物理模型論文范文

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第1篇

1前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)于紡織服裝業(yè)CAD/CAM的應(yīng)用要求也越來越高,二維服裝CAD系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求,人們迫切希望借助計(jì)算機(jī)完成一些更加實(shí)用的三維功能。若能直接將二維服裝CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的衣片,在計(jì)算機(jī)上真實(shí)地模擬出穿在人體上的效果,便可以幫助設(shè)計(jì)師直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行著裝效果檢查、服裝裁剪片縫合檢查等工作。這樣就可大大提高服裝從設(shè)計(jì)階段到生產(chǎn)階段間的效率,具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。要通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)這一功能,有兩個(gè)關(guān)鍵的問題必須解決:1)建立合適的織物變形模型;2)選擇高效而實(shí)用的碰撞檢測(cè)算法。

研究織物變形仿真的方法通常分為三類:幾何的、物理的和混合的(幾何和物理方法的混合)。純幾何的造型方法很難反映織物的物理特性,因此基于物理的方法研究,近年來已占據(jù)了主導(dǎo)地位。在織物變形物理仿真模型中[1],按比擬織物結(jié)構(gòu)的方式又可分為兩大類:1)離散質(zhì)點(diǎn)型模型:比較典型的有Feynma等建立的質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格模型、Breen等建立的粒子模型和XProvot等建立的彈簧質(zhì)點(diǎn)模型;2)連續(xù)介質(zhì)型模型:比較典型的有Terzopoulos等建立的彈性變型模型、Liling等建立的空氣動(dòng)力模型、Aono建立的波傳播模型、Collier等建立的有限元模型等。

以上的織物變形物理仿真模型,由于其建模的原理和方法不盡相同,因此,它們適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

我們結(jié)合設(shè)計(jì)虛擬穿衣功能的實(shí)際,認(rèn)為XProvot所建立的彈簧質(zhì)點(diǎn)模型,模型簡(jiǎn)單,易于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),在模擬衣片復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變形過程時(shí),能夠取得比較真實(shí)的模擬效果和較快的模擬速度。

在模擬三維服裝穿在人體上的真實(shí)效果時(shí),會(huì)遇到大量的碰撞現(xiàn)象:衣片同人模之間以及衣片自身間的一種相互滲透和穿越。只有很好地解決了滲透和穿越的問題,才能逼真地完成虛擬穿衣的模擬過程。因此,碰撞檢測(cè)是整個(gè)模擬過程的關(guān)鍵。碰撞檢測(cè)非常耗時(shí),最簡(jiǎn)單的碰撞檢測(cè)算法是對(duì)兩個(gè)碰撞體中的所有基本幾何元素(通常為三角形)進(jìn)行兩兩相交測(cè)試。

現(xiàn)有的碰撞檢測(cè)算法大致可劃分為兩大類:空間分解法(spacedecomposition),和層次包圍盒法(hierarchicalboundingvolumes)。前者是將整個(gè)虛擬空間劃分成相等體積的小單元格,只對(duì)占據(jù)同一單元格或相鄰單元格的幾何對(duì)象進(jìn)行相交測(cè)試。比較典型的方法有八叉樹和BSP樹。層次包圍盒法的核心思想是利用體積略大而幾何特性簡(jiǎn)單的包圍盒將復(fù)雜幾何對(duì)象包裹起來,在進(jìn)行碰撞檢測(cè)時(shí),首先進(jìn)行包圍盒之間相交測(cè)試,只有包圍盒相交時(shí),才對(duì)其所包裹的對(duì)象,做進(jìn)一步求交計(jì)算。在構(gòu)造碰撞體的包圍盒時(shí),若引入樹狀層次結(jié)構(gòu),可快速剔除不發(fā)生碰撞的元素,減少大量不必要的相交測(cè)試,從而提高碰撞檢測(cè)效率。比較典型的包圍盒類型有沿坐標(biāo)軸的包圍盒AABB(axisalignedboundingboxes),包圍球(sphere),方向包圍盒OBB(orientedboundingbox)等。

在本文中,我們充分利用了AABB層次包圍盒法的優(yōu)勢(shì),同時(shí)在構(gòu)建靜態(tài)人模的AABB樹時(shí),又借助層次空間分解法中子空間在空間排列上的有序性和相關(guān)性的思想,將縫合衣片的相對(duì)位置同人模自身的結(jié)構(gòu)信息相結(jié)合,靈活地構(gòu)造人模AABB樹,這樣減少了需相交測(cè)試的元素,從而提高了碰撞檢測(cè)的效率。

2織物的變形模型

2.1織物變形模型的描述

我們建立的織物變形模型是以XProvot的彈簧質(zhì)點(diǎn)模型作為基礎(chǔ),將織物設(shè)想為一個(gè)個(gè)質(zhì)點(diǎn)集合,質(zhì)點(diǎn)間相互關(guān)系歸結(jié)為質(zhì)點(diǎn)間的彈簧作用。其中彈簧分為三類:結(jié)構(gòu)彈簧、剪切彈簧和彎曲彈簧,具體構(gòu)成如圖1所示。圖1織物模型離散成規(guī)則網(wǎng)格

1)結(jié)構(gòu)彈簧:在質(zhì)點(diǎn)Pij和Pi+1,j間,以及Pij和Pi,j+1間的彈簧為結(jié)構(gòu)彈簧,結(jié)構(gòu)彈簧是為了保持質(zhì)點(diǎn)間初始狀態(tài)時(shí)的距離。

