maya场景论文题目范文第1篇
一、MAYA建模与微课的概念
MAYA建模主要包括室内外场景建模、道具建模、人物建模。其建模特点是对点线面进行调节, 均匀、合理的规划布线, 对尺寸又没限定, 只要整体模型比例协调即可。他的快捷键设计很人性化。例如空格键可以切换视图;alt加鼠标左中右键能控制画面的旋转平移大小等;很多的命令通过ctrl、shift和鼠标的搭配即可完成。而且MAYA软件建模方法较多, 有polygons建模、Nurbs建模、subdivs建模、雕刻建模。制作者可以根据自己的喜好来灵活运用。
自2011年“微课”概念在国内被首次提出以来, 微课作为一种新型的教育信息资源形式就以其“主题突出、短小精悍、交互性好、应用面广”等特点被广泛认可, 微课概念在教育领域迅速传播, 相关实践和应用也迅速展开。
二、MAYA建模课程教学存在的问题
1、课程周期长, 课时少
目前MAYA是动画专业的常用软件, 在重学历的教育理念下课时却不多。往往设置为128节左右, 而且课程不集中上, 而是分成每周8节来上。这就存在一个问题, 课程看似上了一个学期, 但是每周只上一天, 前一周刚产生兴趣, 一周后又要重新拾起, 很不利于学生的学习。
2、英文界面造成入门难
MAYA软件目前市面上的公司基本使用英文版本, 稳定性好。但是在学习过程中部分学生词汇量不够, 一开始就对软件产生了反感情绪, 这一步起就无法再进行下一步的教学了。
3、教学设备更新慢
MAYA软件对电脑硬件要求较高, 很多院校对于小学科资金投入较少, 投入一次以后多年不更新换代, 导致了软件教学相对落后。且教师通过培训获得了新的技术和知识不能及时的传达给学生。
4、课程设计缺少实战项目
课程中大多数教师都能将基础的命令和操作技巧传授给学生, 但由于MAYA建模课程通常采取讲、做循环的方式教学, 看似有实质性的案例, 但是不是实战项目。对于学生来讲, 课程就成了单纯的模仿制作, 枯燥乏味, 缺少真实案例的讲解, 不能激发学生的积极主动性。
5、脱离生产实际
教学活动与动画市场的人才需求相脱离。实际的教学活动中, 教师主要以基本的建模、材质、灯光、动画、渲染等为主要讲授内容, 讲哪个模块直接讲例子, 不同模块之间的案例讲解联系性差, 没有从头到尾让学生做一个完整的案例, 不利于学生去有选择性的学习模块。
三、结合微课改善MAYA建模课程教学的弊端
大多院校在开展MAYA建模教学中, 教师仍以灌输、讲做式的教学方法为主, 学生学习极为被动。那么如何更好的解决MAYA教学中的这些问题呢?在确保学生熟练掌握MAYA建模的相关知识的同时, 又能利用软件达到模型制作的目标, 就需在教学中引入相应的教学手段, 如利用微课视频将教学知识点展现出来。微课一般微课时间为5~8分钟, 适用于讲授类、问答类、启发类或讨论类等课堂教学类型。而且循环的观看学习, 可以弥补学生无法及时反馈的缺陷, 使学生的可持续学习得以延伸。那么根据MAYA课程的特点, 教师在制作微课时, 需要考虑以下几个点:
1、初期学MAYA建模时需要录制的内容
学生在学习最初接触MAYA时会对复杂的界面感到困惑, 即使照着老师的做法也会出现各种各样的问题, 例如:摁了一些快捷键, 命令输入不了, 出现了不想要的效果等等问题。老师应该将这些最容易出错的问题和知识点录制成小视频, 提供给学生, 他们在遇到问题是就可以自己找到解决方法了。
2、中期学MAYA建模时需要录制的内容
基本命令灵活掌握后, 教师就要录制一些明确、详细、可操作的课程案例的步骤和方法, 案例的选择上必须要内容广泛, 避免单一性。使学生掌握的知识点都能运用到案例中, 加强学习的深度。
3、后期学MAYA建模时需要录制的内容
根据学生不断地操作练习, 教师可以看到学生的学习进度和层次, 为学生留自主练习的大作业。该类视频, 可以总结一下留得作业都需要用到什么命令及如何在制作的方法。学生在做大作业的时候, 不懂得可以反复的看视频的讲解, 并能带动学生的积极性主动去钻研, 避免了经常问经常忘的现象。在工作中遇到相同的问题就可以翻阅视频观看。
四、结语
笔者在长期的MAYA建模教学中得出, 利用微课的教学手段是可以有效解决大多数学生不爱学、学不懂、不会做等问题的。微课将教学中的重点与难点利用短短的几分钟讲解清楚, 学生不会感觉反感, 而且还会记得很牢, 改善了以往讲、做的教学方法和模式, 提高了学生的学习兴趣, 使他们主动去学习。此外, 教师应该与时俱进, 注意微课的创新性, 录制的视频不能一直使用不更换, 要根据市场的变化和工作岗位的需求进行调整。总之, 利用好微课教学, 能够推动知识有效的传授和学习者的学习观建立, 教师应在熟练掌握教学内容的基础上, 将微课融入到课堂教学, 提高教学质量。
摘要：当前MAYA建模课程教学中存在一些问题, 学生学习兴趣缺失、教学脱离生产实际等问题尤为突出。究其原因, 在于教学中未能采取有效的教学手段与方法, 制约了教学质量的进一步提高。因此, 该文提出MAYA建模课程与微课教学相结合, 对教学中存在的问题进行探析。
maya场景论文题目范文第2篇
设计思维即为设计的思维方式，其目的在于以人为本的设计精神与方法，考虑人的需求、行为，也考量科技或商业的可行性。它不仅仅限制于某一设计领域，而且不是只存在一种设计思维，近年来，随着信息化时代的来临，交互设计成为炙手可热的学科，大量交互设计产品涌现，各学科也积极与交互设计联系，从而进发新的学科活力。如何创造出优秀的交互设计产品，必然需要优秀的设计理论依托，培养独特的交互设计思维。显然，交互设计一样存在着一定的设计思维。梁日升认为交互设计的设计思维应当是，简单化，挖掘根本用户，注意情感化的设计以及整体的设计思维方式。这些设计思维是对当前交互设计产业产品的一个完整总结。
交互设计的设计思维当中，近些年来，一些设计师及理论家开始讨论新的设计思维方式即为基于场景的设计思维，而本文中也将着重谈基于场景的设计思维。
一、基于场景的设计思维
场景的概念是源于影视设计中，包括舞台剧、电影电视等，于1962年由赫尔曼.卡恩(Herman Kahn)首次提出的。在电影学或影视动画设计中会经常提及“场景设计”这一概念，场景是指在一定的时间、空间(主要是空间)内发生的一定的任务行动或因人物关系所构成的具体生活画面，相对而言，是人物的行动和生活事件表现剧情内容的具体发展过程中阶段性的横向展示。简而言之，场景是关于人及其活动的故事。
基于场景设计的思想最早是由卡罗尔(Carroll)提出，她强调在设计过程中，应将工作焦点放在描述目标用户在真实场景中使用该系统的任务流程，而不是定义系统自身的行为。卡罗尔(Carroll)认为“场景迫使人们关注使用，而使用则构成了设计的产品。场景能够针对多种不同的目的，描述各级细节的情况，有助于协调所设计项目的各个方面。
交互设计，是定义和设计人造系统的行为设计领域，是人与产品之间的关系。交互设计的核心是人，了解人的心理状态等成为完成设计的重要条件之一。一个产品从无到有需要一个完整的设计思维作为依托，要了解用户需要什么，我们又应该如何满足用户的需要。近年来，通过问卷调查等方式成为了设计了解用户，针对用户设计的一种主要手段和方法。当这些问卷形成数据之后，如何将它变成一款产品就成为了一条设计师们难以逾越的鸿沟。而也正是因为这个原因，基于场景的设计思维得以发挥他的作用。
二、场景设计的类型
根据实际工作流程以及设计的不同的阶段，针对用户的设计方法使场景设计具备不同类型，基于场景的设计大致可分为是现实场景、情境场景，使用场景，检验场景，他们在各自阶段聚焦不同的设计焦点，解决不同的设计问题(如图1)。
(一)现实场景
现实场景是对某一现实的生活场景的阐述，是设计中“讲故事”的段落，用于在实际生活中的生活片段，发现问题，并解决问题。例如;小李是某家公司的员工，刚和女朋友搬家到一个新的社区，周末的时候两人无聊，听说最近有几部热门的电影正在上映，小李提议晚上去看电影。当两人来到影院时，发现购票窗口人满为患，当排到他们时，想看的电影刚好被销售一空，两人只好选择了其他电影观看，高昂的票价、漫长的排队、以及不喜欢的电影，让女朋友对这次约会很不满意。苦恼的小李觉得，如果可以提前买到票，最好还能有打折的票价，也许女朋友就不会那么生气了。
现实场景是对生活某一片段的客观阐述，不涉及具体的内容设计等方面，往往有利于设计师在设计前期的目标探索过程中。
(二)情境场景
情境场景所关注的设计焦点是从一个高层次的角度来探索产品如何能够更好地满足用户模型的需求，解决用户使用问题等;在这一过程中，设计师往往拥有最大程度的自由程度，以设想符合预期的用户体验;同样以解决电影购票为例(如图2)。
