談?wù)勅S動(dòng)畫及非線性編輯技術(shù)在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用

1、談?wù)勅S動(dòng)畫及非線性編輯技術(shù)在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用廣州市番禺區(qū)鐘村職業(yè)技術(shù)學(xué)校 賴新純摘要：現(xiàn)代教學(xué)不斷向多元化、科技化發(fā)展，多媒體教學(xué)是現(xiàn)代化教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)的技術(shù)較多，三維動(dòng)畫和非線性編輯技術(shù)是比較先進(jìn)和功能強(qiáng)大的技術(shù)，本文分析三維動(dòng)畫和非線性編輯技術(shù)的發(fā)展、主要功能和特點(diǎn)，論證它們?cè)诙嗝襟w教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)機(jī)使用它們進(jìn)行教學(xué)的方法。目的是使廣大教育工作者認(rèn)識(shí)這些技術(shù)，使他們?cè)诙嗝襟w教學(xué)中發(fā)揮作用。關(guān)鍵詞：三維動(dòng)畫 | 非線性編輯 | 多媒體教學(xué) | 多媒體電教室 | DV攝像機(jī) | 計(jì)算機(jī)技術(shù) | 軟件 | 硬件 | SGI | Maya | 3D Studio MAX | 音

2、視頻板卡 | 建模 | 渲染 | 動(dòng)畫 | 粒子系統(tǒng) | 后期特效 | 多邊形建模和NURBS建模 | Dynamics | Fluid Effects | PARTICLES | Fields | premiere 6.5三維動(dòng)畫是利用計(jì)算機(jī)及一定的軟件非常逼真的模仿現(xiàn)實(shí)世界中的事物，使之有非常高的真實(shí)感，并具有現(xiàn)實(shí)世界中的物理特征，如運(yùn)動(dòng)、重力、風(fēng)力等。使人們可以將世界上存在或者不存在的物體或現(xiàn)象做出來(lái)，應(yīng)用于各個(gè)方面。而非線性編輯是相對(duì)于用錄像帶那種編輯技術(shù)而言的，就是將拍到的錄像素材通過(guò)采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存放到電腦中，應(yīng)用非線性編輯軟件將它們進(jìn)行剪輯、合成處理的一門技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)在

3、國(guó)內(nèi)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，最初只用在高端的領(lǐng)域，如影視廣告、電影特級(jí)、三維模擬仿真(軍用、醫(yī)用、科研等)，但隨著pc的普及，它們逐步走下臺(tái)階，在很多民用項(xiàng)目上大放異彩，如展覽會(huì)上的產(chǎn)品展示動(dòng)畫、樓盤銷售、房屋裝修設(shè)計(jì)等等。近幾年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，DV攝像機(jī)的不斷普及，學(xué)校的教育也不斷提倡現(xiàn)代化、電腦化，很多學(xué)校都配備有多媒體電教室，這兩項(xiàng)技術(shù)也逐步走到多媒體教育教學(xué)中來(lái)，它們強(qiáng)大而優(yōu)秀的功能對(duì)于多媒體教學(xué)來(lái)說(shuō)具有較大的作用，但由于這些技術(shù)的專業(yè)性較強(qiáng)（特別是三維動(dòng)畫技術(shù)），在教學(xué)人員中的普及率還不高，因此在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用還不是很普遍，在此，我想用我的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，談?wù)?/p>

4、三維動(dòng)畫和非線性編輯技術(shù)在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用，希望能起到拋磚引玉的作用。下面我介紹一下三維動(dòng)畫及非線性編輯技術(shù)的發(fā)展歷史及其軟件、硬件。首先是三維動(dòng)畫方面，早在1962年，計(jì)算機(jī)便有了自己的圖形學(xué)基礎(chǔ)理論。那時(shí)他的任務(wù)主要是服務(wù)于軍事，而與此同時(shí)，著名的藝術(shù)家和設(shè)計(jì)大師喬治·開普斯在六十年代成立了專門機(jī)構(gòu)研究電腦圖形藝術(shù)。但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)所限，在整個(gè)六七十年代計(jì)算機(jī)圖形藝術(shù)的發(fā)展是較緩慢的，直到1977年喬治·盧卡斯的轟動(dòng)世界的星球大戰(zhàn)開始，三維動(dòng)畫技術(shù)逐步應(yīng)用到電影之中，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，到了九十年代，幾乎每部重要的好萊塢影片中都包含了一些經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理過(guò)的場(chǎng)景。有些影片

