3D多媒体技术（共7篇）
3D多媒体技术 篇1
摘要：3D建模就是利用三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。本文基于Maya软件研究了多媒体中多种3D建模, 通过NURBS建模与多边形建模的实际模型的制作研究了3D建模的制作方法。
关键词：Maya,NURBS建模,Polygon (多边形) 建模
一、设计思想
在3D动画建模部分一般模型可分为两类, 即规则和不规则物体。利用三维软件进行模型制作可以利用其提供的工具通过对物体的形态规则进行描述塑造出物体, 此方法多用于对于规则物体的塑造。而一般整个3D动画设计流程中的需要塑造的模型多为不规则物体, 而此类建模要求也相对要困难些, 对于整个模型的形体结构都需要很好的理解, 比如人体建模就需要对人体的比例、肌肉的结构甚至对于解剖学都需要有一定的了解, 这最终将会影响一个模型的优劣。
3D建模通俗来讲就是通过三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。建模的软件有很多, 而其中的Maya功能完善, 工作灵活, 易学易用, 制作效率极高, 渲染真实感极强, 是电影级别的高端制作软件。Maya常用的建模方式分为Polygon建模、NURBS建模、Subdivision建模等。
在整个设计过程通过使用Maya软件进行汽车模型以及卡通角色的构建更深层次的对3D模型的建造有了深刻的了解。根据NURBS更适合于建造工业模型的特点, 因而在进行汽车模型塑造的时候更多选择了使用NURBS的工具进行构建。而对于卡通牛仔因为需要对点进行灵活的调整所以选择了多边形建模这种更加灵活的建模方式。
二、建模方法
2.1 NURBS建模。NURBS (非均匀有理数B样条线) 建模, 是目前最流行的建模方法之一, 它能够产生平滑连续的的曲面, 它使用数学函数来定义曲线和曲面, 最大的优势就是表面精度的可调性。NURBS建模可使用各种专用的曲线建模工具, 如剪切、融合及缝合等。这种建模方法尤其适用于工业造型及生物有机模型等的创建。
2.2 Polygon建模。多边形建模是出现比较早的建模方法, 在目前主流的三维动画软件中基本上都包含了多边形建模的功能, 尤其使用于建筑、游戏及角色类模型。
多边形建模从早期主要用于游戏, 到现在被广泛应用, 多边形从技术角度来讲比较容易掌握, 在创建复杂表面时, 细节部分可以任意加线, 在结构穿插关系很复杂的模型中能体现它的优势。但是, 它不如NURBS有固定的UV。
2.3 Subdivision建模。细分建模是一种比较新的建模技术, 它综合了NURBS和Polygon的技术和优势。Subdivision创建的模型拥有像NURBS一样光滑的表面, 但是它可以是一个整体, 不用像NURBS建模一样, 使用面片缝合等技术, 不用担心表面的连续性和接缝等问题, 而且像Polygon一样, Subdivision表面可以有任意的拓扑, 可以任意连线。不像NURBS表面一样一定要四边形。细分表面可以只在需要细节的部分执行细分操作增加顶点, 以便编辑更多的细节。这样可以让模型尽量减少不必要的顶点, 既减轻了系统的运算负担, 又保证了模型的精细度。它的工具简单, 操作方便, 但是由于技术上还未完全成熟, 对于后续工作的支持和运算速度仍然有些问题所以较少的用于大型项目的生产, 但在创作静帧作品时是不错的选择。
2.4雕刻建模 (Zbrush) 。雕刻建模就是直接使用雕刻刀工具对模型表面进行雕刻最终塑造出模型的方法, 整个雕刻过程更加形象化。
ZBrush是一个数字雕刻和绘画软件, 它以强大的功能和直观的工作流程彻底改变了整个三维行业。在一个简洁的界面中, ZBrush将三维动画中间最复杂最耗费精力的角色建模和贴图工作, 变成了小朋友玩泥巴那样简单有趣。设计师可以通过手写板或者鼠标来控制Zbrush的立体笔刷工具, 自由自在地随意雕刻自己头脑中的形象。至于拓扑结构、网格分布一类的繁琐问题都交由Zbrush在后台自动完成。细腻的笔刷可以轻易塑造出皱纹、发丝、青春痘、雀斑之类的皮肤细节, 包括这些微小细节的凹凸模型和材质。Zbursh不但可以轻松塑造出各种数字生物的造型和肌理, 还可以把这些复杂的细节导出成法线贴图和展好UV的低分辨率模型。
2.5纹理置换建模。纹理置换建模是指使用纹理贴图的黑白值映射出表面的几何体形态, 常用于制作一些例题花纹、山脉地形等模型。
三、汽车模型制作
1.分别在Maya的三个视图界面导入需要制作的汽车模型三视图, 并在透视图观察并调整参照图, 调整好位置好, 创建一个层把参照图选择进层中, 并把曾改成不可选中模式。完成以上步骤后保存文件。
2.进入侧视图, 创建CV曲线利用侧面和顶视图的参照视图画出车子的车盖、后车盖和挡风玻璃部分的上下轮廓, 执行放样命令创建出车盖和挡风部分。通过调节点或者壳线调整大型使整个模型过度圆润。
3.使用NURBS面片或者使用CV曲线勾勒轮廓然后放样大体的塑造出车身部分, 构造出车子的整体大形。在制作过程中为保证段数平均可以执行重建曲面命令重建曲面是保证每个面的段数平均。
4.调整好后把整个模型转为Polygon, 然后在侧视图和前视图通过画线工具画出车轮与车灯的区域, 在每添加一段线之后要通过不断的调点来保证点的均匀分布。使用Merge命令把各个部分的合并成一个整体, 然后通过添加环线命令, 在车身添加环线, 进入组件模式参照刻画出车身细节。
5.创建一个NURBS面片调整段数, 进入组件模式选择壳线的选择方式通过条件构建出车身内部的结构, 再创建几个段数比较少的圆通过压缩删面和多边形Cube组合使用塑造出车座部分。
6.进入正交视图使用CV曲线勾勒出车轮的外轮的一条线执行旋转命令, 建造出车轮胎的部分, 然后再创建一个NURBS球体使用分离曲面命令取出球的顶面部分, 创建多个NURBS圆环通过压缩调整到合适位置后在正交视图映射到球面上然后执行剪切命令, 匹配好位置, 构造出车轮部分。
7.匹配好各部分的部件后, 继续的使用加线命令添加更多的点对照参照试图刻画更多的细节使整个车型过渡更加的圆润起来。
8.刻画出足够多细节后执行Smooth命令, 在Hypershad界面中给车子的各部分附上材质球, 颜色部分添加File节点添加贴图。
四、卡通模型制作
1.点击菜单Create→NURBS Primitives→Sphere创建一个球体, 旋转球体把接缝调整到后面, 再旋转90°, 进入球体的组建模式, 移动前面一圈的点大致放置到角色嘴巴的位置, 调整出头的大体形状。再选择菜单Modify→Convert→NURBS to Polygons把NURBS转化成多边形。
2.选择菜单Create→Polygon Primitives→Cylinder创建一个NURBS圆柱体, 在大概离圆柱顶面1/4位置的两侧剪切出马甲的袖口, 删除前面两个面调整点或者使用晶格调整圆柱使其呈现出衣服褶皱的形态。
3.再次执行圆柱体创建命令使用晶格命令, 选择晶格的控制点对身体的上部分进行调整再创建一个NURBS球体进入组建模式选择中间的一圈线执行Detach Surfaces将球体分割成两半删除上半部分调整好位置, 再把NURBS模型转化成多边形, 然后把对两个模型进行Combine, 挤压出牛仔的手臂和腿的部分, 调整比例塑造出身体的大型后, 调整出手臂袖口。
4.创建一个Polygon Cube添加段数在长方形后边上下部分分别执行Extrude命令, 挤压出鞋口和鞋跟部分, 在长方形靠近地面的一周向外进行挤压构造出鞋沿的造型, 进入组建模式调整长方形的点, 使其形成一个鞋子的形态。调整过后执行Smooth命令, 使整个模型变的平顺起来。最终构建出牛仔的靴子的形态。
5.切换到Surfaces菜单创建一个Cylinder提取出圆柱的顶面, 再切换到Animation菜单创建晶格通过晶格调整面片制作出帽檐的形态, 再执行NURBS to Polygons命令把面片转成多边形。创建一个Polygon Cube增加它的分段数然后进入它的组建模式调整点形成帽子顶部的形态, 然后两个多边形结合在一起执行Combine命令, 这样一顶牛仔的帽子就制作好了。
6.创建一个正方体执行Smooth命令后, 执行缩放命令将多边形压扁后调整点制作出耳朵的形态, 创建一个正方形添加足够多的段数删除部分的面进入组建模式调整点够着出卡通模型头发的部分, 最后对整体进行匹配使用多边形构造出牛仔小的配件, 将各部分的模型调整到何时的位置然后打组, 执行Smooth命令。
参考文献
[1]铁钟.Maya 2012完全学习手册[M].北京:清华大学出版社, 2013:1-1.