小李早上起来后拿出手机，在社交媒体中发现最近大家都在热评一部影片，而最近自己刚和女朋友搬进新家，并没有太多时间去看电影，女朋友也表示想去看看这部热评影片，于是小李打开软件，发现首页中就有自己想要看的电影信息;小李点开信息，里面有对剧情的简介，演员介绍等，确实是自己想要看的类型，于是小李直接点击了在线购票，手机程序对于地理信息的定位，系统自动为小李提供了最近影院的购票信息，价格时间等，小李顺利的选择了合适的时间，并目在线选择了想要坐的位置，在线支付完成后，系统显示了取票代码及二维码。同时，系统后台通过短信为小李发送了所购票的开场时间及取票码，小李很满意的关上手机;临近开场，女朋友突然询问小李是否知道电影院在哪儿，小李才发现自己并不知道，于是女朋友拿过小李的手机，在已下单的订单中找到之前购买的电影票，点击影院的信息，出现了地图导航选项，小李和女朋友按照地圖找到了附近的影院。
在情境场景的建立过程中，设计是的目标在于发现问题，了解用户需求。我们在案例中不难发现，情景场景始终没有涉及界面和技术，只是对基于用户的使用情境进行了阐述，这一部分是一个相对自由的设计思路，设计师“假装一切都是魔法”。
(三)使用场景
当设计师在情景场景中确定了产品的设计框架，确定了产品的数据以及功能后，引入具体的交互技术，以及设计用语，其关注的焦点将转化为用户的交互层面。在这一部分的场景中，设计师们始终关注的是如何是产品达到设计之初的目的，实现具体功能。这个过程的场景也是不断优化，不断循环的过程，用来发现更多的细节，解决优化。
(四)检验场景
检验场景是对于使用场景设计的有效性检验根据使用场景设计的流程图进行树立及检测，这一场景中的内容往往不会过于详细，而是—种质询的提议方案，“如果出现某种情况(使用场景或情境场景)会怎样”的方式进行;这一过程是设计师检验设计中的遗漏和错误的过程，可以有效地避免在开发中出现致命性错误。
三、基于场景的交互设计流程
基于场景的交互设计思维是设计师关注于用户的使用，区别于以往以产品开发为核心的设计思路，将用户置于场景当中，从场景中汲取设计需求，同场景结合提取设计元素完成设计的流程;基于场景的交互设计流程(如图3)所示。
(一)提取用户需求
从现实场景中提取用户的设计需求，是该设计流程中的起始部分，以往提取用户需求的方式往往以问卷的形式展开，这样方式可能会因为用户对于自我需求认知的不充分造成误差，同时庞大的数据量会造成设计师的分析不利;因此设计师将用户带入实际场景中的设计方法，可以在一定程度上缓解这种情况并更好的获取用户需求。
(二)定义产品功能
通过情景场景的使用，将用户模型在现实场景中所挖掘的用户需求进行解决，这一流程中，设计师关注的是如何解决问题，用户如何通过对产品的使用达到用户目标;
在流程中的这一环节，定义产品的功能框架，搭建初步的产品设计框架。通過故事板或文字的形式，描述一个场景下的用户使用，情景场景的目的在于，通过产品满足用户需求的愿景。在这一过程中，产品的形态和表达方式不断明确，帮助设计师定义产品的功能属性。
(三)完善交互逻辑
通过实用场景对用户使用产品的过程加以描述，将实际设计中设计的技术，方法融入场景，针对产品使用时用户产生特殊行为，即场景中非预设行为或操作失误行为等进行模拟场景的建立，从而发现产品功能中可能存在的问题，并针对该问题进行解决，实现对产品的改善和优化。完善用户使用中的交互逻辑等问题。
(四)检验设计框架
将前期设计框架置入检测场景加以检验分析，这一过程是针对一些个别案例情况的提问及解决;采用“如果发生会怎样”的提问方式展开，其目的在于设计师对于产品的问题的发现，同时也是后期产品迭代更新的主要依据。
四、基于场景的交互设计思维下的产品特点及优势
(一)以用户为中心
场景的核心内容是人，没有人“故事”将无法展开，所以基于场景的交互设计迫使设计师将焦点聚焦在用户，通过使用实际客观场景的描述，了解用户的需求。以用户为中心的设计也是交互设计所关注的重要环节，基于场景的交互设计思维有效地解决用户需求层面问题。
(二)提前预估产品问题
如上述设计流程，产品在还未开发之初，设计方案即已经了多个场景的反复检验，这样的检验过程使产品的设计问题在极大程度上尽早暴露出来，这样的设计思维方式，可以使设计师更早地预估产品可能出现的问题，为产品后期的迭代更新提供依据。
(三)提高产品有效性
基于场景的设计思维，以不同场景类型，解决验证不同的设计环节，每一个场景的目的行明确，可以极大地提高产品研发的有效性，提高产品的竞争力。
五、基于场景设计思维下的智能垃圾箱设计案例验证
以上述设计流程为依据，结合自身学科，对当前环境问题进行技术解决，主要集中在一款投放引导功能的智能垃圾箱开发。
(一)明确关注目标
根据研究方向制定设计领域，主要关注环境中的垃圾投掷问题。
(二)从垃圾投掷问题提取用户需求
通过对用户调研，建立用户模型，对现实场景进行调研观察，针对具备环保意识的用户进行需求提取。
某景区内今年大火，很多游客前来参观，大量的人流量为景区内的环境带来了极大压力，小陈是一名大学生，他对这样的行为感觉很无奈，所以每次尽量都将手边的垃圾找到合适的垃圾桶丢弃，但是小陈慢慢发现，景区很多垃圾桶的使用情况是不一样的，靠近厕所或商店附近的垃圾桶，由于人员聚集程度较高，所以垃圾桶出现的满溢状态非常严重，而距离他一百米处左右的垃圾桶却很少被人使用。人们即便愿意将垃圾丢在垃圾筒外面任其掉落，也不愿意将他丢到相对较远—点的垃圾桶。那么如何使人们将垃圾合理丢弃至垃圾桶内呢。
对用户行为在现实场景中的调研观察，发现具备环保意识的用户对于垃圾投掷问题的需求：有投掷意识;需要对陌生环境的投掷点了解;其他情绪影响造成的二次破坏等。
(三)定义功能
对于客观场景的描述分析后，设立目标场景，即为通过产品达到期望效果;本文期望通过一款智能垃圾箱，改善当前环境突出问题，改善垃圾箱的满溢投掷情况，同时可以通过疏导方式，使周边垃圾箱的使用频度得以平均分配。功能流程(如图4)所示。
(四)优化检验产品
通过对产品的虚拟使用场景建立，将产品的设计逻辑带入相应场景加以验证，对用户的实际操作中可能会遇到的问题进行检验，优化产品框架，改善产品的使用逻辑。建立以下场景：用户在满溢垃圾箱前的多次投掷失败，造成用户的反感情绪;
在该虚拟场景中，用户投掷意愿与产品功能分割，造成用户对环境的二次破坏，不符合以往的投掷习惯，因此该功能需要得到更进一步优化。
总结
基于场景的设计思维目前被广泛的应用于交互产品设计的前期设计过程当中，在这一阶段，往往是设计师摸不到头脑的时候，通过场景建立来帮助设计完成对产品的概念及需求定义。而基于情景的交互设计思维不仅仅包含前期构想设计等，同样包扩在后期的验证思维方式中。基于情景的交互设计思维有着其独有的优势，他鼓励设计师先跳出技术的范畴去思考产品，“假设产品是具有魔法的”不考虑技术问题，而是利用设计师天马行空的想象力去解决场景中遇到的问题，然后在回归到技术从实际中解决问题。
基于场景化的设计思维本质上是以人为本的交互设计思维，他在发挥作用的过程中不断强调人物模型与产品的关系，希望达到人们对于产品的认知，解决产品给用户带来的问题。
基于场景化的设计思维已经在交互设计当中得到普遍认同，这样的设计思维方式有利于产品与用户产生共鸣，越是从用户角度出发，越是尊重用户的交互设计在一定程度上越能够被市场及消费者所接纳。而基于情境化的交互设计思维能较好地解决我们在设计中可能遇到的问题。基于场景化的交互设计思维，是值得我们学习的一种设计思维方式。
maya场景论文题目范文第3篇
在菜单中, 除了file、edit、modify、create、display、window几个公共菜单之外, maya还组合了五个模块的菜单, 没个模块独立对应一组菜单, 我们可以根据需要在status line中进行模块的切换。如图1所示。
2 status line
status line (状态栏) 中集成了缄默、画、渲染、等许多项目, 如图2所示。
3 shelf
Shelf (工具架) 是maya中常用工具和命令的集合, 并以快捷图标形式显示, 让操作更加直观化, 可以很大程度上提高动画制作速度。我们可以根据个人习惯来制定自己的工具架, 如图3。
4 tool box
Tool box (工具箱) 中包含了maya常用的工具以及视图控制按钮, 如图4所示。
5 workspace
