2007-4-5 21:22:50

 

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机械原理网络课程的设计与开发*

清华大学 申永胜 郝智秀 阎绍泽
Design and Development for Distance Learning Course of Theory of Machines and Mechanisms

  [摘要]:本文介绍了机械原理网络课程的教学设计、创意设计、媒体设计和页面功能设计的基本思路,分析了工程类网络课程研制中遇到的主要问题,并给出了处理方法。

  [关键词]


 
 1. 引言

  从略。

  2.机械原理网络课程的设计

  网络课程的设计包括教学设计、创意设计、媒体设计和页面功能设计,它是网络课程成功的关键。

  2.1教学设计

  从略。

  2.2脚本创意设计

  从略。

  2.3媒体设计

  从略。

  2.4页面功能设计

  从略。

  3.工程类网络课程研制中遇到的技术问题及其对策

  工程类学科理论和实践结合较为紧密,在其网络课程中往往需要使用大量的动画特别是三维实体造型动画来模拟物体的运动或演示其运动原理等,以使教学内容的表达更为形象、直观,因此三维动画素材是工程类学科网络课程的主要内容之一,其制作也是网络课程研制中的难点。在机械原理网络课程的研制过程中,我们针对机械类网络课程研制中出现的技术问题进行了认真分析,研究对策,通过组织技术攻关,采用最先进的网页、图形及动画制作技术和压缩工具,并尝试应用虚拟现实技术,成功地解决了动画文件过大与网络带宽拥挤的矛盾,确保了动画质量和传递速率。

  3.1.常见动画格式及三维动画制作方法的选择

  从略。

  3.2常见问题及解决思路

  3.2.1物体造型及其动画均非常简单的情况在这种情况下,无需借助其它工具,可直接在Flash中完成造型及动画。

  例:采用摩擦传动原理设计的取纸器工作原理动画。(见图1)

  
图1 采用摩擦传动原理设计的取纸器工作原理动画截图

  优点:动画文件非常小。上图动画文件大小仅为3KB。

  主要问题:物体造型简单,难于调配合适的色彩和灯光效果;物体运动简单,仅限于平行于显示屏面的平动及转轴垂直于显示屏面的转动。

  3. 2. 2物体造型较简单的情况

  在这种情况下,只需使用3DSMAX+Swift 3D。在3DSMAX中完成物体三维造型及动画,然后通过Swift 3D将其直接转换为Flash格式的动画。因为物体造型较简单,直接转换后文件大小可满足使用要求。

  例:双动式棘轮机构(41KB,见图2)。

  
图2 双动式棘轮机构动画截图

  优点:三维造型效果好,物体运动配合准确。

  3.2.3动画造型较复杂的情况

  在一般情况下,动画造型都比较复杂,特别是含有齿轮、螺旋等曲面实体时,使用Swift 3D直接转换后文件往往过大,需要使用Flash+3DSMAX+Swift 3D,使用Flash对Swift 3D转换后的动画进行进一步处理。

  处理方法:

  (1)背景与动画分离在Flash中,不必完全象位图动画那样通过逐帧微小的变化来串成一个完整的动画,由于矢量格式是由数学方法来描述物体的造型及运动的,因此可以将动画中不动的部分看作背景,将这部分和运动部分分离出来,可减小动画中大量重复的冗余信息,从而减小动画文件的大小。在3DSMAX中制作动画时分别用Swift 3D转换为.swf格式后导入Flash重新组合。

  例:外切圆柱平摩擦传动机构(图3)

  
图3 背景、动画部分分离示意图

  该动画直接使用3DSMAX+Swift 3D制作时,文件大小为89KB;使用背景与动画分离方法处理后,文件大小减小为55KB。

  (2)造型与动画分离Flash能够制作平行于显示屏面的平动及转轴垂直于显示屏面的转动等简单动画,因此,造型较复杂,运动情况属于以上两类比较简单的动画,可先在3DSMAX中完成三维造型,然后引入到Flash中完成动画部分的制作。

  如图4中,将齿轮部分从整个机构中分离出来,在Flash中完成齿轮的旋转运动,最后在Flash中和其余运动合并。

  
图4 造型与动画分离示意图

  (3).符号法在Flash中,同一个符号重复引用,不会增加整个文件的大小。利用这个特点,将动画中重复的部分制作为符号,从而减小整个动画文件的大小。

  如图5中,齿轮每转过20度,图像就重复一次,因此将0度-20度的关键帧制作为符号,通过多次引用完成整周运动。

  
图5 符号法示意图

  通过上述方法制作的三维动画,具有较好的三维效果以及较小的文件大小,成功地解决了动画文件过大与网络带宽拥挤的矛盾,确保了动画质量和传递速率。该方法不仅适用于机械原理网络课程网页三维动画的制作,也适应于其他工程类学科网络课程三维动画素材的制作。

  4.结束语

  从略。

 
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