[2]周进.三维动画专业教程:Maya[M].北京:高等教育出版社, 2012:1-1.
[3]Digital-tutors.Maya Hyper-Realistic Creature Creation[J].John Wiley&Sons;2nd Revised edition, 2008:5-5.
3D多媒体技术 篇2
1 Java 3D技术简述
该技术的出现并不是偶然的, 而是在技术不断发展的前提下产生的一门新兴的技术, 是以二维技术为基础的, 在三维领域中, 该技术的出现属于一项重要的革新, 因此具有更加重要的意义。通过Java 3D在教学中的应用, 可以开展多种多样的活动, 例如计算机的编程, 三维动画的演示以及三维游戏的出现都是在Java 3D技术的基础上实现的, 在未来社会的发展中, 这一技术的应用相信会为人们的生活带来更丰富的体验。因为Java3D中并没有包含一些基本的形体, 但是这并不影响其使用, 通过与其他软件的结合使用, 一样能够达到理想的效果, 构建出相应的立体形态。
2 多媒体教学平台的应用意义
随着学生对这一技术的兴趣愈发高涨, 在当前的多媒体教学过程中, 教师更加应该将Java 3D技术与教学的内容有机的结合在一起, 对于提升学生的学习兴趣具有重要的帮助, 同时, 学生在学习的过程中, 还可以通过对这一技术的学习, 更加广泛的应用在日常生活中, 使其真正的价值得到充分的发挥。在传统的多媒体教学中, 教师通常会将教学内容以课件的形式展现在学生眼前, 最初确实可以满足学生的学习需要, 但是随着计算机技术的发展, 课件的形式已经完全不能满足学生的需要了, 同时, 教师与学生长期在传统的教学模式中学习, 创新性的思维已经不复存在了, 为了改变这一弊端, 应该采取有效的措施突破思想上的束缚, 以一种全新的方式提高多媒体课堂的教学水平, Java 3D技术的出现带来了一丝生机, 这一技术的应用, 可以将学习的内容变得更加丰富, 有助于学生综合能力的提升, 包括动手、动脑的技能都可以得到全面的改进, 在现代化的社会发展中, 这一技术具有重要的实际意义, 采用三维立体的技术可以将原有的不能直观体现的场景以一种虚拟化的形态得到展现, 这是Java 3D技术在多媒体教学中最大的突破, 因此受到学生以及教师的青睐, 并且更加容易被学生所接受。下面我们就进一步的了解Java 3D技术在教学中的应用以及对未来的发展建设。
3 Java 3D技术在多媒体教学平台的应用
该技术的出现是以三维模型为基础建立起来的, 因此, 人们从直观上能够感受到立体感, 并且在头脑中形成这样的模型, 更加具有真实感。并且这一技术仅仅需要一台计算机就能实现。最早Java技术只是用来编程的工具, 并不存在更多的应用范围。随着对这一技术的发展与进一步应用, 逐渐发展成为Java 3D技术, 3D就是一种三维的虚拟空间, 人的肉眼通常只能看到二维空间中的事物, 但是通过计算机的设置以及Java 3D技术的应用, 就能够将三维空间的环境展现在大众的面前, 并且可以创建更为虚拟的场景, 只要设计出相应的编程程序, 就能实现情景的再现。在计算机如此普遍的今天, 采用Java 3D技术应用在各种领域中已经不是一个不可能完成的梦想。在多媒体教学中, 利用远程的方式开展网络教学就是与传统教学模式相分离的一种重要的教学手段, 这是在传统基础上实现的一种新的方式, 网络教学的优势在于不受时间与地点的限制, 能够随时随地的开展教学活动, 实现师生之间的互动。只要登录到网站上进行学习, 教师会随时对学习中的重点与难点答疑解惑。将传统的教学模式与现代化的教学方式有机的结合在一起, 具有十分重要的现实意义, 并且逐渐在广大学生中流行开来。
利用计算机进行教学的方式在今后的发展中必将愈发广泛, 为了适应这一发展变化, 加强学生对于计算机的应用就就具有一定的必要性, 开展理论与实际相结合的一体化进程能够有效的提升学生对于计算机的实际操作能力。同时, Java Web是学生应该重点掌握的一门应用技术, 在实训的过程中, 建立起一套完整的项目案例, 在学生完成任务的过程中, 掌握相应的技能是一种有效的手段。学生在进行网络学习的过程中, 主要是以Web平台为主要的应用系统的, 而Java 3D技术具有跨平台的特点, 能够加快运行的速度, 因此将Java EE与Java SE作为主要的开发语言, 应用在网络教学的过程中。
开发过程中, 类的实现是核心问题。在用面向对象风格所写的系统中, 所有的数据都被封装在类的实例中, 而整个程序则被封装在一个更高级的类中。根据需求分析和数据库设计可知, 系统可以以数据库的表为基础设计四个类:用户类、菜单类、信息类、留言类。这四个类是整个系统的核心, 设计阶段是以这个核心为基础, 逐步完善系统的各个功能, 从而最终实现整个系统的需求。Java 3D开发应用的教学案例以完整的软件项目结Java 3D开发技术的方式分别介绍了Java 3D开发应用中所使用的服务器端技术。内容涵盖Servlet的生命周期, 如何在Java EE服务器上部署Servlet, 怎样从Html页面访问Servlet, 以及怎样从JSP跳转至Servlet页面中等。通过项目任务的指派, 引导学生在操作步骤的指引下自主独立的完成实践任务, 然后再体会项目设计的思路和流程, 从而掌握专业知识的要点。
4 结论
综上所述, Java 3D技术的出现有效的解决了多媒体教学过程中出现的诸多问题, 同时, 课堂教学的效果也得到了明显的改善, 本文通过对多媒体教学平台的论述, 将这一技术更为直观的展现在广大师生面前, 希望在今后的生产生活中, Java 3D技术能够不仅仅应用在教学中, 还可以广泛推广到更多的领域中。
参考文献
[1]卢海霞.基于Java 3D技术的科学计算可视化研究[D].华北电力大学 (河北) , 2006.
[2]叶建军.Java 3D与分布式虚拟环境的构建[D].昆明理工大学, 2006.
