（光学工程专业论文）汽车车身cai系统理论与应用研究.pdf

摘要 x 3 s 3 1 2 3 计算机辅助教学( c 舡) 是现代教学的重要手段和方法。本文通过对 c a i 系统的理论分析，系统阐述了汽车车身c a i 的设计原理及设计过程， 并在此基础上编制了汽车车身c a i 系统的计算机辅助教学软件。全文分为 六部分，第部分对c a i 的内容以及国内外研究状移谖珩了阐述，并介绍 了论文选题背景；第二部分对系统设计目标、设计要求、系统的总体结构 以及支撑平台的选择等方面进行阐述；第三部分介绍了汽车车身知识的结 构特点和知识的整理过程；第四部分从界面设计、多媒体素材设计、程序 设计等方面介绍车身c a i 系统的设粥丑程；第五部分介绍了汽车车身习题 库设计过程以及设计过程中的兀个关键问题，第六部分介绍了车身c a i 系 统的安装、运行及j 恳出。 关键词：汽车车身，计算机辅助教学( c a d ，多媒体，数据库 a b s t r a c t c o m p u r t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a i ) i st h ei m p o r t a n tm e t h o do fm o d e r n e d u c a t i o n t h et h e o r ya n da p p l i c a t i o n so fc a r b o d yc a is y s t e mi sd i s c u s s e d g e n e r a l l yi nt h i sp a p e r s i xs e c t i o n s a r ei n c l u d e di nt h i sp a p e r i nt h ef i r s t s e 以o r l , t h ec a ii sd i s c u s s e di nt h eg e n e r a l ；i nt h es e c o n ds e c - t i o l l , t h r e ea s p e c t s t h a ti n c l u d et h ed e m a n do f t h es y s t e m , g e n e r a lf i a m e w o r k , t h ec h o o s eo f s o f t w a r e a r ed i s c u s s e d ；i nt h et h i r ds e c t i o n , t h et y p i c a l i t yo fc a f l x ) d yk n o w l e d g ea n dt h e p r o c e d u r ea r ed i s c u s s e d ；i nt h ef o r t hs e c t i o n , t h ed e s i g no f m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e , t h ep l 删o no fm a t e r i a l , t h ed e s i 弘o fp r o g r a m sa l ed i s c u s s e d ；i nt h ef i r t h s e c d o n , t h ed e s i g np r o c e d u r eo fe x e r c i s e sd a t a b a s ei sd i s c u s s e di nd e t a i l ；i nt h e s i x ms e c t i o n , t h ew h o l ee x e c u t i v ep o c e s so f t h es o f t 、) v a l ei sd i s c u s s e d k e y w o r d s ：c a r b o d y ，c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a t ) ，m u l t i m e d i a ， d 缸2 d 3 。s e i i 1 绪论 1 1 概述 i 1 1 c a i 概述 在人类发展的历史上，教育始终起着重要的作用。几千年来，人类正是 在同大自然的斗争和生产实践中，辅以教育不断获取知识，并得以代代相传。 教育作为一定社会的产物，它一方面受到社会发展的制约，另方面，它的 发展又必然会促进社会的进步，因此，随着社会的进步和科技的发展，要求 对教育的各方面，包括教育思想、教育观念、教育内容、教育方式和教育手 段等方面作出相应的改革。 传统教学是教师面对学生进行的教学活动，主要是教师讲学生听，教师 主宰着课堂。随着时世的变迁，以传授知识为主要目标，以教师、课本为中 心的传统教学活动，已不能满足时代的要求。新时代对教育提出了新的要求： 学生在课堂上不能仅仅是学到知识，而更主要的是获得学习知识的方法和技 能，信息时代的教学活动不应以开发人的记忆为主要目标，而应以开发人的 智力、创造力为主要目标，这就要求对教育进行必要的改革。 在众多的教学改革方法中，计算机辅助教学是一个重要的、行之有效的 方法和手段。 