2)剪切彈簧:在質(zhì)點(diǎn)Pij和Pi+1,j+1間,以及Pi+1,j和Pi,j+1間的彈簧為剪切彈簧。剪切彈簧是為了防止織物在自身平面過渡和不真實(shí)的變形,而給織物的一個(gè)剪切剛性。3)彎曲彈簧:在質(zhì)點(diǎn)Pij和Pi+2,j間,以及Pij和Pi,j+2間的彈簧為彎曲彈簧,彎曲彈簧是為了防止織物彎曲。2.2質(zhì)點(diǎn)的位移在縫合衣片過程中,衣片上所有質(zhì)點(diǎn)因受力而產(chǎn)生一定的位移,質(zhì)點(diǎn)位移我們選用Nowton運(yùn)動(dòng)定律來描述:F外力(i,j)+F內(nèi)力(i,j)=ma(i,j)其中,m是質(zhì)點(diǎn)P(i,j)的質(zhì)量。在本文中,我們假定布料是各向均質(zhì)的,因此,質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量可由衣片總質(zhì)量除以質(zhì)點(diǎn)總數(shù)得到,a(i,j)是該點(diǎn)加速度,F外力(i,j)是該點(diǎn)所受的外力,F內(nèi)力(i,j)是該點(diǎn)所受的內(nèi)力。為了簡(jiǎn)化模型,在我們?nèi)S服裝CAD系統(tǒng)中,只考慮兩種外力:縫合力和重力。可以用以下公式來表示:F外力(i,j)=F縫合力(i,j)+F重力(i,j)

在衣片縫合過程中,為了將不同的衣片縫在一起,我們?cè)谝缕瑢?duì)應(yīng)縫合邊上加載縫合力。在模型中,縫合力被定義成對(duì)應(yīng)縫合點(diǎn)之間距離的線性函數(shù)。對(duì)兩個(gè)縫合點(diǎn)pi,j和qi,j間的縫合力,可以按如下公式計(jì)算:F縫合力(i,j)=CsDis(pi,j,qi,j)Npi,j-qi,j式中Cs為縫合力系數(shù),該系數(shù)與織物的縫合性能有關(guān),通常,較難變形的布料采用較大的縫合力系數(shù);Dis(pi,j,qi,j)表示兩縫合點(diǎn)pi,j和qi,j間的距離;Npi,j-qi,j表示從pi,j點(diǎn)指向qi,j點(diǎn)的單位方向矢量。為了獲得較真實(shí)的仿真效果,我們?cè)谧冃文Ｐ椭锌紤]了衣片所受的重力。質(zhì)點(diǎn)所受的重力可按如下公式計(jì)算:F重力(i,j)=mi,jg式中mi,j為質(zhì)點(diǎn)pi,j的質(zhì)量。在彈簧質(zhì)點(diǎn)模型中,唯一考慮的彈性內(nèi)力是彈簧的彈性變形力,由于采用的是理想的彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng),可以利用胡克(Hooke)定律來計(jì)算彈簧的彈性變形力:F內(nèi)力(i,j)=-∑(k,l)∈Rk(Pi,jPk,l-Pi,jPk,l0Pi,jPk,lPi,jPk,l)其中,k是彈簧的彈性變形系數(shù),R是P(i,j)鄰點(diǎn)的集合,Pi,jPk,l0表示質(zhì)點(diǎn)P(i,j)與質(zhì)點(diǎn)P(k,l)之間的原始距離,彈簧的彈性變形系數(shù)k可以?讕菟∮彌锏牟牧閑閱懿問呷范ā?/P>

2.3織物變形模型的求解我們選擇顯式歐拉方法來求解織物變形模型。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是質(zhì)點(diǎn)P(i,j)所受所有力的合力,mi,j(t)是質(zhì)點(diǎn)P(i,j)的質(zhì)量,ai,j(t)、Vi,j(t)和Pi,j(t)分別是質(zhì)點(diǎn)P(i,j)在時(shí)間t的加速度,速度和位置。t是系統(tǒng)選定的時(shí)間步長(zhǎng)。

3基于AABB樹層次包圍盒的碰撞檢測(cè)

3.1建立AABB樹一個(gè)碰撞體的AABB被定義為包含該碰撞體,且邊平行于坐標(biāo)軸的最小六面體。因此,描述一個(gè)AABB,僅需六個(gè)標(biāo)量。在構(gòu)造AABB包圍盒時(shí),需沿著碰撞體局部坐標(biāo)系統(tǒng)的軸向(X,Y,Z)來構(gòu)造,所以所有的AABB包圍盒具有一致的方向。

AABB樹是基于AABB的二叉樹,按照由上至下的遞歸細(xì)分方式構(gòu)造生成的。在每一次遞歸過程中,要求取最小的AABB,需沿所選擇的剖分面將碰撞體分為正負(fù)兩半,并將所對(duì)應(yīng)的原始幾何元素(如三角面)分別歸屬正、負(fù)兩邊,整個(gè)遞歸過程類似于空間二叉剖分,只是每次剖分的對(duì)象是AABB,而不是空間區(qū)域。遞歸細(xì)分一直要進(jìn)行到每一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)只包容一個(gè)原始幾何元素為止,所以具有n個(gè)原始幾何元素的AABB樹具有n-1個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)和n個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)。對(duì)于剖分面的選擇,在本文中,選擇垂直AABB的最長(zhǎng)軸,且平分該軸的平面。經(jīng)試驗(yàn)證明,這種方式,在大多數(shù)情況下的算法復(fù)雜度僅為O(nlogn),較其它的剖分面選擇方法有了極大的提高。至于原始幾何元素的歸屬則應(yīng)依據(jù)幾何元素的重心P在最長(zhǎng)軸上的投影坐標(biāo)。若投影坐標(biāo)大于剖分面的坐標(biāo)(mid),則在剖分面的正向,否則在負(fù)向,如圖2所示。圖2三角面歸屬負(fù)區(qū)域,因?yàn)槠滟|(zhì)心投影坐標(biāo)小于剖分面的基準(zhǔn)坐標(biāo)

