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虚拟现实(VR)是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，下面是我为大家精心推荐的关于虚拟现实的科技论文2500字，希望能够对您有所帮助。

直觉交互界面与虚拟现实

摘要：为了研发更高水准的直觉交互界面，有必要引入虚拟现实技术，借助具备沉浸性、交互性和想象性的人机交互环境来获得真正意义上的直觉体验。通过特定的物理器件装置，以及先进的手势识别技术，使用者不必学习专门的操作命令，就可以与计算机进行交流并获得实时的反馈，而独特的沉浸式环境更能创造出人机一体的融合感。结果表明，虚拟现实技术有效地提升了用户的体验度，大大简化了操作的复杂性，而且可以应用于从娱乐到专业制造等各种场合，是直觉交互界面的有力驱动平台。

关键词：直觉交互;人机交互;虚拟现实

中图分类号：J0-05 文献标识码：A

本文是在“人―计算机” 交互(Human-Computer Interaction)的意义上来谈论“交互”。随着计算机技术几十年来突飞猛进的发展，计算机已经完全进入了日常生活的方方面面，其影响无处不在，人机之间的互动操作问题也越发显得重要。由于计算机尚未能摆脱冯・诺依曼体系的根本制约，与人类思维模式之间的鸿沟依然如同天堑，人机交互问题的一个重要着眼点就在于如何尽量地缩小人类使用者的操作模式与计算机的操作模式之间的差别。这意味着我们仍在不断地摸索和探讨，去提供更优秀的交互界面，使人可以顺畅地、高效率地与计算机进行对话。

一直以来，交互设计思维首要强调的就是以人为本，换而言之就是让设计物适应人，而非人适应设计物。这种观点在计算机还是国防机密的年代中显得有些奢侈，人们只能痛苦地训练自己去迎合机器(例如，使用完全机器式的编程语言与计算机交谈)。在当下，相对廉价的个人计算机都可以提供可观的计算能力，因此交互界面的设计原则也就顺应了这样的思路，去尽可能地将界面做得人性化，让人用得舒服，而繁重的计算则交给计算机在幕后默默地处理。

正是在这样的大背景下，“直觉”一词吸引了大家的目光。毕竟相对于日常物件，计算机的交互界面还是太不人性了，依旧保持着冰冷的面孔。如果能将我们习以为常的动作引入与计算机的交互之中，在不知不觉中将完成与计算机的沟通，那么这样的人机界面才能称得上是以人为本。而在呈现直觉界面方面，新兴的虚拟现实技术则提供了最有价值的工具。

本文正是拟探讨直觉交互界面及其与虚拟现实技术间的关系，为了完成这样的任务，首先我们要对人机交互意义上的直觉作出一个明确的定义，它实际上与大众文化中的“直觉”概念有着相当的差别。之后我们将谈论如何将上述意义上的直觉与虚拟现实结合起来，并提供具体的案例分析来支撑我们的探讨。

一、直觉交互界面

直觉(Intuition)这个概念属于大众词汇，但实际上不同的学科对直觉都有着不同的定义。本文研究的对象是人机交互，因此将在“凭着直觉去与计算机进行交互” (interaction with computer by intuition)这个上下文中去探讨它。首先要注意到，交互是双方面的，也即人与计算机在进行着双向的互动，但直觉却是人才能拥有的，也是仅仅用来修饰人的判断与感觉的，因此直觉人机交互关心的是以人为中心的交互场景中各参与元素对人是否直觉。从人的角度考虑交互界面，这实际也就奠定了“以人为本”在理论上的基础性质。

一般而言，人们对直觉的交互有着如下诉求：它不需要经过有意识的思考便能做出。例如在翻动一页书的时候，人不需要去有意识地考虑该用多大的力气，手指该走怎样的空间路线，或有意识地等待书页翻动之后出现的非常规情况并作出反应，等等。在这个意义上，一本实体书的交互界面是直觉的。依据以上诉求，Blackler等人的研究指出，直觉是“基于已往经验的无意识的反应”[1]。这个定义强调了两个要点：基于以往经验和无意识。关于直觉往往是无意识的(下意识的)举动，这一点几乎已成共识，这里就不再展开论述。需要厘清的是“基于已往经验”这一点。

在日常生活中，人们或许并不认为直觉与已往经验之间会有什么关联。相反，许多人会认为，如果不需要经验就能进行某种操作，那么这种操作显然更符合直觉。特别地，中国传统文化中的“直觉”概念充满了反智主义的特征，直接将“直觉”与“本能”联系起来，往往意味着“不需要通过知识或经验便可以下意识地完成”。但这实际上是一种错误的观点，它不但误解了人的本能，而且未能认识到已往经验的真实存在及其影响。事实上，现代理论表明，人类绝大多数行动――简单的或复杂的――都是后天习得的，并非先天刻印于脑中。如果仅凭本能，人几乎无法完成什么人机交互操作：拿按钮这种最简单的人机界面元素来说，如果没有事先通过各种例子认识到存在按钮这种东西并且按下它之后会启动某些关联反应，使用者甚至都无法做出按下按钮的行为。或者用[2]的话来说，所有行动都承载着理论――后天习得的理论。

