《1750m3/h绞吸式挖泥船浚工教学系统》中动画与视频的实现

    周屹

    

    

    

    摘要：本文介绍了CAI在《1750m3/h绞吸式挖泥船教学系统》中的应用及系统中动画与视频的实现过程与制作技巧。

    关键词：CAI ?多媒体 ?动画 ?视频

    近年来，随着多媒体技术的迅速发展，计算机辅助教学（CAI）系统在教育领域中的应用，已成为教学改革的热点。

    CAI在《1750m3/h绞吸式挖泥船浚工教学系统》中的运用

    1750m3/h绞吸式挖泥船浚工教学系统是针对疏浚专业学生的生产实习而量身开发的教学软件系统。该教学系统是在深入了解1750m3/h绞吸式挖泥船疏浚作业各种过程、设备、控制系统及其正常操作的情况下，整合计算机技术、多媒体技术，利用WINDOWS平台，采用Vc++、Flash、会声会影、Premiere、Photoshop等软件进行开发，设计出计算机易于实现而在传统教学与实践中无法实现的各种教学功能，结合1750m3/h绞吸式挖泥船疏浚作业仿真训练器，从而为培养疏浚专业学生提供一个学习与试验的教学训练系统，培训疏浚专业的学生和挖泥船的船员掌握先进的疏浚作业方法。系统中呈现丰富、多变、生动活泼的多媒体效果，从而使教学内容生动活泼。

    动画与视频在系统中的运用

    收集的图片、视频素材，视频通过会声会影和Adobe Premiere Pro等软件进行采集和剪辑。

    但是挖泥船某些的工作活动无法用视频录像来表现，为了能更生动、形象、直观的表现出挖泥船的工作状况，本系统使用了FLASH动画与视频动画相结合的方法。下面以几个仿真动画的制作为重点，阐述其动画的运动原理、制作方法和技巧。

    1、定位桩台车横挖法动画制作

    定位桩台车横挖法是以主钢桩为轴心，以绞刀头至主钢桩长度为半径进行左右摆动挖泥，左右横移摆动时与挖槽中心线形成的摆动夹角以40°（即左右摆动全幅约80°）左右为限。主桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，绞切的平面轨迹也始终保持平行前移，挖泥平面轨迹呈圆弧形。

    实现此挖泥动画制作，可采用以下几个步骤：

    1.1制作部件

    根据上述定位桩台车横挖法动画的运动原理可知所需动画部件有左右边锚及锚链、挖槽、挖泥船等。

    选取CorelDraw矢量绘图软件将挖泥船等部件绘制出来。

    注意：（图像要导入Flash中，所以CorelDraw绘完图形以后不宜填充颜色，并且导出文件时，建议使用AI矢量图形文件，此文件是Flash兼容文件）

    图1

    1.2设计动画

    采用的是以Flash动画以俯视图的方式来挖泥的动作。将挖泥船等物体导入Flash后，填充颜色。在场景的中心绘制一根虚线作为挖槽中心线，然后将挖槽的图形的中心与虚线对齐。在挖槽的两端分别绘制二根虚线，根据这三根虚线，使绞切的平面轨迹始终保持平行前移。然后，将挖泥船放置挖槽中心线上，船头部与挖槽相接（如图2），将挖泥船定义为元件，以主钢桩（挖泥船尾部）为轴心，二边的虚线为边界，在第10帧和第35帧插入关键帧，分别向右、向左旋转挖泥船，然后建立补间动画。重复第10帧与第35帧的动画，最后达到模拟台车横挖法效果。属于位移动画。（如图3、图4）

    位移动画时，一定要注意定义要动画的物体为元件。制作时，应该注意，挖泥摆动的节奏，要考虑左右摆动时的位置的不同。一开始由中心向左，距离短。所以只用10帧，当向右时，是从船身已经在左，向右移动，距离远，所以需要35帧。

    图2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图3

    图4

    1.3动画效果渲染与输出

    选择导出影片，以显示导出影片对话框，选择相应路径、文件名，文件格式为AVI。显示出导出Windows AVI对话框，设置尺寸为352×288，视频格式为24位真彩。设置压缩程序为非压缩。保证输出动画的质量。

