2008-12-4 6:51:46

 

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分析化学网络课程中非线性交互式动画的设计与实现方法

刘志广 吴超 张永策 王雅彬
(大连理工大学化学系116012 liuzg@mail.dlptt.ln.cn)
 


  一、 前言

  从略。

  二、 动画制作技术的比较与选择

  1. 3D技术3D动画具有很强的视觉效果,但体积大,不适合网络运行,不能交互。

  2. VRML技术VRML是一种虚拟现实技术,所制作出的三维交互动画在播放时可从任意角度进行观察,体积小,播放流畅,但动画全部靠编程制作,不易掌握,需要专门的播放器播放。

  3. JAVA及相关技术JAVA是一种网络编程技术,适宜制作一些网页特殊效果和小交互动画,如网络上较多应用的Java Applet小程序,而JavaScript是一种脚本编写语言,功能也没有JAVA强大。

  4. Flash技术Flash是目前制作网络动画最为流行的工具,其主要特点有以下几个方面:

  (1) 界面美观视觉冲击效果强大,充分发挥了网络多媒体的作用

  (2) Flash网页浏览通用性好

  (3) Flash文件较小,适合于在网上传播。

  (4) Flash动画为矢量图,放大后不失真,动画演示界面流畅,形象逼真。

  三、 交互式Flash动画技术与脚本语言

  从略。

  四、 动画的设计理念与实现方法

  根据我们的制作经验,一个优秀的原创科技动画作品的产生可能需要经历:提炼、构思、建模、制作、效果等过程。提炼:将大段专业内容通过一个精练的动画过程表现,该过程是一个指导思想和文字脚本产生过程;构思:根据创作的指导思想建立制作脚本,进行整体布局构思,此时在制作者头脑中已形成作品影像;建模:在单个物体对象模型构建的基础上,由各对象之间的逻辑关系、时空关系、动作顺序建立数学模型。这也是与传统动画的最大不同之处,如交互式动画在播放过程中的非线性交互,也可能需要操作者对画面中的某对象进行拖动,拖动到的方位不同将产生不同结果;制作:包括两个方面,一是涉及对象、动画与影相片段、音效等的构建与引用,二是Activescripe脚本编程。效果:评判动画的视觉效果、整体协调性。由于涉及到的是科技作品,将要用到教学中,还需要对其科学性、是否会产生误导作用等方面进行评判。

  下面我们对各类作品的创作动机,指导思想、表现内容、技术特点进行介绍:

  1. 界面型动画

  交互多媒体主页的所带来的强烈视觉冲击效果,给人留下深刻印象,利用flash技术构建交互多媒体主页已逐渐形成一种发展趋势。我们在分析化学网络课程中也多处采用,如课程主页、网络虚拟实验室主页等。这类作品主要体现课程特色和视觉冲击效果,在网络分析化学虚拟实验室动画主页的设计上,可以说有独到之处,如进入该主页后,鼠标将变成了一个小滴管,并用滴定管构成边界,下部的一排动态小小锥形瓶作为内容选择按钮,用小滴管点击小锥形瓶时,锥形瓶中溶液变色,如同加入了一滴指示剂。较多体现课程特色和潜移默化的作用。

  2. 分子结构类动画

  大量分子结构是化学类课程的特点。这类动画中对象造型较为简单,以球、棒为主。但由于Flash构建的是二维平面图像,如何利用色彩、光线的作用,使画面具有立体感,需要较多技巧。另外,这类动画容易给人以单调之感,如何提高这类动画的交互性也需要考虑,如在设计红外光谱中的分子振动形式及CO2的振动形式动画表现过程中,充分利用交互动画的特点,将分子的不同振动形式布置在同一画面中,并产生随机运动,用鼠标点击某一个小动画,该振动类型的动画放大显示。

  3. 分析仪器结构与原理类动画

  分析仪器结构复杂,原理抽象,即便是面对仪器,也难以看到其内部结构,历来是学习中的重点和难点,将这部分内容用交互式动画表现出来,对课堂授课和网络学习来说,无疑都具有十分积极的作用。这类动画的设计思路比较明确,制作上具有较大难度,需要建立的对象模型比较多,相互之间的关系需要综合考虑,如在气相色谱交互动画设计中,点击气瓶阀门开关可以打开载气,点击流量计旋钮可以改变流速,可以动态输入参数、选择不同样品,使流出曲线与结果随设定条件不同而变化。在其他同类型动画制作中都体现了这类动画的共同特点。

  4. 原理型动画

  这也是比较多的一类动画,由于通常要表现出微观过程,在动画构思时,需要发挥更大的想象力。如玻璃电极中膜电位的生成、离子交换分离过程、离子色谱中连续抑制半透膜的机理、高效毛细管电泳中的不同分离机理等动画的制作,如何将微观过程通过宏观物体表现,即需要深厚的专业知识,也需要较。表现内容才会深刻、形象、准确、科学。通常需要反复设计、修改。这类动画的制作难度也较大,如在表现阳离子交换分离过程的动画中,树脂上连接的磺酸基团随着流动相的流动而在平衡位置产生相对微小运动,流动相中的氢离子的流动及与磺酸基进行动态交换,待分离的各种阳离子既要与磺酸基上的氢离子交换;又被后续氢离子置换向前移动,依据结合力的不同导致分离。该动画在制作上充分利用动画片段的调用、叠加和透明效果。

  5. 虚实结合类动画

  这类动画需要建立由宏观到微观的过渡过程及虚实结合的表现方法,如配位滴定过程中金属指示剂的变色原理、指示剂的封闭与僵化,玻璃膜电位的产生原理等动画的制作。

  6. 动态曲线类动画

  曲线是课程中处处可见的,利用Flash技术实现曲线的动态绘制的教学效果要优于静态图片,制作上采取预先绘制好曲线,再利用遮罩技术,逐渐显示。利用该技术我们设计了不同浓度下,吸收曲线的变化,点击不同浓度的比色皿,显示不同吸收曲线,并可同时显示所有曲线,对比浓度对吸光度的影响。该方法不能根据参数设定,实时动态绘制,而利用其他方法实时绘制的曲线通常有锯齿,不够美观。

  7. 实验过程仿真模拟非线形交互动画

  实验在分析化学课程中占有十分重要的地位。在网络课程的理论学习中,实验如何配合,这也是化学类网络课程所面临的共同难题。在分析化学网络课程的教学策略设计中,我们突出了网络教室+网络实验室+网络资料室三位一体的设计理念,即通过实验过程仿真模拟使学生了解实验仪器,熟悉实验过程,配合理论学习。真正体现出网络课程的特点。在分析化学网络课程中所制作的实验过程仿真模拟非线形交互动画有:滴定分析类实验、分析天平称量、气相色谱分析实验、液相色谱分析、薄层层析等。如图3和图4所示。


图3分析天平网络实验室


图4 滴定分析实验室

  五、 效果与作用

  从略。

  参考文献

  从略。

  

 

 
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