将直觉与已往经验联系起来，这不仅揭示了直觉在人机交互中的真正面貌，而且指出了设计人机交互界面时的一条基础准则：由于不同的人有着不同的生活经验与知识水平，那么他们的已有经验也是不同的，这也就意味着每种类型的人都有着他们对“直觉交互界面”的不同衡量标准。有一个简单的例子可以说明这一点。

考虑一款在电脑上运行的收音机软件，它的作用是播放网络上的各类实时音频流(包括传统电台的在线音频流)。图 1模拟半导体收音机的调频指针窗口，从传统眼光而论这样的界面便是直觉的。然而，对于没有用过半导体收音机的新一代年轻人而言，他们由于频繁地接触电脑，反而会觉得图2的界面是直觉的，因为这样的界面使用的是为电脑用户所熟知的UI(User Interface，用户界面)元素，包括菜单、按钮、列表框和滚动条等等。

习惯半导体收音机操作的用户多半用不惯新式界面，而习惯新式界面、没使用过半导体收音机的用户却很可能对传统界面不知所以。这个例子充分说明了，在考虑直觉交互界面的时候，必须考虑用户群体的已往经验，依据不同的已往经验去断定直觉因素。并不存在唯一的、普适的、通用的直觉界面，这给了设计师以极大的挑战，但同时也是极大的创新动力。 此外，虽然直觉的定义没有直接体现对审美的考虑，但审美和直觉显然是互有关联的[3]。由于直觉使用与交互过程中唤起的先前知识有关，那么审美判断作为人类感知过程的起点之一，恰是诱发直觉的重要因素。一个富于美感的界面，可以抵消用户使用过程中的不安感和隔膜感，并在潜意识上促使和鼓励用户做出交互行为并保证交互行为的持续性和统一性。上面的例子也表明，对于传统用户，设计精美、极富质感的模拟界面有效地抵消了传统用户对电脑软件的不适感，方便他们使用，并且大大降低了潜在的学习成本。而对于年轻用户，他们也可以在自己熟悉的控件界面中运作自如，拉近了老技术(传统流媒体)与新技术间的距离。简而言之，具备良好审美特性的直觉界面具有重要的价值与意义，体现了人机交互界面的发展趋势。

二、直觉界面与虚拟现实

自上世纪70年代起，虚拟现实(Virtual Reality)技术的发展异常迅猛，从专业研究到商业应用乃至家用娱乐都可见其身影。从根本上而言，虚拟现实恰是交互界面直觉化的总趋势的一个反映，因为人机交互演进的内在逻辑在于，呈现和交互手段总在致力于让用户以更直观、更自然、更简便的操控方式去获得更丰富、更多态、更实时的数据资源。

简而言之，虚拟现实提供了一个具有沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和想象性(Imagination)的虚拟数字富媒体环境;用户不仅可以如同设身处地一般沉浸在它所提供的丰富多彩的虚拟环境中，更可以通过各种创新的途径来与环境中的元素进行互动。沉浸性、交互性和想象性，正是虚拟现实的三个基本特征[4]：一是沉浸性，通过各种技术手段让用户产生“身临其境”的感觉，包括视觉(利用人的立体视觉原理产生虚拟的三维纵深感)、听觉(利用立体声产生虚拟物体的方位感)、触觉(通过力觉设备使用户以为在与真实的物理实体打交道)等等;二是交互性，用户可以实时地与虚拟现实系统中的各种物体进行互动操作，用户的操作不再局限于传统的键盘、鼠标或游戏杆，还包括先进的数据手套、穿着式回馈服等等;三是想象性，给用户呈现的虚拟现实场景具有超越现实场景的特殊魅力，真正做到某种意义上的“心想事成”。

从虚拟现实的上述特征可以看出，它的基本出发点就是要超越传统人机交互界面的非人性化的一面，不仅要让用户尽量溶入整个交互场景中(沉浸性)，而且要让用户以更直觉的方式去操作计算机(交互性)：首先，虚拟现实技术能够有效地将计算机交互界面直觉化，提供与日常场景尽量类似的界面，完全基于人类日常的视觉直觉。其次，虚拟现实技术能够有效地消除人机交互之间的阻隔，让用户能够通过日常的动作和行为与计算机交互。

从上文的概念分析可知，判定直觉程度要看与使用者本身的已知经验，而且使用情境和审美等其他因素也要考虑在内。虚拟现实技术本身提供了多种多样的方法，但具体的构建和应用也要遵循这样的准则。下一节将提供几个应用案例来说明这些，并综合讨论如何真正地利用虚拟现实技术去设计直觉交互界面。

