網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示實(shí)現(xiàn)分析

肖凡　徐丕文

摘要：由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在動(dòng)畫仿真領(lǐng)域的運(yùn)用已得到了廣泛的關(guān)注。文章首先介紹了網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真的概念和意義，然后論述了目前常見的動(dòng)畫仿真演示方法，并對其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了具體分析，最后從交互性、簡易性及實(shí)時(shí)性等方面對演示方法進(jìn)行了探討，希望能為網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真領(lǐng)域里人機(jī)交互和遠(yuǎn)程溝通提供一些參考，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫；仿真；演示

2l世紀(jì)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息化的時(shí)代，各個(gè)行業(yè)也都向著全球信息化的方向發(fā)展。為確保資源的合理分配和優(yōu)化配置，應(yīng)充分利用好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將處于異地的資源集合起來形成優(yōu)勢，降低企業(yè)成本，有效提升工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。對于分布在不同地點(diǎn)的分公司來說，若想及時(shí)了解公司產(chǎn)品及現(xiàn)狀，員工之間應(yīng)該及時(shí)分享公司的信息，和用戶以及合作方也要保持溝通。然而僅僅使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文字交流會(huì)讓觀者感覺單一、枯燥，也不能全面地理解企業(yè)信息，因此網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示應(yīng)運(yùn)而生，并具備非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真簡介

1.1網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真的概念

由于科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，人們對信息的需求量也越來越大，從電腦上打印或者書本上顯示所獲得的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求，他們更希望將視覺、聽覺等方式結(jié)合在一起，有身臨其境的感覺，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真技術(shù)就是完成這一需求的技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真技術(shù)能夠把數(shù)字化信息轉(zhuǎn)變成人們所熟悉的三維信息，其包含計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、機(jī)械及物理等多門學(xué)科，還結(jié)合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī).仿真等技術(shù)。讓人利用計(jì)算機(jī)走進(jìn)三維動(dòng)畫世界，操作虛構(gòu)環(huán)境中的部件。這也是一個(gè)從被動(dòng)變主動(dòng)的過程，傳統(tǒng)的文字交流就是填鴨式的觀看，而網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真則是可互動(dòng)的體驗(yàn)，也能引起人們的興趣，快速獲取有效信息。

1.2網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真的研究現(xiàn)狀

如今網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，在工程、教學(xué)和商業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多，并取得了巨大的發(fā)展。為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示，可以非常直觀、形象地體現(xiàn)出產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并方便進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，更能有效地傳達(dá)信息。對于公司內(nèi)部來說，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示有利于把握各部門的工作狀態(tài)，為指導(dǎo)下一步計(jì)劃提供參考。對于合作商和用戶來說，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示可以讓他們真實(shí)地了解企業(yè)產(chǎn)品，博得他們的眼球，也會(huì)提高企業(yè)的影響力，提升企業(yè)的發(fā)展空間。

目前應(yīng)用較多的仿真軟件為CAD建模軟件，其中產(chǎn)品有I-DEAS，UG，GATIS等，它們可以利用鼠標(biāo)完成對模型的拖動(dòng)、調(diào)整尺寸及旋轉(zhuǎn)等操作，讓觀者能夠清晰地觀看產(chǎn)品內(nèi)部組成和架構(gòu)，這是一種形式上的動(dòng)畫仿真演示。但就現(xiàn)實(shí)情況而言，動(dòng)畫仿真演示往往需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程交流，這不僅僅是在CAD軟件上通過操作鼠標(biāo)來完成，還需要應(yīng)用軟件中的創(chuàng)建動(dòng)畫功能，生成后綴為AVI的文件并上傳到網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以在網(wǎng)絡(luò)上觀看動(dòng)畫仿真演示并探討，但這一方法的缺陷在于維度的下降，它從前期的三維立體動(dòng)畫降到了二維，視覺效果有所下降。國內(nèi)外專家學(xué)者對于網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示方法的運(yùn)用也在積極地探索，其中有利用CAD軟件直接實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫仿真演示的；有導(dǎo)入到動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)的軟件CAXA當(dāng)中進(jìn)行動(dòng)畫仿真演示的；還有運(yùn)用VRML語言實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示的，該方法在交互性和實(shí)時(shí)性上有顯著提高。當(dāng)然，每種仿真演示方法都有各自的特點(diǎn)，具體選取哪種方法還應(yīng)結(jié)合實(shí)際。