3D多媒体技术 篇3
1 3D成像原理 (3D Image Theory)
3D立体成像技术是利用计算机图形成像技术和图形图像处理技术, 根据人类眼睛视觉生理特点, 将二维图像转换为三维立体显示输出, 从而产生视觉三维模型和“虚拟真实”的立体视觉场景。目前常用的三维显示技术都是基于人眼立体视觉原理, 此外直接显示物理意义上的三维图像信息的体三维显示技术和全息三维显示技术也是目前热门发展的方向。
根据人眼立体视觉原理, 模拟形成人工立体视觉必须具备以下4个条件: (1) 所观察的两幅影像必须有符合人类视觉的左右视差; (2) 两眼必须分别观察左右或上下不同的影像, 即实现“分像”; (3) 两幅影像所放置位置必须成相应视线成对直线相交, 即消除上下视差。 (4) 两幅影像的大小要一致。
人类通过进化产生视差, 对立体视觉形成起着非常重要的作用。视差产生是由于人左右眼之间有一定距离, 未成年人大约为45~55mm, 成年人大约为65mm。正常人都是用双眼来辨认三维空间物体, 在观看空间某个物体时, 物体图像就从左右眼睛两边稍有差别的角度进入眼睛, 由于存在角度偏差, 反应在大脑中就会产生“立体视觉”, 两个画面组合在一起, 便产生立体感, 从而能够判断物体前后关系, 被观察物体在人左右眼视网膜上所形成像的差异就是双眼视差。物体在可见光的照射下, 在左右眼视网膜上形成图像, 由感光细胞将其转换成神经脉冲信号, 经神经纤维传入大脑视觉神经中枢进行处理和融合, 由于视差作用, 人就能感受到所看到物体的立体层次。
2 3D多媒体教室设计
根据3D立体成像技术原理, 2014年广西医科大学附属口腔医院建立3D多媒体教室。3D多媒体教学系统是全部电化教学、计算机辅助教学和演示手段, 是目前新兴、最具感染力、效果最理想的教学演示系统。它将多媒体计算机 (能支持3D播放) 、3D投影机等先进的视听设备以及其他可遥控设备有机地连接, 构成现代化3D视听教学环境。
2.1教学设备组成
3D多媒体教室教学设备由多媒体计算机 (能支持3D播放) 、3D投影机、圆偏振光3D眼镜、蓝光3D高清播放机、APPLE TV3、5.1影院级音响系统、灯光分区控制、中央控制系统、150-300英寸3D全屏金属投影屏幕、
2.2支持3D播放多媒体计算机配置
CPU:至少在intel core i3 CPU以上, 内存:至少在4G以上, 显卡:至少在1G独显以上, 同时带有VGA、HDMI、DVI接口, 硬盘:至少在500G以上。
2.3金属投影幕布的选择
金属幕是在树脂板外涂层紧致细密的金属分子组成蜂窝阵列, 从四周入射的干扰光波在经过该阵列时振荡、衰减并被吸收, 这一特性使金属投影屏具备超高对比度和超强的抗环境光干扰能力, 黑色更黑, 彩色更亮, 即使置于灯光明亮的室内, 甚至是在非阳光直射的户外, 均能杜绝传统珠光投影幕影像模糊的雾状感, 提供明亮、清透、完美图像效果, 有效成像点距超细, 是普通屏幕的1/50-1/30, 这就使显示精细程度提升数十倍, 影像清晰细腻、锐丽无比。尤其在显示动态视频或图片时, 极强的层次感和纵深感令影像鲜活灵动、栩栩如生, 特别适合进行3D电影、3D动画等显示。
金属幕分为金属软幕与金属硬幕两种, 金属幕较传统的珠光屏幕创造了全新的投影概念, 使3D投影设备的放映效果得到提升, 最大程度地过滤了周围环境的光线, 大大提升了画面的质量。
金属幕尺寸的选择, 要根据多媒体教室的面积大小、容纳学生的数量和金属幕放置位置的比例大小确定。
2.4 3D投影仪的选择
笔者采用了爱普生推出的首款整套被动立体投影产品, CB-W16SK投影机 (标称光亮度 (流明) 3000标准分辨率, (dpi) 1280×800 (光学参数) , 投影机类型3D投影机:技术类型及规格0.59英寸, 对比度5000:1, 灯泡功率200W, 灯泡寿命 (小时) 4000小时, 投影参数变焦比1-1.2x梯形调整功能垂直:±15度) 标配原厂偏振片、叠放架及被动3D眼镜, 更加方便使用及施工人员的安装。同时由于使用原厂偏振片及3D眼镜, 大大提高了光的利用率, 投影机通过偏振片的光利用率达到80%以上, 通过眼镜后, 整体光利用率达到60%以上, 使3D效果更加明亮。CB-W16SK可连接播放全3D格式, 不需额外增加3D格式转换设备, 更加方便高效的享受3D效果。
2.5 3D眼镜的选择
根据3D显示器面板类型, 选择3D眼镜类型, 笔者推荐使用偏光式3D眼镜属于被动式3D技术, 眼镜价格较为便宜, 使用方面比主动式3D眼镜方便。目前3D电影院、3D液晶电视等大多采用的是偏光式3D技术。左、右眼影像无需切换, 不会产生眩晕感觉, 彻底消除眩晕造成的疲劳感, 适合长时间观看。
2.6蓝光3D高清播放机的选择
1920×1080p HDMI高清解像輸出, 更支援24fps直接输出 (只限BD) , 不仅支持蓝光光碟, 而且USB支持视频格式Div X Plus HD/Div X/MKV/WMV/AVI/JPEG播放支援 (USB/DVD/CD/LAN) , USB支持音频格式MP3/WMA播放支援 (USB/DVD/CD/LAN) 。配合蓝光影碟 (BD-ROM) 和USB外存保持电影流畅播放, 彷如置身现场一样。而高清音效亦包括了最高格式的DTS-HD Master Audio及Dolby True HD, 并经HDMI输出Bitstream讯号。此外, 要获得身临其境的音响效果, 最好还能具备PQLS技术, 只需透过HDMI接口, 便可以LPCM/Bitstream形式传送几乎全无抖动的多声道音乐数据, 提供可能的最佳音质。
2.7影院级音响系统配置
为了能够保证5.1声道的原汁原味, 突出5.1声道系统的效果, 对每一个音箱的位置都有非常严格的要求, 不能随意摆放, 也绝对不能按照一般的方法来摆放音箱, 其实有一个非常简单实用的法则, 就是高音音箱摆在高处, 低音音箱摆在低处。前方音箱以一字型排开的方式面对聆听者摆放, 左右分别放置一个音箱, 中置音箱放在屏幕的后方。前置音箱与中置音箱的高度尽可能相同, 如果是阶梯教室的情况下, 尽可能放置在阶梯教室水平中线位置, 而且这三个音箱的正面应在同一平面上, 中置音箱根据场地情况稍微向后一些, 但其正面应与前置音箱的正面平行。前置左右两音箱之间的距离与听者的位置有关, 在正常的观看位置上, 音箱与听者的角度为45度。
2.8灯光分区控制配置
投影是通过幕布反射光来呈现影像, 光反射的过程中会出现衰减。为了能呈现良好的投影效果, 多媒体教室灯光控制上, 要根据场地情况合理配置灯光。首先, 要进行灯光分区控制管理, 幕布至第一排座位为前区, 第一排至最后一排为后区, 左右走道为一个控制区;其次, 在后区要设置强光和弱光, 左右走道也要设置强光和弱光;还要设置一组对着讲台的面灯;在上课时, 关闭前区灯, 开启讲台面灯、后区和左右的弱光灯。最大限度的减少灯光对幕布发射光的影响, 已达到还原原本物体的真实颜色。
3 3D多媒体教室应用中易出现的问题及解决办法
3D多媒体教室是多个系统的组成的综合体, 目前在国内也处于起步阶段, 在运行一年多的过程中, 笔者总结了以下几个方面常见故障及解决方法。
(1) 3D投影机在2D模式下投影2D多媒体内容, 工作一段时间后, 会出现画面模糊的情况。原因是爱普生推出的首款整套被动立体投影产品CB-W16SK投影机, 因为投影机工作一段时间后, 产生较大热量, 引起叠放架发生热涨, 导致上下两台投影机相对位置发生细微偏移。解决方法:1.在资金允许的条件下, 多安装一台投影用于播放2D多媒体内容;2.用硬纸片折成直角, 放置在低位的投影上, 遮罩住低位投影的光 (注意不能使用投影上自带的遮光板, 否则投影会自动停止运行) 。
