理學院
Permanent URI for this communityhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/3
學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系（均含學士、碩士及博士課程），及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所，另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人，陣容十分堅強，無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內，座落於臺北市公館，佔地約10公頃，是個小而美的校園，內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年，在此堅固基礎上，理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現，更在臺灣許多研究中獨占鰲頭，曾孕育出五位中研院院士。近年來，更致力於跨領域研究，並在應用科技上加強與業界合作，院內教師每年均取得多項專利，所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上，臺灣師大理學院之排名更高居世界第一，此外更有獨步全臺的科學教育中心，該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務；是全國人力最充足，設備最完善，具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下，學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇，無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作，均是絕佳選擇。
Browse
4326 results
Search Results
Item 連結棲地品質與珊瑚礁魚類群聚跨生活史組成(2025) 馬飛里; Monteiro Gomes de Mattos, Felipe珊瑚礁魚類群聚正面臨漁業活動、沿海開發與氣候變遷等重大威脅,導致棲地大規模喪失與如添入(recruitment)等關鍵生態過程的中斷。理解環境因子對魚類群聚的影響需進一步掌握棲地劣化的機制,而這也是當前研究中的知識缺口。本博士研究結合生物、地形與聲學指標,評估棲地品質對珊瑚礁魚類群聚不同生活史階段的影響。首先,我探討活珊瑚與死亡珊瑚如何影響不同生活史階段的魚類群聚。其次,我分析結構複雜度、底棲組成與珊瑚礁聲景在兩座島嶼上如何影響魚類添入。最後,我整合幼魚與成魚豐度、底棲覆蓋率與人為噪音,評估台灣第一座海洋保護區(Marine Protected Area, MPA)的棲地品質。小尺度實驗(第二章)顯示,死亡的分枝狀珊瑚可為行動性高的魚類幼苗提供暫時性庇護;相對地,成魚則更依賴具有能量供應、結構穩定性與支持關鍵生態功能的活分枝狀珊瑚。島嶼尺度調查(第三章)發現,魚類添入隨結構複雜度增加而上升,且在以絲狀藻類或軟珊瑚為主的礁體中顯著下降,凸顯硬珊瑚覆蓋在支持添入上的重要角色。此外,添入魚種的多樣性與夜間魚類合唱頻段的聲音強度呈正相關,顯示特定聲學線索在魚苗定居期間的重要性。棲地品質評估(第四章)依據底棲與魚類群聚指標及人為噪音程度,辨識出「機會區」與「風險區」,其中一處高機會區目前未受保護,並針對兩處風險區提出管理策略。未來研究應整合生態與聲學指標於多因子分析架構中,以更深入了解棲地品質如何形塑珊瑚礁魚類群聚,並支持更有效的保育策略。