羅年猛， 董天林， 鄧小杰

(華中科技大學機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

一種改進的PowerPoint工程圖動畫制作方法研究

羅年猛， 董天林， 鄧小杰

(華中科技大學機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

PowerPoint制作的動畫在目前工程制圖教學中占據(jù)主要地位，但是PPT中圖形的繪制和動畫的制作以及修改都很困難，提出一種結(jié)合 AutoCAD矢量圖形制作動畫方法，很好地解決了圖形繪制以及動畫定義后的再修改問題。

工程制圖；動畫制作；PowerPoint；矢量圖形

課件在現(xiàn)有工程制圖的教學工作中已普遍使用，而使用最多的課件仍是微軟出品的軟件PowerPoint制作的PPT幻燈片，其能夠很好地將文字、圖形、圖像展示出來，并提供豐富的動畫效果，教師在教學過程中能夠十分方便控制幻燈片以及動畫的播放時間。眾所周知，工程制圖的教學特點是以圖形為主，講解各種圖形的繪制方法和過程，其中動畫是一個重要的環(huán)節(jié)，但是在PowerPoint中針對工程圖形的動畫制作存在如下幾個難以解決的問題：

(1) PPT中圖形繪制困難。工程圖在繪制中存在許多的幾何約束需要保證，如圖形元素在繪制的過程中需要捕捉中點、垂直、相切等、還需進行圓周分布、均勻分布等，這些要求在PPT中繪制圖形元素時幾乎難以完成，導致其在直接繪制工程圖形中工作量極大，且還難以滿足圖形的拓撲結(jié)構(gòu)和精度要求。

(2) PPT中現(xiàn)有的線型不符合工程制圖的國家標準。國家標準對不同的線型都有相關的推薦定義[1]，但是 PPT中線條的線型為了美觀并未滿足相關規(guī)范，作為講授工程制圖課程的課件，如不能滿足相關標準就難以約束學生。

(3) 已經(jīng)定義好動畫的圖形修改困難。對已經(jīng)定義好的動畫，PPT雖然提供了簡單的局部單圖形元素的修改功能，但是，如果需要將整幅圖形動畫縮放以滿足排版的要求，或者修改中保證圖形中的相切、過中點等拓撲關系，存在較大的困難，一般上課時使用的完整的三視圖動畫完成后幾乎難以修改。若將圖形包裝為塊后進行縮放雖然能夠保證拓撲關系，但是經(jīng)其操作后，以前定義的動畫關系會全部丟失，也就是說，教師耗費大量的時間制造的一幅動畫圖形難以重復利用。

鑒于上述問題，國內(nèi)的呂梅等[2-4]展開了相關的研究，并通過將AutoCAD的圖形復制到PPT中較好地解決了上述的第一個問題，即PPT圖形繪制困難的問題。本文為此提出了以AutoCAD為主，以PowerPoint的直接編輯為輔的工程圖動畫制作方法并實現(xiàn)了相關系統(tǒng)的開發(fā)。該方法利用 AutoCAD 和PowerPoint的二次開發(fā)能力，直接在AutoCAD中開發(fā)一個輔助動畫定義系統(tǒng)，完成圖形繪制和動畫定義，最后根據(jù)需要選擇適當?shù)谋壤?，自動轉(zhuǎn)換為PPT中具備動畫效果的幻燈片。由于本文方法都直接在AutoCAD中完成，因此需要對動畫進行修改時只需要修改原始的AutoCAD圖形，從而保證了相關的拓撲關系和原有動畫效果，輸出到PPT時也能夠方便指定輸出的大小，并在輸出時根據(jù)定義的線型進行處理，獲得滿足國標要求的線型表達，從而很好地解決了上述的3個問題。

1　工程圖動畫制作系統(tǒng)流程

基于上述思路，系統(tǒng)設計如下技術框架流程，如圖1所示。

圖1　動畫制作模型框架

在圖1中，圖形的來源可以是已經(jīng)存在的CAD模型(DWG文檔），其可以包含原來定義的動畫信息，或者直接建立新的文檔，在此基礎上可以對圖元進行添加、修改、移動、復制等各種操作。