(2) 3D投影机在3D模式下投影3D多媒体内容, 工作一段时间后, 会出现画面模糊的情况。原因是爱普生推出的首款整套被动立体投影产品CB-W16SK投影机, 因为投影机工作一段时间后, 产生较大热量, 引起叠放架发生热涨冷缩情况, 导致上下两台投影机相对位置发生细微偏移。解决方法:在课间休息时间, 老师使用投影遥控器微调“调整投影机位置”, 使其达到最佳投影状态。
(3) 在中央控制器上进行多信号源间切换的过程中, 有时会出现投影机无信号提示信息。解决方法:重新启动投影, 问题就可以解决。
3D多媒体教室建设, 目前在国内处于起步阶段。时代变化的思考中, 笔者如何在数字化时代做好教学工作, 3D多媒体教学将是又一次推进教学改革和提高教学质量的重要手段。根据教育部加速教育信息化, 以信息化促进教育信息化发展的要求。笔者将在3D多媒体教室建设实践中, 不断的改进3D多媒体教学技术, 改善3D多媒体教学环境, 提高3D教学效果。
摘要：科学技术的发展不断推动着教学方法和环境的进步, 创新思维视域3D多媒体教学的引入将改变传统2D教学方法和教学环境。3D多媒体教学技术在教育领域开始起步, 越来越受到教育界的关注, 应如何设计和建设高等院校的3D多媒体教室是其中的一个重要环节。依据医学院校的教学特点和规律, 探讨了3D多媒体教室的基本结构, 介绍了3D多媒体教室的设备配置及技术指标, 总结了在使用3D多媒体教室过程中经常出现的故障, 并针对这些故障进行原因分析, 提出实用的解决方法。
关键词：3D,多媒体教室,高等院校,教育,教学方法
参考文献
[1]王琴, 郑敏.基于物联网技术的智慧多媒体教室设计[J].实验室研究与探索, 2014, 33 (3) :127-130.
[2]周纲, 胡晓源.关于多媒体教室设计与实践[J].电化教育研究, 2001, (9) :75-77.
[3]李蕾, 王健, 曹俊.3D影响资源在教育中的应用分析[J].中国电化教育, 2011, (2) :77-80.
[4]玉琨, 邝海.3D手术视频在口腔颌面外科临床教学中的应用[J].大众科技, 2015, (12) :130-131.
[5]梁佩莹, 蔡忠岳, 陈培宏, 等.教室灯光智能控制系统的设计[J].智能化仪器及其应用, 2014, 37 (9) :83-87.
[6]薛胜兰.多媒体教室音响系统的设计与调整[J].声频工程, 2010, (12) :19-22.
[7]李耀麟, 陈健祥.多媒体教室扩声系统优化的研究[J].井冈山学院学报:自然科学版, 2008, (10) :43-46.
[8]李运江, 李宏阶.多媒体教室声学设计[J].四川建筑科学研究, 2008, (10) :172-175.
[9]陈金坤.多媒体教室扩声系统的设计、管理与维护[J].音响技术, 2004, (1) :34-36.
3D多媒体技术 篇4
1 材料与方法
(1) 开发工具:以Authorware7.0为主, 辅以Photoshop等其他图像制作软件。
(2) 教学内容:以高等医学院校本科教材教学大纲为指南, 参考Authorware多媒体课件制作教程[3,4,5,6,7], 确定所需要的多媒体教学素材, 包括文字、声音、图像、动画、视频等。
(3) 设计思路:根据超声心动图教学特点, 精心编写文字脚本, 按照模块化设计方法, 将系统设计为5个功能模块:超声心动图的类型、正常超声心动图、声学造影、心功能测定、异常超声心动图。计算机选用Intel Core2Duo (Penryn) CPU, 处理频率>2 GHz, 内存>2 GB, 显示模式>16位, 硬盘容量>320 GB;DVD-ROM驱动器速度>32倍速;操作系统选用Windows XP。
2 软件设计
按照脚本设计思路, 将超声心动图的类型、正常超声心动图、声学造影、心功能测定及异常超声心动图这5个模块在内容上进行分层: (1) 超声心动图的类型模块包括:二维超声心动图、实时三维超声心动图、M型超声心动图、多普勒频谱超声心动图、彩色多普勒血流显像; (2) 正常超声心动图模块包括:超声心动图的常用切面、正常M型超声心动图、正常多普勒频谱超声心动图、正常彩色多普勒血流显像; (3) 心功能测定模块包括:左室心功能测定、右室心功能测定; (4) 声学造影模块包括:声学造影简介、声学造影常用造影剂、声学造影的临床应用; (5) 异常超声心动图模块包括:心脏瓣膜病、先天性心脏病、心肌病、冠心病以及其他心脏疾病。软件总体结构图, 见图1。
2.1 软件片头
片头是软件制作的关键环节。首先, 利用Photoshop7.0对准备好的原始图片进行适当处理;然后利用Photoshop7.0的分层处理功能, 将处理好的图片分层放置在背景图片上, 调整其大小及相对位置, 保存为1张整体图片;最后对整体图片中的各个要素进行归并裁切处理[8]。
打开Authorware7.0, 新建1个大小为800×600的文件, 将文件属性设置为“显示菜单栏”。拖放1个“音乐图标”到流程线上, 导入片头音乐。在“音乐图标”的下方拖放数个“显示图标”, 依次导入裁切好的素材图片, 调整相对位置, 点击属性设置对话框处的“特效”按钮, 设置转场效果。在“显示图标”间各放1个“延时图标”, 将延时时间设置为0.5 s, 实现转场延时。裁切好的片头素材图片及程序设计界面图, 见图2。
程序运行时, 背景图片、立体心脏图片、心脏4腔心图片会伴随片头音乐一次展现出来, 并会以展现的整体界面为背景拉出用Photoshop7.0制作的具有立体效果的软件标题。
2.2 软件主界面
主界面导航页面分为5个单元, 分别为超声心动图的类型、正常超声心动图、心功能测定、声学造影、异常超声心动图, 模块间采用按钮链接, 以便于教学进程的交互。导航按钮包括“未按”状态和“按下”状态, 按钮设计可利用Photoshop的图像分层处理功能实现。各个章节的导航按钮图片制作好后, 打开Authorware7.0并拖放1个“交互图标”到片头程序的下方, 命名为“目录”。在“目录”的右侧拖放5个群组图标, 将“交互方式”设置为“按钮”方式。点击按钮属性设置对话框, 将“响应”中的“擦除”设为“在下一次输入之后”, 分支设为“重试”, 单击“按钮”, 打开“按钮”选择对话框。在“按钮”选择对话框中单击“添加”按钮, 打开“按钮编辑”对话框, 在“未按”和“按下”位置单击“导入”按钮, 导入已制作好的按钮图像文件。最后点击“确定”, 将制作好的按钮分别导入到软件主界面的背景界面, 实现导航功能。软件主界面效果图及程序设计界面图, 见图3。
程序运行时, 从主界面可自由选择各章节, 但无论进入哪一章节, 右下方的“音乐开关”和“退出”按钮都是有效的。这是因为我们在“目录”交互结构前加入了1个名为“永久按钮”的交互结构。单击“音乐开关”和“退出”按钮, 打开属性设置对话框, 然后在“响应”选项卡中把“范围”选为“永久”, 激活条件设为within@“exit”, “擦除”设为“在下一次输入之后”, “分支”设为“返回”, 实现永久交互功能。
2.3 软件各单元内部界面
在主界面单击导航按钮, 可以进入到各单元内部界面, 进行超声心动图的学习。各单元内部界面及程序设计大体相同, 在此以“正常超声心动图”中的“超声心动图常用切面”为例, 对单元内部界面的制作进行详细介绍。