Workspace (工作区) 主要是用来制作和查看场景文件。在默认状态下, maya提供了top视图、front视图、side视图、perspective视图这四个视图。当然我们可以根据需要来制作自己的工作区间。在视图顶端的视图菜单中可以随意更改视图、显式编辑器, 重新进行面板布局。
6 channel box
Channel box (通道盒) 具有强大的编辑功能。它可以直接查看和编辑物体的构成元素, 还可以直接激活maya的多项编辑器避免从菜单中提取编辑的麻烦。
7 layer editor
Layer editor (层编辑器) 为maya操作提供了一个新的编辑空间, 它可以把场景中某个物体或市多个物体导入层中, 对它们进行单独的显示, 隐藏或以模块形式显示另外还可以对它们进行单独渲染。
8动画控制栏
动画控制栏包括time slider (时间滑块) 与range slider (范围模块) 。它们只要勇于动画播放控制、动画时间的限定及动画中关键帧的设置。
9 command line
Command line (脚本编辑栏) 分为两个部分如图5所示。
前半部分为命令输入栏, 可以通过输入mel语言来完成一些动画制作;后半部分为信息反馈栏, 用来显示命令信息反馈、错误信息、警告。
10 help line
Help line (帮助栏) 位于主界面的最下端, 我们可以从中查询软件的描述、介绍、说明。
以上内容主要介绍maya2011界面的各个元素。
摘要：Maya 2011不仅改变了用户的操作界面, 而且在功能上也体现了质的飞跃。依据动画制作流程把整个软件分成五大主模块: (1) Animation (动画) , (2) Polygons (多边形) , (3) surfaces (曲面) , (4) dynamics (动力学) , (5) rendering (渲染) ;另外还有两个辅助模块:cloth (布线) 模块、live (追踪) 模块。
maya场景论文题目范文第4篇
来源：网络（本文仅为提供更多信息）
1、沿Z轴方向(有红色标记)创建一个NURBS平面。
2、修改NURBS平面的通道框属性，如图所示。
3、选择刚创建的NURBS平面，打开Blast Code>Blast Window命令，可以看到这是Blast Code的主控制窗口，按New Control创建一个新的Control，可以看到在Control Source窗口中创建一个nurbsPlane1。
4、转到Explosive模块中，点击Locator Explosive来创建一个爆炸。
5、选择Explosive1，在Source Control Surface窗口可以看到刚才创建的nurbsPlane1(注意：默认的爆炸对它是不起作用的，必须点击这名字，才起作用。)。点击nurbsPlane1名字，使它开启。
6、播放动画，观察NURBS平面，它爆炸的方向是不正确的。
7、选择Explosive1(下面我就叫它爆蛋，因为在Outliner窗口中，它也是爆蛋图标)修改Use Origin Flag : 1；Origin2 : -360，打开Use Origin Flag，意思就是开启方向修改，Origin0、Origin
1、Origin2分别为X，Y，Z方向，多更改几下就明白了，再PLAY看看现在的方向正确了。
8、时间轴回到第一帖，选择NURBS平面给它一个Blast Code>Create Slab命令。
9、打开Slab1属性，把Thickness(爆炸的厚度)修改为大约0.5个单位。
10、再进行播放一下，看一下效果。
11、ALT+A打开它的属性，在Slab1节点中，把Fracture Option 改为Fracture Map，它碎裂的方式以贴图表示，选择Fracture Map方式。
12、给Fracture Map帖一个Leather的3D程序纹理帖图。
13、修改Leather节点属性，如图所示。
14、回到上一级Slab1节点中，把Fracture Threshold的值改为大约0.6左右，(顺便说说，Fracture U和Fracture V 的参数是碎裂的UV，如果碎片不理想，可以作合适的修改，100是默认值)。
15、再进行播放一下，下一步要做的是把没用的NURBS隐藏掉。
16、再次打开Blast Window，选择nurbsPlane1和Blayer1，ALL off，关闭没用的NURBS平面。
17、播放动画，选择分裂出来的碎片，给碎片一个重力场，转到Maya的动力学模块FIElds(力场)>Gravity(重力场)，打开它的属性选择窗口，把Magnitude(量)改为15左右，按Create创建。
18、打开Hypershade(超级材质编辑器)，创建一个Lambert2(林伯特)材质，帖一张砖石的帖图，把file1用中键拉到Lambert2材质上释放，从菜单下拉菜单中选择Bump连接，再把材质给予模型。
19、回到场景，以实物现示(按键盘5)，看到模型的边硬度有点问题，下一步就是要调正确它。
20、选择模型Edit polygons(编辑多边形) >Normals(法线) >Soften/Harden(软化/硬化)，打开它的属性选择窗口，APPly一下播放动画，选择碎裂出来的碎片，再按Soft/hard。
21、下一步就是要创建一个地面，再创建一个NURBS平面，记得要修改回Y轴方向。
22、缩放为Scale X，Y，Z为30左右，下一步就是要创建与碎片碰撞。
23、先选择墙模型，再打开Blast Window( 注意：这里顺序不能错，错了就看不到SmokeParticleShape1和DebrisParticleShape1不知道是不是我软件问题，还是机器和问题)。
24、接上一步，选择刚创建的地面，按New Collsion，在Collsion窗口创建出一个nurbsPlaneShape2。
25、同时选择DebrisParticleShape1和nurbsPlaneShape2，再按Attach Collision创建碰撞( 注意：下面FIElds窗口里的my_fravity1就是前面创建的重力场)。
26、碰撞成功，如图。
27、如果爆炸有点大，没关系。选择爆蛋在通道框里选择Explosive1节点，Size就是它爆炸范围，顾名思义Magnitude就是它的爆炸力量，数值越大，爆炸力量就越大。
28、最后效果如图。
maya场景论文题目范文第5篇
从今天起，我们大家就要接触一门新的课程，这就是《化工热力学》。我们准备用48学时的时间完成这门课的学习。在这段时间内，我们将共同学习并掌握着门课程，希望我们能合作愉快，彼此都留下美好的回忆。《化工热力学》就字面意义来说，并不难理解。在你们的前面的课程中也接触到了热力学的概念，如高等物理学的气体部分以及刚结束的物理化学中，都不少提到热力学。那么什么叫做“热力学”，“化工热力学”的具体概念是什么呢?这就是我们在绪论中首先要解决的问题。
在这一章中，我们要清楚化工热力学的范畴和任务。通过这一章的学习要搞清楚《化工热力学》包含有哪些内容，对解决生产实际、工程设计和科学研究有什么作用;还要讨论一下学习化工热力学的目的、要求和措施。那么什么是化工热力学呢?下面我们就讨论这一问题。
1 化工热力学在课程链上的位置
基础课： 高等数学、外语、无机化学、有机化学、分析化学、生物化学、化工制图、 物理化学
化学热力学 化学动力学
专业基础课：化工原理(单元操作)、化工热力学、化学反应工程、仪表与自动化
专业课： 分离工程、化学工艺学 等 2 化工热力学发展历史
热现象是人类最早接触到的自然现象之一。相传远古时代的燧人氏钻木取火，用现代科学的语言来说，就是由机械功转化为内能，温度升高发生燃烧。我国在十
二、十三世纪就记载有走马灯和使用火药燃烧向后喷气来加速火箭的飞行，可以说是现代燃气轮机和火箭等喷气推进机的始祖。但是，人类对热的认识逐步形成一间科学却是近三百年来的事。从观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论，叫做热力学。为了提高蒸汽机的效率和创造性能更好的热机，有必要对它们的工作规律进行广泛的研究。
十九世纪中，把生产实践和实验结果提到理论的高度，确立了关于能量转化和守恒的热力学第一定律以及关于热效率的热力学的第二定律。主要由这两个定律在逻辑上和数学上的发展，形成了物理学中的热力学部份。它除了为分析、研究，创造各种新型热机提供理论基础外，还广泛地渗透到其他学科中去，例如热力学理论和化学现象相结合，形成了所谓化学热力学，它是研究物质的热性质，化学、物理过程的方向和限度等普遍规律的基础学科。
