《1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學系統》中動畫與視頻的實現

周屹

摘要：本文介紹了CAI在《1750m3/h絞吸式挖泥船教學系統》中的應用及系統中動畫與視頻的實現過程與制作技巧。

關鍵詞：CAI ?多媒體 ?動畫 ?視頻

近年來，隨著多媒體技術的迅速發展，計算機輔助教學（CAI）系統在教育領域中的應用，已成為教學改革的熱點。

CAI在《1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學系統》中的運用

1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學系統是針對疏浚專業學生的生產實習而量身開發的教學軟件系統。該教學系統是在深入了解1750m3/h絞吸式挖泥船疏浚作業各種過程、設備、控制系統及其正常操作的情況下，整合計算機技術、多媒體技術，利用WINDOWS平臺，采用Vc++、Flash、會聲會影、Premiere、Photoshop等軟件進行開發，設計出計算機易于實現而在傳統教學與實踐中無法實現的各種教學功能，結合1750m3/h絞吸式挖泥船疏浚作業仿真訓練器，從而為培養疏浚專業學生提供一個學習與試驗的教學訓練系統，培訓疏浚專業的學生和挖泥船的船員掌握先進的疏浚作業方法。系統中呈現豐富、多變、生動活潑的多媒體效果，從而使教學內容生動活潑。

動畫與視頻在系統中的運用

收集的圖片、視頻素材，視頻通過會聲會影和Adobe Premiere Pro等軟件進行采集和剪輯。

但是挖泥船某些的工作活動無法用視頻錄像來表現，為了能更生動、形象、直觀的表現出挖泥船的工作狀況，本系統使用了FLASH動畫與視頻動畫相結合的方法。下面以幾個仿真動畫的制作為重點，闡述其動畫的運動原理、制作方法和技巧。

1、定位樁臺車橫挖法動畫制作

定位樁臺車橫挖法是以主鋼樁為軸心，以絞刀頭至主鋼樁長度為半徑進行左右擺動挖泥，左右橫移擺動時與挖槽中心線形成的擺動夾角以40°（即左右擺動全幅約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。

實現此挖泥動畫制作，可采用以下幾個步驟：

1.1制作部件

根據上述定位樁臺車橫挖法動畫的運動原理可知所需動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。

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

圖1

1.2設計動畫

采用的是以Flash動畫以俯視圖的方式來挖泥的動作。將挖泥船等物體導入Flash后，填充顏色。在場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齊。在挖槽的兩端分別繪制二根虛線，根據這三根虛線，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幀插入關鍵幀，分別向右、向左旋轉挖泥船，然后建立補間動畫。重復第10幀與第35幀的動畫，最后達到模擬臺車橫挖法效果。屬于位移動畫。（如圖3、圖4）

位移動畫時，一定要注意定義要動畫的物體為元件。制作時，應該注意，挖泥擺動的節奏，要考慮左右擺動時的位置的不同。一開始由中心向左，距離短。所以只用10幀，當向右時，是從船身已經在左，向右移動，距離遠，所以需要35幀。

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

圖4

1.3動畫效果渲染與輸出

選擇導出影片，以顯示導出影片對話框，選擇相應路徑、文件名，文件格式為AVI。顯示出導出Windows AVI對話框，設置尺寸為352×288，視頻格式為24位真彩。設置壓縮程序為非壓縮。保證輸出動畫的質量。

2、臺車操作中動畫與視頻制作

1750m3/h絞吸式挖泥船一般采用鋼樁臺車式、邊線切入分單層操作法。挖泥過程中，當絞刀挖完一個斷面后，絞刀需前移挖下一個斷面。此時，主鋼樁插入泥中，絞刀的前移是通過后移動鋼樁臺車來實現的。

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

2.1制作部件

根據上述移臺車操作的運動原理可知所需動畫部件有等。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行處理。然后導入Flash中。而挖泥船的絞刀架以及泥土，由Flash繪制。

注意：使用Photoshop導出圖像文件時，注意天空與挖泥船一起導出。

2.2動畫制作

根據移臺車操作原理分析，此部分動畫，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，移動補間動畫、形狀補間動畫。

首先，分別將導入的挖泥船、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鍵幀，將絞刀架以架頂部為圓心，旋轉45度左右。中間添加補間動畫。選中泥土圖層，在第一幀與第二十五幀之間，每隔五幀插入關鍵幀，并在關鍵幀上，根據絞刀架的位置來擦出其周圍的泥土。在第五十幀插入關鍵幀，向前移動挖泥船，同時升起絞刀架。重復第25幀與第50幀的動畫，最后達到模擬移臺車操作效果。（圖5）endprint

注意移動補間動畫與形狀補間動畫的區別，移動補間動畫要定義元件，而形狀補間動畫，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。以視頻與字幕相結合的

形式來表現挖泥船上的工作操作。（圖6）

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

系統中的視頻問題與解決方法

在系統中有大量的視頻資料，我們在整理和制作的過程中，發現制作生成的部分視頻出現抖動與馬賽克現象，一套完整的視頻不能正常播放，并且生成的視頻文件數據量相當大。

1、問題分析

開始以為，是文件數據壓縮太多，為了保證質量，以減少壓縮比，增加數據大小來，改善數據質量。但效果不明顯。

后來認為是采集視頻數據時，電腦性能一般，會影響采集出的數據。但采集出的數據沒有出現抖動，以及馬賽克現象，而是編輯以后的數據出現問題。并且更換電腦進行數據重新采集。問題仍然存在。

因為，系統需要的視頻文件是時下比較流行的mpg文件格式，所以當我們采集完視頻數據后，都要轉換成mpg，并且采集回數據都使用Adobe Premiere Pro軟件進行編輯。會不會是文件轉換出現問題？（注釋：MPEG文件格式是運動圖像壓縮算法的國際標準，它采用有損壓縮方法減少運動圖像中的冗余信息，同時保證每秒30幀的圖像動態刷新率，已被幾乎所有計算機平臺共同支持。）

2、解決方法

根據多方面的實驗，終于找到問題，原來，不同的視頻軟件，導出的視頻mpg文件的編碼也不相同，像我使用了不同的轉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文件圖像質量都非常好且轉換工作快速準確操作簡單。以及家用型視頻編輯工具會聲會影和強大的Adobe Premiere）。所以編碼不同的mpg文件出現抖動和馬賽克現象，而會聲會影和Adobe Premiere兩款軟件特別明顯。

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

通過1750m3/h絞吸式挖泥船浚工教學系統，使得挖泥船的主要的疏浚作業都能顯示出來，而且能讓學生聯系起實習時的情景，創造了一個良好的學習環境，然后老師在此基礎上進行深入的講授，使學生對此的感性認識上升到理性階段，實現知識意義的建構。

（作者單位：武漢市航道學校）endprint