēng)3D打印或3D printing)[17]，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料粉末、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終，疊加成型、生產(chǎn)制造出產(chǎn)品的方法。

由于傳統(tǒng)的零件切削加工屬于“去材制造”，所以3D打印相對(duì)的入典名稱(chēng)應(yīng)該定義為“增材制造”，這種技術(shù)應(yīng)該叫“材料增成制造技術(shù)”。其對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展的貢獻(xiàn)是無(wú)需將空間構(gòu)思的產(chǎn)品繪制成二維平面設(shè)計(jì)圖紙，不需要模具鑄胚或機(jī)械切削加工，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的三維立體部件并制造出來(lái)，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。例如：機(jī)器零件、建筑模型、生活設(shè)施、軍事裝備、人體器官、工藝美術(shù)品等都可以通過(guò)3D打印技術(shù)制造出來(lái)，被視作第三次工業(yè)革命。它不僅改變生產(chǎn)加工產(chǎn)品的方式，而且會(huì)改變?nèi)祟?lèi)生活思維模式。高精度配件通過(guò)3D打印設(shè)備制造將是非常有潛力的市場(chǎng)。例如軍事設(shè)施上的某些零部件需求量少、精度要求高、需要時(shí)間緊迫，是最理想的方法。材料增成制造技術(shù)對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展起重要作用，已經(jīng)生產(chǎn)出的產(chǎn)品如圖8所示。

綜上所述，表明圖學(xué)對(duì)未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展起重要作用，是其他學(xué)科高度依賴(lài)甚至無(wú)法取代的學(xué)科。

圖8 利用3D技術(shù)打印的產(chǎn)品

4 圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的學(xué)科地位分析

圖學(xué)在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中起著巨大的作用，它應(yīng)該是一門(mén)科學(xué)，在學(xué)校應(yīng)該有一門(mén)學(xué)科。高等學(xué)校是認(rèn)識(shí)世界、傳承文明、創(chuàng)新理論、咨政育人、服務(wù)社會(huì)、創(chuàng)新文化的場(chǎng)所，我國(guó)本科教育專(zhuān)業(yè)設(shè)置按“學(xué)科門(mén)類(lèi)”、“學(xué)科大類(lèi)(一級(jí)學(xué)科)”、“專(zhuān)業(yè)(二級(jí)學(xué)科)”3個(gè)層次來(lái)設(shè)置。

按照國(guó)家1997年頒布《授予博士、碩士學(xué)位和培養(yǎng)研究生的學(xué)科、專(zhuān)業(yè)目錄》[11]，將學(xué)科分為哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍事學(xué)、管理學(xué)12大門(mén)類(lèi)，每大門(mén)類(lèi)下設(shè)若干一級(jí)學(xué)科。例如：理學(xué)門(mén)類(lèi)下設(shè)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等12個(gè)一級(jí)學(xué)科。在2011年8月下旬，藝術(shù)學(xué)首次從文學(xué)門(mén)類(lèi)中獨(dú)立出來(lái)，單列為一個(gè)學(xué)科門(mén)類(lèi)，考研學(xué)科門(mén)類(lèi)將從原先的12個(gè)增加到13個(gè)[18]。

歸納各類(lèi)學(xué)科門(mén)類(lèi)的定義，統(tǒng)計(jì)圖學(xué)在各類(lèi)學(xué)科中占的比例，通過(guò)分析得知，圖學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)展做出了重要貢獻(xiàn)，如表1所示。

為了規(guī)范圖形表達(dá)方法、制訂圖學(xué)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、研究圖學(xué)信息生成、傳輸、儲(chǔ)存的方法，探討展示宇宙空間事物形象、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中達(dá)到一圖勝千言、以圖為主體表達(dá)的目的，建議圖學(xué)也盡快獨(dú)立出來(lái)，成為一個(gè)新學(xué)科門(mén)類(lèi)，能培養(yǎng)博士、碩士學(xué)位研究生，有圖學(xué)職稱(chēng)體系的專(zhuān)家教授，以便提高圖學(xué)人才隊(duì)伍在未來(lái)人類(lèi)文明進(jìn)展中的學(xué)術(shù)地位。

表1 相關(guān)學(xué)科門(mén)類(lèi)及圖所占的比例

5 結(jié) 束 語(yǔ)