正常超声心动图单元在内容上包括超声心动图常用切面、正常M型超声心动图、正常多普勒频谱超声心动图、正常彩色多普勒血流显像。我们用Authorware7.0“下拉菜单”的交互方式, 实现单元内部的交互功能。双击“第二章”的“群组图标”, 在流程线上放置3个“显示图标”, 分别命名并导入设计好的背景图片及标题, 作为内容界面背景。为了实现一定的延时效果, 在“显示图标”的下方放置1个“延时图标”, 时间设为0.1 s。在延时图标的下方拖放4个交互图标, 并在交互图标的右侧放置数个“群组图标”。交互方式设为“下拉菜单”方式, 响应范围为“永久”, “擦除”方式为“在下一次输入之后”, “分支”设为“返回”。最后根据教学内容分别为“交互图标”和“群组图标”命名。为了能够从单元内部界面返回到导航界面, 我们在单元内部界面加入了1个“返回目录”按钮, 具体的实现方法为在最后1个交互图标的最右侧加入2个“群组图标”, 将他们的交互方式分别设为“按钮”和“条件”。单击“按钮”, 导入返回目录按钮图片, 将响应范围设为“永久”, “激活”条件设为within@“第二章”, “擦除”设为“在下一次输入之前”, “分支”设为“退出交互”;单击“条件”, “擦除”设为“在下一次输入之前”, “分支”设为“重试”, 这样就可以使“返回目录”只在第二章内部有效, 单击“返回目录”, 即可返回导航主界面。单元内部界面设计效果图及程序设计界面图, 见图4~5。
程序运行时, 进入单元内部界面, 根据自己的需要点击Windows窗口下方的“下拉菜单”, 选择要学习的内容, 单击后激活对应的分支, 进入教学内容界面。教学内容界面的制作与单元内部界面类似, 只是“二维”和“三维”按钮的交互方式采用的是“热对象”交互方式。这是因为“热对象“交互方式只对指定对象产生相应的激活功能, 使操作更加精准。在“二维”、“三维”按钮的属性设置上, 将他们的响应范围设为“永久”, “擦除”设为“在下一次输入之前”, “分支”设为“返回”。单击“二维”或“三维”视频按钮, 即可观看相应的视频, 单击“返回目录”, 即可返回到软件主界面。
2.4 退出界面
退出程序主要使用编程语言来实现程序间的跳转。在“退出”按钮下方加入1个“计算图标”, 输入Go To (Icon ID@"exit") , 单击“退出”按钮时, 可跳转至“exit”。在程序最后拖放1个“群组图标”, 命名为“exit”, 双击“群组图标”, 在流程线上拖放1个“显示图标”, 导入退出背景, 再加入1个“延时图标”, 延时时间为1 s, 最后放置1个“计算图标”, 输入Quit (0) , 退出程序。
3 软件测试
3D超声心动图多媒体教学系统制作完成后, 对系统进行了多次调试并在医院及医学院校进行了试用。试用过程中针对软件在程序及内容上的不足进行了完善, 对发现的问题及时进行了修改。
4 教学效果
在影像专业超声诊断教学试用过程中, 与传统教学方式相比, 应用3D超声心动图多媒体教学系统能够加深学生对超声诊断内容的感性认识和理解, 同时也激发了学生的学习兴趣。尤其是三维心脏常用切面及实时三维超声心动图的引入, 不但弥补了以往教学软件的不足, 而且简化了教学过程, 使以往抽象的内容变得具体化, 从而使学生更容易学习和理解。100份问卷调查显示, 学生满意度高达98.6%。
参考文献
[1]王新房.立体三维超声成像的原理和应用及其发展前景[J].中华超声影像学杂志, 2008, 17 (10) :914-917.
[2]姜娓娓, 郑永平.三维超声成像在乳腺癌诊断中的现状与发展[J].中国医疗设备, 2012, 27 (3) :6-13.
[3]章静.如何设计多媒体教学课件[J].科学教育论坛, 2005, 11 (7) :178-179.
[4]徐定华, 缪亮, 陈丰.Authorware多媒体课件制作实用教程[M].北京:清华大学出版社, 2005.
[5]张远龙, 王兢.跟我学做多媒体一精通Authorware 7.0[M].北京:中国科学技术出版社, 2004.
[6]蔡儒冠.运用Authorware7.0制作多媒体课件的几点技巧[J].中国电化教育, 2004, 23 (8) :76-78.
[7]刘瑞雪.多媒体课件开发流程研究[J].延安大学学报, 2002, 21 (1) :24-26.
3D多媒体技术 篇5
摩登舞内容丰富,普及性强 ;具有严格的规范性。男女舞伴的上体和髋部要保持相对稳定,女伴则要在此基础上保持胸腰来展现女性的曲线美,以这种状态来完成各种前进步、后退步、旋转以及舞蹈造型等,使得舞蹈整体移动性强,所以摩登舞富有很强的技巧性,现在能把摩登舞技巧完美展现出来的人越来越少。摩登舞作为体育舞蹈的一大类,起源于欧洲国家的宫廷舞蹈,以不同的音乐节奏、不同的身体线条、不同的舞蹈步伐、不同的舞蹈姿态,展现人的思想情感,经过历史的发展和时间的推移,也已发展成为可感而又抽象的艺术形式,同时逐渐演变出高贵大方、优美飘逸、端庄稳重的特点。再者由于摩登舞本身较高的难度和严格的规范使得能跳出摩登舞特点的人就越来越少,这就对摩登舞技巧的教学方法提出了更高的要求。
体育舞蹈的传统教学方法主要包括讲解与示范教学法,多媒体教学法,表演教学法,实践教学法,练习式教学法,结论式教学法等,这些教学方法的缺陷是需要老师花费大量的精力,一节摩登课结束后老师会筋疲力尽。在上个世纪末,电化教学开始逐步推广,在这种模式中学生可以观看到其他舞者的表现,通过对比来提高自身的水平。但是这些传统的模式都非常依赖于教师,可以说教师就是整个教学过程的核心,即使是电教化,也必须依靠教师对视频的讲解和解析。
1 摩登舞教学的特点和方法
1.1摩登舞教学的特点
1.1.1双人合作教的特点
摩登舞由于是双人舞,它的教学方法将区别于一般的学校体育教学,摩登舞教学需要男女教师配合进行。由男女教师配合示范才能使学生看清男女舞步的区别,看清动作的方位、变化以及双方的情感交流。学生还可以从中获取舞蹈所要表现的风格以及舞者所展现出的神韵。这样就可以加深学生对舞蹈的全面理解,并融入自己的风格、情感和特色。
1.1.2双人合作学习的特点
摩登舞是由双人配合完成的,这就决定其学习过程是一个复杂的过程。男女舞伴除了要掌握自身动作,还要领会男伴的引领和女伴在跟随和运步时传递信息的方式。只有双方在配合学习,共同练习,共同磨合中探索经验和技巧,才能实现信息的双向传递,使双方的配合达到完美的境界。
1.1.3舞伴的固定性
体育舞蹈是双人以上共同完成的,相对固定的舞伴是体育舞蹈的基本要求。在练习过程中,男女舞伴要有较高的默契度,这就注定男女双方需要长期磨合。因此,相对固定的舞伴是必不可少的。
1.1.4注重形体和架势的训练
优美的姿态和正确的架型是体育舞蹈中表现动作美的关键。架势是指体育舞蹈中男女运动员互相握持所形成的标准姿势。标准的架势不仅可以展现男性身体的挺拔感、女士线条的曲线美,还能影响到男女双方的配合,如男伴的引领和女伴的跟随。
综上所述的摩登舞教学的特点,同时基于时代的发展和进步,要求摩登舞的教学方式顺应时代发展的要求,不断推陈出新,在教育教学的实践中探索出新的教学方式。
2 摩登舞教学的方法
2.1表演教学法
指推选出学生中比较优秀选手,利用他们的表演示范带动其他学生学习的积极性,这样就把教学的主体由老师转换成学生,不仅能活跃课堂学习气氛,还能大大的提高学生学习的积极性。
2.2示范与讲解法