三、应用案例及讨论

以虚拟现实技术为基础的直觉交互界面被广泛应用于各种层次、各种领域的实践应用之中，其目标用户群体不仅包括非专业人士(普通民众)，也包括熟悉计算机但希望寻求更直观的交互操作方式的专业人士。对于前者，他们需要能够尽量降低学习和记忆成本、兼或附带娱乐趣味性的人机界面。而对于后者，操控感良好的直觉界面可以大大提升生产率和成品率，并推动整个生产流程的优化。

日本大阪大学人机工程实验室的伊藤雄一等人研发了ActiveCube(动态积木)[5]，这个作品将直觉界面引入儿童和青少年认知学习及娱乐之中，并辅以虚拟现实或增强现实设备以提升其应用价值。每个积木都是一个边长五厘米的塑料立方体;积木里面有一块可编程集成电路，控制着一系列可选的感应器或小型设备，包括超声感应器(感知外界物体的接近)、坐标感应器(三维坐标的相对角度)、触觉感应器(最多可装两个，每个可以感应八个方向的触觉)、红外感应器、灯和电动机等。因此，每个积木实际上已经是一个独立的玩具，可以感知环境并产生相应的动态行为。更绝妙的是，这些积木还能彼此连接，连接起来的各个部分之间也可以互相通信，构成整体行为。儿童使用者不需要额外教学就可以通过直觉使用它们。这样的直觉操作界面，很好地避免了其内部的复杂结构对使用者的影响，小学低年级学生就可以独立操作。

ActiveCube的一大特色在于可以在虚拟现实场景里使用。在这种情形中，红外感应器捕捉搭建好的积木形态，并将符合此形态的虚拟物品显示出来。应用了虚拟现实技术之后，规整的积木可以任意变换成为植物、动物、日常器具等，不仅视觉效果有可观的提升，还借此允许用户进行进一步的玩耍和操控。

ActiveCube还可以在虚拟现实场景里使用。在这种情形中，红外感应器捕捉搭建好的积木形态，并将符合此形态的虚拟物品显示出来。由于ActiveCube本身只是一个简单的立方体，其六面自由连接功能限制了表面的装饰性，最后的拼装效果不一定能吸引儿童用户的兴趣。而应用了虚拟现实技术之后，古板规整的积木可以任意变换成为植物、动物、日常器具等，不仅视觉效果有可观的提升，还借此允许用户进行进一步的玩耍和操控。在上面的例子中，外表相对简陋的十字架形积木摇身一变，可成为精美的飞机，并随着积木在实际环境中的位移而在现实设备上呈现相应的飞行轨迹。

另一个实例来自于工业设计领域。当下的设计师一般都有较高的学历和较专业的计算机技能，但进行三维产品建模的时候，复杂的软件界面依然是最重要的阻碍因素，更遑论键盘加鼠标的操控方式根本就与人手的自然行为大相径庭，严重干扰了设计师的思维和创作习惯。荷兰Delft大学工业设计工程团队在这方面进行了大量研究，提出了新的解决方案，其关键就在于引入直观的手势来与计算机交互，于虚拟现实环境中完成建模工作[6-7]。

一般而言，手势比面部表情和眼动更易于捕捉和识别，又比全身姿势更易于实施(特别是在狭小空间中)，因此比较受直觉界面研究者的青睐[8]409-420。但手势也分为几个细类，不一定都适合用于人机交互。Hummels指出了三类手势，第一类是从计算机角度去定义的手势，因而非常便于计算机识别，但需要使用者去刻意学习和掌握，称不上直觉。第二类与之相反，指的是人类日常生活中的手势，优点是非常直观，但计算机程序需要特别的设计才能对其进行识别。综合了以上两种类别之优点而又尽量规避其不足的第三类手势称为描述性手势，原本自身也有着应用范围过窄的缺憾，但辅以虚拟现实技术，便可以成为有效的途径以联通设计师和计算机。 为了提高描述性手势的效果，研究人员特地设计了一个虚拟现实实验环境，见图3。在此环境中，普通设计师作为被试，不受拘束地使用他们惯常的手势进行设计创作，而这些以直觉为基础挥舞出来的手势被动作感应器记录下来，最后进行统计分析。通过这样的过程，研究人员能够采集到和分析出最适合虚拟现实环境的直觉手势。最后，对设计师而言非常直觉、对计算机而言又是相当便于识别的手势方案即可得到确定。设计师在此系统中，可以像往常操作日常物体(胶泥或板材等)一样与计算机辅助设计软件进行人机对话，不仅直觉高效，而且得益于虚拟现实环境，整个设计流程形同真实体验，大大提高了设计效率。

四、结论与展望

一直以来，“以人为本”都是人机交互设计领域的核心口号之一。但本文的分析指出，这绝不能是一句抽象的口号，而必须落实到具体的应用情境之中。另一方面，近年来关于“用户体验”的声音不绝于耳[9]，它本质上也是“以人为本”的精神的一种体现，但这个提法也存在着过于含糊的缺点，导致了许多不同的理论都以它为逻辑基础。实际上，只要明确了“人”(也即“用户”)的特定性，问题也就解决了。既然不同的人和不同的用户其自身情况多有差异，同样着眼于“以人为本”或“增进用户体验”的产品，也就必须随着人/用户的不同而给出不同的解决方案，提供不同的交互界面，才能在交互过程中让使用者满意。

