一種改進的PowerPoint工程圖動畫制作方法研究

羅年猛， 董天林， 鄧小杰

(華中科技大學機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

一種改進的PowerPoint工程圖動畫制作方法研究

羅年猛， 董天林， 鄧小杰

(華中科技大學機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

PowerPoint制作的動畫在目前工程制圖教學中占據主要地位，但是PPT中圖形的繪制和動畫的制作以及修改都很困難，提出一種結合 AutoCAD矢量圖形制作動畫方法，很好地解決了圖形繪制以及動畫定義后的再修改問題。

工程制圖；動畫制作；PowerPoint；矢量圖形

課件在現有工程制圖的教學工作中已普遍使用，而使用最多的課件仍是微軟出品的軟件PowerPoint制作的PPT幻燈片，其能夠很好地將文字、圖形、圖像展示出來，并提供豐富的動畫效果，教師在教學過程中能夠十分方便控制幻燈片以及動畫的播放時間。眾所周知，工程制圖的教學特點是以圖形為主，講解各種圖形的繪制方法和過程，其中動畫是一個重要的環節，但是在PowerPoint中針對工程圖形的動畫制作存在如下幾個難以解決的問題：

(1) PPT中圖形繪制困難。工程圖在繪制中存在許多的幾何約束需要保證，如圖形元素在繪制的過程中需要捕捉中點、垂直、相切等、還需進行圓周分布、均勻分布等，這些要求在PPT中繪制圖形元素時幾乎難以完成，導致其在直接繪制工程圖形中工作量極大，且還難以滿足圖形的拓撲結構和精度要求。

(2) PPT中現有的線型不符合工程制圖的國家標準。國家標準對不同的線型都有相關的推薦定義[1]，但是 PPT中線條的線型為了美觀并未滿足相關規范，作為講授工程制圖課程的課件，如不能滿足相關標準就難以約束學生。

(3) 已經定義好動畫的圖形修改困難。對已經定義好的動畫，PPT雖然提供了簡單的局部單圖形元素的修改功能，但是，如果需要將整幅圖形動畫縮放以滿足排版的要求，或者修改中保證圖形中的相切、過中點等拓撲關系，存在較大的困難，一般上課時使用的完整的三視圖動畫完成后幾乎難以修改。若將圖形包裝為塊后進行縮放雖然能夠保證拓撲關系，但是經其操作后，以前定義的動畫關系會全部丟失，也就是說，教師耗費大量的時間制造的一幅動畫圖形難以重復利用。

鑒于上述問題，國內的呂梅等[2-4]展開了相關的研究，并通過將AutoCAD的圖形復制到PPT中較好地解決了上述的第一個問題，即PPT圖形繪制困難的問題。本文為此提出了以AutoCAD為主，以PowerPoint的直接編輯為輔的工程圖動畫制作方法并實現了相關系統的開發。該方法利用 AutoCAD 和PowerPoint的二次開發能力，直接在AutoCAD中開發一個輔助動畫定義系統，完成圖形繪制和動畫定義，最后根據需要選擇適當的比例，自動轉換為PPT中具備動畫效果的幻燈片。由于本文方法都直接在AutoCAD中完成，因此需要對動畫進行修改時只需要修改原始的AutoCAD圖形，從而保證了相關的拓撲關系和原有動畫效果，輸出到PPT時也能夠方便指定輸出的大小，并在輸出時根據定義的線型進行處理，獲得滿足國標要求的線型表達，從而很好地解決了上述的3個問題。

1　工程圖動畫制作系統流程

基于上述思路，系統設計如下技術框架流程，如圖1所示。

圖1　動畫制作模型框架

在圖1中，圖形的來源可以是已經存在的CAD模型(DWG文檔），其可以包含原來定義的動畫信息，或者直接建立新的文檔，在此基礎上可以對圖元進行添加、修改、移動、復制等各種操作。

圖形動畫的定義、圖元的繪制、圖元的編輯相互之間是即聯系又獨立，沒有必然的順序關系，教師可以根據需求隨時進行相關地操作。當定義動畫時所定義的動畫將自動和相應的圖形元素建立關聯關系。