3.2AABB的相交判斷AABB間的相交測(cè)試比較簡(jiǎn)單,兩個(gè)AABB相交當(dāng)且僅當(dāng)它們?cè)谌齻€(gè)坐標(biāo)軸上的投影區(qū)間均相交。通過投影,我們即將三維求交問題轉(zhuǎn)化為一維求交問題。而對(duì)一維求交問題,我們則采用SAT(SeparatingAxesTest)[2]法。因SAT無需求交計(jì)算,只需比較兩個(gè)包圍盒分別在三個(gè)軸向上投影的重疊情況,即可得出相交測(cè)試結(jié)果,非常簡(jiǎn)單。現(xiàn)以在一個(gè)軸向上的投影情況為例說明:圖3AABBs在X軸向相交判斷。

設(shè)A,B為兩包圍盒,X為投影軸,CA,CB分別為A,B的中心點(diǎn),PA,PB為點(diǎn)CA,CB在X上的投影。RA,RB分別為包圍盒A,B在X上的投影。若RA+RB

PAPB,(如圖3所示)則在軸向X上A和B不相交,反之在軸向X上A和B鄰接或相53第5期高成英等:虛擬穿衣中織物模型的建立和碰撞檢測(cè)的處理交。當(dāng)包圍盒A,B在三條軸向上的投影均相交時(shí),則A,B相交。定義AABB的六個(gè)最大最小值分別確定了它在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影區(qū)間,因此AABB間的相交測(cè)試最多只需六次比較運(yùn)算,非常簡(jiǎn)單快速。

3.3AABB樹的更新當(dāng)衣片移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)后,需要對(duì)AABB進(jìn)行更新,根據(jù)定義AABB的6個(gè)最大最小值的組合,可以得到AABB的8個(gè)頂點(diǎn),對(duì)這8個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和平移變化,并根據(jù)變化后的頂點(diǎn)計(jì)算新的AABB。當(dāng)衣片發(fā)生變形時(shí),需要重新計(jì)算AABB樹中發(fā)生變形了的葉結(jié)點(diǎn)的AABB,再利用變形葉節(jié)點(diǎn)的新AABB來重新計(jì)算它們父節(jié)點(diǎn)的AABB。這種計(jì)算必須嚴(yán)格按照從下到上的方式進(jìn)行。父節(jié)點(diǎn)AABB的具體求法為:令(Xmax1,Xmin1,Ymax1,Ymin1,Zmax1,Zmin1)和(Xmax2,Xmin2,Ymax2,Ymin2,Zmax2,Zmin2)分別是兩個(gè)變形葉結(jié)點(diǎn)的AABB,則父結(jié)點(diǎn)的AABB即為(max(Xmax1,Xmax2),min(Xmin1,Xmin2),max(Ymax1,Ymax2),min(Ymin1,Ymin2),max(Zmax1,Zmax2),min(Zmin1,Zmin2),只需6次比較運(yùn)算就完成一個(gè)結(jié)點(diǎn)的更新,其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重新構(gòu)造AABB包圍盒樹。

3.4基于AABB樹的碰撞檢測(cè)算法基于AABB樹碰撞檢測(cè)算法的核心是通過有效地遍歷這兩棵樹,以確定在當(dāng)前位置下,兩個(gè)碰撞體的某些部分是否發(fā)生碰撞,這是一個(gè)雙重遞歸遍歷的過程。算法描述如下:step1：分別為人模和衣片構(gòu)造AABB樹。step2：人模的AABB樹的根結(jié)點(diǎn)遍歷衣片的AABB樹。如果發(fā)現(xiàn)人模AABB樹的根結(jié)點(diǎn)的包圍盒與衣片AABB樹內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的包圍盒不相交，則停止向下遍歷；如果遍歷能到達(dá)衣片AABB樹的葉節(jié)點(diǎn)，再用該葉節(jié)點(diǎn)遍歷人模AABB樹。如果能到達(dá)人模AABB樹的葉節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)一步進(jìn)行基本幾何元素間的相交測(cè)試。step3：檢測(cè)基本幾何元素間是否相交。3.5自碰撞檢測(cè)在衣片縫合過程中,除了衣片同人模之間的碰撞外,由于衣片的動(dòng)態(tài)變形,使得衣片與衣片自身間也有碰撞現(xiàn)象,因此必須進(jìn)行進(jìn)一步的自相交檢測(cè)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我們利用三角形表面曲率來簡(jiǎn)化計(jì)算。當(dāng)鄰近三角形法線的夾角較小時(shí),它們不可能發(fā)生碰撞,只有當(dāng)夾角超過閾值,才有可能碰撞。我們?yōu)槊總€(gè)三角形建立它的臨近三角形列表,通過判斷每個(gè)三角形的所有鄰近區(qū)域的三角形表面曲率,來排除大部分不可能相交的情況,從而簡(jiǎn)化了計(jì)算。

