三维动画软件3DMax在虚拟有机化学实验中的应用_图文

1、三维动画软件3DMax在虚拟有机化学实验中的应用车喜全,任铁军(通化师范学院化学系,吉林通化134002摘要:通过一虚拟有机实验室的建立,对3DM ax在有机化学仪器的三维立体模型的建立,玻璃材质的制作,实验现象的虚拟及此过程中部分关键参数的设定等问题进行探讨并制作完成了有机化学实验软件.关键词:有机化学实验;3DM ax studio;三维动画;虚拟实验室中图分类号:TP391.41文献标识码:A文章编号:1008-7974(200306-0068-041引言3DMax是一种PC机的三维动画制作软件,多用于影视制作、工业建筑设计.基于此,想到如利用3DMax来创建三维虚拟实验室,一旦模型建成

2、就可以从各方位,以任意视点与角度对实验进行观察,这将大大提高课件的质量与使用效果,同时可以虚拟出一些高度危险或因缺少仪器设备条件等而无法实际操作的实验.2工具软件辅助软件Photoshop(图象加工M ovie Maker(视频剪辑压缩Flash MX(辅助动画制作G odenware(音频编辑2.2选用3DMax studio作为三维动画的理由3DMax所需系统配置较其它三维软件(M AY A LIGHT W AVE等并不太高.提供了强大的三维建模功能、渲染功能.最终产品可输出为3VI、3MP、3AV等多种常用格式,可供其它软件引入使用.3虚拟实验室创建部分3.1有机仪器建模所谓建模就是在三

3、维空间内创建出所需物件的三维模型.建模的方式很多,如基于样条曲线的对象,Patch面片对象,Mesh网格对象,NURBS曲面对象等.由于有机化学实验仪器多为规则的几何体或几何体的有机组合与变形,因此可采用将仪器单纯化,分解为单纯的几何体.分别创建这些简单的几何体,然后依据仪器形态,使用各种修改编辑器对这些几何元素进行进一步的加工编辑,最后利用C om pound Objects(合成对象命令面板中的移动、旋转、缩放、对齐、复制等操作整合为所需的三维的仪器模型.例:分液漏斗的建模(1选择某菜单命令FileNew创建一新的场景文件,选择创建命令面板下的选项卡,在其下面的创建类型选项中选择stand

4、 primitives(标准几何体类型,单击其下的sphere按钮.(2在顶视图中按住鼠标左键不放,拖拽产生一球体,释放鼠标左键结束操作,在参数面板中将收稿日期:2003-06-30作者简介:车喜全(1954-,男,通化师范学院化学系副教授.segment设为13(即可减少模型的复杂度,又利于下步的操作.在球体上单击右键,从弹出菜单中选择convert to editable poly将其变为可编辑PO LY多边形(如图1. (图例1(3在SE LECTI ON区中将当前的次级结构编辑层次选为点,并在前视图中选中球体下部可编辑点向下拖拽,适度调整其它点,使球体在前视图中呈梭型.再添加一Tube

5、物件,移至适当位置.选择Meshsm ooth光滑物件,分液漏斗主体部分完成(如图2-1、2-2. (图例2-1(图例2-2(4选择Creat Stand Primitives Tube将精度设为1(作为分液漏斗的活塞外侧部分.转换成可编辑P oly多边形.在前视图选择上部一行编辑点,选取等比例缩放工具,使物件呈现为梯形.将当前次级结构编辑层次选为面,经Extrude(挤压,拉伸等操作.完成对象的编辑(如图3-13-2 (图例3-1(图例3-2(5用类似方法编辑创建两个活塞.(将Tube改为Cylinder圆柱体即可.(如图4-14-2 (图例4-1(图例4-2(6使用选取移动工具,在各视图中

6、调整各部件于适当位置,组合成分液漏斗状.使用Attach 命令将各部分进行整合(因其为活动部件,所以上下活栓除外.单击FileSave完成建模.最终渲染效果如图例5: (图例5按住Alt键与鼠标中键在透视图中从各角度观察模型,看是否还需调整.另外对于剖面对称的化学仪器,如圆底烧瓶等采用Lathe回旋法也很适用.简略步骤:画出二维剖面图Lathe回旋参数设定完成3.2演示实验仪器材质的制作与编辑能否制作出逼真的玻璃仪器是虚拟实验室成败的关键,玻璃材质在有关资料中有简略描述,但对于实验仪器并不十分适用.经多次尝试,仪器的玻璃材质的制作方法如下更接近于真实仪器:在材质编辑器中选择一新的材质球,点取A

7、ssign Materal to Selection将材质指定给前步制得的仪器模型,设置参数.部分关键参数设置如下:材质类型Phongspeculorlevel(高光级别值为300G lossiness(光泽度值为64Ambient:黑Luminosity:白Diffuse:白Transparency:白Reflect:黑index of rate:1.2.展开Maps点取Reflection右侧的None按钮在Material/Map Browser浏览器中选择Ray trace.玻璃材质只能在渲染视图中才可见其效果.3.3演示实验的环境编辑3.3.1摄像机的运用摄像机用于拍摄三维动画的场景