5、不僅場(chǎng)景是虛擬的，如玩具總動(dòng)員、蟲蟲危機(jī)、冰河世紀(jì)等。這些都是計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫技術(shù)的貢獻(xiàn)。有了三維動(dòng)畫技術(shù)，我們不僅能看到太空飛船、宇宙大氣，還能看到經(jīng)過(guò)數(shù)字化合成之后人與動(dòng)畫生物之間的交流，如誰(shuí)害了兔子羅杰、精靈小鼠弟。在九十年代中期以前，為電影制作三維動(dòng)畫只能是SGI工作站上的Alias|Wavefront, Softimage, Prisms, 經(jīng)過(guò)Renderman Pro的渲染之后由Flame或Wavefront合成器進(jìn)行數(shù)字化合成。在這些高端軟件技術(shù)的支持下，一系列轟動(dòng)性的特技影片震驚了全世界，1991年的Terminator2，1993年的侏羅紀(jì)公園，直到1998年的鐵達(dá)尼號(hào)，標(biāo)志

6、著計(jì)算機(jī)動(dòng)畫時(shí)代的來(lái)臨。1994年6月，微軟收購(gòu)了Softimage公司，并為Softimage 帶來(lái)了一個(gè)全新的基于Windows NT的市場(chǎng)，1995年底，第一個(gè)Windows NT版本的Softimage|3D 3.0問(wèn)世了，隨著Windows平臺(tái)的不斷完善、升級(jí)（95-Nt-98-me-2000-xp）, pc硬件的飛速發(fā)展，原現(xiàn)在sgi工作站上的優(yōu)秀三維動(dòng)畫軟件紛紛移植到pc上來(lái)，如lIGHTWAVE 3D、Houdini、Maya等，許多在pc上的三維動(dòng)畫軟件也有很大的發(fā)展，如3D Studio MAX、Rhino、Form Z等，使pc的軟、硬件能力大大增強(qiáng)，以pc工作站的能力，

7、完全可以勝任影視廣告、片頭、MTV、電視欄目、影視劇后期剪接等制作任務(wù)以及多媒體節(jié)目、游戲、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑裝潢設(shè)計(jì)、舞臺(tái)美術(shù)設(shè)計(jì)等。今天，由于pc的價(jià)格低廉、平易近人，三維動(dòng)畫技術(shù)也在社會(huì)上迅速流行開來(lái)。表1 三維動(dòng)畫主流軟件軟件廠家運(yùn)行平臺(tái)特點(diǎn)Maya 5.0Alias|WavefrontSGI-UnixPC-WindowsLinuxPower Mac角色動(dòng)畫、面部細(xì)微表情（如Artisan），粒子系統(tǒng)，材質(zhì)紋理貼圖，NURBS建模，編寫MEL，光能傳遞渲染，工作流程個(gè)性化，高效。Softimage XSI 3.0SoftimageSGI-UnixPC-Windows反向動(dòng)力學(xué)，建模，角

8、色動(dòng)畫，Mental Ray renderHoudini 6.0prismsSGI-UnixPC-Windows集圖像處理、三維動(dòng)畫、視頻編輯于一體，創(chuàng)作流程性高，渲染優(yōu)秀。Lightwave 8.0NewtekSGI-UnixPC-WindowsPower Mac 渲染優(yōu)秀，插件多，易學(xué)易用。3D Studuio MAX5.0DiscreetPC-Windows功能完善，插件多，多人使用，容易學(xué)。在非線性編輯方面，開始是在90年代初期，美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家開始將計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)與影視制作結(jié)合，以便用計(jì)算機(jī)制作影視節(jié)目，并最終取得成功，推出了桌面演播室，也就是今天的視音頻非線性編輯工作