4虛擬穿衣的具體實(shí)現(xiàn)步驟

(1)讀入二維服裝CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的衣片

(2)選擇所有需要縫合衣片的對(duì)應(yīng)的縫合邊

(3)將二維衣片離散并形成初始的彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)a)將衣片離散成規(guī)則四邊域網(wǎng)格,再將四邊域網(wǎng)格的對(duì)角線相連,形成規(guī)則三角形網(wǎng)格的彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)。三角形的頂點(diǎn)形成質(zhì)點(diǎn),三角形的邊形成相應(yīng)的彈簧。衣片的三角化,正是為方便地建立衣片的AABB樹;b)按質(zhì)點(diǎn)間的相應(yīng)關(guān)系,加入各種彈力。在離散衣片時(shí),需特別注意的是在(2)中所選擇的對(duì)應(yīng)縫合邊的長(zhǎng)度一定要相等,且當(dāng)衣片離散化時(shí),在對(duì)應(yīng)縫合邊上的原始幾何元素(這里為三角形)的個(gè)數(shù)也應(yīng)相同。若在(2)中所選擇的對(duì)應(yīng)縫合邊長(zhǎng)度不等,或原始幾何元素個(gè)數(shù)不同時(shí),系統(tǒng)將需做一些預(yù)處理:將其中一條縫合邊的所有信息刪除,將另一條縫合邊的相應(yīng)信息賦給它。

(4)將衣片交互式地放置在人體模型附近的初始位置在該步驟中,首先,給每一縫合衣片賦一個(gè)別名(系統(tǒng)自定義的標(biāo)準(zhǔn)別名:左前片,右前片,左后片,右后片等),根據(jù)每一衣片的別名,衣片被自動(dòng)地放置在人體模型附近的相應(yīng)初始位置上。

(5)分別為人模和衣片建立AABB樹本文中所涉及的兩個(gè)碰撞體,分別為人模和衣片,其中人模在整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬過程中為靜態(tài)的,因此,只需在初始化時(shí)構(gòu)造一次AABB樹即可。為了進(jìn)一步提高碰撞檢測(cè)的效率,我們?cè)跇?gòu)造人模的AABB樹時(shí),應(yīng)根據(jù)(4)中得到的縫合衣片別名,結(jié)合人模的幾何結(jié)構(gòu),靈活構(gòu)造人模的AABB樹。例如:假設(shè)我們?cè)?4)中,得到衣片分別為:左前片,右前片,左后片,右后片。我們即可知,將要縫合的為一件四片裁剪片的上衣,所以在構(gòu)造人模的AABB樹,我們只取人模上半身數(shù)據(jù)來構(gòu)造人模的AABB,具體層次結(jié)構(gòu)如圖4所示。在進(jìn)行人模和衣片間碰撞檢測(cè)時(shí),根據(jù)衣片的別名分別進(jìn)行局部檢測(cè),(例如:左前片,就只需和人模AABB樹第三層最左邊的結(jié)點(diǎn),左前半身的AABB進(jìn)行碰撞檢測(cè))有效地減少了需要碰撞檢測(cè)的元素。系統(tǒng)根據(jù)所縫合的衣片不同,建立的人模AABB樹亦不相同。圖4人模的AABB樹層次結(jié)構(gòu)圖

(6)動(dòng)態(tài)變形模型的計(jì)算根據(jù)衣片的縫合信息,我們?cè)谝缕膶?duì)應(yīng)縫合邊上加載縫合力。在縫合力、重力和衣片上各質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)部彈力的共同作用下,二維衣片將逐步變形,并逐漸被縫合在一起,整個(gè)縫合過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的迭代過程。在動(dòng)態(tài)迭代過程中,要同時(shí)進(jìn)行大量的人模—衣片間,及衣片—衣片間的碰撞檢測(cè)處理,并給出相應(yīng)碰撞響應(yīng)(當(dāng)有碰撞現(xiàn)象發(fā)生時(shí),要重新調(diào)整碰撞點(diǎn)處的位置,避免發(fā)生穿越和滲透)的處理。縫合過程結(jié)束后,便可以得到縫合好的三維服裝穿在靜態(tài)人模上的效果。

5結(jié)束語實(shí)驗(yàn)證明,本文所采用的織物變形模型———彈簧質(zhì)點(diǎn)模型,模型簡(jiǎn)單,能夠較真實(shí)地反映虛擬環(huán)境下的織物特性。所采用的基于AABB的層次包圍盒碰撞檢測(cè)算法,除了AABB層次包圍盒自身在碰撞檢測(cè)上的較高性能外,算法還從以下幾方面提高了碰撞的檢測(cè)效率:

1)將縫合衣片的相對(duì)位置同人模自身的結(jié)構(gòu)信息相結(jié)合,靈活地構(gòu)造人模AABB樹,減少了人模和衣片之間不可能相交元素碰撞檢測(cè)的次數(shù);