直觉概念得到了厘清，但这显然并不意味着直觉交互设计的种种问题也就有了答案。如何让某种交互界面更少地占用使用者的逻辑意识(也即做到“无意识地或下意识地被使用”)，以及如何明确地定性定量分析特定用户的已往经验，并以之支持交互界面的设计，这依然是非常复杂的问题。幸而在各领域学者的努力下，此领域已有许多成功的理论或实践得以依循。在这方面最重要的一项就是关于直觉交互中的手势问题，它旨在解决人机交互场景中用什么有效的手势去操作计算机。由于手势不受传统输入设备的限制，它天然地与虚拟现实技术结合在一起[8]409-420。此外，针对现在方兴未艾的商业以及家用娱乐虚拟现实应用，直觉交互界面也是其中的研发热点。限于研究的深度及文章篇幅，本文遗憾地未能在这些方面展开论述，希望能在后继研究中逐步展开。

最后要强调的是，随着普适计算(ubiquitous computing)这个概念在强大的计算机硬件的支持下渐渐变为现实，设计和实现各种直觉交互界面已成为人机交互的核心任务。普适计算要求计算机设备可以感知周围环境的变化并执行相应的任务，在这一过程中如果交互界面做不到直觉易用，那么其计算机人性化的核心价值也就无从体现了。由此，直觉交互界面的理论与实践必将日益凸显其无比的重要性和关键性。

[参考文献]

[1] Blackler A，Popovic V，Mahar users' intuitive interaction with complex artefacts[J].Applied Ergonomics，2010，41(1)：72-92.

[2] 波普尔.猜想与反驳：科学知识的增长[M].傅季重，纪树立，周昌忠，等，译.杭州：中国美术学院出版社，2003.

[3] Naumann A，Hurtienne J，Israel J H，et use of user interfaces： defining a vague concept[M]∥HARRIS Psychology and Cognitive ：Springer-Verlag，2007：128-136.

[4] Alonso M A G，Gutierrez M A，Vexo F，et Into Virtual Reality[M].New York： Springer-Verlag New York Inc，2008.

[5] Watanabe R，Itoh Y，Kawai M，et of ActiveCube as an intuitive 3D computer interface[M]∥Butz A，Olivier Graphics. Berlin： Springer，2004：43-53.

[6] Hummels C，Overbeeke C J. Kinaesthesia in synaesthesia：the expressive power of gestures in design[C]∥Design and semantics of form and ：Eindhoven University of Technology，2006：34-41.

[7] Hummels C，Smets G，Overbeeke Intuitive T-wo-handed Gestural Interface for Computer Supported Product Design： International Gesture Workshop[C].Bielefeld：Springer Verlag，1998.

[8] Nielsen M，Strring M，Moeslund T B，et procedure for developing intuitive and ergonomic gesture interfaces for HCI[M]∥Gamurri A，Volpe Communication in Human-Computer ：Springer，2004：409-420.

[9] Garrett J elements of user experience[M].Berkeley，CA：New Riders，2002.

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编译 | 冯维维

Nature, 21 May 2020, Volume 581 Issue 7808

《自然》2020年5月21日，第581卷，7808期

物理学Physics

A cold, massive, rotating disk galaxy billion years after the Big Bang

早期盘状星系挑战传统的星系形成模型

▲ 作者：Marcel Neeleman, J. Xavier Prochaska, Nissim Kanekar,Marc Rafelski, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

在传统的星系形成模型中，像银河系这样的大质量盘状星系预计会在晚期形成，最近的数值模拟表明，这样的星系可能早在大爆炸后10亿年就通过冷物质的吸积和合并形成了。

通过检测其类星体光的吸收识别，作者报告了一个红移为的星系。这些观测结果表明，辐射来自于一个旋转速度约为每秒272公里的冰冷、多尘的旋转圆盘内的气体。研究者探测到星系中一氧化碳的排放，得到的分子质量与估计的约720亿太阳质量的电离碳排放相一致。

当宇宙只有15亿岁的时候，这样一个巨大的、旋转支撑的冷盘星系的存在有利于通过冷模式的吸积或合并形成，尽管它的大旋转速度和大冷气体含量仍然很难用大多数的数值模拟重现。

▲ Abstract

Massive disk galaxies like the Milky Way are expected to form at late times in traditional models of galaxy formation, but recent numerical simulations suggest that such galaxies could form as early as a billion years after the Big Bang through the accretion of cold material and mergers. Here we report imaging, with a resolution of about kiloparsecs, of the 158-micrometre emission line from singly ionized carbon, the far-infrared dust continuum and the near-ultraviolet continuum emission from a galaxy at a redshift of , identified by detecting its absorption of quasar light. These observations show that the emission arises from gas inside a cold, dusty, rotating disk with a rotational velocity of about 272 kilometres per second. The detection of emission from carbon monoxide in the galaxy yields a molecular mass that is consistent with the estimate from the ionized carbon emission of about 72 billion solar masses. The existence of such a massive, rotationally supported, cold disk galaxy when the Universe was only billion years old favours formation through either cold-mode accretion or mergers, although its large rotational velocity and large content of cold gas remain challenging to reproduce with most numerical simulations.

