基于MAYA的力學(xué)類課程教學(xué)動(dòng)畫制作研究

劉澤 李增蓉 胡佳豪

【摘要】動(dòng)畫是多媒體課件中最為活潑生動(dòng)的元素。為了制作具有自有創(chuàng)作權(quán)又能體現(xiàn)課堂的個(gè)人風(fēng)格的教學(xué)素材，以動(dòng)畫軟件MAYA為基礎(chǔ)，研究了教學(xué)動(dòng)畫制作的流程，并結(jié)合《材料力學(xué)》課程中常用案例制作了分析桿件變形的教學(xué)動(dòng)畫，為類似課程教學(xué)素材的創(chuàng)作提供了參考。

【關(guān)鍵詞】教學(xué) ?動(dòng)畫制作 ?Maya

【基金項(xiàng)目】湖南科技大學(xué)大學(xué)生思想教育研究課題（131828），湖南科技大學(xué)優(yōu)秀輔導(dǎo)員培育計(jì)劃項(xiàng)目。

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）13-0251-02

1.前言

近年來由于計(jì)算機(jī)的普及，多媒體技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展迅猛，深刻的影響著人們的工作、學(xué)習(xí)乃至生活方式。對(duì)于大學(xué)的課堂教學(xué)而言，多媒體教學(xué)基本上已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的手寫黑板教學(xué)，將知識(shí)講解以圖片、文字、聲音、動(dòng)畫等多種方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，不僅使原先比較抽象、枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)起來，更讓老師以更豐富的形式極大地提高了學(xué)生的興趣與積極性。

由于網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等工具的普及，多媒體教學(xué)中涉及到的圖片、文字、聲音等元素一般很容易在網(wǎng)絡(luò)找到或用手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)錄制，但如果在《材料力學(xué)》等比較抽象的課程授課PPT中想要加入一幅能同時(shí)表達(dá)授課內(nèi)容、體現(xiàn)授課者思想與風(fēng)格的動(dòng)畫是很不容易的。一方面，力學(xué)課程內(nèi)容比較抽象，因完整地體現(xiàn)看不見的力（應(yīng)力）、微小的變形，需要做很多構(gòu)思與創(chuàng)作;另一方面，動(dòng)畫是多媒體課件中最為活潑生動(dòng)的元素，制作完成一般需要專業(yè)軟件。為了方便大學(xué)老師教學(xué)制作具有自有創(chuàng)作權(quán)又能體現(xiàn)課堂的個(gè)人風(fēng)格，本文以動(dòng)畫軟件MAYA為基礎(chǔ)，分析教學(xué)動(dòng)畫制作的一般流程，并結(jié)合《材料力學(xué)》課程中常用案例制作了分析桿件四種基本變形的教學(xué)動(dòng)畫，為類似課程教學(xué)素材的創(chuàng)作提供了參考。

2.教學(xué)動(dòng)畫素材制作方法

2.1 MAYA簡(jiǎn)介

Maya是由美國(guó) Alias Wavefront公司開發(fā)的一款是三維動(dòng)畫制作 軟件，具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，不僅有一般三維動(dòng)畫制作的基本功能，而且也融入了最先進(jìn)的建模、運(yùn)動(dòng)匹配技術(shù)、毛發(fā)渲染和數(shù)字化布料模擬等功能，深受動(dòng)畫與影視界廣泛的關(guān)注。

正確安裝并啟動(dòng)后，MAYA中央工作區(qū)有四個(gè)視圖，創(chuàng)作時(shí)可在不同視圖中調(diào)整創(chuàng)作模型。每個(gè)視圖均可單獨(dú)放大（把鼠標(biāo)放在視圖上按住回車即可）。操作一般在右上的三維視圖中進(jìn)行。

主界面最上方為程序菜單欄，它包括了MAYA所有的工具和命令;其下為狀態(tài)欄，顯示一些常用的視圖操作按鈕，如選擇層級(jí)，模塊選擇器，編輯器開關(guān)和捕捉開關(guān)等;第三排為實(shí)用的工具架，集合了MAYA各個(gè)模塊中最常用的命令，并以圖標(biāo)的形式表現(xiàn)，非常直觀。視圖區(qū)下方為動(dòng)畫控制區(qū)，在這里能夠選擇、調(diào)整、鎖定關(guān)鍵幀，使之形成一個(gè)動(dòng)畫。主界面最下方為命令欄與幫助欄;命令欄用于輸入腳本命令或MEL命令。通過幫助欄可以獲得一些簡(jiǎn)單而有用的信息。主界面左側(cè)為常用工具盒與快捷布局工具，集合了移動(dòng)、選擇、縮放和旋轉(zhuǎn)等工具，快捷布局工具則可以控制視圖的顯示樣式;主界面右側(cè)為通道盒與層編輯器。通道盒用于訪問、修改對(duì)象的節(jié)點(diǎn)屬性。層編輯器中包含動(dòng)畫層、渲染層和顯示層。顯示層是用于管理是否顯示放入層中的物體，也可以把物體添加到層內(nèi)，也就可以在層中對(duì)其進(jìn)行選擇、隱藏和模塊化等一系列操作。渲染層可以設(shè)置渲染的各項(xiàng)屬性。

