基于三維動畫技術的國際音標教學軟件的開發

2009-10-22 08:13:20廖成丹

商情 2009年21期

廖成丹

【摘要】針對國際音標發音的特點,設計開發了基于三維動畫技術的國際音標多媒體CAI教學軟件,根據目前課件應用動態模擬技術較少的情況,探索了使用3ds Max軟件及其插件FaceGen Modeller、Voice-O-Matic實現發音時口腔運動的模擬及口型與聲音的同步,直觀、形象、互動的展示音標發音的過程及方法,有助于激發學生的學習興趣,提高教學質量,取得更好的教學效果。

【關鍵詞】三維動畫技術動態模擬國際音標教學軟件

國際音標是學習英語的基礎,是提高口語水平的關鍵,目前我們所能見到的音標學習資料,大多是單一的圖片,或者是文字說明,這些都很難展現在發音時我們口腔的運動,舌、齒等關鍵部位的位置,而這些對于掌握發音是非常重要的,由此可見開發一個形象、直觀的多媒體教學軟件對于國際音標的教學具有非常現實的意義。

本文將三維動態模擬技術引入英語教學當中,從音標教學過程中的難點出發,根據音標學習的特點來尋求一種方法,以解決傳統教學過程中無法解決的問題,開發了國際音標教學軟件,生動再現口腔運動,向學習者直觀、形象、互動的展示音標發音的過程及方法。向學習者提供了一種全新的三維立體空間的交互式學習環境,彌補了傳統音標教學的不足,有利地激發學生的學習動機,培養學習者的空間感,提高教學效率。

一、軟件的設計原則及相關技術

1.軟件所遵循的設計原則

軟件的開發是一個系統工程,主要遵循了以下四種原則。

(1)科學性原則

在軟件的設計中,根據音標學習的具體情況,準確地模擬了真人發音的標準過程,向學生科學的展示了音標的發音方法,使發音過程直接化、形象化。

(2)教育性原則

軟件用于輔助教學,它的設計制作以教學大綱為依據,并根據教學的目的和要求,發揮多媒體圖文并茂、形象逼真的優勢來表達教學內容,利用多媒體計算機實現交互的運行來實施教學,起到激發學生學習興趣的效果。

(3)技術性原則

技術上的因素將影響多媒體CAI的設計,所以,軟件在設計開發時充分考慮到了視覺、運行環境、操作界面等技術因素。軟件在視覺表現方面,畫面清晰穩定、色彩簡潔大方、動畫播放穩定流暢;在聽覺表現方面,發音清晰準確,在運行環境方面,易于操作、可控性好;在操作界面方面,界面合理,形象風格前后一致。總體讓人一目了然,使用方便。

(4)藝術性原則

多媒體CAI作品中的教學信息通常都是通過圖、文、聲、像的有機結合而呈現給學習者的,所以應該綜合應用美術、音樂、影視等藝術手段,把教學內容表現得生動、形象,使之具有豐富的表現力和感染力。

軟件使用FaceGen Modeller生成真實的三維頭像,并賦以真實的貼圖,具有一定的藝術性,在色彩搭配上簡潔穩重,有利于吸引學生的注意,使學生能夠更好的通過軟件觀察到整個發音過程,從而掌握正確的發音方法。

2.采用三維動態模擬動畫技術

軟件所用的動畫主要是為了輔助英語音標教學,能準確地顯示在發音時口腔的運動,舌頭、牙齒的相關位置,口腔剖面運動主要涉及牙齒、舌頭等部位的運動,需要設置骨骼來實現,而角色面部運動,則使用的是morpher變形動畫。這就需要增加造型的復雜度,雖然這樣會導致三維圖形的顯示速度降低,但這樣能使口腔運動過程更清楚地表現出來,因此軟件采用三維動態模擬技術來實現。

二、軟件系統設計

1.軟件中交互作用的設計

交互作用的設計就是靈活運用各種不同的交互響應方式實現教學模塊功能及功能模塊間的跳轉。在此主要設計了以下兩個方面的交互控制內容:一是交互控制程序的運行,實現模塊間的跳轉,用戶可以通過操作按鈕自由進入各個音標及功能模塊。二是交互控制動畫演示,用戶可以根據需要通過鼠標進行控制,用戶通過按住鼠標左鍵來旋轉模型,通過鼠標右鍵來縮放模型,以便于從360度來觀看口腔及面部運動過程。

2.軟件界面設計

在CAI課件設計中,界面設計具有特殊的意義。因為學生利用計算機進行學習時,從計算機的屏幕上得到全部或主要的教學信息,因此屏幕上各種信息的顯示,位置、顏色、時間、是否閃爍和伴音等,對學生有很大影響。本軟件界面設計是按照音標發音特點分層設計的,主要分成兩個層級:主界面、功能模塊子界面。

(1)主界面設計

本課件的主界面設計總體上體現本軟件的功能、風格,界面背景以紅色紋理為主,內嵌一幅頭部模型圖:在動態模擬時,主要是使用該頭部模型,以黑色做為底色,在色彩上加大反差,便于突出界面中央的教學信息。在界面中心設置軟件的名稱,左下角設計退出系統按鈕,如圖1。

(2)功能模塊子界面

子界面與主界面略有差別,但風格一致,右邊是演示區,主要是對發音過程的動態演示,左方設有兩個按鈕:發音演示、口腔運動,發音方法主要是以文字的方式講解發音方法,及返回按鈕。

三、軟件的實現

1.動態模擬動畫的制作

(1)模型的制作

①制作口腔剖面模型,并使用photoshop進行貼圖的制作,為模型賦材質,如圖2。

剖面的動畫,我們采用骨骼動畫,為其添加bones,具體的操作跟一般骨骼動畫相同,并使用插件FaceGen Modeller與Voice-O-Matic實現面部模型的生成與口型動畫聲型同步。

②FaceGen Modeller生成面部模型

FaceGen Modeller提供了各個種族男性女性成年人的面容相貌,其人種劃分為非洲人種、歐洲人種、東南亞人種、東印度人種及其他人種,可以根據個人的需求再對模型進行一系列修改,以達到理想的效果。

(2)動畫的制作

根據人類語音的特點,可以把語音劃分為更小的單位—音節。音節就是聽覺上最容易分辨出來的最小的語音結構單位,音節還可以劃分成更小的單位—音素。比如pen這個音節,p、e、n都只是一個發音動作,不能再進行劃分,這樣的最小語音單位就是音素。一種語音系統中的音素,通常只有幾十個。他們寫法雖然不一樣,但發音時的口型變化卻非常相像。比如,漢語拼音中的b、p、m,這幾個音素在發音時的口型基本上是不變的,還有z、c、s,d、t、n、l,j、q、x,g、k、h等,都是這種類型。因此,在英語語音體系中,一種口型要對應幾個音素的發音。

①FaceGen Modeller中音標發音的制作。首先明確每個音標的發音方法,在FaceGen Modeller面板中進入調節控制面板的變形(morphs),拖動滑動條,將參數至調整相應的位置,觀察視圖中模型的變化,以得到正確的發音口型,如圖3[n]的發音。