谈谈三维动画及非线性编辑技术在多媒体教学中的应用.docx
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谈谈三维动画及非线性编辑技术在多媒体教学中的应用
谈谈三维动画及非线性编辑技术在多媒体教学中的应用
广州市番禺区钟村职业技术学校赖新纯
摘要：
现代教学不断向多元化、科技化发展，多媒体教学是现代化教学的一个重要环节，实现多媒体教学的技术较多，三维动画和非线性编辑技术是比较先进和功能强大的技术，本文分析三维动画和非线性编辑技术的发展、主要功能和特点，论证它们在多媒体教学中的优势机使用它们进行教学的方法。
目的是使广大教育工作者认识这些技术，使他们在多媒体教学中发挥作用。
关键词：
三维动画|非线性编辑|多媒体教学|多媒体电教室|DV摄像机|计算机技术|软件|硬件|SGI|Maya|3DStudioMAX|音视频板卡|建模|渲染|动画|粒子系统|后期特效|多边形建模和NURBS建模|Dynamics|FluidEffects|PARTICLES|Fields|premiere6.5
三维动画是利用计算机及一定的软件非常逼真的模仿现实世界中的事物，使之有非常高的真实感，并具有现实世界中的物理特征，如运动、重力、风力等。
使人们可以将世界上存在或者不存在的物体或现象做出来，应用于各个方面。
而非线性编辑是相对于用录像带那种编辑技术而言的，就是将拍到的录像素材通过采集卡转化为数字信号存放到电脑中，应用非线性编辑软件将它们进行剪辑、合成处理的一门技术。
这两项技术在国内最早出现在上世纪90年代中期，最初只用在高端的领域，如影视广告、电影特级、三维模拟仿真（军用、医用、科研等），但随着pc的普及，它们逐步走下台阶，在很多民用项目上大放异彩，如展览会上的产品展示动画、楼盘销售、房屋装修设计等等。
近几年来，由于计算机技术的突飞猛进，DV摄像机的不断普及，学校的教育也不断提倡现代化、电脑化，很多学校都配备有多媒体电教室，这两项技术也逐步走到多媒体教育教学中来，它们强大而优秀的功能对于多媒体教学来说具有较大的作用，但由于这些技术的专业性较强（特别是三维动画技术），在教学人员中的普及率还不高，因此在多媒体教学中的应用还不是很普遍，在此，我想用我的一点经验和体会，谈谈三维动画和非线性编辑技术在多媒体教学中的应用，希望能起到抛砖引玉的作用。
下面我介绍一下三维动画及非线性编辑技术的发展历史及其软件、硬件。
首先是三维动画方面，早在1962年，计算机便有了自己的图形学基础理论。
那时他的任务主要是服务于军事，而与此同时，著名的艺术家和设计大师乔治·开普斯在六十年代成立了专门机构研究电脑图形艺术。
但由于当时的技术所限，在整个六七十年代计算机图形艺术的发展是较缓慢的，直到1977年乔治·卢卡斯的轰动世界的《星球大战》开始，三维动画技术逐步应用到电影之中，经过几十年的发展，到了九十年代，几乎每部重要的好莱坞影片中都包含了一些经过计算机处理过的场景。
有些影片不仅场景是虚拟的，如《玩具总动员》、《虫虫危机》、《冰河世纪》等。
这些都是计算机三维动画技术的贡献。
有了三维动画技术，我们不仅能看到太空飞船、宇宙大气，还能看到经过数字化合成之后人与动画生物之间的交流，如《谁害了兔子罗杰》、《精灵小鼠弟》。
在九十年代中期以前，为电影制作三维动画只能是SGI工作站上的Alias|Wavefront,Softimage,Prisms,经过RendermanPro的渲染之后由Flame或Wavefront合成器进行数字化合成。
在这些高端软件技术的支持下，一系列轰动性的特技影片震惊了全世界，1991年的《Terminator2》，1993年的《侏罗纪公园》，直到1998年的《铁达尼号》，标志着计算机动画时代的来临。