2網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示的方法

2.1 CAD軟件動(dòng)畫仿真演示

CAD軟件，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，開發(fā)于20世紀(jì)60年代，該軟件可以直接完成動(dòng)畫仿真演示工作，下面將以UG為例對網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示的實(shí)現(xiàn)作具體分析。

UG進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示大體分為2步，分別是Assembly和Mechanism Design模塊的實(shí)現(xiàn)。首先，對于Assembly模塊，它主要通過人為更改每一幀中零件的裝配組合圖，然后將其按順序連起來便形成了動(dòng)畫。該動(dòng)畫的制作比較簡單，具有廣泛的適用性，制作過程中僅需要雙擊處在“未處理的”項(xiàng)目中的零件，程序就能自主裝配動(dòng)畫，其順序和效果圖可以人為控制。但是不適用于零件較多、模型復(fù)雜的產(chǎn)品，其工作量會(huì)明顯增大。其次就是Mechanism Design模塊的實(shí)現(xiàn)。在該模塊中，根據(jù)所建立的連接信息及約束，并施加載荷量，軟件就可以調(diào)用機(jī)構(gòu)求解程序求出裝配組合圖，按順序連貫起來便實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫仿真演示效果。該步所形成的動(dòng)畫仿真演示還能運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)分析仿真中，能夠體現(xiàn)出在不同點(diǎn)的速度或位移信息。

UG軟件不但能夠創(chuàng)建裝配動(dòng)畫仿真，而且能夠根據(jù)裝配關(guān)系創(chuàng)建產(chǎn)品的拆裝動(dòng)畫仿真。這一動(dòng)畫仿真演示方法是基于“工具＼表達(dá)式”中的開始幀數(shù)和最大幀數(shù)2個(gè)表達(dá)式，零件之間的如距離、角度等裝配關(guān)系以帶有“開始幀數(shù)”的參數(shù)表達(dá)式為準(zhǔn)。然后點(diǎn)擊視圖便可以進(jìn)行拆裝動(dòng)畫的制作。裝配關(guān)系隨著開始幀數(shù)從0依次增加到最大幀數(shù)，其拆裝順序和裝配動(dòng)畫順序正好相反。拆裝動(dòng)畫仿真演示能夠?qū)崿F(xiàn)的前提是存在裝配關(guān)系，否則不能進(jìn)行動(dòng)畫制作，優(yōu)勢在于節(jié)省時(shí)間、提升效率。

2.2 CAXA軟件動(dòng)畫仿真演示

CAXA是中國的軟件服務(wù)企業(yè)，旗下主要產(chǎn)品有CAD、MES、PLM及工業(yè)云等。EAXA軟件的動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能要強(qiáng)于上述CAD軟件。與CAD軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫仿真演示相比，其仿真演示過程是間接的，它是通過公用格式“Pasasolid”完成的，應(yīng)先將CAD軟件創(chuàng)建的產(chǎn)品模型按照公用格式輸出，然后再輸入到CAXA中完成動(dòng)畫仿真演示。

CAXA軟件的優(yōu)勢在于其增加了CAD中所沒有的時(shí)間軸理念，在動(dòng)畫設(shè)計(jì)時(shí)，在編輯器中為每個(gè)零件設(shè)置合理的數(shù)值和運(yùn)動(dòng)方式，然后拆裝順序根據(jù)時(shí)間軸上零件的不同位置進(jìn)行調(diào)整來完成。這樣便可以把大量時(shí)間用于完善網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示的視覺效果，大大吸引觀者的注意力，最后根據(jù)時(shí)間軸設(shè)置裝配順序。另外，由于時(shí)間軸的優(yōu)勢，在制作前期不必把裝配關(guān)系考慮進(jìn)去，所以該軟件對于零件間的連接信息和約束也沒有要求，因此動(dòng)畫仿真過程更為靈活，其應(yīng)用范圍也更廣，視覺效果更為逼真。

2.3基于VRML語言的動(dòng)畫仿真演示

VRML語言即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，其與Internet一起使用來論述可交互的三維空間，目的就是較為逼真地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的交互式三維多媒體。用戶使用瀏覽器就能體驗(yàn)到VRML語言搭建的三維實(shí)體模型，而且可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行方向、遠(yuǎn)近、物體狀態(tài)的改變。

VRML文件并不能單獨(dú)運(yùn)行，而是需要瀏覽器支持，市場上常用的有2種，即Microsoft VRML瀏覽器和Cortona瀏覽器。實(shí)際上很多瀏覽器都配備了標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式VRML瀏覽器，沒有配備的可以直接從網(wǎng)上下載，按步驟安裝好后就嵌入到了所采用的瀏覽器當(dāng)中，便可以觀看vRML類型文件，所以基于VRML語言的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真十分便捷，這里以基于VRML的Cortona瀏覽器為例對網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真作具體分析。