这在所有教学方法中最具直观性。示范与讲解法能在教师讲授新的课程之前,使学生在较短的时间里形成正确的动作概念,掌握技巧和正确的肌肉感觉。教师一般是边讲解边示范,这就要求教师的讲解必须根据学生的实际情况来具体问题具体分析,必须生动形象,善于运用各种比喻、夸张的手段,简单准确、通俗易懂。
2.3多媒体教学法
给学生展示国内国外的摩登舞比赛视录像以及教学视频,给学生以视听享受,这样能直观的展现教学内容。如果条件允许的话,可以对学生的舞蹈动作进行摄录,使学生能够比较直观的看到自己的舞蹈动作,自己纠正自己的错误,以达到最佳的教学效果。
2.4练习教学法
在练习过程中,学生可以切身的感受和体会各个舞蹈动作的联系,捕捉有价值的信息,自主选择练习方式,比如 :将难度动作和难度套路重复练习。从而能进一步控制身体,分析舞蹈,达到最佳的熟练程度,更好的诠释舞蹈中的情感。
2.5意念教学法
在摩登舞教学过程中,不仅要使学生掌握舞蹈动作,还需要领会舞蹈的意境和舞蹈所需要传达的思想情感。学生在练习过程中应该用心和情感去完成动作而不仅仅是简单的模仿。这就需要教师将自己的亲身经历和对舞蹈的理解讲授给学生,从而加深学生对舞蹈的理解,了解不同的舞蹈所需要的情感,从而调动学生的积极性。
2.6教师自查教学法
教学是一个不断探索和尝试的过程,那么教师在教学过程中就需要不断地自我检查,要经常自我询问 :这样教对吗?还有没有更好的教学方法?作为教育工作者,有责任和义务帮助学生找到更快更好的比较准确的学习方法。
2.7探索教学法
在教学过程中,老师和学生不仅是师生,更是搭档和伙伴。现在的教育教学过程是一个互动式教学过程,不管是老师向学生提出问题,还是学生向老师提出疑问,都是一个不断探索和不断进步的过程。
2.8反馈式教学法
教学的目的是要让学生在学习过程中受益匪浅。要达到良好的教学效果老师的教学方法必须另学生满意,简单易学,因此教师要在课后询问学生,与学生进行交流,在交流的过程中获得反馈信息,以改进自己的教育教学方法。
3 传统摩登舞教学中存在的不足
摩登舞作为一种特殊的运动项目,我们在普及摩登舞教育的同时,有必要对当前摩登舞技巧教学中的内容、方式和效果来进行分析。我国摩登舞技巧教学中主要存在以下不足 :
(一)教学内容更新速度慢,很难推陈出新。摩登舞的教学过程中离不开教师的言传身教,由于教师的精力有限,一天的课程下来就会精疲力尽,很难在教学内容上推陈出新 ;同时还需考虑每个学生的接受能力和领悟能力的不同,要达到良好的教学效果,就必须反复教学,往往教完一整套舞蹈套路需要花费大量时间。
(二)教学方式多种多样,他们相互配合,紧密联系,需要教师根据教学内容、教学进度以及学生特点合理安排教学形式,可以说教师是整个教学过程的核心。但是人非圣贤,孰能无过,教师在教学过程中往往会出现错误,比如说教师在教学过程中会忽视对舞蹈本身的理解、内心活动以及所需情感的传授,从而影响教学效果。
(三)教师与学生课后往往缺少交流,只有极少数人在课后跟老师交流心得,这样教师就很难获得反馈信息,从而教师的教学方法就很难得到改善,就很难达到最佳的教学效果。所以教学方法需要不断创新。
针对以上摩登舞教学的特点和方法以及摩登舞教学中存在的不足,笔人认为提出完整的3D多媒体实体演示模式在摩登舞教学中运用的系统方法是非常有必要的,它能大大减轻教师的负担,教师不再是整个教学的主导,还能提高摩登舞教学的效果,激发学生学习的积极性,从而推动摩登舞在全国的发展和普及。随着科学技术的发展,一些依托于先进技术的教学方法开始应用于舞蹈教学,3D多媒体就是其中最具代表性的一种方式。3D多媒体是利用高度仿真技术,将要表达的内容通过数字化手段制备成能表现出360度旋转三维立体空间结构图的多媒体技术。这种技术相对于传统的2D多媒体,最大的优势就是具有更强的直观性,能够使学生在学习过程中不仅仅看到多媒体中舞者所展现出来的舞蹈效果,还能够使学生看到舞者其他方向的表现动作,真正起到真人演示的作用。本文主要目标是通过研究3D技术的最新应用,结合舞蹈教学实际,提出完整的3D多媒体教学手段在摩登舞教学中运用的系统方法,推动摩登舞的推广和普及。
3.1摩登舞技术教学中引进3D多媒体教学手段的必要性
随着科学技术的发展,一些依托于先进技术的教学方法开始应用于舞蹈教学,3D多媒体就是其中最具代表性的一种方式。而3D技术走进课堂,走近学生的重要实现形式是虚拟现实技术。Web3D具有直观性、真实性、互动性,而基于Web 3D技术的多媒体在三维立体空间中能进行高精度360度旋转,具有很强的直观性,能将摩登舞的舞步和技巧清晰的刻画出来,真正起到真人演示的作用。而3D多媒体技术的直观性、互动性、便捷性,使学生更快地了解摩登舞、体会摩登舞。3D多媒体技术在教学中的应用势在必行。
3.1.1多媒体教学手段在技术教学中的优势和作用
运用Web3D技术制作的3D多媒体课件,具有高精度360度旋转三维立体空间结构图,具有很强的直观性,能将摩登舞的舞步和技巧清晰的刻画出来,真正起到真人演示的作用。传统的多媒体课件虽然有文本、图片、声音、视频和动画,但是显示方式单一 , 一般为平面展示,对于复杂的摩登舞技巧而言,无法比较清晰的展示出舞步中所包含的技巧,学生就不能很好的学习和掌握。
传统的多媒体课件交互性不够,利用传统的多媒体课件进行教学,学生的主体地位很难得到体现,学生之间的互帮互助很难发挥,与构建主义学习理论背道而驰。3D多媒体课件能让老师从以前的教学模式中跳出来,不再是整个教学过程的主导者,而是学生自主学习的辅助者和促进者,3D多媒体实体演示教学模式能使学生的主体地位在教学中得到体现,符合构建主义学习理论,人本主义学习理论的要求。在摩登舞技巧教学中,运用3D多媒体教学能将摩登舞技巧直观、清晰的展现出来,3D多媒体可以让学生从多角度去观察每个舞步中的技巧,如在旋转中观察反身和摆荡技巧。并成立学习小组,进行讨论、交流、探讨,使学生能够沉浸其中,融入到虚拟情境中,从而提高了学习效率,改善了摩登舞教学中的不足。
3.1.2多媒体在摩登舞技术教学中的运用
按照过去的摩登舞教学方法,总是老师讲,学生听。这样的教学方法太过于抽象、理论化,学生不感兴趣,教学效果也不好。近年来,随着3D多媒体技术的普及,这项技术也应逐渐引入到高校摩登舞课程中,并成为舞蹈教学的一个重要手段。通过3D多媒体介绍摩登舞,把一些摩登舞技术通过它演示出来,不但让学生易于接受,也在很大程度上激发了学生学习的兴趣。
4 结论与建议
3D多媒体教学手段本身存在一定的弊端,如,容易忽视教师与学生的情感互动、教师的教学水平得不到发挥,缺失自身的人格魅力、导致课堂教学主次混乱、就目前经济条件,普及性不高等。要求再引入3D多媒体教学手段的同时要处理好3D多媒体教学手段与传统教学手段的关系,不能忽视传统教学手段的优势。
让传统教学手段与3D多媒体教学手段优势互补。3D视频只能是教学过程中的辅助手段,以丰富教学内容、活跃课堂氛围,不能占主导,传统教学手段应有所保留,如 :教师与学生之间的情感交流,教师组织学生交流探索等,在实践过程中应使3D多媒体教学手段与传统教学手段的优势相融合,以达到更好的教学效果。优化摩登舞的课堂教学效果。
3D打印技术综述 篇6
关键词：3D打印,综述,应急维修
近来, “3D打印”这个词在媒体上出现的频率极高, 不但能打印模具、自行车, 还能打印出手枪等武器, 甚至能够打印出汽车、飞机等大型设备装备。作为一种新型制造技术, 3D打印已展现出了十分广阔的应用前景, 不但在交通、医疗保健、军事以及教育等机构得到充分利用, 而且在装备设计与制造、装备保障、航空航天等更多的领域展现出了强劲的发展势头[1]。