1994年6月，微软收购了Softimage公司，并为Softimage带来了一个全新的基于WindowsNT的市场，1995年底，第一个WindowsNT版本的Softimage|3D3.0问世了，随着Windows平台的不断完善、升级（95-Nt-98-me-2000-xp）,pc硬件的飞速发展，原现在sgi工作站上的优秀三维动画软件纷纷移植到pc上来，如lIGHTWAVE3D、Houdini、Maya等，许多在pc上的三维动画软件也有很大的发展，如3DStudioMAX、Rhino、FormZ等，使pc的软、硬件能力大大增强，以pc工作站的能力，完全可以胜任影视广告、片头、MTV、电视栏目、影视剧后期剪接等制作任务以及多媒体节目、游戏、工业产品设计、建筑装潢设计、舞台美术设计等。
今天，由于pc的价格低廉、平易近人，三维动画技术也在社会上迅速流行开来。
表1三维动画主流软件
软件
厂家
运行平台
特点
Maya5.0
Alias|Wavefront
SGI-Unix
PC-Windows
Linux
PowerMac
角色动画、面部细微表情（如Artisan），粒子系统，材质纹理贴图，NURBS建模，编写MEL，光能传递渲染，工作流程个性化，高效。
SoftimageXSI3.0
Softimage
SGI-Unix
PC-Windows
反向动力学，建模，角色动画，MentalRayrender
Houdini6.0
prisms
SGI-Unix
PC-Windows
集图像处理、三维动画、视频编辑于一体，创作流程性高，渲染优秀。
Lightwave8.0
Newtek
SGI-Unix
PC-Windows
PowerMac
渲染优秀，插件多，易学易用。
3DStuduioMAX5.0
Discreet
PC-Windows
功能完善，插件多，多人使用，容易学。
在非线性编辑方面，开始是在90年代初期，美国、加拿大等发达国家开始将计算机技术和多媒体技术与影视制作结合，以便用计算机制作影视节目，并最终取得成功，推出了桌面演播室，也就是今天的视音频非线性编辑工作站。
所谓非线性编辑，简而言之，使用一台电脑和一台录像机完成传统制作工艺中需要十及套机器（A/B卷编辑机，特技机，编辑控制器，调音台，时基较正器，切换台等）才能完成的影视后期编辑合成以及其他特技的制作任务，而且可以在完成编辑后方便快捷的随意修改而不损害图像质量；实质上就是把胶片或磁带的模拟信号转换成数字信号存储在硬盘阵列上，然后通过非线性编辑软件反复编辑，再一次性输出。
从工作流程可以看出，决定非线性编辑质量的是模拟信号与数字信号转换过程中的那块音视频板卡。
由此，也诞生了非线性编辑的三种类型。
一种以Quantel为代表，依靠强大硬件实时进行编辑，价格十分昂贵。
第二种也是实时的编辑，依靠各类专业视频卡，价格也不便宜。
目前大多数电视台和广告公司采用这一种。
第三种是非时实编辑，价格便宜，要通过软件渲染生成，速度较慢，往往在非专业的情况下使用，一般学校的多媒体教学用的就是这种。
非线性编辑的软件经过那么多年的发展已是百花齐放，种类繁多。
高端的有Inferno*/Flame*/Flint*、fire*/smoke*、Alias/Wavefrontcomposer等。
这些都需要大型工作站或高档编辑卡来支持，下表中的这几种是不需要板卡支持的，而且对计算机的配置要求也相对较低，比较适合多媒体教学的制作应用。
表2普通非线性编辑软件
软件
厂家
平台
特点
Premiere6.5
adobe
Powermac
pc
功能强大，软件特技多，插件丰富，可与photoshop7、aftereffects5.5联合使用
Aftereffects5.5
adobe
Powermac
pc
功能强大，软件特技多，插件丰富，可与photoshop7、premiere6.5联合使用
MediaStudiopro6.0
Ulead
pc
界面简明易用，功能齐全，能和ulead的其它软件联合使用
DigitalFusion4.0
EyeonSoftware
SGI-Unix
windows
合成功能强大，直接支持3dstudiomaxrla文件，softimagepic文件和maya格式，RS422遥控控制，实时预览，插件多。
以上提到的这些技术，功能非常强大，应用到社会的各个方面，但用到多媒体教学方面，会不会有“杀鸡用牛刀”的感觉呢？
根据我多年学习使用这些技术的经验，我觉得三维动画和非线性编辑在多媒体教学中还是有许多亮点的，只要使用得当，可以起到很好的教学效果。