生产上蒸汽机的发明和相应的科学研究建立了热力学的基本定律;热力学本身的发展，又回过来帮助新型热机的创建。通过专门研究和分析，使人们对各种热机中的压缩，燃烧、膨胀、冷却、传热等过程、再热循环、往复循环等有了更清晰的了解，这在热机的设计和创新方面起了决定性的作用。在学科上形成了工程热力学。广而言之，热力学是一门研究能量及其转换的科学，它能预言物质状态变化的趋势并研究伴有热效应体系的平衡。在化学工业的生产和科学实验中有大量的这类问题需要解决，所以化工热力学也就应运而生。由于既要解决化学问题，又要解决工程问题，所以化工热力学实际上是集化学热力学和工程热力学的大成。自从1944 年B·F·Dodge 写出了篇幅较大的"化工热力学"教科书后，几十年来，国内外这方面的研究不断深入，教学工作也颇有成效，不但是大学生的必修课程，而且研究生也需学习。可以说，化工热力学已成化学工程学的主要分支学科之一。尽管热力学是一门比较古老的学科，但是在化学工业中的应用还在继续扩大，在有关期刊中仍有许多文献发表。
3 化工热力学的特性和分支
要想了解化工热力学的概念，首先要搞清楚什么是热力学。 3.1 热力学及其特性：Thermodynamics
热力学这一概念对大家来说并不陌生，在物理和物理化学中已接触过，现在我们再简单的复习一遍。所谓热力学主要是研究热现象和能量转换的。热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转换,以及这些过程在指定条件下有没有发生的可能性。如今热力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系，热力学从远古时期发展至今，可称它为一门“完善”的科学，这主要表现在它具有四大特性：
⑴ 严密性 ⑵ 完整性 ⑶ 普遍性 ⑷ 精简性 严密性表现在热力学具有严格的理论基础。热力学证明是可以行通的事情，在实际当中才能够行的通;热力学证明是不可行的事情，在实际当中无论采用什么措施，也实施不了。
完整性是由于热力学具有 热力学第一定律(能量守恒定律) 第二定律(熵增原理) 第三定律(绝对熵定律) 第零定律(热平衡定律)
这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。 普遍性表现在热现象在日常生活中是必不可缺少的。热力学的基本定律、基本理论，不但能够解决实际生产中的问题，还能够解决日常生活中的问题，甚至用于宇宙问题的研究。像俄罗斯研究出来的宇宙伞，其中用到了许多热力学的理论、观点和方法。
精简性表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。特别是后者(定量)，这是目前有些课程所无法比拟的。热力学的四大特性使得热力学成为一门“完善”的学科，而其它学科就相形见绌了。热力学发展至今，已成为多分支的学科，主要有工程热力学、化学热力学和化工热力学。 3.2 热力学的分支
⑴ 工程热力学:Engineering Thermodynamics 十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学，工程热力学主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学：Chemical Thermodynamics 化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题，这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理，许多化学现象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算，主要是H(焓)、S(熵)、U(内能)、F(亥姆霍兹函数，自由能) 和G(Gibbs函数，自由能) 的计算。
⑶化工热力学：Chemical Engineering Thermodynamics 研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
不管是工程热力学、化学热力学还是化工热力学，它们都属于经典热力学。经典热力学的局限性在于只考察体系的宏观性质，而不过问体系的微观行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。
⑷统计热力学：Statistical Thermodynamics 统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科，它从微观角度出发，例如采用配分函数，研究过程的热现象。但用统计热力学研究出来的结果与实际结果还有一段距离，还需要进一步去完善。
4 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程
目前制造业可分成为过程工业和机电工业(或产品生产工业)两大类。
化学工程目前又广义的称为过程工程(process engineering)。 4.2 化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
化工过程大致分为这样几个过程:
从这一过程可以提出这样几个问题: ⑴制造原料的获得。
⑵选择反应工艺条件,设计反应器。 ⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
针对这几个问题，就要考虑解决它的办法，原则上为这样的解决途径，我们可用方块图来表示。
从以上分析来看：生产问题、过程发展的综合性强，影响因素多，决不能期待用一个学科、一种方法去解决，而要依赖于各个学科、各种技术相互配合、相互渗透，用综合分析的方法去认识它、解决它。化工热力学是分离工程的基础，而化工过程的分离提纯又基于分离工程。化工热力学是这一发展过程中的一个组成学科，是一门非常重要的专业基础技术课。
从图示可以看到化工热力学是化学工程的一种基础，犹如房屋建筑一样，他是第一层和第二层的砖块，没有他，是不能有高层建筑发展的。当然，化工热力学本身却不是高层建筑，乃是过程发展中的一个组成学科。我们就应该本着这样的理解和要求来学习化工热力学。有了上述基本概念，下面我们就讨论化工热力学的基本内容。
5 化工热力学的基本内容
化工热力学是讨论热力学在化工生产中的应用。化工过程中所需的热和功的计算，化学反应、相际物质传递的方向与限度的判定，化工过程能量的有效利用等都属于化工热力学已经的范畴。在化工工程师的工作中，常涉及到下面四类问题： 5.1 进行过程的能量衡算
物料衡算与建立在热力学第一定律基础上的能量衡算是所有化工工艺设计的基础。他可以解决：
①进、出设备每股物料的数量、组成、温度、压力，从而求得设备中的传热量、传质量或反应量。
②确定生产过程中所需设备的尺寸和台数(如换热面积等)。 ③在设计方案评比、操作条件分析、工艺设备改进时，常以物料、热量衡算结果为依据。 5.2 判断过程进行的方向和限度
建立在热力学第二定律上的一些热力学函数( ΔS 、ΔG等)是判定过程进行方向与限度、确定平衡状态的依据。而在化工单元操作及反应器设计中，平衡状态的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据的求取均是不可少的内容。
例如：为了降低原料消耗，利用本国资源，制止环境污染和不用剧毒物质作原料等，要求发展直接合成新工艺。(清洁生产、绿色化工)50 年代，采用乙烯和氯气为原料的氯醇法生产乙二醇，主要反应有三步：
乙烯+氯→氯乙醇→环氧乙烷→乙二醇
这个方法不但流程长，辅助原料氯的成本高，而且由于使用了氯，给后处理带来了许多麻烦(如腐蚀、副产盐酸问题等)。
60年代，乙烯直接氧化法在工业上得到应用，这种方法不在使用氯，主要反应有二步：
70年代，由乙烯直接合成乙二醇成功，产品收率也从乙烯氧化法的75%提高到90%，这意味着每公斤乙二醇所消耗的乙烯数量比以前降低了17%。在这个生产乙二醇的发展过程中，用热力学基本定律判断这些方法的可行性及可行的条件(即必要的工艺条件)，对节省过程发展中的人力、物力和研究时间有很大的帮助。 5.3 研究化工过程能量的有效利用
化工生产要消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的燃料，而且是生产一些重要化工产品的原料。近年来的能源紧张，如何有效利用能量的问题显得突出。