Item 台灣綠蠵龜於覓食棲地之族群生態學及保育(2025) 馮加伶; Fong, Chia-Ling綠蠵龜（Chelonia mydas）被IUCN列為瀕危物種，主要分布於亞熱帶與熱帶海域，也是台灣最常見的海龜種類。過往研究多集中於產卵族群，對近岸覓食族群之瞭解相對有限。然而，海龜生命週期中絕大多數的時間都在覓食棲息地發育、生長並累積能量準備繁殖，若能更瞭解覓食族群和棲息地概況，有助於制定保育及管理策略。本研究結合公眾參與及系統性調查，探討臺灣地區覓食綠蠵龜之族群生態。首先，透過與公民科學家合作建立「海龜點點名」計畫，收集水下海龜目擊資料，並藉由個體辨識，建構台灣沿岸海龜密度地圖、確認覓食熱區與瞭解定居模式。小琉球、恆春和綠島為重要覓食熱點。定居模式估算出約43.4%的個體會在同一地區停留超過一年，而且成龜的定居時間和目擊次比青年龜和亞成龜來得更久。此外，約有10%的目擊紀錄，與受傷個體有關，包括漁線纏繞、背甲受傷或其他外觀異常，顯示出人為活動造成的威脅。其次，我們在覓食熱區小琉球進行兩年的系統性浮潛調查，驗證調查設計對資料有效性的影響，並進一步評估小琉球覓食族群的棲地忠誠度。潮汐狀態和調查設計會影響海龜個體偵測機率：漲潮和滿潮時海龜數量最多，而漲潮和退潮時則有較多不同個體；重覆調查較傳統單次調查記錄到八倍多的目擊數量和快兩倍多的個體及重複目擊率。我們用標準化棲地忠誠指標（SSFI）將海龜個體的定居時間和目擊頻率進行量化，並用階層式群集分析辨識出兩種忠誠度組別，低與高忠誠度約各佔一半，並其他資料集和不同地區綠蠵龜進行棲地忠誠度的比較，發現小琉球海龜與菲律賓Oslob相似，且比公民科學資料提供更好資料解析度。最後，透過整合公民科學與系統性調查的長期資料，發現在小琉球約13.3%野外族群有外傷或疤痕，但80%的個體都觀察到已復原。本研究觀察到部分受傷個體從一開始受傷到逐漸恢復的完整過程。受傷成因包括螺旋槳擊傷、魚線纏繞和不同原因，復原時間平均皆需一年半。就野外觀察，嚴重傷口平均需約600天癒合，而輕微傷口則約491天。部分嚴重個案，如因魚線纏繞進而潰爛斷肢，和螺旋槳擊傷造成背甲變形，康復後仍持續在小琉球被目擊達106至2,264天，顯示其強大的野外康復能力和適應力。但海龜重複受傷的現象和受傷個體大多出沒於港口附近，都顯示設立限速區和娛樂釣魚規範的迫切和重要性。本研究透過公民科學加深對台灣地區海龜覓食族群生態的瞭解，並針對調查標準化、棲地忠誠度評估與人為威脅提出建議，對臺灣及東印度洋和東南亞區域的海龜族群之保育與管理具有重要參考價值。Item 重新審視極向遷移:東亞軸孔珊瑚的隱蔽譜系與生物地理結構(2025) 周文華; Chou, Wen-Hua物種向高緯度遷移被視為海洋生態系對氣候變遷的重要反應，然而此概念多以物種為單一演化單位作為前提。本論文檢驗此假設，使用三種在日本已有向高緯度遷移紀錄的優勢造礁軸孔珊瑚為研究對象，於台灣進行系統調查，鑑定其隱蔽種組成，並解析形塑現今空間分布的可能因素。本研究整合形態、分子與族群歷史分析，結果顯示三個名義物種皆由形態上難以區分但遺傳上高度分化的隱蔽種所構成，而且這些隱蔽種的分化程度已經達到屬於不同物種的程度。在台灣，隱蔽種分布與生物地理界線陳氏線高度一致，然而於更廣泛的東亞尺度，隱蔽種則呈現彼此不同的空間分佈模式，且分佈模式無法僅以當代環境梯度解釋。族群歷史推論顯示，目前的分布格局可能受到過去歷史氣候事件的影響，而這些事件對當前分布的形成可能具有關鍵作用。結合歷史族群軌跡與現行分布顯示，即使目前看似具有遷徙潛力的物種，也未必能在不同棲地建立長期穩定的族群，而遷徙後能否持續，也可能取決於該物種是否維持足夠的遺傳多樣性與適應能力以因應新的環境條件。