該方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真的步驟大體分為4步，即建模、格式轉(zhuǎn)化、模型簡化和機(jī)構(gòu)的裝配。進(jìn)行實(shí)體建模的方法多種多樣，例如通過shape節(jié)點(diǎn)的geometry域進(jìn)行建模，通過使用其他建模軟件建模后轉(zhuǎn)化成VRML文件等。前者需要?jiǎng)赢嬛谱髡呷藶樵O(shè)置坐標(biāo)、向量等數(shù)據(jù)來描繪實(shí)體，工作量較大。所以本文采用后者方式進(jìn)行建模，使用SolidWorks 2014軟件建模后再轉(zhuǎn)化成VRML文件。然后在進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化時(shí)，要將2個(gè)軟件的單位統(tǒng)一化，若不統(tǒng)一需進(jìn)行修改。由于在VRML中相對修改方便，所以在SolidWorks 2014保存成VRML格式時(shí)，把單位設(shè)置成與VRML相同的單位。然后則是對模型做簡化處理，這樣做的目的是加快網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。在編輯VRML文件時(shí)，以不影響模型效果為基礎(chǔ)，需降低文件數(shù)據(jù)量，即把文件壓縮。最后就是進(jìn)行機(jī)構(gòu)的裝配，在VRML語言中使用節(jié)點(diǎn)Inline中語句進(jìn)行模型重裝，使用節(jié)點(diǎn)transform中語句對零件進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)等操作，確保裝配的精準(zhǔn)。當(dāng)所有零件都成功安裝以后，就可以使用Cortona瀏覽器從各個(gè)視角詳細(xì)觀察各個(gè)零部件或產(chǎn)品模型，該瀏覽器擁有多種瀏覽模式，例如Turn，Pan，F(xiàn)ly等。用戶為了觀看模型的某一部位特性，可以鼠標(biāo)點(diǎn)擊底部或右側(cè)進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)及縮放畫面。若希望模型回到初始位置，僅需單擊“Restore”按鈕即可，簡單快捷。

基于VRML語言的動(dòng)畫仿真可以很好地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，可以創(chuàng)建零件的機(jī)構(gòu)動(dòng)畫和裝配拆卸動(dòng)畫，通過鼠標(biāo)能夠較好地掌握網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫的進(jìn)度安排，然后利用鼠標(biāo)縮放拉伸、拖動(dòng)和旋轉(zhuǎn)讓網(wǎng)絡(luò)中的用戶更為全面地了解零件的組成和局部特性，也有利于遠(yuǎn)程溝通，反饋信息的速度更快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

通過對上述3種網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示方法的分析發(fā)現(xiàn)，CAD軟件具備簡單的動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能，利用裝配模塊和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊完成，主要適用于零件較少、模型結(jié)構(gòu)簡單的情形。當(dāng)模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，可以通過CAD的接口把模型導(dǎo)入到動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)的CAXA中完成。EAXA中時(shí)間軸理念的運(yùn)用節(jié)省了時(shí)間，為提高視覺效果創(chuàng)造了更多的機(jī)會(huì)。為了提高網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示的可交互性和遠(yuǎn)程交流，避免提供給用戶一種設(shè)計(jì)好的一成不變的模式，讓其可些意觀察模型的局部特征，而且由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，基于VRML語言的動(dòng)畫仿真方法被運(yùn)用，但它也存在著缺陷，即三維建模較不容易，需要利用接口從㈨軟件中導(dǎo)入三維模型來完成建模操作，經(jīng)過驗(yàn)證極少出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。

3結(jié)語

對于網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示實(shí)現(xiàn)分析的研究在機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域都有重要的意義，其通過仿真軟件的運(yùn)用模擬實(shí)體，呈現(xiàn)給用戶各個(gè)視角的產(chǎn)品信息，與二維圖像相比更易于理解和評價(jià)，確保了產(chǎn)品的完整性。另外，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫仿真演示能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互，有利于用戶能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程交流并快速反饋意見，為智能、精準(zhǔn)地掌握產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了新的科學(xué)方法，具有很好的應(yīng)用前景。在將來的學(xué)習(xí)和研究中還應(yīng)不斷深入，解決目前仍存在的一些問題，為我國仿真技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。