利用热力学的基本原理，对化工过程进行热力学分析，是热力学近三十年来最重要的进展。计算各种热力过程的理想功、损耗功、有效能等，找出可以节能而没有节能的环节和设备，然后采取措施，达到节能的目的。这对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。近来，能源紧张问题更显突出，故在流程选择、设备设计中往往以节能为目标函数进行优化，为了节能，宁可增加设备(即初始投资)。
例：典型的石油气顺序深冷分离，能量消耗较大，经过全面分析和研究，采用原料分段预冷进料、中间再沸器和其他措施，对相同规模的石油气分离装置可节能25%。因此，有人认为，凡是有能量交换的地方，就有热力学问题。这里的能量交换包括热、功、动能、位能和化学能(化学反应)的交换。
又例：在节能最杰出和典型的节能化工工程是濮阳的中原化肥厂的AMⅤ合成氨工艺，能耗从常规的900 Gcal/t 氨降到590Gcal/t 氨。其在过程中采取了一系列的节能措施，包括热泵(Heat Pump)系统。
5.4 热力学数据与物性数据的研究
热力学把研究的对象称为体系( System )， 与研究对象有密切联系的周围称为环境(Surrounding)。描述体系处于一定状态是用一系列的宏观热力学性质(如T、P、Cp、H、S、G 等)表示。上述三个问题的解决离不开热力学数据与物性数据。
①计算体系发生变化与环境交换的热量、功量; ②计算相际传递和化学反应的平衡组成; ③对过程进行热力学分析，计算理想功Wid、损耗功WL、有效能B。
都需要热力学性质的基础数据。但是，热力学的有效应用(如过程模拟与放大)，往往由于缺乏热力学基础数据而发生困难。根据统计，现有十万种以上的无机化合物和近四百万种有机化合物，而热力学性质已研究得十分透彻的元素和化合物却只有一百种左右。因此，对于物质热力学性质的计算、气体状态方程的研究、普遍化方法求算热力学函数，已成为很重要的热力学基础工作。目前，特别是对于混合物的数据更为缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的热力学性质的研究和计算，目前已成为化工热力学的主攻方向之一。
概括起来，化工热力学着重研究热力学函数在工程中的应用。用热力学函数(P、V、T、H、S 等)分析某些化工过程实际上的效率问题，即达到平衡的条件、状态。
化工热力学是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的课程，即焓熵计算及其应用。结合所采用的教材，有：
①热力学数据与物性数据的研究
P、V、T、H、S、G、f、φ 、α 、γ 第
二、
三、七章 ②解决化工过程所需的热、功及其传递方向，解决能量合理利用问题
第四、
五、六章
③解决相平衡、化学平衡的状态，确定质量传递方向 第
八、九章 各章间联系如下：
基础数据 PVT,Cp,Cv
(二)
↓ ↗相平衡(八) 基本定律(一)→微分方程(三,七) → 状态函数→化学平衡(九)
↘过程热力学分析
(四,五，六) 6 化工热力学的优点和局限性
化工热力学是在化学热力学和工程热力学的基础上建立起来的，是热力学基本定律在化工中的应用而产生的学科，不可避免地带有历史继承的印记。 6.1 优点
①经典热力学是从宏观角度研究问题，他研究大量分子组成的体系表现出来的宏观性质，是建立在实验基础上的。
②热力学只问过程的结果，而不问过程变化的经过。也就是不论是化学的或物理的过程，我们只要知道他开始和终了时的情况，便可以计算出过程的能量变化，而不需要知道变化发生时所涉及的详细机理。
即以静态的观点研究问题，无随时间变化的因素。因此，化工热力学又称为化工静力学。
③经典热力学只能处理极限情况的有关问题 例如：解决化学平衡与相平衡组成的计算
④在严格导出的热力学结论中，没有任何的假想成分，因而结论是可靠的，具有普遍性。
例如：热力学第二定律证明永动机不可能实现，那么在这方面的努力是徒劳的。 6.2 局限性
①对于某一具体物质的具体性质，需要做一定的实验，然后才能在热力学理论及数学推导下得到具有实用性的关联式。(半经验半理论的)原因是热力学基本定律是宏观的，不考虑物质的结构差异。因此，热力学数据的准确性和可靠程度受实验条件的限制。如：某物质的汽-液平衡数据会有不同的几套。
②由于不考虑过程的机理、细节，因此不能解决反应速率问题 速率= 阻力/推动力
其中 推动力=实际状态-平衡状态，热力学解决平衡状态的问题，可为推动力提供平衡数据。
7 热力学的研究方法
热力学的研究方法主要有两种：宏观研究法和微观研究法。在我们的教材中主要采用宏观研究法，有少部分微观研究，我们重点掌握宏观研究法。宏观研究法基于下述两种最基本的方法。 7.1 利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题
热力学函数决定于状态，一旦状态确定下来，热力学函数也不会发生变化。在实际生产中，生产过程的初态和终态总是一定的，当状态一定时，我们仅考虑用热力学函数关系去解决实际问题。
如：已知T , P 求V ,ρ。
在温度和压力一定时，气体就处于一种特定的状态，气体的体积或者密度也是一定的，欲设计一个容器的体积，就要考虑利用PVT 热力学关系来解决这一问题。
7.2 利用抽象的概括的理想的方法来处理问题，当用于实际问题时，加以适当修正。
这种方法在研究过程中的热力学性质时经常采用。
如：处理气体时，首先考虑理想气体PV=RT(1 摩尔)，由理想气体的PVT 关系考虑真实气体时，加以修正值z(压缩因子)，这样用于真实气体的PVT 性质之间的关系式就变为
真实气体 PV=zRT (1 摩尔) 还有以后我们要讲到的剩余函数和超额函数等都属于这种方法的应用：
剩余函数 ΔM`= M`- M 理想的Mid 真实的–理想的
这种方法在科学领域具有一定的普遍性，不但在热力学学科中常用，在其它一些自然科学中也经常采用。大家要领会这种方法，并学会这种方法的运用。
热力学方法严谨，状态函数之间的关系很多，每个公式都有其严格的成立条件，来不得半点含糊，初学的人总觉得模棱两可，似是而非的问题很多。其原因可能就在于准确的概念还没有建立，对诸多的定理、公式和判据感到棘手，或者注重形式上的数学推导，而忽略或误解了这些公式或定理必须满足的条件。为了学好这门课程，下面我们讨论一下学习化工热力学的目的和要求。
8 学习化工热力学的目的和要求
8.1 学习化工热力学的目的
⑴了解化工热力学的基本内容
⑵提高利用化工热力学的观点、方法来分析和解决化工生产、工程设计和科学研究中有关的实际问题的能力。
这两个目的是我们学习化工热力学的宗旨。第一个目的是最起码的要求，第二个目的比第一个目的更为确切，更高些，但大家通过化工热力学的学习，以及以后一些专业课的学习，必须达到这一目的。有了目的，就有了方向，为了达到目的，就要有所要求。 8.2 学习化工热力学的要求
⑴要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出了什么结论。 ⑵要掌握化工热力学的研究方法。
⑶除基本概念理论外，要特别注意计算技能。因为我们是搞工程的，不是搞理论研究的，对于理论研究，只要思路明了，概念清晰，结论正确，即使计算结果有些误差，也不妨碍大局。但是，对于工程研究者，决不能马虎大意，除了理论研究者具有的能力外，还必须要求计算正确。如果由于你的计算错误，造成一个分离塔或一个反应器的报废，那么损失就可想而知。 ⑷作业要思路明确，步骤清晰，计算基准单位要妥当。 8.3 措施
⑴着重于基本概念的理解，对重要的公式加以推导。 ⑵作业要独立完成。
⑶学习三遍：第一遍，预习，简要系统的预习形成印象;第二遍，学习，详细的教与学;第三遍，复习，重点掌握，提起来是一串，放下是一堆。
为了配合教材，大家可以到图书馆借一些参考书。有关热力学的参考书很多，下面为大家推荐两本：
⒈ J.M.Smith , H.C.Van Ness , M.M.Abbott.“Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, SeventhEdition, 2005. 中译本《化工热力学导论》，第七版，化学工业出版社。
⒉ 朱自强、吴有庭主编，《化工热力学》，第三版，化学工业出版社，2012。
3.陈新志、蔡振云、胡望月等编，《化工热力学》，第三版，科学出版社，2009.