计算机辅助教学( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n 简称c a i ) ，是一种以计 算机作为工具进行辅助教学的新型教学方式，它以计算机为媒介，通过“教 师一计算机一学生”或“计算机一学生”之间的交互作用达到教学目的。 c a i 与传统教学方式相比，最显著的区别在于它的交互性、集成性和自适 应性。它的交互性使教学变成学生与计算机的交流，从而极大地提高学习者 的学习兴趣。它的自适应性是指计算机能根据学生对问题的回答情况来决定 教学的内容或进度，以适应各个学生的不同需要，可以根据用户的不同水平 或文化层次提供不同类别的教学内容；它的集成性使学生能充分利用多种教 学媒体进行学习，并使教学中的几个过程融为一体。 南京理工大学硕士论文 绪论 随着多媒体技术的出现，多媒体c a i ( m c a i ) 也相继成为一种重要的手 段。多媒体技术的教学应用是指利用多媒体计算机来综合处理和控制符号、 语言、声音、图形图象等多媒体信息，把多媒体各个要素按教学要求，进行 组合并显示在屏幕上，同时完成一系列人机交互式的操作。通过多媒体c a i 使学习者获得多重刺激，从而提高学习效果瞳】。 多媒体c a i 应具有以下特点： ( 1 ) 交互性强。所谓交互性是指学生与计算机之间有频繁的直接通讯活 动。c a i 频繁的交互活动使计算机之间、学生与教师之间、学生与学生之间 有着广泛的教学交流，形成开放的积极的教学环境。 ( 2 ) 个别化教学程度高。所谓个别化教学是指按照学生个人特点因材旌 教。主要表现在：通过“人机对话”，允许学生自己控制学习进度根据学生 当前的知识水平，为其提供难度适中的教材，选择合适的教学内容、进度、 节奏；教学内容及模式丰富多彩，把各种不同教材与教师的经验适当融合在 一起，制作出各种符合不同教学特点的教学模式，使学生从不同的角度加深 对学科知识的理解和技能的训练。通过计算机组成的图、文、声、像并茂的 演示系统，形成视听一体、形式多样的教学模式。 ( 3 ) 科学性强。忠实地反映科学客观规律，又能够反映复杂的学科知识 的变化情况。 ( 4 ) 界面友好，操作简便。通过鼠标、键盘就可以实现接个教学过程。 c a i 教学形式多样，大体可分为三种类型【3 】：第一种为课堂演示型，主 要目的是辅助教师的课堂讲解。该类软件使用方便，对教师没有特殊的计算 机知识要求，对于教室的讲课环境也没有过高的要求，容易纳入学校的教学 实践活动。第二种为个别化教育型，主要用于课外辅导，学习内容面面俱到， 规模小，形式多样化。第三种为知识扩展型，其目的旨在扩大学生的知识面， 它通过选择有代表性的主题，用生动活泼的学习方式激发学生的好奇心和兴 趣。 c a i 设计不可避免会涉及到一个重要概念一“课件”，对它的含义解释 很多，目前还没有统一的说法，但从狭义的观点来说，课件就是教学程序、 c a i 教材；从广义的观点讲，课件除了包含用于教学的教材外，还应包括学 习者与计算机间的各种信息传递和处理等更广泛的内容口l 。本文中的“课件” 南京理工大学硕士论文 绪论 引用了这一观点中的狭义说法，即本文中的课件是指c a i 教学程序。 1 1 2 车身结构与设计常规教学方法与现代教学方法 现代汽车逐步发展到今天，车身工程已成为汽车人日益关注的重点。目 前设有汽车专业的工科院校大多开设有车身方面的课程。目前各院校车身教 学方法普遍采用传统教学方法，称车身常规教学法。车身常规教学方法通常 是教师与学生间面对面的的交流，其流程如图1 1 1 所示。 图1 1 1 常规教学系统流程 在车身传统教学中，黑板、挂图及胶片，显得单调枯燥，且内容静止， 形象孤立，缺乏联系，学生的理解效果差，虽然辅以实物模型，效果仍不能 令人满意。同时，由于汽车发展得很快，车身造型和外部结构的种类繁多、 更新快，传统教学显然在时间上滞后于这一变化，不利学习者掌握新知识， 跟上时代的变化。因此，为了使学生能更好的对专业知识有更深刻的感性认 识，提高教学效果，制作出适合本专业的车身c a i 软件势在必行。 现代教学方法一计算机辅助教学的基本流程如图1 1 2 所示。 南京理工大学硕士论文 绪论 学 习 新 课 或 复 习 图1 1 2 c a i 教学流程 从图1 1 2 流程图可以看出，c a i 教学主要是学生与计算机之间的交互 过程，这种采用多媒体技术提供给学生知识的学习方法比常规教学方法具有 巨大的优越性。 1 2c a i 发展状况 c a i 的发展经过了这样的一个历程：1 9 5 8 年美国i b m 沃斯顿研究所设 计出了第一个计算机辅助教学系统，标志着c a i 的产生；6 0 年代是c a i 的 启蒙时期( 主要在美国) ：7 0 年代则是c a i 的实验期( 主要在美国、西欧和 日本) ，8 0 年代由于微型计算机技术的快速发展，使得c a i 的应用普及成为 可能：9 0 年代的c a i 则进入了一个网络化和多媒体化的时代【4 l 。 早期的计算机受到技术的限制，如运行速度慢、存储空间小、色彩、声 音难以表现，远不如录音机、电视录像等媒体，因而极大地制约了c a i 的 效果。