將已經定義好的動畫的文檔通過二次開發的輸出功能，設定輸出的幅面大小，可自動轉換為含有動畫效果的PPT文檔，其可方便插入已有的PPT文檔中，形成滿足要求的工程圖形動畫教學演示文稿。

從系統流程來看，還需要解決如下問題：①如何將PPT中已有的動畫效果在CAD中進行描述；②如何建立動畫與圖元的關系；③PPT繪制圖形時如何將CAD中的特殊對象(樣條曲線）在PPT中繪制出來；④如何將CAD中的國標線型在PPT中表示。只有解決了以上幾個問題才能成功解決前面提出的3個問題。

2　關鍵技術

基于AutoCAD以及PowerPoint的二次開發能力[5-7]，本文對上述關鍵技術展開研究，并很好解決了相關問題。

2.1動畫的描述及動畫與圖元的關聯

(1) 動畫數據描述。為了實現在AutoCAD中定義的動畫能夠完整、自動轉換為PowerPoint中的動畫效果，系統首先對 PPT中的動畫進行分析。在PowerPoint中一條完整的動畫，可以表達為如下的組合形式。

其中每一個組員的含義如表1所示。

表1　組員的描述

由于動畫是和每一個或一組圖形元素相關，因此動畫的定義數據必須和相應的圖形元素進行關聯，定義的動畫和圖形需要能夠保存，以便下次使用。基于AutoCAD的二次開發功能，在AutoCAD系統中的每一個圖形元素均可以定義擴展屬性，基于該擴展屬性，通過二次開發，可以將文本、數值、甚至二進制數據放置其擴展信息中。當利用AutoCAD的保存功能保存圖形和讀取圖形時，這些擴展屬性信息會跟隨圖元保存到磁盤文件或者加載到AutoCAD系統中，從而解決了定義的動畫保存問題。

(2) 動畫數據的動態管理。在CAD系統中，由于圖元的添加、修改、刪除和動畫的定義是一個沒有前后順序關系的操作過程。因此，系統不能根據圖形元素在系統中繪制的順序來確定動畫的定義順序，根據前面動畫記錄的表達形式，由于在數據中記錄了動畫的順序，因此圖形在從數據庫中加載或者進行圖元的編輯、動畫的修改時在CAD系統內部維持一個內部動畫管理表。該表中每一項為一條單獨的動畫記錄，并基于順序號Index為關鍵字進行從小到大排序，該表不需要保存到圖形文檔中，如圖1所示。系統在進行動畫編輯或者輸出PPT文檔時如果不存在動畫管理表則自動根據現有的數據創建，在動畫編輯的過程中以及圖元修改中進行維護。

在圖元進行編輯時，例如復制中，圖元如果已經定義了動畫信息，則定義的動畫將會自動被復制到新的圖元中，如果移動圖元，該圖元定義的動畫效果將不會丟失，從而最大限度保證了前期的動畫定義成果。

2.2樣條曲線的繪制

CAD中的樣條曲線一般是B樣條，PPT中雖然有曲線，但并不是樣條曲線。將B樣條的擬合點轉換到PPT中作為曲線的輸入點，畫出來的曲線明顯與PPT中的曲線不一樣，所以不能滿足機械制圖的要求，如圖2、3所示。圖2為CAD中繪制的圖形，中間的曲線為B樣條曲線；圖3是將CAD中B樣條的擬合點作為PPT中曲線的輸入點產生的曲線，其結果與原始對象差別較大，不能滿足教學演示之用。

為了解決上述問題，系統采用了直線逼近的方法來近似表達曲線，直線的段數越多則逼近的效果越好，在曲率越大的地方，其線段長度越小則效果越好。基于B樣條的表達，系統首先獲取一定數量的型值點，可以根據近似長度進行分割，然后計算型值點處的近似曲率，對于曲率相對比較大的地方進行適當型值點加密操作，最后對所有的型值點按照曲線長度方向依次用曲線擬合，得到近似表達，通過此方法繪制的直線可以滿足機械制圖教學的要求，如圖4、5所示。圖4是采用逼近方法將圖2轉到PPT中的效果，兩幅圖的相似度非常高，可滿足機械制圖演示的要求。而圖5是將圖4中的曲線打散后的效果，從結果看該曲線確實是由多段短直線組合而成，在曲率比較小的地方，其逼近線段長；而在曲率大的地方，其逼近線段短。

