《1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學(xué)系統(tǒng)》中動(dòng)畫與視頻的實(shí)現(xiàn)

周屹

摘要：本文介紹了CAI在《1750m3/h絞吸式挖泥船教學(xué)系統(tǒng)》中的應(yīng)用及系統(tǒng)中動(dòng)畫與視頻的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與制作技巧。

關(guān)鍵詞：CAI ?多媒體 ?動(dòng)畫 ?視頻

近年來(lái)，隨著多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）系統(tǒng)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，已成為教學(xué)改革的熱點(diǎn)。

CAI在《1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學(xué)系統(tǒng)》中的運(yùn)用

1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學(xué)系統(tǒng)是針對(duì)疏浚專業(yè)學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)而量身開發(fā)的教學(xué)軟件系統(tǒng)。該教學(xué)系統(tǒng)是在深入了解1750m3/h絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)各種過(guò)程、設(shè)備、控制系統(tǒng)及其正常操作的情況下，整合計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)，利用WINDOWS平臺(tái)，采用Vc++、Flash、會(huì)聲會(huì)影、Premiere、Photoshop等軟件進(jìn)行開發(fā)，設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)易于實(shí)現(xiàn)而在傳統(tǒng)教學(xué)與實(shí)踐中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種教學(xué)功能，結(jié)合1750m3/h絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)仿真訓(xùn)練器，從而為培養(yǎng)疏浚專業(yè)學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)與試驗(yàn)的教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，培訓(xùn)疏浚專業(yè)的學(xué)生和挖泥船的船員掌握先進(jìn)的疏浚作業(yè)方法。系統(tǒng)中呈現(xiàn)豐富、多變、生動(dòng)活潑的多媒體效果，從而使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)活潑。

動(dòng)畫與視頻在系統(tǒng)中的運(yùn)用

收集的圖片、視頻素材，視頻通過(guò)會(huì)聲會(huì)影和Adobe Premiere Pro等軟件進(jìn)行采集和剪輯。

但是挖泥船某些的工作活動(dòng)無(wú)法用視頻錄像來(lái)表現(xiàn)，為了能更生動(dòng)、形象、直觀的表現(xiàn)出挖泥船的工作狀況，本系統(tǒng)使用了FLASH動(dòng)畫與視頻動(dòng)畫相結(jié)合的方法。下面以幾個(gè)仿真動(dòng)畫的制作為重點(diǎn)，闡述其動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)原理、制作方法和技巧。

1、定位樁臺(tái)車橫挖法動(dòng)畫制作

定位樁臺(tái)車橫挖法是以主鋼樁為軸心，以絞刀頭至主鋼樁長(zhǎng)度為半徑進(jìn)行左右擺動(dòng)挖泥，左右橫移擺動(dòng)時(shí)與挖槽中心線形成的擺動(dòng)夾角以40°（即左右擺動(dòng)全幅約80°）左右為限。主樁前移的軌跡始終保持在挖槽中心線上，絞切的平面軌跡也始終保持平行前移，挖泥平面軌跡呈圓弧形。

實(shí)現(xiàn)此挖泥動(dòng)畫制作，可采用以下幾個(gè)步驟：

1.1制作部件

根據(jù)上述定位樁臺(tái)車橫挖法動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)原理可知所需動(dòng)畫部件有左右邊錨及錨鏈、挖槽、挖泥船等。

選取CorelDraw矢量繪圖軟件將挖泥船等部件繪制出來(lái)。

注意：（圖像要導(dǎo)入Flash中，所以CorelDraw繪完圖形以后不宜填充顏色，并且導(dǎo)出文件時(shí)，建議使用AI矢量圖形文件，此文件是Flash兼容文件）