近年来，随着超大规模集成电路的诞生，计算机运算速度大为提高， 大容量硬盘和光盘等存储设备的出现，为计算机存储和输入大容量信息提供 了技术手段，这些都为c a i 的发展提供了新的契机。特别是9 0 年代发展和 逐渐成熟起来的多媒体技术，将文本、图象、动画和声音等各种信息进行处 南京理工大学硕士论文 理和控制，使其根据需要进行有序组合，随机再现，这也是早期c a i 软件 系统亟待解决的问题。 我国c a i 的发展，主要经历了三个阶段：第一阶段，从6 0 年代开始， 到7 0 年代末，由于国内的具体情况，从事c a i 研究工作的人很少，还没有 走出实验的范围。第二阶段，8 0 年代，计算机辅助教育有了较大的发展。1 9 8 7 年，成立了全国计算机辅助教育学会。这个时期研制出的一些教学软件，起 点还比较低，水平也不高。在此期间，计算机辅助教育开始引起我国教育主 管部门的注意。第三阶段，进入9 0 年代，计算机辅助教育在全国范围内引 起了各方面的广泛兴趣，教育界、学术界、出版界和一些相关的公司都对此 密切关注，尤其是教育行政部门更加予以重视。1 9 9 1 年以来，国家教委高 等教育司为了推动计算机辅助教育在中国的开展，采取了一系列政策措施， 推动了计算机辅助教育在我国的发展，与此相适应，高等教育出版社出版发 行了一批系列化教学软件。1 9 9 6 年底，在国家教委的多方面努力下，国家 计委正式批准了一个“九五”国家重点科技项目：“计算机辅助教学软件研 制开发与应用”。这标志着我国在c a i 研究和应用方面开始走上与国际接轨 的道路【l “。 目前我国c a i 存在的不足是： ( 1 ) 课堂教学软件的不足 据统计，目前教学软件中，总复习和试题题库的光盘占3 8 ，各年级分 科教学占4 3 ( 大部分适用于个别化学习，很难作为课堂教学使用) ，百科 类的软件占1 0 ( 这类软件由于设计思想不是教学所用，只能作为个人学习 所用) ，辞典或词典类软件占1 0 。从以上数据看，尽管各类基础教育软件 所占比例相当高，然而真正能用于课堂教学的多媒体应用软件微乎其微。由 于近几年人们已经认识到多媒体计算机技术在课堂教学中的作用，因而把多 媒体计算机技术应用于课堂教学已成为教研的中心问题。 ( 2 ) 软硬件条件制约应用的开展 由于硬件条件的制约，应用模式多种多样，对全面应用与推广多媒体技 术有一定的阻碍作用。按高标准建立的分布式多媒体教室需要投入购机资金 至少8 0 多万元以上，这对于大多数学校来说仍是一笔不小的数目，一般不 会轻易启动。尽管计算机视频处理技术已经很成熟，可是由于技术上的原因， 南京理t 大学硕士论文 绪论 现在很少有既具有v c d 视频效果，又具有交互性的多媒体教学软件。 另一方面，不少软件片面追求所谓多媒体化，没有考虑到教学使用效果。 理想的多媒体教学软件，应给使用者提供最大的灵活性，比如媒体的控制选 择、媒体的再利用，教师用课件创作系统去自由创作，再由教育专家剪裁。 现在的c a 远远未达到这一要求。 ( 3 ) 软件研制与教学实践脱节 c a i 系统的开发不是单纯的软件工程问题，而是一项集学科教师、教育 技术专家、计算机专家于一体的综合性软件工程，需要各方面的专家相互配 合共同完成。近几年出现了一些商业教育软件，这些软件不同程度的存在着 一些问题，其中最突出的一点是：教育软件与教学实践脱节，开发者与使用 者脱节。使得这些软件很难进入学校教育过程，发挥不了软件应有的作用。 1 3 课题选题背景及研究内容 本课题主要工作是开发适应课堂教学的车身结构与设计c a i 系统软 件，并对c a i 的设计理论进行探讨，该课题由南京理工大学立项研究，并于 1 9 9 9 年底完成设计软件的第一版。本课题的研究内容包括：对设计所涉及 的教学内容进行分析，设计系统总体结构，整理并加工素材，根据设计思想 进行具体程序设计，最后进行模块连接与运行调试。本系统运用模块化设计 原理，采用多媒体技术来实现，创造出图文并茂，生动逼真的教学环境，从 而激发学习者的学习积极性、主动性，同时丰富教学内容。 南京理工大学硕士论文 2 车身c m 系统总体设计 2 车身c a l 系统总体设计 为了有效地建立c a i 系统，实现计算机辅助教学，首先应对教学系统 进行系统分析和总体设计，明确c a i 系统应具有的基本要求和功能、c a i 系统的特性，并确定系统总体结构，从而实现对c a i 系统的有效开发p i 。 2 1 系统的设计目标和要求 2 1 1 系统设计目标 c a i 系统的教学目标是教学活动的结果，教学设计是以目标的设定作 为出发点的。系统教学目标是计划教学、实施教学、评价教学的基准，是 制造学习动机、获取学习反馈的重要依据。 在进行车身c a i 系统设计时，主要应明确以下几点：系统的教学内容 和性质；系统的使用特性；系统在教学中的地位。 在对车身c a i 系统进行分析之后，确定系统设计目标如下： ( 1 ) 系统的主要使用对象为汽车专业大专、本科学生，同时也可作为 非汽车专业的汽车兴趣爱好者了解和学习车身的工具，因此软件系统的内 容应通俗易懂，并覆盖教学大纲的所有知识点。 ( 2 ) 课件类型为演示型。主要用于课堂演示，由教师控制教学进程， 辅助教师课堂教学，这样对于学习者概念的形成、法则的理解将非常有效。 