网络动画仿真演示实现分析

摘要：由于计算机网络技术的迅猛发展，其在动画仿真领域的运用已得到了广泛的关注。本文首先介绍了网络动画仿真的概念和意义，然后论述了目前常见的动画仿真演示方法，并对其实现进行了具体分析，最后从交互性、简易性以及实时性等方面对演示方法进行了探讨，希望能为网络动画仿真领域里人机交互和远程沟通提供一些参考，为企业带去更高的经济效益。

关键词：网络动画；仿真；演示

 

21世纪是一个网络信息化的时代，各个行业也都向着全球信息化的方向发展。为确保资源的合理分配和优化配置，应充分利用好计算机网络，将处于异地的资源集合起来形成优势，降低企业成本，有效提升工作效率和经济效益。对于分布在不同地点的分公司来说，若想及时了解公司产品及现状，员工之间应该及时分享公司的信息，和用户以及合作方也要保持沟通。然而仅仅使用网络进行文字交流会让观者感觉单一、枯燥，也不能全面的理解企业信息，因此网络动画仿真演示应运而生，并具备非常重要的现实意义。

 

1         网络动画仿真简介

 

1.1  网络动画仿真的概念

 

由于科技的进步和人民生活水平的提高，人们对信息的需求量也越来越大，从电脑上打印或者书本上显示所获得的信息远远达不到人们的要求，他们更希望通过视觉、听觉等方式结合在一起，让人有种身临其境的感觉，网络动画仿真技术就是完成这一需求的技术。

网络动画仿真技术能够把数字化信息转变成人们所熟悉的三维信息，其包含计算机、数学、机械以及物理等多门学科，还结合了计算机网络以及计算机仿真等技术。让人利用计算机走进三维动画世界，操作虚构环境中的部件。这也是一个从被动变主动的过程，传统的文字交流就是填鸭式的观看，而网络动画仿真则是可互动的体验，也能提起人们的兴趣，快速获取有效信息。

 

1.2 网络动画仿真的研究现状

 

如今网络动画仿真技术已经得到了广泛的关注，在工程、教学和商业等领域应用较多，并取得了巨大的发展。为企业产品设计网络动画仿真演示，可以非常直观、形象地体现出产品的内部结构并方便进行运动分析，更能有效地传达信息。对于公司内部来说，网络动画仿真演示有利于把握各部门的工作状态，为指导下一步计划提供参考。对于合作商和用户来说，网络动画仿真演示可以让他们真实地了解企业产品，博得他们的眼球，也会提高企业的影响力，提升企业的发展空间。

目前应用较多的仿真软件为CAD建模软件，其中产品有I-DEAS、UG、GATIS等，它们可以利用鼠标完成对模型的拖动、调整尺寸以及旋转等操作，让观者能够清晰的观看产品内部组成和架构，这是一种形式上的动画仿真演示。但就现实情况而言，动画仿真演示往往需要通过网络进行远程交流，这就不仅仅是在CAD软件上操作鼠标来完成，还需要应用软件中的创建动画功能，生成后缀为AVI的文件并上传到网络，这样就可以在网络上观看动画仿真演示并探讨，但这一方法的缺陷在于维度的下降，它从前期的三维立体动画降到了二维，视觉效果有所下降。国内外专家学者对于网络动画仿真演示方法的运用也在积极地探索，其中有利用CAD软件直接实现动画仿真演示的；有导入到动画设计功能更强的软件CAXA当中进行动画仿真演示的；还有运用VRML语言实现了网络动画仿真演示的，该方法在交互性和实时性上有显著提高。当然，每种仿真演示方法都有各自的特点，具体选取哪种方法还应结合实际。

 

2 网络动画仿真演示的方法

 

2.1 CAD软件动画仿真演示

 

CAD软件，即计算机辅助设计软件，开发于20世纪60年代，该软件可以直接完成动画仿真演示工作，下面将以UG为例对网络动画仿真演示的实现做具体分析。

UG进行网络动画仿真演示大体分为两步，分别是Assembly和Mechanism Design模块的实现。首先，对于Assembly模块，它主要通过人为更改每一帧中零件的装配组合图，然后将其按顺序连起来便形成了动画。该动画的制作比较简单，具有广泛的适用性，制作过程中仅需要双击处在 “未处理的”项目中的零件，程序就能自主进行装配动画，其顺序和效果图可以人为控制。但是不适用于零件较多、模型复杂的产品，其工作量会明显增大。其次就是Mechanism Design模块的实现。在该模块中，根据所建立的连接信息以及约束，并施加载荷量，软件就可以调用机构求解程序求出装配组合图，按顺序连贯起来便实现了动画仿真演示效果。该步所形成的动画仿真演示还能运用到运动分析仿真中，能够体现出在不同点的速度或位移信息。

UG软件不但能够创建装配动画仿真，而且能够根据装配关系创建产品的拆装动画仿真。这一动画仿真演示方法是基于“工具\表达式”中的开始帧数和最大帧数两个表达式，零件之间的如距离、角度等装配关系以带有“开始帧数”的参数表达式为准。然后点击视图便可以进行拆装动画的制作。装配关系随着开始帧数从0依次增加到最大帧数，其拆装顺序和装配动画顺序正好相反。拆装动画仿真演示能够实现的前提是存在装配关系，否则不能进行动画制作，优势在于节省时间、提升效率。

 

2.2 CAXA软件动画仿真演示

 

