液体涡街流量计三维动画教学技术研究
摘 要：针对涡街流量计教学存在课堂教学不够直观、理论知识抽象难懂的问题，提出一种基于三维动画的教学方案。该方案实现主要经过3个步骤：三维模型构建、各部件分解展示及三维动画合成。首先，利用3ds Max建立检测放大器、表体和连接杆等器件模型，然后利用三维动画技术对液体涡街流量计各部件组成结构进行分解展示，最后将声音、文字、背景音乐内容经Adobe Premiere合成三维动画，并完成液体涡街流量计教学知识的详细讲解。该新式教学方法更加直观、形象，相较于原本枯燥的书本教学，能够提高学生学习热情，达到良好的学习效果。
关键词：液体涡街流量计；3ds Max；Adobe Premiere；三维动画
DOI：10.11907/rjdk.172764
中图分类号：G434
文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）005-0214-03
Abstract：Aiming at the problems that vortex flowmeter teaching is not intuitive enough and the abstract theories are difficult to understand， we propose a teaching scheme based on three-dimensional animation. The teaching program mainly involves three steps： the construction of three-dimensional model， the decomposition of various components and the synthesis of three-dimensional animation. First， we use 3ds Max to build a device model of the detection amplifier， the body， the connecting rod and so on. Then， we present the components of the liquid vortex flowmeter decomposed through three-dimensional animation technology. Finally we process sound， words and background music by Adobe Premiere to synthesize three-dimensional animation and realize complete detailed analysis of liquid vortex flowmeter teaching.The new teaching is more intuitive and vivid， which can improve students’ enthusiasm for learning to achieve good learning results compared to the original boring teaching.
Key Words：liquid vortex flowmeter； 3ds Max； Adobe Premiere； 3D animation
0 引言
流量是工业自动化领域的重要检测参数之一。涡街流量计在流量计量中应用广泛，主要应用于石油化工、治金机械、煤炭交通、食品、造纸，以及城市管道供热、供水等领域[1-4]，在计量相关专业教学中具有重要地位。因此，必须深入掌握其结构形式、特点、测量原理、参数整定、信号检测、调整和校验方法等知识。
学生对涡街流量计的学习大多是通过书本这种传统方式，以文字描述流量计组成结构、测量原理和流体流动形式等。该方式缺乏直观性，单纯的文字描述十分枯燥，难以激发学生兴趣，无法达到理想的教学效果。因此，采用正确的教学方法对于学生而言尤为重要[5]。张兰红等[6]将Proteus仿真技术引入单片机教学过程，采用软硬件结合的教学方式，实现仿真教学系统开发；王尔申等[7]将Multisim与Proteus仿真软件融入课堂教学中，使理论教学与仿真技术相结合，激发学生学习兴趣；李松湘[8]提出将虚拟仿真技术应用于电子技术课程教学中，有效弥补了传统教学的不足；孙艳丽等[9]研究GL Studio在仪器仪表仿真建模过程中的应用，对纹理创建、图形界面设计等技术进行研究，实现了对虚拟仪器仿真教学系统的开发；宋佳忆等[10]基于CFD对涡街流量计最佳取压位置进行三维流场特性仿真。然而，以上研究均采用二维图形符号代替真实仪器，缺乏对仪器外观形态的仿真，而且没有针对其内部结构、工作原理等方面的教学内容。
针对以上问题，以液体涡街流量计为例，采用3ds Max与Adobe Premiere制作三维动画，对其结构进行从整体到局部、从外部到内部的分解展示，同时通过动画对液體涡街流量计测量原理与流体流动形势进行剖面展示，再经动画结合音频及文字实现视频教学。该新型教学形式相较于传统教学方式更加生动、形象，具有直观性，令学生更容易理解掌握相关知识，同时有助于增进其学习热情，提高学习效率。
1 动画制作流程
首先通过3ds Max建立液体涡街流量计的基本模型，包括由漩涡发生体、涡街流量传感器、信号放大电路板与外围电路、数据显示等构成的涡街流量转换器，以及由转换器外壳、支架、连接杆、转换器安全螺栓、表体机械结构等构成的表体和连接杆模型；然后根据模型特点采用不同材质，通过设置材质漫反射、自发光、高光等参数表现不同效果，并通过添加灯光模拟真实光影效果；接着对模型进行渲染，渲染完成后输出动画序列帧，并将序列帧素材导入Adobe Premiere软件合成动画；最后利用Adobe After Effects和Adobe Photoshop软件制作中间及片头效果、动画平面，对液体涡街流量计结构形式、测量原理、流体流动形式及特点等脚本进行配音，同时将配音及背景音乐导入Adobe Premiere中合成，并根据需求配上字幕，输出动画。动画制作流程如图1所示。