9、站。所謂非線性編輯，簡(jiǎn)而言之，使用一臺(tái)電腦和一臺(tái)錄像機(jī)完成傳統(tǒng)制作工藝中需要十及套機(jī)器（A/B卷編輯機(jī)，特技機(jī)，編輯控制器，調(diào)音臺(tái)，時(shí)基較正器，切換臺(tái)等）才能完成的影視后期編輯合成以及其他特技的制作任務(wù)，而且可以在完成編輯后方便快捷的隨意修改而不損害圖像質(zhì)量；實(shí)質(zhì)上就是把膠片或磁帶的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在硬盤陣列上，然后通過(guò)非線性編輯軟件反復(fù)編輯，再一次性輸出。從工作流程可以看出，決定非線性編輯質(zhì)量的是模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的那塊音視頻板卡。由此，也誕生了非線性編輯的三種類型。一種以Quantel為代表，依靠強(qiáng)大硬件實(shí)時(shí)進(jìn)行編輯，價(jià)格十分昂貴。第二種也是實(shí)時(shí)的編輯，依靠各類專業(yè)視頻

10、卡，價(jià)格也不便宜。目前大多數(shù)電視臺(tái)和廣告公司采用這一種。第三種是非時(shí)實(shí)編輯，價(jià)格便宜，要通過(guò)軟件渲染生成，速度較慢，往往在非專業(yè)的情況下使用，一般學(xué)校的多媒體教學(xué)用的就是這種。非線性編輯的軟件經(jīng)過(guò)那么多年的發(fā)展已是百花齊放，種類繁多。高端的有Inferno*/Flame*/Flint*、fire*/smoke*、Alias/Wavefront composer等。這些都需要大型工作站或高檔編輯卡來(lái)支持，下表中的這幾種是不需要板卡支持的，而且對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求也相對(duì)較低，比較適合多媒體教學(xué)的制作應(yīng)用。表2 普通非線性編輯軟件軟 件廠家平臺(tái) 特點(diǎn)Premiere6.5adobePower macp

11、c功能強(qiáng)大，軟件特技多，插件豐富，可與photoshop 7、after effects 5.5 聯(lián)合使用After effects 5.5adobePower macpc功能強(qiáng)大，軟件特技多，插件豐富，可與photoshop 7、premiere 6.5 聯(lián)合使用Media Studio pro 6.0Uleadpc界面簡(jiǎn)明易用，功能齊全，能和ulead的其它軟件聯(lián)合使用Digital Fusion 4.0Eyeon SoftwareSGI-Unixwindows合成功能強(qiáng)大，直接支持3d studio max rla文件，softimage pic文件和maya格式，RS422遙控控制，實(shí)

12、時(shí)預(yù)覽，插件多。 以上提到的這些技術(shù)，功能非常強(qiáng)大，應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)方面，但用到多媒體教學(xué)方面，會(huì)不會(huì)有“殺雞用牛刀”的感覺(jué)呢？根據(jù)我多年學(xué)習(xí)使用這些技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，我覺(jué)得三維動(dòng)畫和非線性編輯在多媒體教學(xué)中還是有許多亮點(diǎn)的，只要使用得當(dāng)，可以起到很好的教學(xué)效果。在眾多的三維動(dòng)畫軟件中， 功能大都大同小異，但也有各自的特點(diǎn)，具體用哪個(gè)都無(wú)所謂，要看個(gè)人的習(xí)慣和用途。我個(gè)人比較喜歡使用3D MAX 和 MAYA，一方面是這兩個(gè)軟件在國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)的人非常多，容易找到資料和相互交流，二是他們有很多特點(diǎn)使用在多媒體教學(xué)中能起到很好的效果。MAYA 則是Alias|Wavefront公司在1998年發(fā)布的新一代三

13、維軟件，同時(shí)支持PC和SGI，目前無(wú)論在三維動(dòng)畫的任何一個(gè)方面（建模、動(dòng)畫、粒子、材質(zhì)、腳本、甚至界面的個(gè)性化、高效率、運(yùn)算速度等等）MAYA都是很強(qiáng)大的。這兩個(gè)軟件的功能非常強(qiáng)大，根據(jù)我多年的使用經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為至少在以下幾個(gè)方面對(duì)于多媒體教學(xué)來(lái)說(shuō)具有較大的意義。一、對(duì)物體全方位的觀察。在我們平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，往往會(huì)遇到講解一些物體，分析它們的結(jié)構(gòu)，外形特征等等。比如一些植物、動(dòng)物、汽車、飛機(jī)、天體、細(xì)菌、微生物等，以前我們往往使用圖片來(lái)講解，但圖片只能從一個(gè)角度去分析，具有局限性，而三維軟件都具有多角度多方位的視圖，并且可以隨意縮放、旋轉(zhuǎn)，這就給多媒體教學(xué)帶來(lái)了很大的方便，我們只要一個(gè)文件，就