1 3D打印的概念和原理
1.1 基本概念
与传统的减法制造工序 (通过对整块材料进行“裁剪”获取想要的形状) 相反, 3 D打印技术是一种增材制造技术 (A d d i t i v e Manufacturing) , 即通过叠加式制造工序, 根据计算机数据, 利用金属、塑料或其它材料逐层自动打印物品, 因此也称作叠加成型技术或快速原型技术[2]。3D打印机是应用3D打印技术来构造物品的设备。3D打印机具有仿真性强、速度快, 价格便宜, 高易用性等优点[3]。
1.2 基本原理
首先在电脑上设计一个完整的三维立体模型 (也称为计算机辅助性设计) , 然后把胶体或粉末等“打印材料”装入打印机, 再将打印机与电脑相连接, 通过打印设备软件读取设计绘图数据, 并将数据传输至3D打印机, 从而控制印刷头的移动与材料输出。在3D打印机工作时, 塑性模型材料细丝与可溶性支撑材料将被加热至半液体状态, 然后通过印刷头输出, 精确地沉积成极其细微的分层, 把“打印材料”和三维立体模型一层层叠加, 最终把计算机上的蓝图变成实物。
印刷头只沿水平方向或垂直方向移动, 模型与支撑材料将自下而上地构造。在构造模型时, 有了支撑材料的承托, 模型的悬挂部分能够顺利完成材料沉积。打印工作完成后, 支撑材料将会自行溶解, 还可按需为模型涂上颜料或者进行其他处理[4]。
1.3 3D打印的特点
(1) 精度高。目前3D打印设备的精度基本都可控制在0.3mm以下。
(2) 周期短。3D打印无须模具的制作过程, 使得模型的生产时间大大缩短, 一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印。
(3) 可实现个性化。3D打印对于打印的模型数量毫无限制, 不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来。
(4) 材料的多样性。一个3D打印系统往往可以实现不同材料的打印, 而这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。
(5) 成本相对较低。虽然现在3D打印系统和3D打印材料比较贵, 但如果用来制作个性化产品, 其制作成本相对就比较低了[5]。
2 3D打印技术
2.1 概述
3D打印技术又称作叠加成型技术或快速原型技术。它源于军方的“快速成型” (Rapid prototyping, RP) 技术, 基本原理都是叠层制造。RP技术是当今世界飞速发展的制造技术之一, 诞生于20世纪80年代后期, 是基于材料堆砌法的一种高新制造技术, 被认为是近20年来制造领域的一项重大成果[6]。它集机械工程、CAD制图、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术于一身, 可自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件, 从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供一种高效益、低成本的实现手段[7]。
2.2 主流技术
RP技术以其高集成、高柔性、高速性而得到了迅速发展。
(1) 3D打印成型技术。使用标准喷墨打印技术, 将液态连接体铺在粉末薄层上, 逐层创建各部件。此技术在打印成型过程中不需要使用实体或附加支持, 并且所有未使用的材料都可再利用, 所开发的3D打印成型机具有处理速度快、成本低廉以及应用范围广的特点[8]。
(2) 光固化成型法。以液态光敏树脂为材料充满液槽, 由计算机控制激光束跟踪层状界面轨迹, 使液体树脂固化, 层层叠加, 最终得到一个三维实体模型。特点是原型件精度高, 零件强度和硬度好, 可制造出形状特别复杂的空心零件, 生产的模型柔性化好, 可随意拆装, 是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑, 树脂收缩会导致精度下降, 另外光固化树脂有一定的毒性, 不符合绿色制造发展趋势。
(3) 分层实体制造法。或称为叠层实体制造, 是根据零件分层集合信息切割箔材和纸等, 将所获得的层片粘接成三维实体。特点是工作可靠、模型支撑性好、成本低、效率高, 缺点是前、后期处理费时费力, 且不能制造中空结构件。
(4) 选择性激光烧结法。常采用金属、陶瓷、AS塑料凳材料的粉末作为成型材料。特点是材料适用面广, 不仅能制造塑料零件, 还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件, 造型精度高, 原型强度高, 所以可用样件进行功能试验或进行装配模拟。
(5) 熔融沉积制造法。又称为熔丝沉积制造, 是以热塑性成型材料丝为材料, 逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。特点是使用、维护简单, 成本较低, 速度快, 一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型, 且无污染[9]。
以上是一些目前市场上主流的3D打印技术, 除上述技术外, 一些大的3D打印公司在它们的基础上也研发了其他3D打印技术。
(1) Objet Poly Jet MatrixTM技术。该技术由以色列Rehavot高新科技开发区Objet Geometries公司提出, 是3D打印的一个革命性的突破, 可以为普通消费品、电子消费品、汽车及其他制造商就双色注塑模具提供强大的解决方案, 更好地减少成本和降低风险[7]。
(2) Poly JetTM技术。Poly JetTM技术是Ob Jet公司2000年时在全球最先推出的, 先用喷嘴将感光材料以16m的厚度喷涂在基材上, 然后用紫外光固化, 再喷涂一层, 再固化, 如此反复, 直至完成打印。
(3) Ob Jet StudioTM软件。实质上是一个客户端/服务器软件, 可以快速、高效地构造高质量、高详细程度的模型, 可以接受任何三维CAD应用程序的文件, 将其分割, 驱动打印喷头喷出一层层成型材料, 完成模型的构建。
(4) Direct Metal (SLMR) 技术。采用激光烧结粉末成型, 制成的三维模型一般是金属模型, 应用领域比较广, 可应用在医学、航天和高精度工程领域的零部件制作。
(5) Voxeljet Systems技术。也是一种固化成型技术, 成型的模型较大, 适合于交通运输和医学方面的应用[10]。
3 3D打印设备
3D打印设备目前比较出名的公司主要有Z-Corporation公司、3D System公司、Objet Geometries公司和Stratasys公司 (后两者于2012年4月宣布合并) 等[11]。其中3D System公司的实力最强, 代表了3D打印目前的技术水平和未来的发展趋势, 能够为专业人士及类似消费者提供3D打印系统。
3D System公司的3D打印系统可分为个人用户解决方案、专业用户解决方案和工业用户解决方案等。
(1) 个人用户解决方案。主要特点是多功能、低成本, 是入门级产品。Bot Mill是小型的办公类型的3D打印系统, 主要打印一些小的物件。Rap Man主要用于学校教学或爱好者打印塑料模型。3Dtouch也是一款用于教学、家庭和办公领域的小型3 D打印机, 精度为0.125mm, 设备总体质量也只有38kg左右。