Quantum entanglement between an atom and a molecule

原子和分子之间的量子纠缠

▲ 作者：Yiheng Lin, David R. Leibrandt, Dietrich Leibfried,Chin-wen Chou, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

传统的信息处理器将信息在不同的物理载体之间进行转换、处理、存储和传输。

作者证明了40CaH+分子离子的旋转态和40Ca+原子离子的内部态之间的纠缠。他们扩展了量子逻辑光谱学中用于分子离子的纯态初始化、激光操作和状态读出的方法。

原子和分子离子之间库仑耦合运动的量子相干性，使后续的纠缠操作成为可能。该分子中的量子位具有千赫兹或855千兆赫的频率，突出了分子量子位的多功能性。

作者演示了分子如何在不同频率的量子位元之间传递量子信息，从而实现混合量子系统。他们期望这一分子量子控制和测量方法在量子信息科学、量子传感器、基础和应用物理以及受控量子化学中得到应用。

▲ Abstract

Conventional information processors convert information between different physical carriers for processing, storage and transmission. Here we demonstrate entanglement between the rotational states of a 40CaH+molecular ion and the internal states of a 40Ca+ atomic ion. We extend methods used in quantum logic spectroscopy for pure-state initialization, laser manipulation and state readout of the molecular ion. The quantum coherence of the Coulomb coupled motion between the atomic and molecular ions enables subsequent entangling manipulations. The qubit addressed in the molecule has a frequency of either kilohertz1 or 855 gigahertz, highlighting the versatility of molecular qubits. Our work demonstrates how molecules can transduce quantum information between qubits with different frequencies to enable hybrid quantum systems. We anticipate that our method of quantum control and measurement of molecules will find applications in quantum information science, quantum sensors, fundamental and applied physics, and controlled quantum chemistry.

仿生学Bionics

A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina

机器仿生眼

▲ 作者：Leilei Gu, Swapnadeep Poddar, Yuanjing Lin, Zhenghao Long, Ali Javey, Zhiyong Fan, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

人眼具有极宽视场、高分辨率、低像差等特殊的图像传感特性。

作者描述了一个电化学眼睛与半球形视网膜组成的高密度纳米线阵列模拟的人类视网膜上的光感受器。该设备的设计与人眼的结构高度相似，当单个纳米线在进行电处理时，有可能实现高成像分辨率。

此外，作者通过重建投射到该仿生装置上的光学模式，展示了其图像传感功能。作者表示，研究将推动仿生光敏器件的广泛应用。

▲ Abstract

Human eyes possess exceptional image-sensing characteristics such as an extremely wide field of view, high resolution and sensitivity with low aberration. Here we present an electrochemical eye with a hemispherical retina made of a high-density array of nanowires mimicking the photoreceptors on a human retina. The device design has a high degree of structural similarity to a human eye with the potential to achieve high imaging resolution when inpidual nanowires are electrically addressed. Additionally, we demonstrate the image-sensing function of our biomimetic device by reconstructing the optical patterns projected onto the device. This work may lead to biomimetic photosensing devices that could find use in a wide spectrum of technological applications.

物理化学

Physical Chemistry

Short-range order and its impact on the CrCoNi medium-entropy alloy

短程有序结构影响CrCoNi中熵合金性能

▲ 作者：Ruopeng Zhang, Shiteng Zhao, Jun Ding, Yan Chong, Tao Jia, Andrew M. Minor, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

传统的金属合金是元素的混合物，其中少数种类的原子在低于其溶解度限制时倾向于随机分布，在高于溶解度限制时则形成第二相。

作者报告了利用能量过滤透射电子显微镜观察到的中熵合金中可归结为短程排列的结构特征。这种顺序的增加会导致更高的叠加故障能量和硬度。

这些结果表明，纳米尺度的局部有序度可以通过热机械加工来调整，为调整中、高熵合金的力学性能提供了新的途径。

▲ Abstract

Traditional metallic alloys are mixtures of elements in which the atoms of minority species tend to be distributed randomly if they are below their solubility limit, or to form secondary phases if they are above it. Here we report the observation, using energy-filtered transmission electron microscopy, of structural features attributable to short-range order in the CrCoNi medium-entropy alloy. Increasing amounts of such order give rise to both higher stacking-fault energy and hardness. These findings suggest that the degree of local ordering at the nanometre scale can be tailored through thermomechanical processing, providing a new avenue for tuning the mechanical properties of medium- and high-entropy alloys.