为了便于大家能够清楚、准确学习和掌握化工热力学，下面将一些名词、定义等基本概念复习巩固一下。
9 名词、定义和基本概念
9.1 体系和环境
为明确讨论的对象，对感兴趣的一部份物质或空间和其余的物质和空间分开 (可以是实际的，也可以是假想的)。把这部分称为体系，其余部分叫做环境。体系和环境之间由界面或假想的界面分开。
热力学体系有: (1)隔离体系或孤立体系一一体系和环境间没有任何物质或能量交换。它们不受环境改变的影响。
(2)封闭体系：体系和环境间只有能量而无物质的交换。但是这并不意味着体系不能因有化学反应发生而改变其组成。
(3)敞开体系：体系和环境可以有能量和物质的交换。 应当注意，这种分类是人为的，其目的只是为了便于处理，而不是体系本身有什么本质的不同。 9.2 平衡状态与状态函数
化工热力学研究的是处于平衡状态的体系。状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热力学上，一般说体系处于某个状态，实际即指体系处于某个平衡状态。
平衡状态的定义:一个体系在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化，此体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡 (即热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡)的必要条件是
引起体系状态变化的所有势差，如温度差、压力差、化学位差等均为零。可见平衡体系就是没有状态变化条件下存在的体系。
需要指出，当体系达到平衡状态时，组成体系的分子处于不断的运动中，但分子运动的平均效果不随时间而变，因而表现为宏观状态不变。因此，平衡状态实质上是动态平衡。
描述体系所处状态的宏观物理量称为热力学变量。由于它们是状态的单值函数，亦称为状态函数。常用的状态函数有压力P、温度T、比容V、内能U、焓H、熵S、自由焓G 等。
热力学变量可以分为强度量与广度量。
强度量的数值仅取决于物质本身的特性，而与物质的数量无关。如:温度、压力、密度、摩尔内能等。
广度量的数值与物质的数量成正比。如:体积、质量、焓、熵、内能、自由焓等。须指出，单位质量的广度量显然是一种强度量。 9.3 过程
热力学过程代表体系的某些部分发生了变化，从一个状态变到另一个状态;也可将其理解为体系和环境间的相互作用。过程是指体系由某一平衡状态变化到另一平衡状态时所经历的全部状态的总和。过程既可以按可逆程度来分类，也可以按某种状态变(函)数，如压力、温度等来分类。
(1)不可逆过程
热力学不考虑体系内部的详细情况，而只注意宏观性质。在此范围内，可以说 “自然变化总是单向地趋向静止”是绝对正确的。这种最后的静止状态叫做平衡状态。体系达到平衡状态后，其中各点的宏观性质 (如压力、温度等)既不因地点不同而不同，也不随时间而变化。但从微观的角度来看，尽管分子的集体表现 (宏观上的效果)不变，分子却是在不停地运动着，而且确实可观察到某些性质自发地在平衡值附近呈现一定的起伏，这种称为"涨落"的现象， 即是分子运动存在的明证。由此看来，热力学的平衡状态实为一动态平衡。为了把这种动态平衡与单纯的静止平衡加以区别，故称其为"热动平衡"。如从另一方式来总结，则可认为，任何体系，若是不受外界影响，总是单向地趋向平衡状态。"单向地"的含义非常重要，可以说是了解热力学第二定律的关键。“单向”的含义是无论如何也不能使体系完全复原，从许许多多事实得出一个结论，一个单向过程发生之后一定留下一些痕迹;无论用何种方法也不能将此痕迹完全消灭。在热力学中称这过程为不可逆过程。若讨论只限于宏观现象，就可以说：凡是自然发生的过程皆是不可逆过程。
也可以说：凡是有消耗作用的过程皆是不可逆过程。总之，由于不可逆性的存在，都会使可用的机械功有所浪费。所费多于所当费，或所得少于所可得，都是浪费。因此减少浪费，提高工效都是和克服过程的不可逆性有密切的关系。
(2)可逆过程
在讨论不可逆过程时，必然会考虑到是否存在和它对立的过程，即可逆过程。所谓可逆过程就是在它发生之后，在宇宙 (体系和其附近环境的简称，不是天文学申的宇宙)间不留后果的过程。严格地说，可逆过程的条件永远不能完全满足，因为我们虽能减少消耗作用，却不能将其完全消除，因此严格的可逆过程并不存在，它只是一种极限过程。可逆过程也可以理解为几乎在平衡状态下发生的过程。所以该过程的途径代表着一系列的平衡状态，只须将条件稍微改变，即能改变过程的方向。这些过程当然是无限慢的，但是从消耗或获得能量的观点(不是从时间的观点)来看，它们是效率最高的过程。
(3)各种热力过程
在热力学处理中，必须要理解各种基本过程。若一个体系在一种条件下经受变化，如在等温、等压、等容、和环境间没有热量传递等条件下进行，则分别称为等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。
(4)循环过程
体系经过一系列的状态变化过程后，最后又回到最初状态，则整个的变化称为循环。根据循环的效果有正向循环与逆向循环之分。凡是使热能变为机械能的热力循环称为正向循环。在PV 图上以顺时针方向循环，工程上所有热机都是利用工向循环工作的。若循环的效果是消耗能量迫使热量从低温物体取出，并排向高温物体，在pV 图上以反时针方向进行，称为逆向循环。制冷、热泵是利用逆向循环工作。
9.4 温度与热力学第零定律
实验观察可知，当两个物体分别与第三个物体处于热平衡时，则这两个物体彼此之间也必定处于热平衡。
这是经验的叙述，称热平衡定律，又称热力学第零定律。历史上，这个定律被公认为热力学公理之前，热力学第
二、第二定律已被命名，那么还称第零定律，只是因为在逻辑表述上，热平衡定律应在第
一、第二定律之前阐述之故。
热力学第零定律为建立温度的概念提供了实验基础。根据第零定律，处于同一热平衡状态的所有体系必定有一宏观特性是彼此相同的，描述此宏观特性的参数称为温度。可见，温度是描述体系特性的一个状态函数。
热力学第零定律除为建立温度概念提供实验基础外，也是进行温度测量和建立经验温标的理论基础。实际上，这个定律中所谓的第三个物体即是温度计，温度计和确定温度的体系达到热平衡，对温度计予以标定，再用标定过的温度计与一系列体系接触达到热平衡，则可确定任意体系的温度值。
上述的温度定义仅是定性的，完整的温度定义还需包括温度数值的表示法--温标。建立任何一种温标除了选择一定的测温手段外，还需要规定温标的基准点与分度方法。工程上常用的有绝对温标(K，Kelvin)、摄氏温标(℃)与华氏温标( οF)等。国际单位制采用绝对温标。绝对温标指定水的三相点为基准点，该点温度值为273.16K，水的凝固点为273.15K。 9.5 能、功和热
(1)能是一个基本概念。所有物质都有能。我们把能定义为做功的容量。能是既不能创造，也不会毁灭的。如果把一个体系和其环境隔离开来，那末，该体系的能量是不变的。对于任何体系而言，输入的能量和输出的能量之差等于该体系内贮藏着能的改变。能可以分为两种，一种能是和质量无关的，由于存在着位差，而有能在体系和环境间进行传递。另一种能是和质量有关的，包括体系的内能、位能和动能。体系的内能指除动能和位能以外的所有形式的能，它代表着微观水平的能的形式，如和核子旋转，分子结合，磁偶极矩，分子移动，分子转动，分子振动等有关的能。我们无法测定内能的绝对值，而只能计算出它的变化。内能的符号是U，位能的概念和物理学中学到的相似。在热力学申所指的是重力位能。动能的概念和力学中学到的相似。为了方便起见，我们假设地球的速度是零，测量物体的速度是相对地球而言的。能的单位用J 表示，在不少文献中用Cal 表示。
(2)功:由于存在着除温度外的其他位的梯度，如压差，在体系和环境间传递着的能称为功。在热力学中因做功的方式不同，有各种形式的功 (表1-1)。凡是为了改变体系宏观状态所作的功皆称外功。而体系中的一部分对另一部分作功，如气体膨胀后，分子间的距离增加，为了克服分子间的吸引力，当然需要作功。但是这种功只影响微观状态，称为内功。除非特别指明，热力学中所讨论者皆是外功。