圖1

1.2設(shè)計(jì)動(dòng)畫

采用的是以Flash動(dòng)畫以俯視圖的方式來(lái)挖泥的動(dòng)作。將挖泥船等物體導(dǎo)入Flash后，填充顏色。在場(chǎng)景的中心繪制一根虛線作為挖槽中心線，然后將挖槽的圖形的中心與虛線對(duì)齊。在挖槽的兩端分別繪制二根虛線，根據(jù)這三根虛線，使絞切的平面軌跡始終保持平行前移。然后，將挖泥船放置挖槽中心線上，船頭部與挖槽相接（如圖2），將挖泥船定義為元件，以主鋼樁（挖泥船尾部）為軸心，二邊的虛線為邊界，在第10幀和第35幀插入關(guān)鍵幀，分別向右、向左旋轉(zhuǎn)挖泥船，然后建立補(bǔ)間動(dòng)畫。重復(fù)第10幀與第35幀的動(dòng)畫，最后達(dá)到模擬臺(tái)車橫挖法效果。屬于位移動(dòng)畫。（如圖3、圖4）

位移動(dòng)畫時(shí)，一定要注意定義要?jiǎng)赢嫷奈矬w為元件。制作時(shí)，應(yīng)該注意，挖泥擺動(dòng)的節(jié)奏，要考慮左右擺動(dòng)時(shí)的位置的不同。一開始由中心向左，距離短。所以只用10幀，當(dāng)向右時(shí)，是從船身已經(jīng)在左，向右移動(dòng)，距離遠(yuǎn)，所以需要35幀。

圖2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3

圖4

1.3動(dòng)畫效果渲染與輸出

選擇導(dǎo)出影片，以顯示導(dǎo)出影片對(duì)話框，選擇相應(yīng)路徑、文件名，文件格式為AVI。顯示出導(dǎo)出Windows AVI對(duì)話框，設(shè)置尺寸為352×288，視頻格式為24位真彩。設(shè)置壓縮程序?yàn)榉菈嚎s。保證輸出動(dòng)畫的質(zhì)量。

2、臺(tái)車操作中動(dòng)畫與視頻制作

1750m3/h絞吸式挖泥船一般采用鋼樁臺(tái)車式、邊線切入分單層操作法。挖泥過(guò)程中，當(dāng)絞刀挖完一個(gè)斷面后，絞刀需前移挖下一個(gè)斷面。此時(shí)，主鋼樁插入泥中，絞刀的前移是通過(guò)后移動(dòng)鋼樁臺(tái)車來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

挖完一個(gè)工作斷面后，操作絞刀架絞車手柄，使絞刀提升至原工作泥面;操作臺(tái)車移動(dòng)手柄，使絞刀提升至原工作泥面;操作臺(tái)車移動(dòng)手柄，使臺(tái)車后移。其整個(gè)操作動(dòng)畫制作如下：

2.1制作部件

根據(jù)上述移臺(tái)車操作的運(yùn)動(dòng)原理可知所需動(dòng)畫部件有等。挖泥船、鉸刀架、泥土等。

選取Photoshop圖像處理軟件將挖泥船的照片進(jìn)行處理。然后導(dǎo)入Flash中。而挖泥船的絞刀架以及泥土，由Flash繪制。

注意：使用Photoshop導(dǎo)出圖像文件時(shí)，注意天空與挖泥船一起導(dǎo)出。

2.2動(dòng)畫制作

根據(jù)移臺(tái)車操作原理分析，此部分動(dòng)畫，主要包括挖泥船前移，以及鉸刀下放，泥土隨著鉸刀的下放，被挖除。使用，移動(dòng)補(bǔ)間動(dòng)畫、形狀補(bǔ)間動(dòng)畫。

首先，分別將導(dǎo)入的挖泥船、絞刀架定義為元件1、元件2。泥土不定義。在二十五幀中插入關(guān)鍵幀，將絞刀架以架頂部為圓心，旋轉(zhuǎn)45度左右。中間添加補(bǔ)間動(dòng)畫。選中泥土圖層，在第一幀與第二十五幀之間，每隔五幀插入關(guān)鍵幀，并在關(guān)鍵幀上，根據(jù)絞刀架的位置來(lái)擦出其周圍的泥土。在第五十幀插入關(guān)鍵幀，向前移動(dòng)挖泥船，同時(shí)升起絞刀架。重復(fù)第25幀與第50幀的動(dòng)畫，最后達(dá)到模擬移臺(tái)車操作效果。（圖5）endprint