2)AABB包圍盒的相交判斷中,采用SAT方法進(jìn)行包圍盒之間的交疊判斷,降低了算法的復(fù)雜度,提高算法效率。

3)衣片之間的碰撞判斷,利用了每個(gè)三角形相鄰區(qū)域的三角形表面曲率來簡(jiǎn)化求交判斷。

第2篇

軟件開發(fā)過程包括需求分析，系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，編碼測(cè)試過程等。而構(gòu)建復(fù)雜多變的系統(tǒng)，難度主要體現(xiàn)在需求分析過程。需求分析人員通過與用戶溝通，獲得詳細(xì)全面的需求描述，即與系統(tǒng)相關(guān)的“問題域”；系統(tǒng)分析師需要理解用戶想要的系統(tǒng)、評(píng)估權(quán)衡不同的解決方案，即與系統(tǒng)相關(guān)的“求解域”。面向?qū)ο蟮姆椒ò选皢栴}域”與“求解域”的建模活動(dòng)合二為一。“問題域”首先被建模成一組對(duì)象和關(guān)系，然后系統(tǒng)用這個(gè)模型來表達(dá)它操縱的現(xiàn)實(shí)世界的概念。比如中煤平朔勞保物資發(fā)放系統(tǒng)中員工資金賬戶對(duì)象，就表示現(xiàn)實(shí)生活中，員工在領(lǐng)用勞保時(shí)專有的一個(gè)虛擬錢包；員工資金賬戶操作記錄對(duì)象，表示勞保管理人員對(duì)員工的虛擬錢包存款或扣款。“求解域”也被建模為對(duì)象。面向?qū)ο笾惺褂昧藬?shù)據(jù)抽象、信息隱藏或封裝、繼承和分段加工等，對(duì)象和類就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，對(duì)象和類中封裝了相關(guān)的屬性和方法，通過對(duì)象與對(duì)象之間的信息交互，來實(shí)現(xiàn)軟件的功能。UML（UnifiedModelingLanguage）統(tǒng)一建模語言，是一套優(yōu)秀的面向?qū)ο蠼ＴO(shè)計(jì)語言。為系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)提供模型架構(gòu)。包括功能模型、對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型。中煤平朔勞保物資發(fā)放系統(tǒng)的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)通過UML中的UseCase（用例圖），Class框圖（類圖），和Sequence(順序圖)來實(shí)現(xiàn)。

二、系統(tǒng)建模

（一）功能模型開發(fā)軟件的初期階段，需求分析人員與用戶經(jīng)過反復(fù)地溝通，了解用戶詳細(xì)的需求，并且對(duì)需求的規(guī)格定義達(dá)成共識(shí)，落實(shí)到具體的文檔形式。UML技術(shù)中的用例模型-Use管理二一四•十二企業(yè)管理Case（用例圖）為解決建模問題提供了標(biāo)準(zhǔn)的可視化表示法和面向?qū)ο蟮慕ＵZ言。用例模型描述了系統(tǒng)的整體功能需求，使開發(fā)人員站在軟件使用人員的角度，從系統(tǒng)宏觀上理解系統(tǒng)的功能。以確保在后期開發(fā)中，真實(shí)系統(tǒng)不會(huì)偏離用戶的需求。用例圖主要是刻畫整個(gè)系統(tǒng)功能和環(huán)境約束，它由一組用例、執(zhí)行者、執(zhí)行者與用例間的關(guān)系以及用例間的關(guān)系組成。一個(gè)用例就是系統(tǒng)一個(gè)功能單元。根據(jù)用戶需求，確定系統(tǒng)的邊界，中煤平朔勞保物資發(fā)放系統(tǒng)的外部執(zhí)行者可分成四個(gè)角色(Actors)：系統(tǒng)管理員、卡務(wù)管理人員、采購計(jì)劃管理人員、倉庫管理人員，然后根據(jù)角色的使用功能確定用例。系統(tǒng)管理員是系統(tǒng)的全局角色，除執(zhí)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理以及其他角色的管理模塊之外，還負(fù)責(zé)系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置等。行政單位設(shè)置用例是企業(yè)內(nèi)部按照等級(jí)劃分和按照不同職責(zé)劃分的各級(jí)部門基本信息的增加、刪除和修改功能。工種設(shè)置用例是企業(yè)按生產(chǎn)勞動(dòng)性質(zhì)來劃分的種類基本信息的增加、刪除和修改。崗位設(shè)置用例是企業(yè)內(nèi)部在特定的時(shí)間段內(nèi)，由特定的人或小組所擔(dān)負(fù)某項(xiàng)任務(wù)的組織基本信息的增加、刪除和修改。員工崗位任職設(shè)置用例是在具體的崗位中指派特定的員工基本信息的增加、刪除和修改。用例圖同時(shí)劃分了清晰的系統(tǒng)權(quán)限。崗位權(quán)限設(shè)置用例說明系統(tǒng)的權(quán)限由崗位來劃分，不同的員工登錄系統(tǒng)后，會(huì)根據(jù)其崗位權(quán)限來確定系統(tǒng)的使用權(quán)限。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)用例圖如圖1所示。卡務(wù)管理人員是在信息卡逐步代替手工單據(jù)、票據(jù)的制作、保管下應(yīng)運(yùn)而生的一類角色。卡務(wù)管理人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件與卡信息的交互，即讀取芯片卡內(nèi)信息錄入軟件或?qū)⑾到y(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)置到芯片卡中。單位資金賬戶和員工資金賬戶是系統(tǒng)為企業(yè)內(nèi)部開設(shè)的虛擬錢包，作為部門或員工領(lǐng)取勞保品的一種電子貨幣形式。單位資金往來明細(xì)和員工資金往來明細(xì)中記錄了資金的存入和消費(fèi)。采購計(jì)劃管理員角色因物資的需求計(jì)劃而設(shè)立。工礦企業(yè)的工種科目種類繁多、崗位職務(wù)分類復(fù)雜；員工領(lǐng)取勞保品的標(biāo)準(zhǔn)各不相同；并且物資類別豐富多樣等諸多原因加大了制定物資需求計(jì)劃的難度。物資類別用例和物資標(biāo)準(zhǔn)品種用例是采購計(jì)劃管理員對(duì)物資的分類管理和別名管理。供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)根據(jù)一定的原則為員工領(lǐng)取勞保用品所指定的發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)用例和供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品種用例進(jìn)一步說明了發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)中的詳細(xì)信息。采購計(jì)劃管理員在設(shè)置特定的時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)員工的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)生成領(lǐng)料計(jì)劃及領(lǐng)料計(jì)劃明細(xì)。采購計(jì)劃用例圖如圖3所示。倉庫管理人員負(fù)責(zé)入庫、盤點(diǎn)、調(diào)庫、發(fā)放，以及實(shí)時(shí)查看倉庫庫存和庫存變動(dòng)情況。系統(tǒng)管理員可以增設(shè)倉庫信息，指派相應(yīng)的倉庫管理員。倉庫管理員接收供貨商的物資，執(zhí)行入庫操作。倉庫管理員可以對(duì)倉庫執(zhí)行調(diào)庫操作。可以實(shí)時(shí)查看庫存情況，盤點(diǎn)庫存的盈虧。在物資發(fā)放上倉庫人員采取按計(jì)劃發(fā)放和零售發(fā)放兩種方式。庫存、發(fā)放管理用例圖如圖4所示。用例描述模板描述了角色和系統(tǒng)交互的事件流。卡務(wù)管理員資金賬戶明細(xì)管理，包括添加、修改、刪除三個(gè)用例描述。添加員工資金賬戶明細(xì)的用例描述，如表1所示。