地球科学Geoscience

Patterns and trends of Northern Hemisphere snow mass from 1980 to 2018

1980年至2018年北半球积雪的态势

▲ 作者：Jouni Pulliainen, Kari Luojus, Chris Derksen, Lawrence Mudryk, Johannes Norberg, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

全球变暖导致北半球冰雪覆盖范围和持续时间显著减少。作者使用新的GlobSnow 数据集显示，1980-2018年北半球年最大积雪量平均为3062±350亿吨。

作者对3月份的数据进行了量化（与积雪量峰值最接近)，覆盖了40°N以上的非高山地区，最重要的是，还包括了基于现场积雪观测的偏差校正。

作者将GlobSnow 估计数与三个独立的积雪量估计数进行比较，每个估计数都有或没有偏差校正。在四个数据集中，偏差校正将范围从2433亿2~3380亿吨减少到2846 - 3062亿吨——不确定度从33%减少到。

作者发现在39年的卫星记录中，不同的大陆趋势有所不同。例如，北美地区的积雪量每10年减少460亿吨，而欧亚地区的趋势可以忽略不计；两大洲都表现出高度的区域差异。研究有助于更好地估计季节性积雪在地球能源、水和碳预算中的作用。

▲ Abstract

Warming surface temperatures have driven a substantial reduction in the extent and duration of Northern Hemisphere snow cover. Here we use the new GlobSnow dataset to show that the 1980–2018 annual maximum snow mass in the Northern Hemisphere was, on average, 3,062 ± 35 billion tonnes (gigatonnes). Our quantification is for March (the month that most closely corresponds to peak snow mass), covers non-alpine regions above 40° N and, crucially, includes a bias correction based on in-field snow observations. We compare our GlobSnow estimates with three independent estimates of snow mass, each with and without the bias correction. Across the four datasets, the bias correction decreased the range from 2,433–3,380 gigatonnes (mean 2,867) to 2,846–3,062 gigatonnes (mean 2,938)—a reduction in uncertainty from 33% to . On the basis of our bias-corrected GlobSnow estimates, we find different continental trends over the 39-year satellite record. For example, snow mass decreased by 46 gigatonnes per decade across North America but had a negligible trend across Eurasia; both continents exhibit high regional variability. Our results enable a better estimation of the role of seasonal snow mass in Earth’s energy, water and carbon budgets.

古人类学

Paleoanthropology

Initial Upper Palaeolithic Homo sapiens from Bacho Kiro Cave, Bulgaria

最早的旧石器时代晚期智人或来自保加利亚

▲ 作者：Jean-Jacques Hublin, Nikolay Sirakov, Tsenka Tsanova, etc.

▲ 链接：

▲ 摘要

在欧洲旧石器时代中期至晚期的过渡时期，非洲的智人取代了当地的尼安德特人，并在一定程度上吸收了尼安德特人。

作者报告了人类遗骸的发现和直接年代测定，这些遗骸与早期旧石器时代晚期的文物有关，来自保加利亚巴乔基罗洞穴。

作者通过对蛋白质组学筛选鉴定的一颗牙齿和几块古人类骨骼碎片的线粒体DNA进行的形态学分析，将这些发现认定为智人，并将早期旧石器时代晚期 科技 的扩张与智人在万年前向欧亚大陆中纬度地区的传播联系起来。

这次挖掘出土了大量的骨制品，包括用洞穴熊的牙齿制作的吊坠，让人想起后来由西欧最后的尼安德特人制作的东西。这些发现与之前的模型是一致的，这些模型是基于智人与尼安德特人不断减少的人口之间的多次迁徙。

▲ Abstract

The Middle to Upper Palaeolithic transition in Europe witnessed the replacement and partial absorption of local Neanderthal populations by Homo sapiens populations of African origin. Here we report the discovery and direct dating of human remains found in association with Initial Upper Palaeolithic artefacts, from excavations at Bacho Kiro Cave (Bulgaria). Morphological analysis of a tooth and mitochondrial DNA from several hominin bone fragments, identified through proteomic screening, assign these finds to H. sapiens and link the expansion of Initial Upper Palaeolithic technologies with the spread of H. sapiens into the mid-latitudes of Eurasia before 45 thousand years ago. The excavations yielded a wealth of bone artefacts, including pendants manufactured from cave bear teeth that are reminiscent of those later produced by the last Neanderthals of western Europe. These finds are consistent with models based on the arrival of multiple waves of H. sapiens into Europe coming into contact with declining Neanderthal populations.