注意移動(dòng)補(bǔ)間動(dòng)畫與形狀補(bǔ)間動(dòng)畫的區(qū)別，移動(dòng)補(bǔ)間動(dòng)畫要定義元件，而形狀補(bǔ)間動(dòng)畫，不能定義元件。

2.3視頻編輯

此部分，采用Adobe Premiere Pro視頻編輯軟件。以視頻與字幕相結(jié)合的

形式來(lái)表現(xiàn)挖泥船上的工作操作。（圖6）

圖5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖6

系統(tǒng)中的視頻問(wèn)題與解決方法

在系統(tǒng)中有大量的視頻資料，我們?cè)谡砗椭谱鞯倪^(guò)程中，發(fā)現(xiàn)制作生成的部分視頻出現(xiàn)抖動(dòng)與馬賽克現(xiàn)象，一套完整的視頻不能正常播放，并且生成的視頻文件數(shù)據(jù)量相當(dāng)大。

1、問(wèn)題分析

開始以為，是文件數(shù)據(jù)壓縮太多，為了保證質(zhì)量，以減少壓縮比，增加數(shù)據(jù)大小來(lái)，改善數(shù)據(jù)質(zhì)量。但效果不明顯。

后來(lái)認(rèn)為是采集視頻數(shù)據(jù)時(shí)，電腦性能一般，會(huì)影響采集出的數(shù)據(jù)。但采集出的數(shù)據(jù)沒(méi)有出現(xiàn)抖動(dòng)，以及馬賽克現(xiàn)象，而是編輯以后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題。并且更換電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)重新采集。問(wèn)題仍然存在。

因?yàn)椋到y(tǒng)需要的視頻文件是時(shí)下比較流行的mpg文件格式，所以當(dāng)我們采集完視頻數(shù)據(jù)后，都要轉(zhuǎn)換成mpg，并且采集回?cái)?shù)據(jù)都使用Adobe Premiere Pro軟件進(jìn)行編輯。會(huì)不會(huì)是文件轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問(wèn)題？（注釋：MPEG文件格式是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它采用有損壓縮方法減少運(yùn)動(dòng)圖像中的冗余信息，同時(shí)保證每秒30幀的圖像動(dòng)態(tài)刷新率，已被幾乎所有計(jì)算機(jī)平臺(tái)共同支持。）

2、解決方法

根據(jù)多方面的實(shí)驗(yàn)，終于找到問(wèn)題，原來(lái)，不同的視頻軟件，導(dǎo)出的視頻mpg文件的編碼也不相同，像我使用了不同的轉(zhuǎn)換軟件以及編輯視頻軟件（像《WinMPG Video Convert》和《Zealot All Video Converter》，由它們生成的MPEG文件圖像質(zhì)量都非常好且轉(zhuǎn)換工作快速準(zhǔn)確操作簡(jiǎn)單。以及家用型視頻編輯工具會(huì)聲會(huì)影和強(qiáng)大的Adobe Premiere）。所以編碼不同的mpg文件出現(xiàn)抖動(dòng)和馬賽克現(xiàn)象，而會(huì)聲會(huì)影和Adobe Premiere兩款軟件特別明顯。

最后的解決方法是，如果是一個(gè)軟件采集的視頻文件，盡量在這個(gè)軟件上編輯，導(dǎo)出的mpg文件不要更改和處理。

通過(guò)1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學(xué)系統(tǒng)，使得挖泥船的主要的疏浚作業(yè)都能顯示出來(lái)，而且能讓學(xué)生聯(lián)系起實(shí)習(xí)時(shí)的情景，創(chuàng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，然后老師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的講授，使學(xué)生對(duì)此的感性認(rèn)識(shí)上升到理性階段，實(shí)現(xiàn)知識(shí)意義的建構(gòu)。

（作者單位：武漢市航道學(xué)校）endprint