（二）靜態(tài)模型Class框圖（類圖）是UML建模中的一個(gè)基本要素，類圖用于描述系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，描述了類、接口、協(xié)作以及它們之間的關(guān)系。主要內(nèi)容包括類、接口、協(xié)作、依賴（一個(gè)類使用另一個(gè)類）、泛化（一個(gè)類是另一個(gè)類的特殊化）、實(shí)現(xiàn)（一個(gè)類是另一個(gè)類的實(shí)現(xiàn)）和關(guān)聯(lián)關(guān)系（彼此之間存在聯(lián)系）。類的組成包括類的名稱、類的屬性和方法。圖5和圖6表示了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類圖和采購計(jì)劃管理的類圖，以及類之間的關(guān)聯(lián)。行政單位是企業(yè)內(nèi)部劃分的主管部門，可以根據(jù)上下級(jí)別劃分成二級(jí)行政單位和三級(jí)行政單位等；工種是根據(jù)勞動(dòng)管理需要，以企業(yè)的專業(yè)分工和勞動(dòng)組織基本狀況為依據(jù)進(jìn)行的劃分；崗位是企業(yè)根據(jù)具體的勞動(dòng)強(qiáng)度、勞動(dòng)環(huán)境和技術(shù)要求而進(jìn)行的劃分，比如：同樣是司機(jī)，對(duì)于170噸重型卡車司機(jī)和普通司機(jī)的技術(shù)要求是不同的，同時(shí)樣是管鉗工，對(duì)于井上管鉗工和井下管鉗工的作業(yè)環(huán)境、安全要求是大不相同的。不同的崗位就決定了福利、獎(jiǎng)勵(lì)的差異。供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)是企業(yè)為員工發(fā)放福利所制定的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)是員工的崗位制定，企業(yè)還可以根據(jù)行政單位、工種、崗位供應(yīng)類別及員工崗位任職來制定供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，這樣就要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)適應(yīng)需求的變動(dòng)。領(lǐng)料計(jì)劃是由計(jì)劃管理員定期制定的，包括計(jì)劃的起始和結(jié)束時(shí)間，領(lǐng)料計(jì)劃明細(xì)是根據(jù)領(lǐng)料記錄信息與供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出，包括物品的使用起始時(shí)間，使用結(jié)束時(shí)間，可領(lǐng)數(shù)量等。圖7表示了卡務(wù)管理的類圖。卡作為卡務(wù)管理中的核心部分，包含了卡的基本信息和卡的設(shè)置參數(shù)，以及卡的類型。卡的類型有兩種：?jiǎn)挝豢ê蛡€(gè)人卡。單位卡用于單位資金賬戶的操作，因此每個(gè)行政單位至少具備一個(gè)單位資金賬戶，單位資金賬戶明細(xì)反映了單位資金賬戶的上賬記錄和消費(fèi)記錄。個(gè)人卡用于員工資金賬戶的操作，每位員工至少具備一個(gè)員工資金賬戶，員工資金賬戶明細(xì)反映了員工資金賬戶的上賬記錄和消費(fèi)記錄。圖8表示了庫存、發(fā)放管理的類圖。入庫單、入庫單明細(xì)反映了倉庫庫存的入庫操作，出庫單出庫明細(xì)反映了倉庫庫存的出庫操作，倉庫庫存反映了當(dāng)前庫存的實(shí)時(shí)情況。根據(jù)需求在實(shí)際發(fā)放中分為兩種發(fā)放形式，一種是計(jì)劃發(fā)放形式，另一種是零售形式。領(lǐng)料單反映了員工在某一階段內(nèi)的領(lǐng)料狀態(tài)，領(lǐng)料單明細(xì)反映了某一階段內(nèi)該員工可以領(lǐng)用的物品及數(shù)量，領(lǐng)料記錄反映了已經(jīng)領(lǐng)用的信息。銷售單銷售明細(xì)反映了零售方式的員工領(lǐng)用情況。