CAXA是中国的软件服务企业，旗下主要产品有CAD、MES、PLM以及工业云等。CAXA软件的动画设计功能要强于上述CAD软件。与 CAD软件实现动画仿真演示相比，其仿真演示过程是间接的，它是通过公用格式 “Pasasolid”完成的，应先将CAD软件创建的产品模型按照公用格式输出，然后再输入到CAXA中完成动画仿真演示。

CAXA软件的优势在于其增加了CAD中所没有的时间轴理念，在动画设计时，在编辑器中为每个零件设置合理的数值和运动方式，然后拆装顺序根据时间轴上零件的不同位置进行调整来完成。这样便可以把大量时间用于完善网络动画仿真演示的视觉效果，大大吸引观者的注意力，最后根据时间轴设置装配顺序。另外，由于时间轴的优势，在制作前期不必把装配关系考虑进去，所以该软件对于零件间的连接信息和约束也没有要求，因此动画仿真过程更为灵活，其应用范围也更广，视觉效果更为逼真。

 

2.3基于VRML语言的动画仿真演示

 

VRML语言即虚拟现实建模语言，其与Internet一起使用来论述可交互的三维空间，目的就是较为逼真地实现网络上的交互式三维多媒体。用户使用浏览器就能体验到VRML语言搭建的三维实体模型，而且可以实时地进行方向、远近、物体状态的改变。

VRML文件并不能单独运行，而是需要浏览器支持，市场上常用的有2种，即Microsoft VRML浏览器和Cortona浏览器。实际上很多浏览器都配备了标准的嵌入式VRML浏览器，没有配备的可以直接从网上下载，按步骤安装好后就嵌入到了所采用浏览器当中，便可以观看VRML类型文件，所以基于VRML语言的网络动画仿真十分便捷，这里以基于VRML的Cortona浏览器为例对网络动画仿真做具体分析。

该方法进行网络动画仿真的步骤大体分为四步，即建模、格式转化、模型简化和机构的装配。进行实体建模的方法多种多样，例如通过shape节点的geometry域进行建模、通过使用其他建模软件建模后转化成VRML文件等。前者需要动画制作者人为设置坐标、向量等数据来描绘实体，工作量较大。所以本文采用后者方式进行建模，使用SolidWorks 2014软件建模后再转化成VRML文件。然后在进行格式转化时，要将两个软件的单位统一化，若不统一需进行修改。由于在VRML中相对修改方便，所以在SolidWorks 2014保存成VRML格式时，把单位设置成与VRML相同的单位。然后则是对模型做简化处理，这样做的目的是加快网络传输速率。在编辑VRML文件时，以不影响模型效果为基础，需将文件数据量降低，即把文件压缩。最后就是进行机构的装配，在VRML语言中使用节点Inline中语句进行模型重装，使用节点transform中语句对零件进行平移或旋转等操作，确保装配的精准。当所有零件都成功安装以后，就可以使用Cortona浏览器来从各个视角详细观察各个零部件或产品模型，该浏览器拥有多种浏览模式，例如Turn、Pan、Fly等。用户为了观看模型的某一部位特性，可以鼠标点击底部或右侧进行移动、旋转以及缩放画面。若希望模型回到初始位置，仅需单击 “Restore”按钮即可，简单快捷。

基于VRML语言的动画仿真可以很好地进行运动分析，可以创建零件的机构动画和装配拆卸动画，通过鼠标能够较好地掌握网络动画的进度安排，然后利用鼠标缩放拉伸、拖动和旋转让网络中的用户更为全面的了解零件的组成和局部特性，也有利于远程沟通，反馈信息的速度更快，实时性强。

通过对上述三种网络动画仿真演示方法的分析发现，CAD软件具备简单的动画设计功能，利用装配模块和机构设计模块完成，主要适用于零件较少，模型结构简单的情形。当模型结构复杂时，可以通过CAD的接口把模型导入到动画设计功能更强的CAXA中完成。CAXA中时间轴理念的运用节省了时间，为提高视觉效果创造了更多的机会。为了提高网络动画仿真演示的可交互性和远程交流，避免提供给用户一种设计好的一成不变的模式，让其可以任意观察模型的局部特征，而且由被动变为主动，基于VRML语言的动画仿真方法被运用，但它也存在着缺陷，即三维建模较不容易，需要利用接口从CAD软件中导入三维模型来完成建模操作，经过验证极少出现数据丢失的现象。

 

3 结束语

 

对于网络动画仿真演示实现分析的研究在机械制造、航空航天等领域都有重要的意义，其通过仿真软件的运用模拟实体，呈现给用户各个视角的产品信息，与二维图像相比更易于理解和评价，确保了产品的完整性。另外，网络动画仿真演示能够实现人机交互，有利于用户能够进行远程交流并快速反馈意见，为智能、精准掌握产品内部结构提供了新的科学方法，具有很好的应用前景。在将来的学习和研究中还应不断深入，解决目前仍存在的一些问题，为我国仿真技术的发展贡献自己的一份力量。

 

参考文献：

[1] 张平豪，吴新跃，李琦.网络动画仿真演示实现的研究[J].机电产品开发与创新,2005.

[2] 王亮，王展旭，杨眉.二级减速器网络虚拟动画仿真的设计与实现[J].现代制造工程,2008,(3).

[3] 蒋婧.汽车虚拟动画与仿真评价[D].南京理工大学硕士学位论文,2013.