即使有能力跨越多種棲地的物種，也無法保證一定能往高緯度擴張，這可能來物種本身限制，或是當地非生物條件與原棲地之差異，而生物與非生物因子可能會與該隱蔽種的族群歷史交互作用，決定其在氣候變遷下是擴張、維持或衰退。綜合而言，東亞珊瑚的向高緯度遷移並非物種層級的現象，而是由隱蔽種各自的演化與族群歷史所塑造的差異化回應，且現有空間分布範圍並不能保證他們未來面對氣候變遷時皆具備向高緯度遷移的能力，因此辨識與評估這些隱蔽種對於解讀生物地理格局、預測珊瑚在氣候變遷下的反應以及制定有效的保育策略至關重要。Item 互動速率蒙地卡羅路徑追蹤: 在包含鏡面鏈的光傳輸路徑中產生高頻效果(2025) 張嘉文; Jhang, Jia-Wun蒙地卡羅路徑追蹤演算法透過模擬真實環境中光的反射和折射來產生逼真的畫面，此技術在影視、遊戲、物理模擬、建築設計中皆有著舉足輕重的地位。近幾年隨著電腦硬體的進步，以及更多有效的路徑採樣和去雜訊方法被提出，已經可以在電腦上即時地產生低雜訊的路徑追蹤影像。我們發現，雖然低頻的直接照明和間接照明有明顯的改善，但高頻的鏡面成像和焦散依舊無法保持銳利甚至消失，主要是因為能產生高頻效果的「含有鏡面鏈的光傳輸路徑」難以被找到，因此即使再透過後處理的方法去雜訊，也無法在動態場景中即時產生清晰且正確的高頻效果。 低頻效果可以提升整體影像的層次感，但高頻效果往往是最能吸引眼球的部分，因此我們致力於研究針對高頻效果即時路徑追蹤的演算法。在本論文中，我們發明了新的尋找鏡面鏈的技術SMBS和PMS來降低路徑追蹤在高頻效果的雜訊，SMBS透過大擾動改善鏡面鏈路徑的搜索，PMS透過光子重用優化起始鏡面鏈路徑的選擇。對於後續的去噪，我們提出了針對高頻效果的去雜訊演算法IGD，透過再利用路徑追蹤的資訊來提升去雜訊的品質。對於整體的算圖流程，我們設計了一個利於手機的低計算量方法RMNEE，將鏡面鏈演算法透過延遲著色和重採樣來機率性地不計算較低顏色貢獻的鏡面鏈路徑。 與過去的方法相比，我們的方法在相同的採樣數下，大大提高了尋找鏡面鏈的成功率；等時比較下的高頻效果，路徑追蹤的雜訊更少、去雜訊後的誤差值更低；對於低算力的手機平台，更可以在畫面品質和執行速度上達到不錯的平衡。Item 於 Cycles 渲染器整合鏡面流形採樣以增強鏡面光傳輸(2025) Delattre, Victor Gilles; Delattre, Victor Gilles寫實渲染必須精確模擬複雜的光傳輸現象，尤其是由鏡面反射與折射所產生的多次反彈焦散。標準路徑追蹤渲染器（如 Blender Cycles）在有效捕捉此類效果時往往效率不足。Cycles 雖於近期整合「流形下一事件估計」（Manifold Next Event Estimation, MNEE），得以處理特定折射型焦散，但該方法僅適用於投射陰影內且假設表面光滑，對陰影外的折射或反射焦散以及複數鏡面路徑場景仍然無能為力。本論文透過將「鏡面流形採樣」（Specular Manifold Sampling, SMS）整合至 Cycles，增強其折射焦散渲染能力，並記錄在處理反射交互作用時所面臨的主要挑戰。 研究首先擴充 Cycles 的流形計算流程，使之同時支援鏡面反射與折射情境，並實作無偏與有偏兩種 SMS 估計器。隨機初始化階段在鏡面曲面上取樣隨機點與微表面法向，以啟動流形探索並尋得多重光路；對應的機率估測機制分別透過重複試算（無偏）與固定解集合（有偏）完成，並可省略部分直接光照取樣流程。 本實作於自製基準場景中評估，使用渲染時間、每像素取樣數（spp）、均方根誤差（RMSE）與結構相似度指標（SSIM）等度量，與標準 Cycles 路徑追蹤及原始 MNEE 版本比較。結果顯示，整合 SMS 的 Cycles 能有效重現多次反彈折射焦散，並在相同比樣率下顯著降低噪點與誤差。 