也可用于个别化学习，特别是加入练习模块以后。 ( 3 ) 本系统采用多媒体技术，充分利用多媒体的优势，将展示给学习 者一个图文并茂的教学环境，调动学习者的视觉、听觉，提高其学习兴趣， 从而到达提高学习效率的目的。 ( 4 ) 本系统以c d r o m 光盘作为最终发行介质。c d r o m 作为多媒体 信息的载体，有容量大、方便携带和流通等优点。 南京理工大学硕士论文 2 车身c a i 系统总体设计 2 1 2 系统设计要求 为了充分结合传统教学和计算机教学的优点，体现现代教学的优势，车 身c a i 系统应满足以下要求： ( 1 ) 具有良好的用户界面。操作简便，画面清晰生动，语言简洁精练， 具有一定的容错性和必要的导航措施。 ( 2 ) 整体风格统一。不同的模块可根据各自特点选择不同表现形式， 但要基于统一的风格。 ( 3 ) 具有实用性。系统设计的最终目的是为了应用，因此车身c a i 软 件系统将在功能上满足课堂教学的需求。 ( 4 ) 具有良好的可维护性、可扩充性，系统结构清晰合理，易于理解、 修改和补充。 ( 5 ) 视频文件以纯软件形式播放，无需额外硬件。 2 2 系统总体结构设计 车身结构与设计c a i 系统采用模块化思想方法进行设计。所谓模块 就是数据说明、可执行语句等程序对象的集合，模块化就是把程序划分为 若干个模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集总起来组成一个整 体，可以完成指定的功能，满足问题的要求”l 。 根据车身知识的结构特点，c a i 系统分为七个大模块：概述、车身结构 篇、车身设计篇、车身c a d 、帮助、练习及数据库。具体结构关系如图2 2 1 所示。各个模块又包括自己的子模块，并且各个模块都与数据库相连。 各模块及其子模块的功能介绍如下： “概述”模块主要介绍汽车车身的概况，包括车身材料、车身涉及面及 车身有关名词概念的解释等内容。 “车身结构篇”模块着重介绍车身结构方面的知识。这一模块包括两个 子模块：车身分类与车身基本结构。 南京理1 二大学硕士论文 2 车身c a i 系统总体设计 图2 2 1 系统总体结构 南京理工大学硕士论文 一9 ， 2 车身c a i 系统总体设计 “车身分类”子模块又包括造型特点及承载形式两部分，分别从车身造 型和承载形式来对车身分类进行说明。 “车身基本结构”子模块以轿车车身为例来说明车身的组成。 “车身设计篇”模块主要介绍车身设计的一般步骤和每一步骤的相关知 识。这个模块包括：基本思想、总布置设计、人机工程学、造型设计、空 气动力学、车身部件结构设计、车身有限元设计、其余部件设计等八个子 模块。 “车身部件结构设计”子模块分为车门设计、风窗设计、前后板制件设 计三部分。 “其余部件设计”子模块包括座椅设计、制冷及通风设计两部分。 “车身c a d ”模块主要介绍车身现代设计方法一车身c a d 的概念、设 计流程及软硬件设备等知识。 “帮助”模块主要介绍系统版本、制作成员、系统的内部约定，以及系 统的操作方法及步骤，以帮助使用者了解系统性能并掌握软件的操作。 “练习”模块包括与车身有关的1 0 0 余个习题，采用标准化答题方式， 帮助学习者进行练习训练。 “数据库”模块主要用来存储系统各种信息，以利于更新修改。这个 模块分为两个子模块：演示内容库和习题库。 2 3 车身c a l 软件开发平台的选择 c a i 创作软件的选择是c a i 开发必须要确定的内容，c a i 软件开发方法 及开发工具选择的好坏，对于课件的开发进程和运行质量会有很大的影响， 因此在开发套c a i 课件之前，必须选择一系列合理的开发工具和方法。 2 31 主要开发平台的选择 多媒体c a i 系统一般选择多媒体创作软件作为开发工具。多媒体创作 软件又称为多媒体著作工具，是指用来集成、处理和统一管理文本、图形、 南京理1 _ 大学硕士论文 2 车身c a i 系统总体设计 视频图象和声音等多媒体信息的编辑工具。一般的多媒体创作系统在生成 应用程序时，其所占据的存储空间相对较大，但它的优点是显而易见的： 它大大缩短了多媒体应用软件的开发周期，编制者只需集中精力设计软件 流程、界面和逻辑控制，而不用关心软件怎样与系统的接口以及其它基本 操作问题【】3 1 。 在车身c a i 系统的开发之前，对常用多媒体创作工具进行了分析比较， 其功能及特点见表23 1 。 表2 3 1 常用c a i 创作软件 基于图标和流基于卡片或 以结构化程序 类型基于时间轴 设计语言为基 线页面 础 a c t i o n、 a u t h o r w a r et o o l b o o k 典型创作工具 、i c o n a n t h e r 、h y p e r c a r d v i s u a lc + + 、 d i r e c t o r 等v i s u a lb a s i c 等 等等 多媒体素材的多媒体素材 以时间的先后呈现以流线为根据需要编 来实现媒体信依据，可对流辑在一幅画由可视化程序 息的呈现，适线图上任意图面中，不同语言控制多媒 特点 合制作多媒体标进行编辑，的画面交互体素材的呈 演示型c a i 软适合制作多媒呈现，适合现、运作 