8、,在3DMax中可以创建两种类型的摄像机T arget Camera(目标摄像机和Free Camera(自由摄像机,在仪器组装动画采用Free(自由摄像机效果较好,适合观察各个部分细节.而在观察一套完整的实验装置时T arget(目标摄像机更为适用,即拍摄点固定不动,将镜头的目标点连接到动画对象上.拍摄角度跟随摄像机的位置的变化而变化.3.3.2环境灯光灯光是创建真实世界视觉效果最有效的手段之一.演示实验环境较其它环境单一,只侧重于仪器的表现,因此采用Omni(泛光灯即可,对场景进行均匀的照明,在参数面板中设置合适的投影,会大大增加动画的立体感,而玻璃仪器投影颜色的设置为较淡的灰色较好,当然

9、也要看具体实验仪器的多少、场景的大小等因素进行适当的调整.3.3.3创建通用灯光选择RenderingEnvironment,在其中参数设置中可对通用灯光进行调节,通用灯光在演示实验中应设为白色较亮为好,因为有机实验仪器中大部分为透明的玻璃仪器,如灯光较暗,玻璃材质的透明效果就难于表现出来.而过于明亮,则玻璃仪器会显得过白,使仪器显得真实感差,且使整个场景平淡缺乏层次.3.4演示动画的制作主要谈谈在有机演示实验三维动画中的制作技巧与经验.3.4.1仪器安装动画的制作在仪器安装动画中采用从时间轴后部向前部进行制作的方式会使演示动画的制作变得相对简单.3.4.2简单流体动画的制作可采用P oly多

10、边形变形动画制作(注意贴图透明度与光泽度的设置.3.4.3火焰、烟雾效果的制作在环境选项卡中选择E ffectsm ore可找到火焰、烟雾参数设置面板或在网上找相关插件.此两种现象只能在Perspective及Camera视图的渲染效果图中观察到其效果.3.5渲染渲染输出是三维动画制作过程的最后一步,也是决定动画影片最终效果的重要环节.在演示实验中所有玻璃仪器只有在渲染后才能见到其效果.渲染输出一部动画影片要耗费大量的时间,如果在渲染输出过程中发现动画前期编辑有误,往往整个过程都将重头再来,所以在最后渲染输出之前应当不断使用菜单命令AnimationMake Pre2 view,通过生成的预览

11、影片发现并改正错误.对于渲染输出格式的选择,考虑到质量、分辨率及通用性,最好存储为3.avi全祯非压缩格式.值得一提的是渲染速度的问题,通常一段200帧无其它额外材质的动画,渲染时间大约为34分钟,而如果其中包含其它贴图材质尤其是玻璃等透明、半透明的材质,渲染时间则会猛增为45小时(系统配置不同时间也会有所差异,但这个比率几乎是相同的.而有机实验动画中又不可避免地要使用玻璃材质.因此在仪器建模时应尽量减少仪器模型的复杂度,多使用Mesh sm ooth命令;在保证动画完整性的同时,应尽量缩短动画所占帧的长度.3.6后期整合与再加工将所制得的各演示动画应用M ovie Maker Primere

12、等视频编辑软件进行压缩,但经实践多数视频压缩软件压缩后其图象损失过大.因此除很长的实验演示动画外,其它均可用Flash MX新增的视频导入功能进行压缩,这样在质量与所占大小之间可取得一个较理想的平衡点.同时Flash MX的强大交互功能可弥补3Dmax在交互功能方面的不足.最后将所得各演示动画整合为一系统的有机实验室.三维虚拟实验室的建立是对课件制作方式的一次改革与尝试.尽管它在很多方面还需改进与研究,但这毕竟是突破了二维空间的限制,增强了实验动画的立体感,使其更具逼真性,因此它必将是未来课件,尤其是自然学科课件的发展方向.参考文献:1唐泽圣.三维动画3D S tudio M AX R4M.北

13、京:电子工业出版社,2000.12.2张溪,汪志远.中文3DS M AX5.0实用实战教程M.北京:兵器工业出版社,2002.10.3曾昭琼,曾和平.有机化学实验(第三版M.北京:高等教育出版社,2001.5.(责任编辑:高俊丽The Application of3D MAX in the Conjecture Experiment of Organic ChemistryCHE X i2quan et al(Department o f Chemistry,Tonghua Teacher s College,Tonghua,Jilin,134002 Abstract:Through the setting2up of one conjecture laboratory of organic chemistry,the applications of3D M AX in the setting-up of the3D m odel of organic chemical instrument,the making of theglass material,the conjecture of experi