本研究最終開發出一套可處理多次反彈折射焦散的 Cycles 渲染器，並完整紀錄將先進研究移植至生產級渲染器時理論與實務落差的經驗，為後續鏡面光傳輸研究與開發奠定基礎。Item 應用於公有區塊鏈之具監督與挑戰機制的可驗證更新模型設計與效能分析(2025) 張芸慈; Chang, Yun-Cih鏈上仲裁仰賴區塊鏈機制，以確保公平性與可信度，同時降低對中心化機構的依賴。本論文透過智能合約執行鏈上仲裁以實現挑戰機制，並透過上鏈證明的方式以達到監督機制，此外，為建立可驗證更新模型，將透過Merkle Tree與Verkle Tree兩樹狀結構，以達到資料安全的更新與驗證。本論文採用Rust實作Merkle Tree與Verkle Tree結構，並以Solidity撰寫智能合約以執行鏈上仲裁功能，以產生實驗數據。在實驗評估中會從兩個面向進行：時間效能與gas成本。時間效能部份涵蓋四項核心指標：樹狀結構的建構、資料更新、證明的生成與驗證所需時間；成本方面則依據樹種與架構差異，透過使用對應的智能合約，以測量其上鏈與驗證過程中的gas消耗。本研究以系統架構不同、樹狀結構類型以及樹的架構調整作為三大主要變數，進行多樣化實驗設計，透過蒐集實證數據，進一步分析和比較各種情境下的效能與成本表現。最終彙整研究成果，作為未來實務應用與系統設計之參考依據。Item 提取日誌資料生成溯源圖(2025) 李永豐; Lee, Yung-Feng隨著資訊安全防護日益重要，系統日誌的分析扮演關鍵角色，能協助即時偵測異常行為與追蹤潛在攻擊路徑。本研究旨在透過 Auditbeat 蒐集 Linux 系統的審計日誌（Audit Log），並結合 Elasticsearch 與 Kibana 建立可視化分析環境，進一步使用 Python 與 Graphistry 建構 Provenance Graph（溯源圖），以圖形化方式揭示系統中事件間的因果關係。本研究以實際攻擊模擬方式，結合資安事件進行溯源分析。首先透過 Auditbeat 收集檔案操作、程序建立與網路連線等系統層級事件，將資料傳送至 Elasticsearch 並以 Kibana 進行初步視覺化。為強化分析效率，進一步使用 Python 與 Pandas 擷取關鍵欄位，並透過 Graphistry 建構事件溯源圖，呈現節點間的因果關係與行為路徑。此外，研究亦模擬 Subrion CMS 中 CVE-2018-19422 漏洞，攻擊者上傳惡意 .phar 檔案取得 reverse shell，Auditbeat 可偵測其檔案異動與非預期連線行為，並於溯源圖中呈現 apache2 觸發 shell 的完整路徑。本研究亦納入釣魚攻擊模擬場景，誘導使用者輸入帳密並下載含有反向連線功能的惡意 ELF 檔案。受害者執行該檔後成功建立 Meterpreter 控制連線，進而進行檔案操作與系統控制。相關行為全程被 Auditbeat 紀錄，並以溯源圖方式具體呈現從網頁誘騙到系統被控的完整流程，驗證本方法於異常行為還原與關鍵節點追蹤之可行性。總結而言，本研究提出一套自動化、可視化的系統日誌分析流程，不僅能有效提取安全關鍵事件，亦能協助資安人員以溯源圖方式掌握攻擊者行為軌跡。此方法可應用於入侵偵測與安全監控領域，為企業與研究機構提供具實用性的日誌分析與威脅溯源工具。Item Linux 系統中敏感檔案操作之即時監控與日誌規則的動態設定機制(2025) 張皓棠; Zhang, Hao-TangLinux系統在使用auditd監控敏感檔案操作時，採用預先指定監控路徑與系統呼叫的方式設定日誌規則（以下簡稱靜態式日誌規則）。