圖形動畫的定義、圖元的繪制、圖元的編輯相互之間是即聯(lián)系又獨立，沒有必然的順序關系，教師可以根據(jù)需求隨時進行相關地操作。當定義動畫時所定義的動畫將自動和相應的圖形元素建立關聯(lián)關系。

將已經(jīng)定義好的動畫的文檔通過二次開發(fā)的輸出功能，設定輸出的幅面大小，可自動轉(zhuǎn)換為含有動畫效果的PPT文檔，其可方便插入已有的PPT文檔中，形成滿足要求的工程圖形動畫教學演示文稿。

從系統(tǒng)流程來看，還需要解決如下問題：①如何將PPT中已有的動畫效果在CAD中進行描述；②如何建立動畫與圖元的關系；③PPT繪制圖形時如何將CAD中的特殊對象(樣條曲線）在PPT中繪制出來；④如何將CAD中的國標線型在PPT中表示。只有解決了以上幾個問題才能成功解決前面提出的3個問題。

2　關鍵技術

基于AutoCAD以及PowerPoint的二次開發(fā)能力[5-7]，本文對上述關鍵技術展開研究，并很好解決了相關問題。

2.1動畫的描述及動畫與圖元的關聯(lián)

(1) 動畫數(shù)據(jù)描述。為了實現(xiàn)在AutoCAD中定義的動畫能夠完整、自動轉(zhuǎn)換為PowerPoint中的動畫效果，系統(tǒng)首先對 PPT中的動畫進行分析。在PowerPoint中一條完整的動畫，可以表達為如下的組合形式。

其中每一個組員的含義如表1所示。

表1　組員的描述

由于動畫是和每一個或一組圖形元素相關，因此動畫的定義數(shù)據(jù)必須和相應的圖形元素進行關聯(lián)，定義的動畫和圖形需要能夠保存，以便下次使用。基于AutoCAD的二次開發(fā)功能，在AutoCAD系統(tǒng)中的每一個圖形元素均可以定義擴展屬性，基于該擴展屬性，通過二次開發(fā)，可以將文本、數(shù)值、甚至二進制數(shù)據(jù)放置其擴展信息中。當利用AutoCAD的保存功能保存圖形和讀取圖形時，這些擴展屬性信息會跟隨圖元保存到磁盤文件或者加載到AutoCAD系統(tǒng)中，從而解決了定義的動畫保存問題。

(2) 動畫數(shù)據(jù)的動態(tài)管理。在CAD系統(tǒng)中，由于圖元的添加、修改、刪除和動畫的定義是一個沒有前后順序關系的操作過程。因此，系統(tǒng)不能根據(jù)圖形元素在系統(tǒng)中繪制的順序來確定動畫的定義順序，根據(jù)前面動畫記錄的表達形式，由于在數(shù)據(jù)中記錄了動畫的順序，因此圖形在從數(shù)據(jù)庫中加載或者進行圖元的編輯、動畫的修改時在CAD系統(tǒng)內(nèi)部維持一個內(nèi)部動畫管理表。該表中每一項為一條單獨的動畫記錄，并基于順序號Index為關鍵字進行從小到大排序，該表不需要保存到圖形文檔中，如圖1所示。系統(tǒng)在進行動畫編輯或者輸出PPT文檔時如果不存在動畫管理表則自動根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)創(chuàng)建，在動畫編輯的過程中以及圖元修改中進行維護。

在圖元進行編輯時，例如復制中，圖元如果已經(jīng)定義了動畫信息，則定義的動畫將會自動被復制到新的圖元中，如果移動圖元，該圖元定義的動畫效果將不會丟失，從而最大限度保證了前期的動畫定義成果。

2.2樣條曲線的繪制

CAD中的樣條曲線一般是B樣條，PPT中雖然有曲線，但并不是樣條曲線。將B樣條的擬合點轉(zhuǎn)換到PPT中作為曲線的輸入點，畫出來的曲線明顯與PPT中的曲線不一樣，所以不能滿足機械制圖的要求，如圖2、3所示。圖2為CAD中繪制的圖形，中間的曲線為B樣條曲線；圖3是將CAD中B樣條的擬合點作為PPT中曲線的輸入點產(chǎn)生的曲線，其結(jié)果與原始對象差別較大，不能滿足教學演示之用。