根据韦氏词典的定义，介词是“ a word or group of words that combines with a noun or pronoun to form a phrase that usually acts as an adverb, adjective, or noun”， 用中文理解就是“与名词或代词相结合使用的一个词或一组词，所形成的短语通常充当副词、形容词或名词使用”。这种定义人们可能听到过很多次，但可能还是不太清楚究竟什么是介词，以及为什么在英语写作时不能忽略这些令人困惑的词，如何才能避免将它们弄混。 本文阐述介词在句子中的功能，以及为了确保英语写作正确清晰所应避免的常见错误。本文还针对介词的用法提供常用表达方式列表，供学术论文的作者在校对手稿时参考。 介词究竟做什么用？ 介词用于其他单词或短语之间，告诉读者：某人或某事与其他人或事之间的位置关系，某人对某事或其他人做了什么，人与事物如何联系等。设想一下如果只用名词和代词造句，省略所有介词，而理由只是因为介词令人困惑不好用，而你又不想选错介词，所以干脆弃之不用。那么，你这样写出来或说出来的句子就是： “ I put the book the table noon.  ” 为了掌握介词的用法，我们仔细分析一下这句话究竟出了什么问题。当你对你的朋友这样说话时，如果他正在找这本书，因为他需要这本书来完成作业，那他将不知道在哪里才能找到这本书。而这就是因为你没有说明句子中不同元素之间的关系——你是不是把书放在了桌子 上面 ？这很有可能。但是，你也可以把书放在了桌子 下面 、桌子 旁边 、桌子 后面 ，或者桌子 里面 （如果有抽屉的话）。 而且，还因为你没有说明行动（把书放在什么地方）与时间（中午）之间的关系，你的朋友可能会更加困惑。因为动词“put”既可以代表过去时，也可以代表现在时，那么这句话的含义就存在很多种可能性了。你的意思很可能是你已经把书放在桌子的上面、里面、后面或下面了，而放置的时间发生在中午之前或中午。所以，如果现在已经是下午2点，书还没有在那里，那么一定是发生了什么事情，你这样说话就误导和迫使你的朋友想办法去调查一下。 但是，另外一种可能性是你的朋友猜测你使用时态比较随意，那么你有可能将在中午把书放在那里。如果是这样，你其实应该说“I will”。但是，由于你的句子非常令人困惑和缺少信息，你的朋友便有很好的理由首先质疑你的语法。如果他这时现在看了看手表，发现现在是下午12点3分，他可能会认为你很快就会来，那么就可能决定在等候期间先去喝杯咖啡。 你看到这里可能会乐了，你或许认为这个缺失介词的例子扯得有点夸张，但实际上它恰好说明介词的重要性和缺失或误用介词所导致的严重后果。你或许觉得你的朋友应该很容易能够弄清楚究竟发生了什么，因为毕竟还有上下文可供推断。但是，需要记住的是，英语与许多亚洲语言不同，它是一种低语境语言；换言之，使用者必须尽可能精确，避免歧义，以便清晰地交流。因此，与其将介词误认为是一个可用可不用的、令人困惑的语法难点，还不如老老实实地接受介词的复杂性，并将重视它们，将介词视为必不可少的、关键性的句子元素，帮助你准确地表达你想说的意思。 读者能够在很多线上或线下的英文写作指导资源中找到详细的语法规则、介词列表和常见的用法示例。本文不重复这些内容。本文重点讨论英语不是母语的学术论文作者在写作时最常犯的介词错误，以及如何检查和纠正它们。 目录 如何检查介词的用法 学术论文中常见的介词错误 学术论文中介词的正确用法 关于介词规则的问答 如何检查介词的用法 介词可以用来表示方向、时间、空间、位置、地点或更加抽象的关系。介词的正确用法遵循高度习惯化原则，主要由固定的表达方式决定。因此，除了大量阅读习惯用法之外，正确使用介词的最好方法是了解单词与所有能够搭配使用的介词所形成的不同含义。查找介词及其正确用法的比较好的参考资料是韦氏在线词典、剑桥词典和当代美国英语语料库。 人们可以简单地使用谷歌搜索（Google search）或谷歌的Ngram Viewer查看所使用的搜索字符串的年度出现频率。这两个搜索工具都能显示短语出现的频率。Ngram Viewer还能显示同一个动词与不同介词组合在一起时出现的频率。许多动词的意思取决于它们搭配使用的介词。另外，虽然“grateful  for ”这个词出现的频率比“grateful  to ”的频率更低，但这并不意味着其中一个是正确的、而另一个是错误的。这些词组之间的频率比较只表示人们更频繁地使用什么词组而已。 事实上，正是因为介词的数量庞大，而且动词与不同介词组合时会产生不同的意思，所以介词误用是学术写作中最常见的错误之一。既然介词并没有很多通用规则可供遵循，那么就应当先从各个用法实例入手，看一下学术论文中常见的介词错误，以及应该如何纠正。 学术论文中常见的介词错误 1. 时间：由于时间区段、间隔、周期、时间表等在科研工作中非常重要，需要注意表达时间的介词用法，避免歧义和混淆。这些介词包括at、on、in、for、during、since、before、after、between、within等。 错误： The samples were incubated  during  30 minutes. 正确：  The samples were incubated  for  30 minutes. 错误： The patient had been treated by us  since  2 years. 正确： The patient had been treated by us  for  2 years. 错误： Participants were enrolled  between  January 2021  to  May 2021. 正确： Participants were enrolled  between  January 2021  and  May 2021. 正确： Participants were enrolled  from  January 2021  to  May 2021. 2. 位置和方向：事情发生的位置或事物放置的位置也是实验或科研中的重要细节。误用表达位置和方向的介词会导致歧义，特别是在论文的方法部分。这些介词包括at、on、in、above、behind、below、close to、inside、over等。 正确： The green arrow was displayed  among  the red circles. 正确： The green arrow was displayed  between  the red circles. 正确： The green arrow was displayed  above  the red circles. 正确： The green arrow was displayed  across  the red circles. 错误： The patient presented  to  our hospital. 正确：  The patient presented  at  our hospital. 错误： One additional variable was entered  to  the analysis. 正确： One additional variable was entered  into  the analysis. 3. 比较：任何实验或研究结果通常都在比较的基础上进行描述。需要在论文的结果部分正确使用介词，包括than、to、as、among、with、from等。 错误：The students’ replies were similar  than  the office workers’ replies. 错误：The students’ replies were similar  as  the office workers’ replies. 正确： The students’ replies were similar  to  the office workers’ replies. 错误：The design of experiment 2 was the same  to  the design of experiment 2. 正确：  The design of experiment 2 was the same  as  the design of experiment 2. 错误： The mode of action of cilostazol is different  with  that of acetylsalicylic acid. 