（三）動(dòng)態(tài)模型Sequence(順序圖)，描述的是參與者與對(duì)象之間的時(shí)間交互順序。順序圖是對(duì)用例圖的細(xì)化和擴(kuò)展。參與者通過軟件完成一項(xiàng)特定的功能，需要與相關(guān)的類產(chǎn)生交互，所有參與類都要產(chǎn)生自己的實(shí)例，并提供相應(yīng)的方法，對(duì)象調(diào)用其他類的方法是按照時(shí)間順序排序的，在圖上是以從左到右的方向顯示，同時(shí)每一次調(diào)用都要有反饋消息。圖9表示了采購計(jì)劃管理員生成某階段的領(lǐng)用計(jì)劃用例的系統(tǒng)工作順序圖。其中生成領(lǐng)用計(jì)劃的是采購計(jì)劃管理員。它首先向領(lǐng)料計(jì)劃類對(duì)象發(fā)送生成計(jì)劃消息，領(lǐng)料計(jì)劃類對(duì)象通過調(diào)用自己的方法檢查當(dāng)前的計(jì)劃是否已經(jīng)生成，如果未生成，領(lǐng)料計(jì)劃類對(duì)象會(huì)調(diào)用行政單位類的方法獲取相關(guān)的行政單位信息，行政單位類對(duì)象調(diào)用崗位類方法獲得相關(guān)的崗位信息，崗位類對(duì)象調(diào)用供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)類的方法獲得相關(guān)的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)信息；崗位類對(duì)象調(diào)用員工崗位任職類的方法獲取相關(guān)的員工崗位任職，員工崗位任職類對(duì)象調(diào)用員工的方法獲取員工的信息。根據(jù)供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)信息為每個(gè)員工生成領(lǐng)用計(jì)劃。

三、結(jié)束語

第3篇

“服務(wù)型高校行政管理模式”的內(nèi)涵可以通過以下四個(gè)方面分析，即管理觀念、管理職能、體制結(jié)構(gòu)和服務(wù)對(duì)象。首先，從管理觀念角度分析。要將服務(wù)師生、服務(wù)教學(xué)的觀念貫穿到日常的行政管理工作中，將教師和學(xué)生的角色從被管理者轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)的對(duì)象，強(qiáng)化“管理即是服務(wù)”的意識(shí)；其次，從管理職能角度分析。高校服務(wù)型行政管理職能的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即實(shí)現(xiàn)從權(quán)力型機(jī)關(guān)向責(zé)任型機(jī)關(guān)的轉(zhuǎn)變，以及提升對(duì)服務(wù)職能的認(rèn)識(shí)，摒棄行政本位，以教學(xué)科研為中心；再次，從體制結(jié)構(gòu)角度分析。一方面，采用扁平的組織機(jī)構(gòu)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)，合并職能相近的機(jī)關(guān)部門。另一方面，提高學(xué)校制度政策制定的參與性和民主化；最后，從服務(wù)對(duì)象角度分析。高校所具有的人才培養(yǎng)及教學(xué)科研的基本職能決定了高校行政部門服務(wù)的對(duì)象是學(xué)生和教師，因此，應(yīng)以師生為本，為其創(chuàng)造良好的平臺(tái)和環(huán)境，推動(dòng)教育事業(yè)的發(fā)展。高校服務(wù)型行政管理模式歸納起來具有以下四個(gè)特征：

第一，強(qiáng)調(diào)服務(wù)意識(shí)。堅(jiān)持“以師生為本”的理念，將服務(wù)視為學(xué)校管理模式的核心價(jià)值觀和行政管理機(jī)構(gòu)的首要職責(zé)，一切從師生的需求出發(fā)，為師生的利益著想，明確師生的主體地位和作用。在實(shí)際工作中，努力實(shí)現(xiàn)和維護(hù)好師生的根本利益，協(xié)調(diào)好各方面的利益關(guān)系，做到“教育以育人為本、以學(xué)生為主體，辦學(xué)以人才為本、以教師為主體”。

第二，鼓勵(lì)參與并及時(shí)回應(yīng)。鼓勵(lì)參與指的是在涉及有關(guān)學(xué)校發(fā)展與建設(shè)的問題上，服務(wù)型行政管理模式鼓勵(lì)相關(guān)人員參與。學(xué)校決策不再僅由少數(shù)領(lǐng)導(dǎo)干部討論決定，而是要廣泛聽取師生、家長(zhǎng)及其他相關(guān)機(jī)構(gòu)的意見與建議，讓他們充分而自由地參與到學(xué)校決策中來；與鼓勵(lì)參與相對(duì)應(yīng)的是強(qiáng)調(diào)回應(yīng)性。針對(duì)相關(guān)人員提出的意見和建議，建立科學(xué)有效的溝通回應(yīng)機(jī)制，以保證暢通無阻的溝通與交流。

第三，體現(xiàn)公開與公正。在新時(shí)期高校服務(wù)型行政管理模式下，學(xué)校行政部門要及時(shí)將重要工作信息如學(xué)校重大決策、制度調(diào)整和管理活動(dòng)向師生、家長(zhǎng)及其他相關(guān)機(jī)構(gòu)公布，做到管理的公開和公正。師生、家長(zhǎng)等相關(guān)人員有權(quán)對(duì)學(xué)校的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督。

第四，倡導(dǎo)尊重與平等。服務(wù)型高校管理模式倡導(dǎo)尊重個(gè)體，強(qiáng)調(diào)平等。在日常行政管理工作中，管理人員要嚴(yán)格遵循勤奮務(wù)實(shí)的工作原則，努力與師生形成一種互相尊重、彼此平等的關(guān)系，營(yíng)造和諧的工作氛圍。在管理決策過程中，行政部門應(yīng)充分考慮并積極維護(hù)師生員工的合法權(quán)益，使每位師生都能平等地享受學(xué)校資源，使學(xué)校教育發(fā)展的成果惠及全體師生。

二、目前中國(guó)高校行政管理的現(xiàn)狀及存在的問題

近年來，在全國(guó)構(gòu)建“服務(wù)型政府”的大背景下，高校行政管理工作的服務(wù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，行政管理體制改革不斷向前推進(jìn)，但由于中國(guó)高校始終沒有完全擺脫傳統(tǒng)的行政管理模式，時(shí)至今日仍然存在一些弊端和問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）管理機(jī)構(gòu)過度膨脹