14、可以打破圖片的局限性，從不同的角度、不同的距離、不同的部位等去觀察分析物體，這個(gè)功能在3D MAX 5.0里，按鼠標(biāo)中鍵可移動(dòng)視圖、ALT+中鍵可旋轉(zhuǎn)視圖、ALT+Z可縮放視圖，在MAYA 4.5里ALT+左鍵可旋轉(zhuǎn)視圖、ALT+中鍵可移動(dòng)視圖、ALT+右鍵可縮放視圖。根據(jù)需要，我們還可以將圖渲染出來(lái)，這樣更加逼真，給我們的教學(xué)帶來(lái)了無(wú)以倫比的方便性和真實(shí)性。從下面的一個(gè)龍蝦的多角度視圖和渲染圖我們可見(jiàn)一斑。頂視圖、前視圖、左視圖、透視圖渲染圖二、強(qiáng)大的建模功能。MAYA & 3D MAX發(fā)展到今天，建模功能已十分完善，它們都具有多邊形建模和NURBS建模的功能，而MAYA 更具有SU

15、B的獨(dú)特建模能力。我們可以說(shuō)，通過(guò)這些軟件，我們只有想不到而沒(méi)有做不到的東西（建模）。在我們的教學(xué)過(guò)程中，往往會(huì)有一些資料及找不到圖片又拍不到錄像的時(shí)候，比如一些滅絕的物種，天體或一些不易接觸到的東西，象恐龍、一些細(xì)菌、病毒等等。三維動(dòng)畫技術(shù)就可以先將他們做出來(lái)，再進(jìn)行詳細(xì)的教學(xué)分析。下面是一只恐龍的制作界面。由此可見(jiàn)，通過(guò)三維動(dòng)畫技術(shù)的強(qiáng)大建模功能，我們可以仿真模擬包括動(dòng)植物、建筑物、人物、天體、微生物等等存在或不存在的東西，這無(wú)疑是我們?cè)诙嗝襟w教學(xué)中會(huì)更加得心應(yīng)手。三、強(qiáng)大的動(dòng)畫能力。這是所有三維動(dòng)畫軟件的拿手好戲，通過(guò)動(dòng)畫功能，可以將所做的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，向海底世界、天體的運(yùn)動(dòng)、建筑物的瀏

16、覽、立體字的動(dòng)畫、人體器官的各種運(yùn)動(dòng)模擬等等，凡是要做到動(dòng)態(tài)的東西他們都能應(yīng)付。就像以下的兩個(gè)動(dòng)畫，一個(gè)是海底世界的魚在游動(dòng)，一個(gè)是彗星經(jīng)過(guò)地球的景色。（具體動(dòng)畫和源文件請(qǐng)參考所附光盤）海底世界彗星掠過(guò)地球從上面的例子可以看出，動(dòng)畫功能可以使我們的多媒體教學(xué)更加豐富多彩，更具有趣味性。四、MAYA強(qiáng)大的動(dòng)力學(xué)及粒子系統(tǒng)。在MAYA的Dynamics模塊，集成了Fluid Effects（流體特效）、PARTICLES(粒子系統(tǒng))和Fields（動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)）。在Fluid Effects里能使用流體動(dòng)力學(xué)理論真實(shí)的模擬大氣效果、燃燒效果和粘稠的流體效果，包括有體積感的云，煙霧，水氣，火山灰，火焰