圖2　CAD中的圖形

圖3　直接利用PPT中的曲線

圖4　利用直線逼近的曲線

圖5　打散圖

2.3線型匹配

比較圖6和圖7可以發現PPT中現有的線型和機械制圖中國標的線型并不一致，圖6是PPT中的線型，圖7為機械制圖的國標線型。圖6中線型的表達明顯不能滿足國標的需求，因此不能直接進行設置。為此，系統采用文獻[8]中所表述的算法，對圖形元素進行線型處理，將原始帶有線型的圖元轉換為由許多實線描述的多條子圖元組合的表達模式，在輸出為PPT時，組合為一個整體，并統一應用定義的動畫。針對不同的圖元類型，可按圖8所示進行處理。

圖6　PPT線型

3　實　例

以實例展示該系統的轉換效果，圖9為CAD系統中繪制的已標注好的機械圖，且線型、線寬、顏色等信息已設置好，同時根據演示的實際需求也設置好了每一圖元的動畫效果。圖 10為轉換到 PPT中的對應結果，從結果看，圖形的轉換準確性較高，從右邊欄可知動畫效果已被設置好。

圖7　國標線型

圖8　圖元輸出線型處理流程

圖10　PPT轉換結果

從實驗結果可知，通過CAD繪圖并且設置動畫，然后直接轉換成一張完整的PPT是可行的。應用本文的方法解決了前面提到的3個問題，方便了機械制圖PPT演示文稿的制作。

4　總　結

本文方法較好地解決了利用 PPT制作機械制圖演示動畫存在的3個問題。從實驗結果看，本文的轉換效果比較理想，其方法是完全可行的。系統還存在不完善的部分，例如在AutoCAD中未能實現所見即所得的動畫效果，最后的動畫效果需要轉換到PPT中才能夠進行觀察。

[1] 中華人民共和國國家標準. 技術制圖圖線(GB/T17450-1998)[S]. 北京: 中國標準出版社, 1999.

[2] 呂梅, 楊莉, 郝育新. 一種基于AutoCAD和PowerPoint的制圖課件的制作方法研究[J]. 圖學學報, 2014, 35(4): 633-636.

[3] 張淑娟. 工程制圖的多媒體計算機輔助教學[J]. 山西農業大學學報: 社會科學版, 2004, 3(4): 368-369, 375.

[4] 丁臨菊, 王君杰, 馮山山, 等. 基于AutoCAD和PowerPoint軟件制作《機械制圖》課件圖形動畫的研究[J]. 山西農業大學學報: 自然科學版, 2008, 28(3): 366-368.

[5] Microsoft. PowerPoint 2010 Developer Reference [EB/OL]. [2015-04-02]. https://msdn.microsoft.com/ en-us/library/office/ff746846(v=office.14).aspx.

[6] 劉巍, 褚鵬. 用VBA對PowerPoint進行二次開發[J]. 電腦學習, 2003, (2): 28-29.

[7] 李冠億. 深入淺出AutoCAD.NET二次開發[M]. 北京:中國建筑工業出版社, 2012: 5.

[8] 羅年猛, 朱林, 黃正東. CAD 中圖元線型分割算法的研究和實現[J]. 工程圖學學報, 2009, 30(2): 9-14.

An Improved Method for Engineering Drawing Animation of PowerPoint

Luo Nianmeng,Dong Tianlin,Deng Xiaojie

(School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430074, China)

Animation in PowerPoint has a major position in the current teaching of engineering drawing, but making and modifying animation are difficult in the PowerPoint. A method of combining AutoCAD vector graphic to make animation is put forward, and the problem of graphic drawing and animation remodification is solved well.

engineering drawing; animation; PowerPoint; vector graphics

TB 23

10.11996/JG.j.2095-302X.2016010120

A

2095-302X(2016)01-0120-05

2015-04-08；定稿日期：2015-07-07

羅年猛(1972–)，男，湖北松滋人，副教授，博士。主要研究方向為CAD。E-mail：luonm@mail.hust.edu.cn