表1-1 功的分类
功的符号必需明确规定。虽然在开始研究或讨论时可以任意规定，但一经规定，不得更改。本课程以体系所失的功(对环境做功)为正值，以体系所得的功(环境对体系做功)为负值。功不是体系的性质，不是状态函数，而是和过程所经的途径有关。在国际单位制中功的单位也用J 表示。
(3)热：从经验知道，一个热的物体和一个冷的物体相接触，冷的变热了，而热的变冷了。说明在它们之间有某种东西在相互传递着，人们称这种东西为热。换言之，由于存在着温度梯度，在体系和环境间传递着的能叫做热。这是个古老的定义，也是热力学中常用的定义。但是在极低的温度下，如液氦温度时，虽不存在温度梯度，但因有浓度梯度而产生传热。欲知多少热流入一个体系，只能用发生同样热效应时所需之机械功衡量之。如使0.001kg 水在latm 自287.65K 变到288.65K，需要4.184 J 的绝热功。在不作功的情况下，使同量水发生同样的状态变化，所吸收之热也是4·184 J。通常将此热量叫做lcal。关于热的一个最重要的观察结果是它常常自发地从较高的温度流向较低的温度。因此可以得到温度是热传递的推动力的概念。更确切说，从一物体到另一物体的传热速率和这两物体间的温差成正比。在热力学上应该指出，热是不能贮存在物体之内，而只能作为一种在物体间转移的能量形式出现。当热加到某体系以后，其贮存的不是热，而是增加了该体系的内能。有人形象化地把热比作雨，而把内能比作池中的水，当体系吸热而变为其内能时，犹如雨下到池中变成水一样。热和功一样，也有符号问题，在本书内体系吸热取正值，放热取负值。热不是一个状态函数，而和途径有关。所以也不是个全微分。在国际单位制中，热也用J 表示。有关内能、热和功的计算将在第四章中详述。 9.6 焓
除内能外，还有许多热力学函数，焓就是其中之一，它的定义可写为 H=U+PV 式中 H 是焓，U 是内能，P 是绝压，V 是体积。由于U 和PV 都由体系的状态所决定，因此焓也是个状态函数。其单位和内能相同。 9.7 熵
可逆过程是一种极限，实际的过程则或多或少地趋近这个极限。这就意味着各种过程的不可逆程度不一样。既以不可逆性为基础，显然如何衡量不可逆程度是一个基本问题。
在《物理化学》中学习了所渭Clausius 不等式
∫ dQ /T ≤ 0 式中 Q 代表热量，T 代表绝对温度。等号用于可逆循环，不等号用于不可逆循环。现用在可逆循环中，既然沿一闭合途径的积分为零。被积函数一定是个全微分，或者说沿任一途径的积分值只依赖于积分的上下限 (途径的初、终点)而与积分途径无关。因此，可以定义一个状态函数S，对于从状态1 到状态2 的任何可逆过程，函数S 的变化永可表示为：
式中：S 称为熵。此为熵的定义式。
熵的中文意义是热量被温度除的商，若热量相同，温度高则熵小，温度低则熵大。
熵的外文原名的意义是转变(engtropy，thermal charge)，指热量可以转变为功的程度，熵小则转化程度高，熵大则转化程度低。
熵是个状态函数。伴随着自发过程的进行，熵值不断增大，当达到平衡时，熵值增到最大，其后熵值不变。因此熵是判断在隔离体系中任何自发过程进行的方向和限度的共同准则。在隔离体系中，如果变化是可逆的，熵值不变;如果变化是不可逆的，熵值增加。这就是所谓的熵增原理。(热力学第二定律)
maya场景论文题目范文第6篇
关键词：科幻模型玩具;交互设计;原则;思路
近年来，国内科幻产业和模型玩具产业发展迅速，科幻模型玩具需求不断增加，但现有国内科幻模型玩具缺乏创意性，很多科幻模型玩具只是对相关形象的简单复制，或者只是单纯的外观设计，缺乏趣味性和可玩性，难以体现模型玩具的玩具属性，而国外知名玩具品牌对中国市场日益重视，很多国外科幻模型玩具都有较强的趣味性和可玩性。在这一背景下，文章针对科幻模型玩具中的交互设计进行研究。国内学者对交互设计的研究涉及较广，在玩具方面，吴国荣等探讨了交互设计在儿童智能玩具中的应用，较早地将交互设计应用于智能玩具的研究中[1]。王秀丽等将“具身认知”理论引入儿童智能玩具交互设计研究中，并提出了相应的设计方法[2]。鲁艺等在玩具收纳装置设计中引入实体交互设计方法，并从交互硬件设计和交互软件设计两个方面对其进行创新设计实践[3]。但鲜有与科幻题材玩具或模型玩具相关的研究。文章通过相关产品成功经验分析，从多个角度深入研究科幻模型玩具中的交互设计，以期能为国内科幻模型玩具的设计与发展提供一定思路。
1 科幻模型玩具概述
科幻包涵科学和幻想两方面，从科学方面来看，科幻题材具有一定逻辑性和科学性。从幻想方面来看，科幻题材叙事具有虚构性。科幻中的幻想建立在科学基础上，科幻叙事往往来源于现实，在现有科学基础上通过幻想对现有事物、文化等进行重构，进而产生不同的故事和风格。模型玩具兼具模型与玩具特性，通常以某物为蓝本，模仿其外观结构，并按一定比例缩放[4]，这里的物除了现实之物外还包括动漫、游戏等之中具有相关故事和设定之物，亦可以是其他由设计者原创之物。科幻模型玩具即以科幻为题材的模型玩具，如孩之宝公司的变形金刚玩具、万代公司的高达玩具等，常见的科幻模型玩具带有相关故事和设定，阵营划分也是其中常见形式。
2 交互设计概述
交互设计是对交互系统的设计，其包含物质设计和非物质设计两方面，前者以日常生活中的实体产品为代表，后者以互联网产品及其服务为设计对象[5]。在产品设计中，交互设计是一种以人为中心， 注重用户在使用产品时与产品之间互动行为的设计方式，其以让用户获得极佳的体验为核心理念，在设计中兼顾产品造型和用户使用心理[6]。
3 科幻模型玩具中的交互设计意义
随着模型玩具产业的发展，科幻模型玩具设计对用户与产品之间互动与信息交流的重视程度日益提升，出现了很多注重智能化和交互性的科幻模型玩具设计，除了应用比较早的遥控技术之外，多通道交互技术、虚拟现实技术、增强现实技术等交互技术也被越来越多地被应用于科幻模型玩具设计中，很多科幻模型玩具有与之匹配的移动设备APP 用于操作等功能，在这一背景下科幻模型玩具中的交互设计能够有效提升科幻模型玩具的产品粘度和用户体验。
3.1 增强产品粘度
科幻模型玩具以科幻为题材且往往带有相关故事，玩具的科幻要素是其重要魅力来源之一。科幻模型玩具的产品粘度与用户对玩具的兴趣密切相关，科幻模型玩具中的交互设计可以通过强化科幻模型玩具中科幻要素的表达来提高玩具的吸引力，进而激发用户对玩具的兴趣，以提高用户对玩具的使用粘度。
3.2 提升用户体验感
科幻模型玩具作为玩具的一种，娱乐功能是其重要功能，这一功能与玩具的用户体验关系密切，玩具娱乐功能的实现围绕与玩具相关的一系列交互行为展开，科幻模型玩具中的交互设计可以优化用户与玩具之间的交互行为，进而优化玩具娱乐功能，以提升玩具的用户体验感。
4 科幻模型玩具中的交互设计原则
4.1 文化性原则
科幻模型玩具中的交互设计需注重文化的表达和传递。文化性可以使科幻模型玩具在同类玩具中易于识别，进而能对品牌特色塑造起到推动作用。文化性不是单纯的标新立异，而应有其合理依据。首先，应确定包括使用人群和购买人群在内的定位人群;其次，根据定位人群特点在符合市场需求的情况下加入相应的文化性要素。基于一定文化的设定可以让科幻模型玩具的相关故事有一定的根基，从而增强其合理性，也可以让对相关文化感兴趣的受众群体产生熟悉感进而更易接受相关设定，以拉近玩具与消费者之间的距离。文化的表达和传递方式应根据定位而定，一部分玩具购买者以玩具教育功能为购买理由，如家长以教育为目的购买文化题材玩具以帮助孩子學习相关文化知识，针对这一部分购买者应重视玩具的教育功能，设计相关玩具时应注重玩具对用户的信息传递，使用户在获得乐趣的前提下学到更多相关知识;而另一部分玩具购买者为相关文化的爱好者，针对这一类人群应根据具体定位并针对其对文化的主要关注点进行设计。
4.2 体验性原则
科幻模型玩具中的交互设计需注重用户体验的优化。“心流”是指人们从事任何具有挑战性和技能要求的活动时，产生的一种积极忘我的沉浸体验，“心流”理论将“心流”作为研究对象，对提升科幻模型玩具的用户体验有重要的参考意义。奇客森米哈里和杰克逊总结了产生“心流”的九大特征，并将这些特征归纳为三个阶段[5]，如表1 所示。