在众多的三维动画软件中，功能大都大同小异，但也有各自的特点，具体用哪个都无所谓，要看个人的习惯和用途。
我个人比较喜欢使用3DMAX和MAYA，一方面是这两个软件在国内学习的人非常多，容易找到资料和相互交流，二是他们有很多特点使用在多媒体教学中能起到很好的效果。
3DMAX是1995年诞生的，它是称霸与DOS下的3D软件3DSTUDIO的WINDOWS增强版本，集建模、渲染、动画、粒子系统、后期特效于一身，随着版本由最初的1.0升级到现在的5.0，功能越来越完善，插件多于牛毛，易学易用。
MAYA则是Alias|Wavefront公司在1998年发布的新一代三维软件，同时支持PC和SGI，目前无论在三维动画的任何一个方面（建模、动画、粒子、材质、脚本、甚至界面的个性化、高效率、运算速度等等）MAYA都是很强大的。
这两个软件的功能非常强大，根据我多年的使用经验，我认为至少在以下几个方面对于多媒体教学来说具有较大的意义。
一、对物体全方位的观察。
在我们平时的教学过程中，往往会遇到讲解一些物体，分析它们的结构，外形特征等等。
比如一些植物、动物、汽车、飞机、天体、细菌、微生物等，以前我们往往使用图片来讲解，但图片只能从一个角度去分析，具有局限性，而三维软件都具有多角度多方位的视图，并且可以随意缩放、旋转，这就给多媒体教学带来了很大的方便，我们只要一个文件，就可以打破图片的局限性，从不同的角度、不同的距离、不同的部位等去观察分析物体，这个功能在3DMAX5.0里，按鼠标中键可移动视图、ALT+中键可旋转视图、ALT+Z可缩放视图，在MAYA4.5里ALT+左键可旋转视图、ALT+中键可移动视图、ALT+右键可缩放视图。
根据需要，我们还可以将图渲染出来，这样更加逼真，给我们的教学带来了无以伦比的方便性和真实性。
从下面的一个龙虾的多角度视图和渲染图我们可见一斑。
顶视图、前视图、左视图、透视图
渲染图
二、强大的建模功能。
MAYA&3DMAX发展到今天，建模功能已十分完善，它们都具有多边形建模和NURBS建模的功能，而MAYA更具有SUB的独特建模能力。
我们可以说，通过这些软件，我们只有想不到而没有做不到的东西（建模）。
在我们的教学过程中，往往会有一些资料及找不到图片又拍不到录像的时候，比如一些灭绝的物种，天体或一些不易接触到的东西，象恐龙、一些细菌、病毒等等。
三维动画技术就可以先将他们做出来，再进行详细的教学分析。
下面是一只恐龙的制作界面。
由此可见，通过三维动画技术的强大建模功能，我们可以仿真模拟包括动植物、建筑物、人物、天体、微生物等等存在或不存在的东西，这无疑是我们在多媒体教学中会更加得心应手。
三、强大的动画能力。
这是所有三维动画软件的拿手好戏，通过动画功能，可以将所做的物体运动起来，向海底世界、天体的运动、建筑物的浏览、立体字的动画、人体器官的各种运动模拟等等，凡是要做到动态的东西他们都能应付。
就像以下的两个动画，一个是海底世界的鱼在游动，一个是彗星经过地球的景色。
（具体动画和源文件请参考所附光盘）
海底世界
彗星掠过地球
从上面的例子可以看出，动画功能可以使我们的多媒体教学更加丰富多彩，更具有趣味性。
四、MAYA强大的动力学及粒子系统。
在MAYA的Dynamics模块，集成了FluidEffects（流体特效）、PARTICLES（粒子系统）和Fields（动力学系统）。
在FluidEffects里能使用流体动力学理论真实的模拟大气效果、燃烧效果和粘稠的流体效果，包括有体积感的云，烟雾，水气，火山灰，火焰，爆炸，炽热、流动的岩浆，海水的运动，海面等。
FluidEffects
PARTICLES（粒子系统）可模拟很多自然界的“混沌”现象，如火箭喷射时冒出的烟、天上的云、跳动的火焰、阳光里的灰尘……等在一定规律下做随机运动的东西。
粒子工具
Fields（动力学系统）可模拟自然界的力量，如重力、万有引力等，分别是AIR（空气场）、DRAG（拖动场）、GRAVITY（重力场）、NEWTON（牛顿场）、RADIAL（放射场）、TURBULENCE（振荡场）、UNIFORM（统一场）和VORTEX（漩涡场）。