17、，爆炸，熾熱、流動(dòng)的巖漿，海水的運(yùn)動(dòng)，海面等。Fluid Effects PARTICLES(粒子系統(tǒng))可模擬很多自然界的“混沌”現(xiàn)象，如火箭噴射時(shí)冒出的煙、天上的云、跳動(dòng)的火焰、陽(yáng)光里的灰塵等在一定規(guī)律下做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的東西。粒子工具Fields（動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)）可模擬自然界的力量，如重力、萬(wàn)有引力等，分別是AIR（空氣場(chǎng)）、DRAG（拖動(dòng)場(chǎng)）、GRAVITY（重力場(chǎng)）、NEWTON（牛頓場(chǎng)）、RADIAL（放射場(chǎng)）、TURBULENCE（振蕩場(chǎng)）、UNIFORM（統(tǒng)一場(chǎng)）和VORTEX（漩渦場(chǎng)）?？梢约釉诹Ｗ游矬w上產(chǎn)生很多的物理現(xiàn)象和自然的運(yùn)動(dòng)，如刮風(fēng)、下雨、天體運(yùn)動(dòng)等。Fields（動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)）

18、maya制作的粒子星云通過(guò)這個(gè)模塊，我們可以模擬很多之然界的現(xiàn)象，給多媒體教學(xué)帶來(lái)很大的方便。大海五、maya 的paint tool集成了很多自然界的事物，如動(dòng)植物，自然現(xiàn)象等，不需建摸，直接生成，拿來(lái)便可使用。并可模擬物體生長(zhǎng)、天氣變化等現(xiàn)象。在maya中只需按數(shù)字健8便可切換到paint模式，再選擇window/ general editors/visor便可打開筆刷窗口，里面有各種各樣的物體可供選擇。筆刷窗口花的生長(zhǎng)動(dòng)畫一天的天氣變化動(dòng)畫 通過(guò)這個(gè)功能，我們可以非常迅速的、高質(zhì)量的生成很多我們需要的東西，這對(duì)多媒體教學(xué)來(lái)說(shuō)意義是很大的。在非線性編輯方面，我介紹的是PREMIERE 6.

19、5，他是國(guó)內(nèi)澳流行的非線性編輯軟件，可以不需要視頻卡支持，對(duì)硬件要求不高，在一般的學(xué)校，只要有一臺(tái)DV 攝像機(jī)，帶1394卡的電腦（奔騰2 /400便可運(yùn)行，當(dāng)然配置越高越好），就可進(jìn)行各種非線性編輯工作了。在premiere 6.5里，集成了字幕、合成、特效、配音、配樂(lè)等功能，我們?cè)谥谱鞫嗝襟w課件時(shí)，可以將三維動(dòng)畫里做得動(dòng)畫或圖片素材以及用Dv拍的錄像素材輸入到電腦中，進(jìn)行剪輯、打字幕、合成，加上特技，配上解說(shuō)和音樂(lè)，做成我們希望的效果，運(yùn)用到多媒體教學(xué)中去。premiere6.5的界面以下這個(gè)例子，是三維動(dòng)畫和非線性編輯技術(shù)在多媒體教學(xué)中的實(shí)際綜合應(yīng)用。在上生物課時(shí)，我們會(huì)講到植物的生長(zhǎng)過(guò)

20、程，比如象鮮花由幼苗長(zhǎng)大直到開花的過(guò)程，如果有這個(gè)過(guò)程的錄像，上課的效果會(huì)好很多，但往往我們不可能有，也不可能拍到。這時(shí)用三維動(dòng)畫技術(shù)就可以將這過(guò)程模擬出來(lái)，再利用非線性編輯軟件配上解說(shuō)和音樂(lè)，最后用多媒體軟件（如Flash、Authorware等 ）就可以在上課時(shí)發(fā)揮強(qiáng)大的作用了。具體方法如下：運(yùn)行MAYA，用create->polygon primitives->cube創(chuàng)建地板和墻壁，用cv curve tools花一個(gè)花盆的半截面，用surfaces->revolve創(chuàng)建一個(gè)花盆，再用同樣的方法創(chuàng)建花盆上的泥土面，選擇泥土面，用CV工具在上面畫一條螺旋曲線，按8鍵進(jìn)入Paint Effects視窗，打開Visor窗口，選擇一種花卉筆刷，這里選擇的是daisy2.mel，然后，在主菜單中選擇paint effects-