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user: 4. 讨论 4.1. 3D建模在海洋渔业上的应用 2D平面视图对复杂事物的表现力较差，对看图人的想象力要求较高。而3D技术比较直观，通过提供演示、构建、创造等技术，为人们搭建一个想象创作的空间。例如渔业教学实验有绘图要求，以3D建模替代传统2D绘图，既方便学生深刻认识特定物种的形态，了解物种间的差异，又提高学生的体验感和趣味感，有助于培养创新型复合人才，开辟新型教学方式。 另外，水生生物体体型大小、捕获后身体腐朽速度不同，标本制作程序繁琐，其需要浸泡在甲醛或经其他特殊处理才得以长久研究。大多数出海渔获物经冰冻保存，运回实验室研究，新鲜样本易出现弯曲、褪色、破损的现象，而且气味刺激，制成标本后往往被严格保存，共享性差。电子标本可永久性保存，不易丢失，还原度高，从外观保存角度考虑，可供长久性观察，若将这些电子标本放置于一个科普平台上可有助于生物学知识的普及和传播。 2016年华盛顿大学生物与水产科学教授Adam Summers计划扫描全世界25，000种鱼类将其数字化，并免费提供3D高分辨率图像下载服务。他使用小型CT扫描设备对在世界各地搜集的鱼类样本进行全方位扫描。此项工作受到各国学者的热烈响应，现已经完成515个种类的扫描，一些数据已经在学术共享网站在线发布。国内一些学者开发了基于2D平面效果的标本数字化馆，例如：段金荣等学者设计的二维水产虚拟标本馆，实现了实物标本馆数字化，吕俊霖等学者采用Flash技术实现鱼类标本展示 [ 10 ] 。但是这两种数字展示方式还是限制于传统二维平面效果，3D立体感和用户交互感不高。因此，从初步的3D模型制作，应该逐步提高建模效率和仿真模拟水平，能够全方位地展现标本外形和结构的具体特征。开发虚拟水生生物模型网站的漫游系统涉及三个关键性部分：1) 水生生物的3D建模；2) 网站的创建；3) 虚拟系统与外界的交互。从初始的大型3D制作软件C4D逐步到快速成像的3D扫描仪和结合处理，我们逐步探索建模效率和仿真模拟水平的提高方法，希望能够全方位地展现标本外形和结构的具体特征。为了实现水生生物的三维模型资源共享，我们采用WebGL技术创建网站，将模型以代码的形式转输网站。WebGL (Web Graphics Library)是一种3D绘图技术规范，在2011年Khronos Goups协会在美国洛杉矶举办的游戏开发大会上发布，允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合为HTML 5 Canvas，提供3D加速渲染，使浏览者在不安装显卡的情况下也可体验高性能的三维场景 [ 11 ] 。JavaScript是一种用于网页开发的客户端脚本语言，它支持面向对象编程、命令式编程以及函数式编程。一般来说，包括三部分：文档对象模型(DOM)、ECMAScript和浏览器对象模型(BOM) [ 12 ] 。把真实水生生物对应编制成计算机中可视化3D虚拟“展馆”样品，让用户通过鼠标点击对水生生物模型进行放大、收缩、360°旋转，直接感受立体的实时漫游效果。随着虚拟技术发展，水生生物模型还可应用于标本馆、水族馆、海洋馆展示，渔业科普活动，科研教学等。 除了3D打印和扫描本身的技术缺陷外，模型对真实鱼体形态几乎完全还原，为此需要提高满足大型模型尺度和小型生物精度打印和扫描的需求技术，可以设想采集样品时通过扫描可及时记录鱼类形态、大小特征，可减少输运过程对其形态的维护成本或避免保存不当造成的毁坏影响，便于更好鉴定，甚至扫描数据可实时共享，实验室和出海工作同时开展，节省时间。只要拥有目标对象的模型文件和3D打印机，就可克服时间和空间的限制还原其立体形态。 4.2. 3D技术在渔业海洋环境上的应用 渔业资源的可持续利用与其周围海洋环境有密切关系。相比于水生生物体模型，3D动态模拟及构建宏观可视化的渔业海洋环境模型，可以为海洋资源开发增添活力。通过对海洋环境的模拟，促进对海洋的客观认识，为海洋可持续开发和管理提供有效手段 [ 13 ] 。例如我国南海的海域面积约350万平方千米，数以百计岛礁分布散落其中，随着该海域大力开发，为保护海洋生态环境，中国在2012年提出《南中国海开发创意三维虚拟平台》(简称《南中国海3D建模》)创意项目，利用仿真平台对南中国海进行“虚拟开发建设”。