件体教育c a i 软制作百科全 件书型软件 操作直观简 便，在同一时 便于素材的组便于素材的 运作精确 优点间段中，可以 织管理组织管理 任意调整素材 的属性 对每一素材的当c a i 应用软要处理的内虽然基于可视 呈现要有精确件制作的很大容非常多化，但仍要求 的时间安排，时，图标和分时，卡片量有一定的程序 缺点 具体实现时， 支相应也多，很大，不利语言基础，给 调试的工作量不利于软件的于维护和修开发应用程序 很大维护和修改改带一些困难 从表2 3 1 可以看出，a u t h o r w a r e 具有多媒体素材的流线型呈现和流 线图上任意图标的可编辑性等特点，是较佳的c a i 课件开发工具，因此车 南京理_ 丁大学硕士论文 2 车身c a i 系统总体设计 c a i 系统选择a u t h o r w a r e 作为软件支撑平台。 车身c a i 系统选择a u t h o r w a r e 作为开发工具，除了a u t h o r w a r e 具有以 上的特点以外，还基于以下两个方面考虑： ( 1 ) 创作人员具有一定的编程基础，可以充分发挥和利用a u t h o r w a r e 丰 富的变量和函数、标准的应用程序接口等一系列资源优势。 ( 2 ) 为了使本系统具有良好的适应性，要求系统能脱离原编辑环境单独 运行，而a u t h o r w a r e 正好能满足这个要求。 2 3 2 辅助平台的选择 虽然a u t h o r w a r e 与o d b c 数据源之间可以进行传递数据，但是 a u t h o r w a r e 与数据库的接口操作复杂，因此在需要进行频繁数据库操作的 “练习”模块中，车身c a i 系统采用 v b 作为辅助开发平台。v b 与数据库 有着良好的接口，提供了多种与数据库引擎的接口，详细内容将在“5 5 习 题库访问”一节中详细描述。 数据库的设计采用m i c r o s o f ta c c e s s 软件，它与v b 同属于微软公司， 内部技术具有很多共同点。v b 的“内部”数据库格式与m i c r o s o f ta c c e s s 数据库使用格式相同，因此很容易实现两者间的协同工作，所以利用 m i c r o s o f ta c c e s s 实现与v b 之间的数据传递很方便，为数据库的访问提供 了最大程度的灵活性和速度【8 】。 在系统设计过程中，多媒体c a i 必然要对各种多媒体素材进行制作处 理，因此还需要其它软件进行辅助操作，本系统实现过程中的其它辅助软 件有：m i c r o s o f tw o r d ( 文字制作与公式编辑) 、p h o t o s h o p ( 扫描图片及图 片处理) 、e x p r e s s ( 封面封底文字制作及图片处理) 、a u t o c a d ( 图片制作) 、 c o o l 3 d ( 三维文字动画制作) 、a n i m a t o r ( 动画制作) 、w a v e s t u d i o ( 声音录 制及处理) 、g o l d w a v e ( 声音处理) 、s n a g i t ( 抓图) 、e a s yc dc r e a t o r ( 光 盘刻录工具) 。 南京理工大学硕士论文 3 车身知识的整理及描述 3 车身知识的整理及描述 3 1 知识整理的意义 在确定系统总体结构及各模块功能后，应在此基础上进行知识的整理， 以作为制作软件的直接依据。知识的整理也称为脚本的设计，也有文章称 做稿本编写。脚本如同电影制作中的剧本，脚本设计的好坏不仅影响到系 统的开发过程，还直接影响到系统的质量和开发效率，因此脚本的设计具 有十分重要的意义“1 。 ( 1 ) 脚本是系统设计思想的具体体现。通过脚本的编写，设计各种信 息的排列、显示和控制，并考虑信息处理中的各种编程方法和技巧，可以 将软件设计思想和方法具体体现出来。 ( 2 ) 脚本为软件的制作提供直接的依据。脚本不仅反映了软件设计的 各项要求，还给出要显示的各种内容及其位置的排列，基于学习者学习情 况的各种处理和评价、显示的特点( 颜色、动画、声象同步等) 和方法、 编程的指示和技巧等，均为多媒体软件的制作提供了直接的依据。 ( 3 ) 脚本是沟通学科教师与计算机人员思想的有效工具。传统的软件 开发是由学科教师和计算机软件制作人员组成的，由于学科教师缺乏计算 机技术知识，而计算机软件制作人员又缺乏学科的专业知识，所以很难进 行沟通。通过脚本的制作，实现了教学思想、教学经验与计算机技术的统 一和结合。 3 2 知识整理方法 在进行知识整理时应始终遵循“知识第一”的宗旨，以大纲的“知识点” 为基础，利用计算机，把传统教学难以解决的知识点形象化、具体化和深 刻化。 在对知识的整理时，不是简单地将一本书的内容原封不动地在显示器上 显示和解说，而是以某一本或几本书作为重点参考，辅助以其它参考书的 内容，以教材的章节为顺序，对每一部分的内容进行整理和补充，确定哪 南京理工大学硕士论文 3 车身知识的整理及描述 一部分适合于显示器显示，哪些内容可通过语音录入，且哪些内容需通过 图文才能表述清楚。切忌将c a 课件做成“电子书籍”式的系统。