2.2教學(xué)動(dòng)畫的制作步驟

（1）模型制作。模型制作應(yīng)先對(duì)多媒體動(dòng)畫的主體對(duì)象有明確認(rèn)識(shí)，再利用MAYA提供的基礎(chǔ)模型，如曲面、多邊形等，通過調(diào)整、組合等操作將主體對(duì)象構(gòu)造出來。

（2）動(dòng)畫制作。首先應(yīng)分析主體對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過程，確定主動(dòng)對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過程中的關(guān)鍵位置。再選中運(yùn)動(dòng)的主體對(duì)象，固定這些物體在這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的所有屬性，然后移動(dòng)主視圖下方的時(shí)間軸，選擇一定的幀數(shù)之后調(diào)整物體的位置或者形狀，然后鎖定創(chuàng)建出一個(gè)“關(guān)鍵幀”。按類似方法創(chuàng)建出其它“關(guān)鍵幀”。MAYA會(huì)自動(dòng)填充兩個(gè)相鄰的關(guān)鍵幀之間的幀，會(huì)讓畫面均勻的從上一個(gè)幀變化到第二個(gè)幀。

（3）指定材質(zhì)，添加背景。完所有動(dòng)畫之后可指定材質(zhì)，改變物體的外觀。這可以從渲染模塊中修改或指定物體的材質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。

（4）渲染。通過“窗口”→“渲染編輯器” →“渲染設(shè)置”，設(shè)置動(dòng)畫文件的格式、幀范圍、鏡頭視角、輸出文件位置等;再在模塊選擇器中選擇渲染模塊，在菜單欄的“渲染”中找到“批渲染”，點(diǎn)擊之后計(jì)算機(jī)開始執(zhí)行渲染操作。當(dāng)渲染完成后，可在指定文件夾中就能找到所做的動(dòng)畫了。

3.實(shí)例分析

以《材料力學(xué)》中常用的簡(jiǎn)易吊車為例進(jìn)行分析。在荷載F的作用下，桿1會(huì)被拉伸，桿2會(huì)被壓縮。通過動(dòng)畫配教師講解可使學(xué)生對(duì)桿件的受力變形有更直觀的認(rèn)識(shí)。

首先采用MAYA提供的基礎(chǔ)模型創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)易吊車模型，并設(shè)置對(duì)象材質(zhì)與背景，如圖1（a）所示。以演示桿1受力變形為重點(diǎn)分析如何顯示突出其變形規(guī)律。需確定以下5個(gè)關(guān)鍵幀：1.完整的吊車模型;2.將桿1的顏色改變（圖1（b）），以突出分析對(duì)象將是桿1，引導(dǎo)學(xué)生觀察桿1;3.慢慢把吊車模型上的其他部件移開，只剩下上桿1;4.將桿1擺正，并在其兩端兩個(gè)力向外的拉力（圖1（c））;5.將拉長(zhǎng)桿件體現(xiàn)出它的變形（圖1（d））。關(guān)鍵幀確定后即可以通過渲染制出來一個(gè)體現(xiàn)桿件受力變形的動(dòng)畫，配合教師的講解，即可使得原本固定的板書講解更為生動(dòng)。

4.結(jié)語

在力學(xué)課程中利用動(dòng)畫來教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)更為直觀與便捷，能讓學(xué)生可快捷的理解物體受力后的變形、位移、運(yùn)動(dòng)軌跡等比較抽象概念。利用MAYA來制作力學(xué)課程教學(xué)素材還是比較合適的，采用MAYA提供的基本模型就可以創(chuàng)作出簡(jiǎn)單而有用的動(dòng)畫，使自己的課堂變得有聲有色，而且如果教師對(duì)動(dòng)畫要求高，MAYA又提供了豐富的素材料與非常齊全的功能，可以創(chuàng)造出專業(yè)級(jí)的動(dòng)畫，滿足教師對(duì)高水準(zhǔn)課堂的要求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

劉澤（1975.08-），男，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事高等教育工作與巖土工程研究。