    2、台车操作中动画与视频制作

    1750m3/h绞吸式挖泥船一般采用钢桩台车式、边线切入分单层操作法。挖泥过程中，当绞刀挖完一个断面后，绞刀需前移挖下一个断面。此时，主钢桩插入泥中，绞刀的前移是通过后移动钢桩台车来实现的。

    挖完一个工作断面后，操作绞刀架绞车手柄，使绞刀提升至原工作泥面;操作台车移动手柄，使绞刀提升至原工作泥面;操作台车移动手柄，使台车后移。其整个操作动画制作如下：

    2.1制作部件

    根据上述移台车操作的运动原理可知所需动画部件有等。挖泥船、铰刀架、泥土等。

    选取Photoshop图像处理软件将挖泥船的照片进行处理。然后导入Flash中。而挖泥船的绞刀架以及泥土，由Flash绘制。

    注意：使用Photoshop导出图像文件时，注意天空与挖泥船一起导出。

    2.2动画制作

    根据移台车操作原理分析，此部分动画，主要包括挖泥船前移，以及铰刀下放，泥土随着铰刀的下放，被挖除。使用，移动补间动画、形状补间动画。

    首先，分别将导入的挖泥船、绞刀架定义为元件1、元件2。泥土不定义。在二十五帧中插入关键帧，将绞刀架以架顶部为圆心，旋转45度左右。中间添加补间动画。选中泥土图层，在第一帧与第二十五帧之间，每隔五帧插入关键帧，并在关键帧上，根据绞刀架的位置来擦出其周围的泥土。在第五十帧插入关键帧，向前移动挖泥船，同时升起绞刀架。重复第25帧与第50帧的动画，最后达到模拟移台车操作效果。（图5）

    注意移动补间动画与形状补间动画的区别，移动补间动画要定义元件，而形状补间动画，不能定义元件。

    2.3视频编辑

    此部分，采用Adobe Premiere Pro视频编辑软件。以视频与字幕相结合的

    形式来表现挖泥船上的工作操作。（图6）

    图5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图6

    系统中的视频问题与解决方法

    在系统中有大量的视频资料，我们在整理和制作的过程中，发现制作生成的部分视频出现抖动与马赛克现象，一套完整的视频不能正常播放，并且生成的视频文件数据量相当大。

    1、问题分析

    开始以为，是文件数据压缩太多，为了保证质量，以减少压缩比，增加数据大小来，改善数据质量。但效果不明显。

    后来认为是采集视频数据时，电脑性能一般，会影响采集出的数据。但采集出的数据没有出现抖动，以及马赛克现象，而是编辑以后的数据出现问题。并且更换电脑进行数据重新采集。问题仍然存在。

    因为，系统需要的视频文件是时下比较流行的mpg文件格式，所以当我们采集完视频数据后，都要转换成mpg，并且采集回数据都使用Adobe Premiere Pro软件进行编辑。会不会是文件转换出现问题？（注释：MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，同时保证每秒30帧的图像动态刷新率，已被几乎所有计算机平台共同支持。）

    2、解决方法

    根据多方面的实验，终于找到问题，原来，不同的视频软件，导出的视频mpg文件的编码也不相同，像我使用了不同的转换软件以及编辑视频软件（像《WinMPG Video Convert》和《Zealot All Video Converter》，由它们生成的MPEG文件图像质量都非常好且转换工作快速准确操作简单。以及家用型视频编辑工具会声会影和强大的Adobe Premiere）。所以编码不同的mpg文件出现抖动和马赛克现象，而会声会影和Adobe Premiere两款软件特别明显。

    最后的解决方法是，如果是一个软件采集的视频文件，尽量在这个软件上编辑，导出的mpg文件不要更改和处理。

    通过1750m3/h绞吸式挖泥船浚工教学系统，使得挖泥船的主要的疏浚作业都能显示出来，而且能让学生联系起实习时的情景，创造了一个良好的学习环境，然后老师在此基础上进行深入的讲授，使学生对此的感性认识上升到理性阶段，实现知识意义的建构。

    （作者单位：武汉市航道学校）