可以加在粒子物体上产生很多的物理现象和自然的运动，如刮风、下雨、天体运动等。
Fields（动力学系统）
maya制作的粒子星云
通过这个模块，我们可以模拟很多之然界的现象，给多媒体教学带来很大的方便。
大海
五、maya的painttool集成了很多自然界的事物，如动植物，自然现象等，不需建摸，直接生成，拿来便可使用。
并可模拟物体生长、天气变化等现象。
在maya中只需按数字健8便可切换到paint模式，再选择window/generaleditors/visor便可打开笔刷窗口，里面有各种各样的物体可供选择。
笔刷窗口
花的生长动画
一天的天气变化动画
通过这个功能，我们可以非常迅速的、高质量的生成很多我们需要的东西，这对多媒体教学来说意义是很大的。
在非线性编辑方面，我介绍的是PREMIERE6.5，他是国内澳流行的非线性编辑软件，可以不需要视频卡支持，对硬件要求不高，在一般的学校，只要有一台DV摄像机，带1394卡的电脑（奔腾2/400便可运行，当然配置越高越好），就可进行各种非线性编辑工作了。
在premiere6.5里，集成了字幕、合成、特效、配音、配乐等功能，我们在制作多媒体课件时，可以将三维动画里做得动画或图片素材以及用Dv拍的录像素材输入到电脑中，进行剪辑、打字幕、合成，加上特技，配上解说和音乐，做成我们希望的效果，运用到多媒体教学中去。
premiere6.5的界面
以下这个例子，是三维动画和非线性编辑技术在多媒体教学中的实际综合应用。
在上生物课时，我们会讲到植物的生长过程，比如象鲜花由幼苗长大直到开花的过程，如果有这个过程的录像，上课的效果会好很多，但往往我们不可能有，也不可能拍到。
这时用三维动画技术就可以将这过程模拟出来，再利用非线性编辑软件配上解说和音乐，最后用多媒体软件（如Flash、Authorware等）就可以在上课时发挥强大的作用了。
具体方法如下：
运行MAYA，用create->polygonprimitives->cube创建地板和墙壁，用cvcurvetools花一个花盆的半截面，用surfaces->revolve创建一个花盆，再用同样的方法创建花盆上的泥土面，选择泥土面，用CV工具在上面画一条螺旋曲线，按8键进入PaintEffects视窗，打开Visor窗口，选择一种花卉笔刷，这里选择的是daisy2.mel，然后，在主菜单中选择painteffects->curveutilities->attachbrushtocurves命令，将笔刷应用到曲线上，修改花的属性，使他生长起来，在stroke1的属性对话框中展开flowanimation栏，勾选timeclip选项，然后修改flowspeed属性的参数为0.6，修改endtime属性的参数为10，单击播放按钮便可看到动画，如果没意见，便可渲染输出。
运行premiere6.5，新建一个项目文件，将刚做的动画输入到素材库中，拖到时间线上进行剪接，在输入一个声音文件到素材库，拖到音频轨道中合成动画，合适的话就可输出文件，比如avi、mov、tga序列文件等。
输出之后就可以利用做课件的工具将其合成唯一个可用与多媒体教学的教学用品。
具体做课件的方法并非本文研究的内容，就省略了。
动画作品请参考光盘。
我觉得，三维动画和非线性编辑技术在多媒体教学中有着比较重要的作用，特别是对于多媒体教学软件的专业制作人员，如果熟悉了这些技术，无疑是如虎添翼。
随着社会的进步，电脑硬件和多媒体技术的不断发展，在多媒体教学中会越来越多的三维虚拟技术和非线性编辑技术，当然，不可能每个教学人员都能掌握这些技术，但能知道一点也会对教学有很大的帮助。
最后，希望这些先进的技术能得以在多媒体教学中广泛推广，为提高教育质量，提高人民素质做出贡献。
参考文献：
韩涌《MAYA创世界》人民邮电出版社
龙马工作室《MAYA3D动画完全自学手册》中国青年出版社
侯凌宇《震撼MAYA影视广告精粹》中国青年出版社
吴起《数码影视后期制作》北京希望电子出版社
2004.06
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