正确： The mode of action of cilostazol is different  from  that of acetylsalicylic acid. 错误： Cardiac blood concentrations were higher  as  peripheral blood concentrations. 正确：  Cardiac blood concentrations were higher  than  peripheral blood concentrations. 学术论文中介词的正确用法 以下英文列表包括在学术论文的各个部分中常见的介词用法，包括容易混淆的介词。在论文定稿之前，建议对照查看这些用法，纠正误用的介词。 1. 引言部分 X  is the leading cause  of   Y   in  most industrialized countries. X  is a common disease characterized  by … X  is a widely discussed issue  in  the field  of … Recent developments  in   X  have raised questions  about … In  recent years, increasing attention has been drawn  to … The majority  of  earlier studies  on   X  have focused  on … Over  the past 20 years, the incidence  of  Y  has steadily increased. In  the last 20 years, a number  of  studies have reported  on … Since  the late 1980s, advancements  in  the field  of   Y  have led  to … We tested the effect  of  antibiotics  on  bacteria  in  the treatment  of … Past research  into   X  has been lacking, due  to  methodological restrictions. A limited number  of  experiments have been reported  on   X  so far. Despite  its long use  in  clinical research, method  X  still has serious limitations. The main purpose  of  our study was to expand our understanding  of … 2. 方法部分 The patient presented  at  our hospital  with  dizziness. The patient suffered  from  gastrointestinal bleeding. The patient complained  of  recurring headaches. Patients underwent surgery  on  the first day of hospital admission. Patients with no complaints  during  the past 2 weeks were considered pain-free. Participants who reported not having a smartphone were excluded  from  the study. A total  of  45 participants who provided consent were included  in  the analyses. To prevent participants  from  moving, we placed a cushion  under  their head. In order  to  detect motion artefacts, the data were analyzed  with  Y software. Samples were collected  over  a period of… Stimuli were presented  at  intervals of… 3. 结果与讨论部分 Our comparison  of  different fish species revealed differences  in  food preference. The majority  of  participants responded  to  all questionnaire items. Group 1 showed a bigger effect  than  group 2. Nine  of  the 20 mice died  of  respiration arrest. Our analyses show that there are problems associated  with  the use of… We tested the correlation  between   X  and  Y  and found that… ANOVA was used  to  assess the effect  of   X   on   Y . Figure 3 shows the differences  between  the treatment and control groups. We found no significant reduction  in   X  compared  to  baseline concentrations. Our findings provide crucial insights  into … Our findings point  to  an important role  of   X   in … The results  of  the current study are not consistent  with  earlier findings. Our findings differ  from  those  of  earlier studies. Our results are in line  with  those  of  earlier studies. The differences  between  our study and that  by  Smith et a. can be explained  by … A possible explanation  for  the discrepancy  in  results could be that… The differences could be attributed  to … Our results show the effectiveness  of   X  as a cure  for   Y   in  elderly patients. Our findings highlight the role  of   X   in  the treatment  of   Y . Further studies focusing  on   X  are needed  to  clarify the role  of … 关于介词规则的问答 1. 句子能够以介词结尾吗？ 是的，可以。有人或许听说过不能用介词结束句子的说法，但是这种说法是错误的。努力试图不以介词结尾会导致写出的英文非常不自然。 YES（正确）  Where did he come  from ？ 由于不能只说“ Where did he come？ ”，而“ From  where did he come？ ”又听起来在语法上有些过时，那么在这种情况下，以介词结尾的写法会更好，如上例。 2. 可以省略介词吗？ 不能简单地省略介词。但是，可以重新措辞，避免使用介词。这种做法实际上能够减少用词啰嗦的写法，提高写作水平。关于更多介绍，建议查看这篇文章：如何消除介词短语。 3. 我检查了我用的介词，但如何能够也检查词汇？ 如果你担心会混淆类似的单词，那么请看这篇文章，以及关于有效短语和强有力动词方面的更多写作指导资源。