面对无先例可循的未开发区域，利用计算机虚拟技术可避免不当措施引起的难挽回性损失，为开发其他海域提供经验。 具体执行计划：1) 地球建模：首先建立整个地球的表面粗略模型，不包括海床地貌，截取海平面一米以上面积，海岸线精确，以此作为南中国海建模的背景。2) 南海建模：包括三沙市辖区及海南省周边的岛礁、海床地貌的建模，比地球模型高一个详细等级。其次是重点岛礁的建模，比南海模型再高一个详细等级。3) 开发建模：此阶段将重要的基础构件做成可调用模型。创意开发者可以在此基础进行创意搭建，并通过平台使用的工程软件进行计算成本、结构优化等操作 [ 14 ] 。 中南海建模项目重点放于岛屿及周边海洋环境管理开发上，使大家足不出户就能切实了解到南海的壮观，甚至为游戏电影等提供一个环境背景。对南海进行初步系统建模，是推进人们认识海洋的重要一步，以期海洋兴国。它是集政治、科学、经济、外交、社会、生活于一体的多重性质项目。它只是为我们提供一个了解南海的渠道，额外的科研价值需要后来人不断扩充提升。 近年来国内外对于海洋的模拟研究逐渐从小范围平面渲染到大规模数字地球的绘制与建模，对于建立新时代海洋格局、系统性开发海洋资源具有远大意义。 气候变暖是全球关注的问题，随之带来海洋生态系统的逐渐恶化。英国谢菲尔德大学的科学家Mihai Chiriac在生态栖息地设计大赛(Inhabitat’s Biodesign Competition)上展示了“水培未来房屋”这一设计理念，其作品是一个3D打印容器，也是一个小型生态系统，可种植果蔬和养殖鱼类，水生动物产生的废弃物会成为植物生长养料，符合可持续发展理念。另外，人类活动也是海洋生态系统恶化的主要原因之一。为弥补对鱼类栖息地的破坏，3D打印鱼礁的研究进展迅速，且带来巨大经济效益。日本的鱼礁装置技术领先，但其制造技术垄断且进口成本高，一个鱼礁座十万起价，因此国内相关企业研发国产“鱼礁”装置，其与海流相互作用营造利于鱼群生活的条件，维持渔业资源。企业还可以在此基础建立休闲渔业，吸引游钓爱好者。3D打印技术打破人们思维设计的现实障碍，为解决渔业问题提供新思路。 4.3. 3D技术在捕捞业上的应用 渔业资源是典型的CPR (共有流动性集群资源)，具有非排他性和消费竞争性特征，即“谁捕到归谁所有”，它不仅涉及个人，还涉及国家之间的海权竞争，随着近海渔业资源逐渐衰竭，远洋捕捞迅速发展，促使人们大力提高捕捞水平和更新设备，如提升渔船性能，准确定位鱼群，探查海域水底环境等，以获得低成本、高产量效益，这也促使3D打印技术发挥其独特的作用。 渔获量是渔业捕捞首要目的，大部分网具的共同点是针对集群性海洋生物捕获，即采用“一网打尽”方式。但副渔获物的困扰随之而来，精准捕捞难以实现，对其他生物产生不必要的伤害。且深海生物一旦被捕由于压强变化，即使放生海洋也难以存活。受折纸技术启发，哈佛大学的海洋生物学家和工程师们设计12面体捕获装置RAD，它可以像折纸一样迅速精准地将海洋生物包裹，其存在众多技术难点，如要求十二个面板协调性高、深海耐压性强、接口精细等。但通过3D技术打印出装置主体和面板，使该装置通过测试，成功捕获700米深度的鱿鱼和水母等。在3D技术帮助下设计的这款装置，实现高度精准捕捞，甚至可用于捕获深海未知生物。目前该装置只用于捕捉小型个体，未来将朝着大型成熟化方向发展。 4.4. 开发水生物3D打印材料 3D技术在渔业研究的应用是个具有商业价值的领域，其中科学家不断探索新型打印材料，从海洋中寻找素材便是渠道之一。例如生态入侵是渔业面临的重要问题之一，近前来自美国戴维森学院的大二学生Lorena James发现入侵种斑驴贻贝的贝壳可用于制造3D打印材料并申请专利，斑驴贻贝最初在东欧发现，一旦泛滥易危害其他物种并造成生态失衡。以斑驴贻贝制作3D打印长丝的程序复杂，首先把贝壳粉碎为粉末，再加入PLA颗粒，利用特制回收塑料设备制作成3D打印长丝。虽然不能从根本上解决生态入侵问题，但这不失为一种环保处理方法。 此外，3D打印生物组织多数是牙齿、假肢等结构 [ 15 ] ，澳大利亚研究理事会卓越电材(Electromaterials)科学中心(ACES)与Wollongong大学智能高分子研究所(IPRI)合作研究，利用海藻凝胶分子和细胞的高度相容性，将海藻融入3D医疗打印植体和开发生物活性细胞相容材料方面。未来海洋资源对人类的潜在价值不可估量，也可以作为3D打印材料进行挖掘和利用。