應(yīng)該確信圖學(xué)在人類(lèi)文明進(jìn)展中始終起著重要的作用，圖學(xué)也是一門(mén)人類(lèi)文明進(jìn)展中不可或缺的、無(wú)法替代的科學(xué)。主張消除傳統(tǒng)小圖學(xué)的狹隘思想，以及把工程圖當(dāng)成工程學(xué)的工具為各個(gè)專(zhuān)業(yè)服務(wù)的觀點(diǎn)。歷史證明：人類(lèi)文明進(jìn)展是以圖為關(guān)鍵路線(xiàn)、核心載體的傳承。大圖學(xué)將思想、意念、構(gòu)思“立象以盡意”融合為一體，全面表達(dá)了事物運(yùn)行變化的規(guī)律、記錄了人類(lèi)文明進(jìn)展的歷史、展示了人類(lèi)文明進(jìn)展的創(chuàng)新成果、承載了人類(lèi)文明進(jìn)展中的重要信息。未來(lái)要建立以大圖學(xué)為載體的科技研究航母、以圖學(xué)為關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研究體制、以圖學(xué)為主線(xiàn)引領(lǐng)的運(yùn)行機(jī)制，以便適應(yīng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的需要。建立以圖學(xué)為主線(xiàn)的創(chuàng)新研究平臺(tái)，像裝配體系一樣囊括項(xiàng)目化需要的其他學(xué)科專(zhuān)業(yè)，發(fā)揮“一圖領(lǐng)全局，一圖勝千言”的優(yōu)勢(shì)，為建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)、文化大國(guó)，為人類(lèi)文明進(jìn)展勇?lián)厝巍?/p>

[1] 何援軍, 童秉樞, 丁宇明, 蔡鴻明, 張 強(qiáng). 圖與圖學(xué)[J].圖學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(4): 1-9.

[2] 合作編輯者. 百度百科: 言意之辨[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/178053.htm, [2013-06-02].

[3] 合 作 編輯者. 百度百 科 : 3D打 印 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/5403239.htm, [2013-06-08].

[4] 中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì). 圖學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告[R]. 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2014.

[5] 劉 博. 談?wù)勏笮挝淖峙c字母[J]. 漢字文化, 2001, (1): 23-25.

[6] 合作編輯者. 百度百科: 古埃及象形文字[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/855429.htm, [2013-06-08].

[7] 合作編輯者. 百度百科: 瑪雅[EB/OL]. http://baike. baidu.com/view/13615.htm#sub5069132, [2013-06-08].

[8] 合作編輯者. 百度百科: 印章文字[EB/OL]. http://baike. baidu.com/view/1169350.htm, [2013-06-08].

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[10] 楊道富, 楊 鵬. 基于核心期刊的核心價(jià)值體系研究[J].中國(guó)科技期刊研究, 2008, 19(2): 181-185.

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[12] 合作編輯者. 百度百科:科學(xué)計(jì)算可視化[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/920778.htm, [2013-06-08].

[13] 合作編輯者. 百度百科: 建筑信息模型[EB/OL]. http://baike.baidu. com/view/1788980.htm, [2013-06-08].

[14] 合作編輯者. 百度百科: 虛擬現(xiàn)實(shí)[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/7299.htm, [2013-06-08].

[15] 合作編輯者. 百度百科: 同步建模[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/2170476.htm, [2013-06-08].

[16] 合作編輯者. 百度百科: 裸眼3D [EB/OL]. http://baike.baidu. com/view/3442285.htm, [2013-06-08].

[17] 合作編輯者. 百度百科: 3D打印技術(shù)[EB/OL]. http:// baike.baidu.com/view/5403239.htm, [2013-10-31].

[18] 合作編輯者. 百度百科: 授予博士、碩士學(xué)位和培養(yǎng)研 究 生 的 學(xué) 科 、 專(zhuān) 業(yè) 目 錄 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/2470727.htm, [2013-06-08].

Research on Function of Graphics to Human Civilization Development

Yang Daofu1, Yang Peng2,3
(1. Yellow River Conservancy Technical Institute, Kaifeng Henan 475004, China; 2. Economics and Management School of Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China; 3. Bureau of River Affairs of Henan, Yellow River Conservancy Commission, Zhengzhou Henan 450003, China)

The ancient characters of five civilization centers in the world originated from graphics. The graphics plays an important role in the human civilization development. The concept term of graphics is defined. The origin of the ancient Chinese hieroglyphics, the ancient Egypt hieroglyphics, the ancient India hieroglyphics, the central America Maya hieroglyphics and the Sumer cuneiform hieroglyphics are stated to compare with the graphics. The graphics is consist of spirit, subject, marrow and foundation. The graphics coexists with the universe and states the world change rules, carries down the human civilization information and displays human innovation culture. The graphics has developed with the past, presence and future. The graphics should undertake the scared duty of realizing the world, carrying down the civilization, innovating the thesis and culture, serving the politics and society and educating the people.

graph; graphics; character origin; culture development; core value

TB 23

A

2095-302X(2014)06-0923-07

2013-05-02；定稿日期：2014-07-04

楊道富(1956-)，男，河南濟(jì)源人，教授。主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)和國(guó)際工程建設(shè)項(xiàng)目管理。E-mail：df326@126.com

楊 鵬(1989-)，男，河南濟(jì)源人，助理工程師，碩士研究生。主要研究方向?yàn)樗⑼聊竟こ淘O(shè)計(jì)、施工和管理。E-mail：yp623@163.com