脚本设 计在遵循“尊重知识结构”的原则基础上，还应对教材中内容不足的部分 进行补充，对教材表述不清的部分和难以理解的部分进行重新描述。 知识整理主要包括两方面内容：一是知识单元和知识点的划分；二是 知识结构的设计”。 ( 1 ) 知识单元和知识点的划分。知识单元是构成多媒体教学软件系统的 重要部分。不同的知识单元，在屏幕设计和联接关系上有很大的区别。一 般情况下，知识单元即为某个知识点或构成知识点的知识要素。教学内容 可划分成若干个知识单元，每个单元中包含若干知识点，有时，不同教学 环节的练习也可划分为独立的知识单元。 知识单元的划分具有以下两条准则：一是在考虑知识的事实、概念、 技能、原理、问题解决等基本属性的基础上，将不同类型的知识单元划分 为不同的知识单元；二是考虑知识内容间的逻辑关系，比如可以将因果关 系的知识内容划分为不同的知识单元。 ( 2 ) 知识结构的设计。知识结构是指各知识内容之间的相互关系及其 联系的形式。由于一套完整的教学软件是由若干各相对独立的单元构成， 因此，知识结构的分析重点是分析各单元内容知识点与知识点的相互关系 及其联系。 3 3 车身知识的特点 汽车车身的知识特点包括以下几个方面： ( 1 ) 知识的相关性。汽车车身作为汽车的三大总成之一，既是一个独 立模块，也是一个有机的整体，它所包含的知识是非常复杂的，各知识块 之间存在的联系，就如车身零件的装配与联结一样，是通过某些环节相互 关联，并形成较复杂的树状层次结构，树状层次结构中的每一个节点均包 含一个知识点。 ( 2 ) 知识的独立性。汽车车身知识的独立性是指各单元知识所包含的 内涵是独立的，在分析某一知识点的特性和内容时，把该知识点独立提取 出来，屏蔽其它知识点，而不影响分析结果。 南京理t 大学硕士论文 3 车身知识的整理及描述 ( 3 ) 知识的实践性。车身知识与生产实际联系密切，汽车作为一种产 品，起源于设计，来源于生产，因此车身c a i 的脚本将充分考虑设计与生 产的各个环节。 ( 4 ) 知识的易获取性。车身所包含的知识在很多书本及影像制品中有 所涉及，因此车身c a i 系统拥有丰富真实、直观、形象的知识。 3 4 车身g a i 系统的知识整理 车身结构与设计是汽车专业的一门重要专业技术课，大约占4 0 个 学时左右，据此确定对车身结构与设计相关知识的划分以及整理方法。 3 4 1 知识单元和知识点的划分 根据车身的知识特点以及知识的整理方法，车身c a i 系统将车身结 构与设计c a i 划分成五个大知识单元，即车身概述、车身设计、车身结构、 车身c a d 和练习。 车身概述单元包含三个知识点：车身材料、车身涉及面和车身相关名 词概念。如图3 4 1 所示。 图3 41 车身概述单元的知识点划分 车身结构单元包含三个子单元：按造型特点的车身分类、按承载形式 南京理t 大学硕士论文 3 车身知识的整理及描述 的车身分类以及车身基本结构。其中造型特点按轿车、客车、货车分为三 个知识点，如图3 4 2 ；承载形式按承载类型、半承载类型、非承载类型分 为三个知识点如图3 4 3 ；车身基本结构按轿车的部件总成分为发动机罩、 顶盖等十二个知识点。 图3 4 3 承载类型单元知识点划分 车身设计单元包括设计概述、总布置设计、造型设计、人机工程、空 气动力学、有限元设计、车身部件结构设计、其余部件设计八个子单元。 概述单元的知识点为车身设计要求；总布置设计单元分为三个知识点：轿 车、客车和货车；其余单元也各自分为若干个知识点，这里就不一一介绍 了。 车身c a i 知识结构犹如许多零件最终装配成整车一样，所包含的知识 点之间存在着直接或间接的联系，通过这些联系最终形成一套完整的车身 c ar 的知识结构，如“车身结构”单元知识的“造型特点”与“承载类型” 的知识点组成“车身分类”的知识节点，“车身分类”与“车身基本结构” 南京理工大学硕士论文1 6 3 车身知识的整理及描述 知识节点组成“车身结构”知识单元，结构形式见图3 4 4 。 图3 4 4 “车身结构”知识结构图 “车身设计”单元的知识结构图见图3 4 5 。 图3 4 5 “车身设计”的知识结构图 “车身c a d ”单元的知识结构图见图3 4 6 。 图346 “车身c a d ”的知识结构图 南京理工大学硕士论文 至 一 一 罔国罔圉 一悼协懈怕懦一 3 车身知识的整理及描述 3 , 4 2 车身知识的计算机表示 知识的计算机表示是指将知识点、知识节点以及知识单元等信息在计 算机中以语音、文字、图象等形式表示出来，如“车身基本结构”的计算 机表示方法： “车身基本结构”知识节点隶属“车身结构”知识单元，下分1 0 个知 识点：挡泥板、顶盖等。这1 0 个知识点具有相同的计算机表示方法： 文字：知识点( 挡泥板、顶盖等) 的简要说明，采用翻转方式切入， 位置紧接动画位置下部，由a u t h o r w a r e 软件的显示图标( d i s p l a yi c o n ) 制 作实现； 图像：采用统一界面背景，由图像制作软件制作，显示图标显示； 动画：知识点( 挡泥板、顶盖等) 的结构图，采用闪烁方式表示，位 置位于界面中心，由a n i m a t o r 软件制作，数字电影图标播放； 语音：知识点( 挡泥板、顶盖等) 的详细说明，与动画同时开始与结 束，由外部软件和设备制作录音，由声音图标播放。 