对于科幻模型玩具中的交互设计而言，“心流”的事前阶段主要是用户操作科幻模型玩具时的体验，如通过某种方式操作玩具实现相关功能。用户的目标与玩具游戏规则相关，玩具的操作也基于此，对很多玩具而言，由设计者提供的游戏规则有时仅为参考，玩具最终游戏规则往往由用户决定，但设计者可以提供一个或者一系列明确目标作为参考。良好的操作体验要求玩具的游戏规则易于学习，同时玩具本身易于操作，对玩具操作的设计应以便于用户理解为目的，若玩具的操作方式不易于学习或玩具不易于操作，则易给用户带来焦虑情绪，从而对用户体验带来负面影响。经验体验主要是用户在玩科幻模型玩具时的游戏体验，可以将其分为两种情况考虑，一种为挑战性的科幻模型玩具，一种为非挑战性的科幻模型玩具。就挑战性的科幻模型玩具而言，除了对玩具操作难度的要求外，玩具的游戏难度也应重点考虑。玩具的游戏难度和用户水平类似可以产生“心流”，进而获得良好体验。就非挑战性的科幻模型玩具而言，玩具在设计的过程中应充分考虑用户对玩具的掌控感，玩具的操作难度相对于用户的操作能力不能过高或过低。因此，相关玩具设计可以采用分级策略，即设计出不同游戏难度的玩具供用户挑选，也可以通过设计使用户可以调节游戏难度进而优化体验。对于效果阶段的体验优化可以从叙事方面入手，良好的叙事可以增强用户游戏时的代入感，进而优化用户体验。此外，通过引入评价机制使用户获得一种挑战自我或他人的机会，亦是一种通过提高体验目的性进而优化整体体验的方式。
4.3 系统性原则
科幻模型玩具中的交互设计需全面考虑玩具及其所处的系统，而非仅仅玩具本身。交互设计的思维方法是一种系统化的思维方法，交互系统由人、行为、场景、技术四个基本元素组成（简称PACT），交互设计以协调这四个元素的关系为目的。在对实体产品的设计中，需将要设计的产品置于交互系统中，将这一系统看作一个有机整体，并对系统的各组成元素进行分析[7，8]。在科幻模型玩具的交互系统中人即为相关玩具的用户，设计者需充分考虑目标用户的相关需求，由于玩具的特殊性，很多时候玩具的购买者和用户并不一致，因此在设计的过程中需要从多个方面考虑人这一要素的范围。行为在科幻模型玩具的交互设计中主要表现为相关玩具的操作方式及在操作过程中用户与相关玩具产生的信息交互，这与相关玩具的游戏规则等相关，在科幻模型玩具的交互设计中其操作方式的设计需要考虑玩具的相关故事和设定，以增强用户的情感体验。场景是用户操作相关玩具的空间和周围环境，用户在操作科幻模型玩具时，常常能在一定程度上激发其对场景与玩具相关故事的联想。技术可以分为软件技术和硬件技术，技术以实现功能为目的，可以拓展行为的方式和手段[7]。
5 科幻模型玩具中的交互设计思路
5.1 基于感官的交互设计
感官是人用于接收外部信息的器官，对于注重人机信息交流的交互设计而言，人的感官体验是不可缺失的一环。除了感觉以外，感官还有知觉和情感的成分，因此感官体验也常常让人联想到经验性内容，并伴随情感体验[9]。科幻模型玩具中的交互设计可以从视觉、触觉、听觉等多个方面入手，注重多感官体验。一方面，对于科幻模型玩具用户而言，玩具的相关故事和设定属于一种经验性内容，通过结合玩具的相关故事和设定进行多感官设计，可以激发用户对玩具相关故事和设定的联想，进而提升用户情感体验;另一方面，科幻模型玩具往往带有科技感和未来感，通过对不同感官体验的设计亦可以更全面地塑造玩具风格。以小米AR 机器人系列的猎户座六足泰坦玩具（图1）为例，这款玩具注重细节刻画，外观有一定的沖击感，玩具配有APP，用户可以通过APP 操作玩具，并欣赏AR 技术所带来的视觉体验。玩具运动时带有机械感音效，在对玩具APP 进行操作时，手机会根据不同输入信息发出多种音效，进一步强化了玩具的风格。
5.2 基于行为的交互设计
在交互设计中，行为包括用户以使用产品为目的进行的动作行为和产品的反馈行为[7]。对于科幻模型玩具而言，用户与玩具之间的交互行为往往与“玩”这一活动密切相关，其相关行为的交互设计也往往与玩具的游戏规则和操作方式相关。行为由头脑中的知识、外部信息和限制因素共同决定[10]。很多情况下，科幻模型玩具相关故事和设定亦是用户头脑中的知识，其操作行为的设计可与其相关故事和设定相结合，这样一方面可以使用户更易于理解和学习玩具的使用方式;另一方面，可以增强用户在操作玩具过程中的代入感，在呼应主题的同时增强用户游戏体验。与科幻模型玩具有关的交互有时并不只发生在单一玩具与单一用户之间，亦可能是多个用户与多个玩具之间的交互，除了用户与玩具间的交互行为外，还包括不同用户之间的信息交流和不同玩具之间的信息交流。若以用户行为为设计对象，针对科幻模型玩具交互行为的设计还可以从不同用户之间的竞争与合作关系入手。以 GALAXY ZEGA 玩具（图2）为例，该玩具采用APP 操控，用户能通过APP 对玩具的虚拟技能进行升级，并反映在对战中，用户自主操控玩具虚拟技能升级的行为也加强了用户的代入感。此外，作为一款对战游戏，其交互行为是多方向的，用户通过交互行为操控玩具进行对战，玩具既有对用户行为的反馈也有对其他玩具行为的反馈。
5.3 基于情感的交互设计
情感是人受某物刺激时产生的一种生理反应，其产生与人自身的需求和期望密切相关，当这种需求和期望达到一定满足程度时会产生正面情绪，反之则会产生负面情绪[11]。情感化设计主要以用户情感需求为核心，通过将情感因素融入产品设计中，使用户在使用产品时获得一种情感化的交互体验。将情感与产品设计相结合可以满足用户的情感需求和增强用户的情感体验[12]。用户玩科幻模型玩具的过程也是一个交互的过程，在这一过程中用户通过与玩具或者其他用户信息交互从而产生一定的情感体验，而玩具也在一定程度上反映了用户的潜在情感需求，如男生玩变形金刚之类的玩具，在一定程度上是源于他们对力量的潜在情感需求，这种潜在情感需求也在玩耍的过程中得到了一定程度的满足。在科幻模型玩具游戏规则设计中，对目标用户潜在需求的把握十分重要，玩具游戏规则应充分参考目标用户的潜在需求，力求通过用户之间或者用户与玩具的信息交互，使用户的潜在需求得到一定程度上的满足。科幻模型玩具相关故事、设定和交互方式的设计应充分考虑目标用户的潜在需求，从而让用户在玩玩具的过程中满足部分潜在需求，用以增强其情感体验。以索尼AIBOERS-110电子狗（ 图3） 为例，AIBO可以感知外部环境并与用户互动，这在一定程度上满足了用户需要陪伴的心理需求。
5.4 基于叙事的交互设计
叙事指叙述故事，在产品设计中，叙事设计将故事作为用户与设计师沟通的桥梁，使设计能够传递一定的信息和情感，从而让设计在满足用户所需物质功能的基础上唤起用户内心的感受、记忆和联想[13]。科幻模型玩具往往有其相应故事情节，故事情节不仅仅指玩具相应的故事和设定，还包括整个游戏过程。以竞技类的科幻模型玩具为例，除了其相关故事，用户竞技过程本身可以作为故事情节，用户竞技的过程包括其竞技方式和胜负判定，也是一种故事情节的推进过程。故事情节与游戏过程中的趣味性关系密切，在用户的游戏体验中起着重要的作用。叙事的设计可以激发用户想象力，使用户在玩玩具的过程中将自己带入某一故事或场景中，以增强用户在游戏过程中的体验。以大疆的机甲大师RoboMaster S1（图4）为例，这款玩具有多种传感器，可以实现多种交互功能。玩具带有编程功能和多种拓展配件，有很高的自由度，并提供了一种自由的叙事方式。
6 结语
随着相关产业的发展，科幻模型玩具设计对用户体验重视程度加深，在这一背景下，科幻模型玩具中的交互设计具有很大的应用和发展空间。科幻模型玩具中的交互设计应充分考虑文化性要素，通过交互设计赋予其文化内涵;科幻模型玩具设计应以优化用户体验为目的，通过交互设计优化各个环节的用户体验;科幻模型玩具中的交互设计是一个系统的过程，进行交互设计时需要考虑系统内不同要素的关系，以达到各要素间的协调;此外，科幻模型玩具中的交互设计还可以从优化用户的感官体验、优化用户与相关玩具的互动、满足用户潜在情感需求和加强用户在游戏时的代入感入手，从多个角度优化科幻模型玩具的交互方式，以提高相关玩具的综合竞争力。