基于MAYA的力学类课程教学动画制作研究

刘泽 李增蓉 胡佳豪

【摘要】动画是多媒体课件中最为活泼生动的元素。为了制作具有自有创作权又能体现课堂的个人风格的教学素材，以动画软件MAYA为基础，研究了教学动画制作的流程，并结合《材料力学》课程中常用案例制作了分析杆件变形的教学动画，为类似课程教学素材的创作提供了参考。

【关键词】教学  动画制作  Maya

【基金项目】湖南科技大学大学生思想教育研究课题（131828），湖南科技大学优秀辅导员培育计划项目。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）13-0251-02

1.前言

近年来由于计算机的普及，多媒体技术的应用发展迅猛，深刻的影响着人们的工作、学习乃至生活方式。对于大学的课堂教学而言，多媒体教学基本上已经取代了传统的手写黑板教学，将知识讲解以图片、文字、声音、动画等多种方式呈现在学生面前，不仅使原先比较抽象、枯燥的教学内容变得生动起来，更让老师以更丰富的形式极大地提高了学生的兴趣与积极性。

由于网络、手机、数码相机等工具的普及，多媒体教学中涉及到的图片、文字、声音等元素一般很容易在网络找到或用手机或数码相机录制，但如果在《材料力学》等比较抽象的课程授课PPT中想要加入一幅能同时表达授课内容、体现授课者思想与风格的动画是很不容易的。一方面，力学课程内容比较抽象，因完整地体现看不见的力（应力）、微小的变形，需要做很多构思与创作;另一方面，动画是多媒体课件中最为活泼生动的元素，制作完成一般需要专业软件。为了方便大学老师教学制作具有自有创作权又能体现课堂的个人风格，本文以动画软件MAYA为基础，分析教学动画制作的一般流程，并结合《材料力学》课程中常用案例制作了分析杆件四种基本变形的教学动画，为类似课程教学素材的创作提供了参考。

2.教学动画素材制作方法

2.1 MAYA简介

Maya是由美国 Alias Wavefront公司开发的一款是三维动画制作 软件，具有功能强大、操作简单的特點，不仅有一般三维动画制作的基本功能，而且也融入了最先进的建模、运动匹配技术、毛发渲染和数字化布料模拟等功能，深受动画与影视界广泛的关注。

正确安装并启动后，MAYA中央工作区有四个视图，创作时可在不同视图中调整创作模型。每个视图均可单独放大（把鼠标放在视图上按住回车即可）。操作一般在右上的三维视图中进行。

主界面最上方为程序菜单栏，它包括了MAYA所有的工具和命令;其下为状态栏，显示一些常用的视图操作按钮，如选择层级，模块选择器，编辑器开关和捕捉开关等;第三排为实用的工具架，集合了MAYA各个模块中最常用的命令，并以图标的形式表现，非常直观。视图区下方为动画控制区，在这里能够选择、调整、锁定关键帧，使之形成一个动画。主界面最下方为命令栏与帮助栏;命令栏用于输入脚本命令或MEL命令。通过帮助栏可以获得一些简单而有用的信息。主界面左侧为常用工具盒与快捷布局工具，集合了移动、选择、缩放和旋转等工具，快捷布局工具则可以控制视图的显示样式;主界面右侧为通道盒与层编辑器。通道盒用于访问、修改对象的节点属性。层编辑器中包含动画层、渲染层和显示层。显示层是用于管理是否显示放入层中的物体，也可以把物体添加到层内，也就可以在层中对其进行选择、隐藏和模块化等一系列操作。渲染层可以设置渲染的各项属性。

2.2教学动画的制作步骤

（1）模型制作。模型制作应先对多媒体动画的主体对象有明确认识，再利用MAYA提供的基础模型，如曲面、多边形等，通过调整、组合等操作将主体对象构造出来。

（2）动画制作。首先应分析主体对象的运动过程，确定主动对象在运动过程中的关键位置。再选中运动的主体对象，固定这些物体在这一个时间点上的所有属性，然后移动主视图下方的时间轴，选择一定的帧数之后调整物体的位置或者形状，然后锁定创建出一个“关键帧”。按类似方法创建出其它“关键帧”。MAYA会自动填充两个相邻的关键帧之间的帧，会让画面均匀的从上一个帧变化到第二个帧。

（3）指定材质，添加背景。完所有动画之后可指定材质，改变物体的外观。这可以从渲染模块中修改或指定物体的材质来实现。

（4）渲染。通过“窗口”→“渲染编辑器” →“渲染设置”，设置动画文件的格式、帧范围、镜头视角、输出文件位置等;再在模块选择器中选择渲染模块，在菜单栏的“渲染”中找到“批渲染”，点击之后计算机开始执行渲染操作。当渲染完成后，可在指定文件夹中就能找到所做的动画了。

3.实例分析

以《材料力学》中常用的简易吊车为例进行分析。在荷载F的作用下，杆1会被拉伸，杆2会被压缩。通过动画配教师讲解可使学生对杆件的受力变形有更直观的认识。

首先采用MAYA提供的基础模型创建一个简易吊车模型，并设置对象材质与背景，如图1（a）所示。以演示杆1受力变形为重点分析如何显示突出其变形规律。需确定以下5个关键帧：1.完整的吊车模型;2.将杆1的颜色改变（图1（b）），以突出分析对象将是杆1，引导学生观察杆1;3.慢慢把吊车模型上的其他部件移开，只剩下上杆1;4.将杆1摆正，并在其两端两个力向外的拉力（图1（c））;5.将拉长杆件体现出它的变形（图1（d））。关键帧确定后即可以通过渲染制出来一个体现杆件受力变形的动画，配合教师的讲解，即可使得原本固定的板书讲解更为生动。

4.结语

在力学课程中利用动画来教学比传统教学更为直观与便捷，能让学生可快捷的理解物体受力后的变形、位移、运动轨迹等比较抽象概念。利用MAYA来制作力学课程教学素材还是比较合适的，采用MAYA提供的基本模型就可以创作出简单而有用的动画，使自己的课堂变得有声有色，而且如果教师对动画要求高，MAYA又提供了丰富的素材料与非常齐全的功能，可以创造出专业级的动画，满足教师对高水准课堂的要求。

参考文献：

[1]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社，2011.

[2]王丽娜.MAYA软件的动画角色设计和实现[J].自动化技术与应用，2018，（3）：50-53.

[3]翟浩澎.MAYA三维动画制作技术[J].艺术研究，2017（3）：42-43.

[4]赵晓慧.基于Maya技术的交互式中医养生运动视频制作[J].医学信息，2018（18）：16-18.

作者简介：

刘泽（1975.08-），男，博士，硕士生导师，主要从事高等教育工作与岩土工程研究。