中國(guó)高校在內(nèi)部管理上一直采用從學(xué)校、學(xué)院、教研室到教師這種自上而下層層管理的形式，即金字塔式的組織機(jī)構(gòu)。這種科層制的組織機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的負(fù)面影響：一是由于各部門功能不斷細(xì)化和權(quán)限不斷縮小使行政部門崗位越設(shè)越多，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)膨脹，行政效率不高。二是由于中國(guó)高校行政管理人員是按照政府機(jī)關(guān)的人員編制設(shè)置的，從科員到處級(jí)、局級(jí)逐級(jí)建構(gòu)，每個(gè)部門至少有兩到三名行政人員，隨著行政機(jī)構(gòu)的不斷膨脹，行政管理人員的隊(duì)伍也越來越大。

（二）管理制度不完善

一方面，缺乏實(shí)際有效的法律制度保障。中國(guó)現(xiàn)行的教育法律體系是自20世紀(jì)80年代開始建立的，以《中華人民共和國(guó)憲法》為基礎(chǔ)，先后制訂了《學(xué)位條例》、《義務(wù)教育法》、《高等教育法》等教育法律、法規(guī)，它們構(gòu)成了中國(guó)現(xiàn)行教育法律制度的基本框架。但這其中及后續(xù)出臺(tái)的相關(guān)法律法規(guī)涉及行政管理的內(nèi)容較少且空泛，實(shí)際工作中難以參照?qǐng)?zhí)行，使行政人員在執(zhí)行或決策中隨意性增大，難以形成公開透明的制度環(huán)境。另一方面，很多高校忽視與行政管理制度聯(lián)系密切的監(jiān)督和信息反饋等民主制度建設(shè)，使得師生、家長(zhǎng)及相關(guān)機(jī)構(gòu)脫離了涉及高校重要決策制定的過程，不利于建立“以人為本”的新時(shí)期高校服務(wù)管理模式。

（三）管理機(jī)制不健全

首先，人才引進(jìn)機(jī)制不完善。高校不僅需要有一支高水平的師資隊(duì)伍，還要有一支高素質(zhì)的行政管理隊(duì)伍。從專業(yè)素質(zhì)看，大多數(shù)行政管理人員都不是來自管理專業(yè)，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的高等教育基礎(chǔ)理論和現(xiàn)代高校管理知識(shí)的學(xué)習(xí)，不具備系統(tǒng)的知識(shí)理論框架，在日常工作中不講方式方法，影響了工作效率。從年齡結(jié)構(gòu)看，由于對(duì)高校行政管理工作仍保持著傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，即科技含量低、創(chuàng)新空間小、自我提升慢等，專業(yè)青年人才不愿加入到這個(gè)隊(duì)伍中來，致使整個(gè)行政管理隊(duì)伍人才出現(xiàn)斷層。其次，激勵(lì)機(jī)制欠缺。目前，全國(guó)各高校發(fā)放工資、獎(jiǎng)金、福利等大多是以科研成果來劃分等級(jí)，由于工作性質(zhì)原因行政人員不可能在科研方面有太多成果，因此獲得獎(jiǎng)勵(lì)的機(jī)會(huì)很少，導(dǎo)致行政人員缺乏工作積極性，工作效率受到影響。

三、構(gòu)建高校服務(wù)型管理模式的主要措施

解決傳統(tǒng)高校行政管理模式中出現(xiàn)的問題，推動(dòng)新時(shí)期高校服務(wù)型管理模式的建立，是中國(guó)高校內(nèi)部管理體制改革的重要任務(wù)，具體要從轉(zhuǎn)變管理觀念、精簡(jiǎn)管理機(jī)構(gòu)、完善體制機(jī)制三個(gè)方面入手。

（一）轉(zhuǎn)變和提升服務(wù)理念

在全國(guó)構(gòu)建“服務(wù)型政府”的大背景下，高校應(yīng)開始轉(zhuǎn)變并不斷提升行政服務(wù)理念，將以人為本作為日常工作的出發(fā)點(diǎn)，將保證高校師生的利益作為工作核心，樹立和維護(hù)以服務(wù)為根本、尊重與合作并存的理念，真正做到將為師生提供的便利化服務(wù)擴(kuò)展到最大范圍。堅(jiān)持“以師生為本”的服務(wù)理念，需要行政管理人員在日常工作中具體做到以下兩點(diǎn)：第一，明確定位，包括對(duì)自身的定位和工作對(duì)象的定位。行政管理人員應(yīng)深刻理解高校行政管理工作的性質(zhì)、職能和作用，擺脫自身官本位思想的束縛，站在服務(wù)者的角度協(xié)助師生處理好日常事務(wù)工作。第二，把握好思路和方法，尋求以師生為本的有效的高校行政管理工作方式方法，切實(shí)轉(zhuǎn)變工作作風(fēng)。

（二）精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)

建立扁平式的組織結(jié)構(gòu)科學(xué)合理的組織結(jié)構(gòu)不僅搭建出了新時(shí)期高校服務(wù)型行政管理模式的主體框架，還為提高行政工作效率和服務(wù)質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。科學(xué)和合理的組織結(jié)構(gòu)是指扁平式的組織結(jié)構(gòu)，即改變傳統(tǒng)多層級(jí)的金字塔式組織結(jié)構(gòu)，減少過多的中間層行政部門和行政人員職位，使行政組織逐漸趨向簡(jiǎn)約化和扁平化。這種扁平式的組織結(jié)構(gòu)具有管理層次少、管理成本低、管理跨度大、信息傳遞速度快且準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，促進(jìn)行政管理工作效率不斷提高。

（三）建立并完善管理機(jī)制