(2) 专业用户解决方案。专业版的Pro Jet系列主要针对办公和小型工业设计领域, 包括1000、1500、SD3500、HD3500、6000、7000等, 支持单色和彩色模型的打印。此外还有Zprinter系列的6种3D打印机[12]。
(3) 工业用户解决方案。工业产品解决方案中主要有四种不同的技术。在光固化成型技术方面, 考虑到要满足不同客户的需要, 打印尺寸和配置要求也不同, 机型也略有区别;在选择性激光烧结法方面, 精度可以达到0.08mm, 最大的成型尺寸可以达到550mm (X) *550mm (Y) *750mm (Z) 。在SLM技术方面, 目前有s Pro 125 SLM Printer和s Pro 250 SLM Printer两种机型, 速度为 (5~20) cm3/h, 每层厚度为 (20~100) m, 打印模型大小分别为125mm*125mm*125mm和2 50mm*250mm*320mm。在voxeljet systems技术方面, 有两种机型:VX500和VX800, 打印模型大小分别为500mm*400mm*300mm和850mm*450mm*500mm[13]。
Stratasys公司的Dimension 3D立体打印机由RP技术转化而来, 其成本低于RP技术, 能够测试塑形、适配和功能, 并且在桌面上即可随心所欲地进行设计迭代, 产品原型可经受严格的测试, 不会弯曲、收缩和吸收水分, 使用的ABS塑料在日常环境下比较稳定, 任何形状的零件精度都不会随着时间推移而受到环境条件的影响, 能够制作耐用的功能原型[14]。
另一3D打印大公司Objet公司也具有同样的实力。该公司的产品分为Connex家族 (能够打印多种模型材料) 、Eden系列 (高精度、高品质) 和桌上型产品系列 (实惠普及型系列) [15]。
4 3D打印应用
目前, 虽然对于产品开发和制造来说, 3D打印技术能够带来无限的可能性, 但是大部分的技术应用主要分成概念模型、功能原型、工具制造、制成品四类[16]。随着技术的发展, 3D打印的应用领域在不断扩展。
(1) 医学领域。2011年9月, Object医疗解决方案部门负责人介绍, 其新型材料非常适合3D打印植入手术导板和口腔输送盘。2011年11月, 德国科学家利用3D打印技术成功地研制了人造血管, 用3D打印骨骼、器官模型更是轻而易举的事了。
(2) 工业领域。现代工业中, 很多产品如手机、汽车、飞机等在新产品推出之前要做很多模型和零部件。基于3D打印技术的快速成型, 可以大大减少前期研发的时间, 被越来越多的工业领域所应用。
(3) 个性化领域。随着3D技术的发展, 3D打印可以打印各种各样的日常小模型, 设备也小到可以放到桌面上。如3D System公司的Cube 3D Printer, 可以打印5.5英寸*5.5英寸*5.5英寸大小的立体模型[17]。
(4) 航空航天领域。2012年, 美国宇航局完成了“添加制造仪器”的测试, 该仪器就是利用3D打印技术在太空打印宇航员所需要的模型。这是NASA对太空按需生产能力的投资, 使得3D打印机可以广泛运用于建造空间站部件, 制造航天员使用的工具、卫星甚至航天器等。研发团队认为, 未来在太空利用他们正在制造的打印机可以“打印”出太空所需三分之一的零部件[18]。
(5) 军事领域。3D打印技术应用到军事领域, 一方面可在军事装备开发阶段获取设计的即时反馈信息, 有助于降低成本和提高战技性能;另一方面还可以帮助使用维修人员利用三维模型和3D打印设备, 现场快速生产原型产品 (包括工具、零配件等) , 解决平时维修和战时抢修中可能出现备件携带不足、备件不易购买、再造周期较长、特殊备件成本太高等问题, 提高维修效率, 减轻后勤保障压力, 增强部队的任务持续能力[19]。
5 3D打印的发展趋势
未来5-10年, 随着技术的不断进步及市场需求的扩大, 3D打印将呈现三个方面的发展趋势:一是随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用, 3D打印速度和效率有望获得更大提升;二是随着先进材料的不断发展, 智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等成为3D打印材料, 打印材料更加多样化;三是随着技术进步及推广应用, 3D打印设备的价格有望大幅下降[20]。
3D打印诞生后, 早期主要用于汽车、航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟, 3D打印已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件, 以及皮肤、骨骼等活体组织。专家预计, 在不久的将来, 从鞋、眼镜到厨房用具、汽车整车等各种产品都可以用3D打印机生产出来[21]。
6 结语
3D多媒体技术 篇7
面对持续升温的智能机市场需求, 联发科技将2012年智能机平台的出货目标从年初的5000万套上调至9500万套, 并开发出一系列广受市场好评的智能机解决方案, 这些方案已被联想、TCL/阿尔卡特、中兴、华为等知名手机品牌采用。凭借卓越产品和优质服务, 联发科技成功跻身全球智能手机芯片供应商前五强。
联发科技总经理谢清江表示:“联发科技凭借完整解决方案和技术服务, 已携手客户在全球智能机市场取得了不错的成绩, 并以高性能解决方案掀起平价智能机风潮。展望多屏数字汇流时代, 联发科技将以更积极完整的产品布局引领市场潮流, 期望为广大消费者打造更为丰富多彩的移动通讯生活。”
备受关注和期待的联发科技智能机解决方案将在这次展会上一一亮相, 其中联发科技3D智能机解决方案“酷3D平台”将成为一大亮点。“酷3D平台”是业界软硬件整合度最高、全球最完整的3D智能机解决方案, 将原本连接双镜头的桥接芯片等多项组件整合在主芯片中, 属业内首创。
此外, 继领先业界最快推出支持ICS的完整双核智能机解决方案MT6577之后, 联发科技特别在通信展再次展现其系统整合优势, 抢先推出支持Android 4.1 Jelly Bean的完整解决方案, 观众将即时体验此解决方案的各种优化性能, 包括主屏幕的操作和其他应用程序之间的切换更加顺畅等效能的提升。
联发科技双核智能机平台在多媒体娱乐方面的表现也非常突出, 拥有很多高端平台才能实现的功能。集成这些高端性能的联发科技平价智能机平台, 能够帮助手机制造商最大程度提升终端产品的差异化和价值, 进而让更多消费者开始享受过去只在高端手机才有的品质。
作为业界首批推出商用T D-SCDMA芯片的厂商之一, 联发科技一直全力支持中国自有3G标准。为了满足TD-SCDMA市场快速增长的需求, 联发科技研发出一系列TD-SCDMA智能机平台, 包括入门级智能机解决方案MT6515M及双核智能机解决方案MT6517等。MT6515M延续了联发科技一贯的超高性价比的优势, 期望可以帮助推动中国移动数亿2G用户升级使用TD-SCDMA服务;MT6517则是具有联发科技双核智能机平台所拥有的所有卓越性能, 必将推动TD-SCDMA智能机快速进入千元时代。
由于联发科技可以为客户提供最佳品质和服务保障, 很多基于联发科技TD-SCDMA智能机平台的手机终端只需一轮即可通过中国移动的入库测试。目前基于MT6517平台的TD智能机中, 已经有来自华为、联想和中兴的三款手机通过了中国移动的入库测试。