计算机表示方法图见图3 4 7 。 图3 4 7 计算机表示方法 其它部分的表示方法与此相同。 南京理工大学硕士论文 4 车身c a i 系统设计过程 4 车身c a i 系统设计过程 4 1 车身c a l 系统的界面设计 人机界面是人和计算机进行信息交换的通道，用户通过界面向计算机输 入信息进行查询、操作和控制，计算机则通过界面向用户提供信息以供阅读、 分析、判断。人机界面不仅是计算机科学与认知心理学相结合的产物，而且 还涉及到哲学、生物学、医学、语言学、社会学等多方面的科学。 车身c a 系统属于认知辅助教育软件，认知理论认为知识的重心应置 于认知的主体一“人”的身上，强调主体在认知过程中的主动性，而不是探 讨知识的客观性问题【”。根据这一理论，学习者在学习的过程中有更大的主 动性，可由自己来选择路径，形成自己的认知结构。人机界面要求友好，也 就是指界面能容易被理解、被接受，容易被掌握和使用。所以在本系统的开 发研制当中，从以下几方面考虑，尽量使科学的认知结构与学习者的认知结 构相匹配： ( 1 ) 界面风格应与课件主题内容和使用对象的特点相统一。比如，针对 中小学生设计的c a i 系统，界面要活泼有趣，配以轻松的音乐，易于吸引 学生注意力，调动其学习兴趣；而本系统是针对大中专学生的专业课学习设 计的，所以界面风格相对严肃，并把重点放在人机交互上，交互形式与一般 流行软件形式相同，但又尽量不失特色。图4 1 1 为车身c a i 系统封面，图 4 1 2 为系统菜单主界面，两者的背景色采用由浅至深的过渡色，并伴有有 轻松明快的音乐。 南京理丁大学硕士论文 4 车身c a i 系统设计过程 图4 1 2 系统菜单主界面 ( 2 ) 人机界面应有适宜的人机交互方式。人机交互是人机界面的主 要部分，教学系统应提供学生易理解、易操作使用的交互界面，人机交 南京理工大学硕士论文 4 车身c a i 系统设计过程 互的方式有：问答式对话、菜单界面、功能键、图符界面、填表界面、 命令语言界面、查询语言界面、自然语言界面等。在车身c a i 系统中， 主要采用功能键和图符作为人机交互的方式，它的优点是学习容易，减 少学习者的记忆负担和输入量，使操作加快，减少出错率，增加信息量； 功能键的缺点是缺乏标准，如果功能键的定义不一致会引起记忆和操作 上的麻烦，过多的功能键，容易引起混淆，使寻找某一功能键和键入某 一功能信息的速度减慢，所以本系统尽量简化了功能键，且与文字直接 配合，使其更明了。图4 1 _ 3 为“车身设计篇”的界面形式，该界面采用 闪烁的文字按纽作为交互形式，点击闪烁的文字即可进入下一步的学习。 图4 1 3 “车身设计篇”界面形式 南京理工大学硕士论文2 1 4 车身c m 系统设计过程 ( 3 ) 人机交互的频率应适当。当学习者连续选择几次人机交互后，还未 进入实质学习内容，很快就产生厌倦情绪，也容易使学习者失去导航，得不 到要领，甚至会越学越糊涂。为了避免这种情况，车身c a i 系统把交互融 入学习内容中，比如在进行车身分类一节的学习时，可在介绍完不同类型的 轿车名后，点击轿车名进行进一步的学习。如图4 1 4 。 图4 1 4 交互融于内容示例 ( 4 ) 人机界面应具有较好的容错性。当学习者进行误操作时，车身c a i 系统设计有及时的出错处理、出错警示和帮助功能。比如学习者点击失效按 扭或无效画面，系统会发出“叮、叮”的提示音。 ( 5 ) 人机界面具有良好的可视性。人机界面是学习者直接面对的，故要 符合人的视觉、听觉和感官要求，以刺激学习者的学习兴趣。车身c a i 系 统采用统一的界面，选择心理效应爽快、轻松的蓝色为背景色，并注重选择 与之相适应的前景色。在切换画面时，采用“淡入淡出”、“翻转、滚动”、“左 右翻”等画面技巧，并配以能衬托气氛的声效和背景音乐。 4 2 素材设计 多媒体c a i 的最大优点是利用计算机技术，将书本知识以声音、文字 南京理工大学硕士论文 4 车身c a i 系统设计过程 和图形图像等形式表现出来。多媒体素材的准备是多媒体c a i 应用软件的 重要阶段，因此如何将脚本的内容计算机化将是另一关键。脚本内容的计算 机化称为素材的准备。素材的设计包括文本的制作、图形图像的获取和处理、 声音的采集合成以及动画的制作设计”“。 4 2i 文本的制作 车身c a i 系统文本的录入直接在开发平台a u t h o r w a r e 中进行， a u t h o r w a r e 具有较强的文字处理功能，包括字体、大小、风格等，也可对颜 色进行调整。 国d i s p l a y 际为a u c h 。r w a r e 软4 牛中自蜥文本编辑的显示际 该图标可以以多种特殊效果来处理所建立或载入的文本、图形图像，同时提 供面向对象图像工具箱的存取【l ”。 显示器上显示的文本内容是对教材的提炼和总结，它在c a i 系统中起 提示作用。但是显示文本太多，会使屏幕杂乱无章而刻板，同时也不利于学 习者的重点记忆，视觉感官性能差，所以尽可能不出现大量的文字，而以简 洁的形式表达文本。但并不是显示文本越少越好，而是有重点的，并以能够 充分反映教材章节和段落内容为宜，显示文本内容越少，学生可记录的内容 就越少，课后复习的效果就越差。 