基于maya与After Effects CS4软件的地学三维仿真模拟

王超勇++吴承龙++王章磊

【摘要】三维模拟系统具有具有视、听、触、味等多种感知效果，通过三维实体模型创建，可以恢复地质历史演化过程，学生具有身临其景的感受，提高学生兴趣和实习效果；该系统的开发对我校基础地质教学具有十分重要的促进作用。

【关键词】三维模拟 地质实习 Maya软件

【基金项目】本项目中国矿业大学2014年度教改项目支持，项目编号2014YB20。

【中图分类号】P208 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）29-0052-02

一、前言

利用仿真系统进行专业技能的训练是目前职业培训的一种重要方式。地质认识实习，是地质教育重要的环节；目前，我们只注重课堂理论教学和实验室标本的观察与认识；现代计算机技术和多媒体技术、互联网技术和移动客户端的开发远远不足。采用计算机图形、图像和多媒体技术模拟地质现象的形成过程的软件系统，具有三维矿山与地质场景显示。直观地质过程模拟，飞行漫游和学习效果测验等功能的模拟教学系统十分迫切和急需。该系统对辅助地质教学，提高教学质量和教学效率，改变地质实践教学方式具有重要作用，在系统中，几个关键的实习过程及基本技能培训的设计与实现，参照第三人称角色扮演游戏的设计与实现过程，系統的设计与实现的独特之处在于三维地质景观的创建与动态人机交互过程的实现，此项技术的采用使得用户在虚拟地质世界中进行学习、实验和操作，具有身临其境之感，学生可根据学习要求选择不同实习路线和内容。

目前有北京大学、吉林大学等单位开发了地学仿真系统，中科院武汉岩土所、中国地质大学、西安科技大学等单位和学者进行相关的工作。运城职业技术学院与西安和利德软件有限公司开发的矿山采掘系统，具有较为先进理念和较为完整教学体系；作为矿业高等院校，开发引领先进技术，对提高矿山与地质教学质量具有重要意义。

本仿真系统研究意义主要体现在以下几个方面：一是必要性，地质认识实习是地学与采矿等相关专业，学习地质知识和掌握地学研究基本技能的一个重要教学环节，是大学生进入地质领域的敲门砖；二是迫切性，由于学生数量多，师生间的交流少，急需一套完善的教学体系，以弥补交流互动的不足；三是逼真性，枯燥无味的说教，效果差，如何调动学生的积极性，那么，仿真系统的直观性和生动性是一般教学方法难以达到的效果，可以解决这个难题。由于地质实习教学需要真实，尽量接近实际，实际材料适合用Maya等软件来表现，具有独到的优势。

二、野外数据的获得与整理

鉴于柳江盆地现有的丰富的前人研究资料以及大量的野外露头的地质工作，通过野外的样品收集和对各时代特征地层、特征地质构造以及特征地质现象的观察等手段，对柳江盆地的5条地质路线进行了以下工作。

1.地质路线剖面测量，系统测量柳江盆地各个剖面的岩性特征，构造特征以及成因研究。

2.对各个剖面的观察点进行详细描述和解释。

3.采集相关微观和宏观照片和录像资料。

三、几何模型的建立

三维物体几何模型主要包含线框模型、表面模型和实体模型，将对其中几种主要模型以及其相应的结构表达形式进行说明，寻找并且建立一种比较适合于地质体三维模型表达的结构形式。

1.线框模型

主要用来表达通过数学模型表示的简单物体，用顶点和棱边来表达物体形状（图1）。

（1）优点：

构造线框模型操作简单，处理速度快且占用内存少，非常适用于构思设计、设计图总体位置关系的判断等；同时利用投影变换，从三维线框模型能够方便地生成各种所需要的投影图。

图1 线框模型-褶曲地层

四、实际应用效果

该系统的建立，改变了以往学生被动学习的局面，提高了学习的积极性；原来需几十个学时教完的内容，学生可以在几个学时内完成。大学一年级的地学认识实习，是认识和识别地层岩性、构造现象的过程；只有对客观事物有了深入认识，才能理解它们成因和形成过程；才能从实践上升到理论；通过老师野外讲解，再通过该系统复习，再认识，再实践，不断加深印象。对地质现象的认识，是一个逐渐积累的过程，不可能在2周时间内就有质的认识和飞跃；因此，该系统可以随时学习、复习，节约了野外讲解的时间，把有限的时间主要用到认识地质现象，大大提高了教学效率和效果。

在野外烈日炎炎的环境，学生体力疲劳、兴趣减少；该系统预习、学习和复习，节约了野外时间；通过仿真系统与实际对照学习，加深了印象，巩固了知识。

同时，激发了学生潜能，提高了教学质量，灌输式实习模式是一种传统的以教师为主导的教学方法；学生接受多少，老师难以掌握，有时抽查或提问某一个同学问题，不能掌握整体教学效果。该系统具有检验功能，自动打分和评判；学生可以使用模拟软件，以游戏的方式进行学习，从而激发了学生潜能；可以进行比赛，消耗时间短、迅速、快捷，是老师的好帮手。

五、结论

地学认识实习虚拟仿真系统的建立，把野外现象搬到了室内，把固定的地质现象变为动感的地质过程，大大提高了学生的学习积极性；该系统具有教学管理各种功能如布置作业、批改作业和评分等；以及随时随地浏览功能，可以在手机上学习；同时具有相互交流，解答问题，做到有问必答。从而起到了事半功倍、节约时间提高效率；激发了学生潜能，提高了教学质量，具有广泛的推广价值。

六、结论

利用Maya三维软件与AfterEffectsCS4视频编辑软件，可以进行三维动漫影声制作，学生和教师较容易掌握，制作课件，达到良好的教学效果。

参考文献：

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第一作者简介：

王超勇，（1966-），从事地学认识实习、矿产资源勘查与评价教学工作。