然而，面對具備長潛伏週期且行為碎片化的進階持續性威脅（Advanced Persistent Threat, APT），這類靜態式日誌規則常無法涵蓋完整攻擊鏈，導致監控記錄出現節點斷裂與資料流追蹤中斷。為彌補靜態式日誌監控系統監控範圍固定的限制，本研究設計並實作了一套針對敏感檔案操作的即時監控與日誌規則動態設定機制，透過行為解析與條件判斷，強化日誌系統對敏感檔案操作產生之資料流向的追蹤能力，並且當可疑操作發生時自動擴展日誌監控範圍，改善靜態式日誌系統監控的不足。系統以auditd為基礎，結合事件聚合、指令解碼、行為辨識與條件觸發等模組，建構出即時監控架構，可持續讀取日誌檔案內容，依據event_id聚合SYSCALL、PATH、PROCTITLE與EXECVE等紀錄，還原原始執行的指令及其相關的檔案路徑。當偵測敏感檔案發生潛在資料移動時，系統會自動將新產生的目標檔案納入監控範圍，持續擴展資料追蹤能力，並且當實驗系統關於異常事態所訂的條件被觸發時，系統中的條件式觸發機制將動態載入額外日誌規則，即時擴大日誌系統的監控範圍，落實以行為為驅動的監控策略，提升資料流追蹤的即時性與完整性。Item 排球比賽轉播影像之場地自動分割與幾何校正研究(2025) 黃富祥; Huang, Fu-Hsiang隨著運動領域對科學化的重視日益提升，如何兼顧客觀性與有效率地解析比賽過程成為當前的重要課題。現行排球資訊紀錄多仰賴人工或半自動系統，不僅耗時費力，且容易受主觀因素干擾。近年來，隨著轉播技術的進步，賽事影像資料的數量與品質持續提升，傳統的記錄與分析方式已難以因應日益龐大的資料需求，促使自動化分析技術逐漸受到關注。場地校正作為排球自動化資訊分析的核心基礎，對戰術分析與即時判斷具有重要影響。本研究運用電腦視覺技術，提出無需標註資料的場地自動分割與幾何校正方法，結合機器學習與幾何特徵分析，能自動從動態視角的影像中擷取關鍵場地區域，並利用高斯混合模型進行影像分群以辨識場地範圍，結合線段分類模型，進一步透過單應性矩陣完成幾何校正，將場地資訊映射至標準二維平面座標系統。本研究共收集21部國際排球賽事轉播影像，涵蓋四種不同場館，並於不同光照與視角條件下評估方法的穩健性與準確性。實驗結果顯示，影像分割精度達98.91%，場地校正整體IoU達98.14%。此外，本研究亦建立並公開涵蓋6837張排球轉播畫面的資料集，其中6077張完成影像分割及幾何校正的手動標註，為排球場地偵測技術的標準化與可重現性提供了參考資源。Item 基於多視角相片產生之3D點雲樹木重建(2025) 陳建壹; Chen, Chien-Yi樹木是自然環境中不可或缺的元素，不僅是環境重建與山林模擬的重要目標，也廣泛應用於遊戲、動畫與電影場景中，能有效營造氛圍並提升沉浸感。然而樹木具有複雜的分枝結構與茂密的樹冠，傳統人工建模方式不僅耗時費力，也難以應對大量模型的產出需求。因此發展一種兼具效率與準確性的建模方法，有助於建立具備實用性與可重複利用價值的樹木模型資產，滿足大規模生成與多元應用的需求。本研究提出一套結合運動回復結構技術（Structure-from-Motion, SFM）與 L-system 的程序化建模方法。首先透過多視角影像重建點雲，擷取樹木區域並濾除無效點，接著應用 AdTree 演算法提取骨架結構，建立初步樹狀模型。考量 AdTree 對雜訊與葉片分布的敏感性，可能造成末端分枝過密與不自然，本研究進一步透過規則修剪異常結構，並引入 L-system 根據樹種特性生成自然的細枝與葉片分布，以提升模型的結構合理性與視覺自然感。此外針對因視角不足造成的點雲缺失，亦可將現有分支轉換為可重用的 L-system 子樹，由使用者選擇節點進行接合補齊。最終將完整的樹木結構輸出為可編輯的三維網格模型（如 .obj），可以應用於各類虛擬場景，展現本方法於樹木建模上的靈活性與實用性。