把文本制作成位图文本，可以保证不论使用哪一种硬件平台或安装哪一 种字型，屏幕外观总是相同的。但是位图文本所占存储空间较大，如果把所 有文本制成位图文本，势必造成存储空间的缺乏，所以本系统中只对于标题 类型的文本运用文本位图，这样既满足了系统美观大方、提示等要求，又不 会占用太多的存储空间。 4 2 2 图形图像的获取和处理 多媒体c a i 系统中色彩和图形是c m 区别于常规教学的重要特征。车 南京理工大学硕士论文 4 车身c a i 系统设计过程 身c a i 系统中的图形图像获取采用以下几种方法： ( 1 ) 利用扫描仪扫描图像。这种方法可以得到现有资料中的任何图像， 方法简便，采用p h o t o s h o p 和画笔对所得图像进行加工、处理，如剪裁、尺 寸变换及颜色的替代等； ( 2 ) 通过专业的图形创作工具实现图形图像的获取。这种获取方法的优 点是可以制作出比较专业的图形对象，本系统中有关车门结构的介绍就是通 过a u t o c a d 制作的； ( 3 ) 利用多媒体创作工具中图形绘制工具获取。其优点是便捷快速，适 合比较简单的图形绘制，但对于较复杂的图形将非常困难； ( 4 ) 利用光盘中的现有图片。市场上发行有多种电脑美术库光盘，只是 选择起来工作量较大，并且寻找一个与主题贴切的图片比较困难；还有一种 方法是通过屏幕抓图软件从v c d 中得来，本系统主要采用了s n a g i t 屏幕抓 图软件。 图像处理时还特别注意了分辨率、亮度、对比度和色彩对比度等，还 有背景与前景的协调等问题。 4 2 3 声音的采集与播放 声音是多媒体c a i 软件中的另一有效手段，它可以加强画面的表现效 果，车身多媒体c a i 中的声音包括语音和背景音乐两种，语音由人工录入， 背景音乐由音乐光盘采集。 车身c a i 课件设计使用的是装有声卡的多媒体计算机，采集声音相对 较容易。用于解说的语音直接通过声卡提供的麦克风输入口录制。对于特殊 效果的声音，通过现场录制，或可剪辑其它录音，然后进行数字化处理。背 景声通过截取唱片、广播等的声音获得。 在语音录入的过程中，要适当选择采样频率和采样精度，两者选择的好 坏将直接影响播放效果。采样频率是指对声音每秒钟进行采样的次数，它反 映采样点之间间隔的大小，大多数语音的频率范围在3 0 0 h z - - 6 h z ；采样精 度用来表示信号强弱的数据所用的二进制数的位数。采样精度与采样频率越 高，语音文件所占存储空间越大。一般语音以8 位采样精度、i 1 0 2 5 采样 频率就能较好的还原，所以车身c a i 系统将语音采样精度设置为8 位，采 南京理工大学硕士论文 2 4 4 车身c a i 系统设计过程 样频率设置为1 1 0 2 5 k h z ，并且采用单声道，这种设置所需的字节数仅为 o6 6 m b m i n 。 车身c a i 系统中语音采用w a v 格式音频文件，背景音乐采用m i d i 格 式音频文件，主要考虑到这两种格式产生声音的方法完全不同，可以同时播 放，不起冲突，再者m i d i 格式所占存储空间也小的多。但在应用中发现如 果将背景音乐和语音分开制作，然后同时播放，效果有时往往欠佳，所以课 件设计中将部分语音和背景音乐一起录制，也有部分用声音制作软件，如 w a v e s t u d i o ，把语音和背景音乐进行合成处理，效果非常理想。 圉s o u n d 际为a u c h o r w a r c 软件中声音际输入和播放觏 音乐剪辑及旁白，可以达到音乐光盘的高品质j 。 4 2 4 动画的制作与播放 动画可以生动直观地表现抽象的知识，因此在课件设计中动画是必不可 少的表现形式。车身c a i 系统利用多媒体创作工具的动画制作功能实现了 一些简单的图元( 如直线、曲线、文字等) 动画，例如本系统结束处的文字 动画就是在a u t h o r w a r e 中制作的，但和一般多媒体创作软件一样，a u t h o r w a r e 不能表现复杂的动画效果；所以本系统利用专门的动画创作工具，如 a n i m a t o r ，3 d m a x ，c o o l3 d 等，来实现较复杂的图形或文字动画，例如 本系统开始处的文字动画是利用c o o l3 d 实现的。 运用动画软件生成动画效果时，要注意的是动画文件格式在多媒体创作 工具中能否顺利播放，如a u t h o r w a r ep r o f e s s o r 中就无法播放c o o l3 d 、 a n i m a t o r 制作的g i f 动画格式文件。本系统采用了两种动画格式：a v i 和f l i 。a v i 格式严格说来并不是动画格式，而是一种视频格式，它不但包 含动画信息，也包含声音效果，因此就不存在声音同步问题。采用f l i 或f l c 格式可以设其背景为透明模式，使其与演示背景融为一体。 固 m o v i e 图标，为a u t h o r w a r e 软件中动画播放图标，以快速的连 续动作来展示一系列的图象，以产生类似电影的效果】。 南京理工大学硕士论文 2 5 4 车身c a i 系统设计过程 4 3 程序结构及素材集成 4 3 1 程序