為了解決上述問題，系統(tǒng)采用了直線逼近的方法來近似表達曲線，直線的段數(shù)越多則逼近的效果越好，在曲率越大的地方，其線段長度越小則效果越好。基于B樣條的表達，系統(tǒng)首先獲取一定數(shù)量的型值點，可以根據(jù)近似長度進行分割，然后計算型值點處的近似曲率，對于曲率相對比較大的地方進行適當型值點加密操作，最后對所有的型值點按照曲線長度方向依次用曲線擬合，得到近似表達，通過此方法繪制的直線可以滿足機械制圖教學的要求，如圖4、5所示。圖4是采用逼近方法將圖2轉(zhuǎn)到PPT中的效果，兩幅圖的相似度非常高，可滿足機械制圖演示的要求。而圖5是將圖4中的曲線打散后的效果，從結(jié)果看該曲線確實是由多段短直線組合而成，在曲率比較小的地方，其逼近線段長；而在曲率大的地方，其逼近線段短。

圖2　CAD中的圖形

圖3　直接利用PPT中的曲線

圖4　利用直線逼近的曲線

圖5　打散圖

2.3線型匹配

比較圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)PPT中現(xiàn)有的線型和機械制圖中國標的線型并不一致，圖6是PPT中的線型，圖7為機械制圖的國標線型。圖6中線型的表達明顯不能滿足國標的需求，因此不能直接進行設置。為此，系統(tǒng)采用文獻[8]中所表述的算法，對圖形元素進行線型處理，將原始帶有線型的圖元轉(zhuǎn)換為由許多實線描述的多條子圖元組合的表達模式，在輸出為PPT時，組合為一個整體，并統(tǒng)一應用定義的動畫。針對不同的圖元類型，可按圖8所示進行處理。

圖6　PPT線型

3　實　例

以實例展示該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效果，圖9為CAD系統(tǒng)中繪制的已標注好的機械圖，且線型、線寬、顏色等信息已設置好，同時根據(jù)演示的實際需求也設置好了每一圖元的動畫效果。圖 10為轉(zhuǎn)換到 PPT中的對應結(jié)果，從結(jié)果看，圖形的轉(zhuǎn)換準確性較高，從右邊欄可知動畫效果已被設置好。

圖7　國標線型

圖8　圖元輸出線型處理流程

圖10　PPT轉(zhuǎn)換結(jié)果

從實驗結(jié)果可知，通過CAD繪圖并且設置動畫，然后直接轉(zhuǎn)換成一張完整的PPT是可行的。應用本文的方法解決了前面提到的3個問題，方便了機械制圖PPT演示文稿的制作。

4　總　結(jié)

本文方法較好地解決了利用 PPT制作機械制圖演示動畫存在的3個問題。從實驗結(jié)果看，本文的轉(zhuǎn)換效果比較理想，其方法是完全可行的。系統(tǒng)還存在不完善的部分，例如在AutoCAD中未能實現(xiàn)所見即所得的動畫效果，最后的動畫效果需要轉(zhuǎn)換到PPT中才能夠進行觀察。

[1] 中華人民共和國國家標準. 技術制圖圖線(GB/T17450-1998)[S]. 北京: 中國標準出版社, 1999.

[2] 呂梅, 楊莉, 郝育新. 一種基于AutoCAD和PowerPoint的制圖課件的制作方法研究[J]. 圖學學報, 2014, 35(4): 633-636.

[3] 張淑娟. 工程制圖的多媒體計算機輔助教學[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學學報: 社會科學版, 2004, 3(4): 368-369, 375.

[4] 丁臨菊, 王君杰, 馮山山, 等. 基于AutoCAD和PowerPoint軟件制作《機械制圖》課件圖形動畫的研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學學報: 自然科學版, 2008, 28(3): 366-368.

[5] Microsoft. PowerPoint 2010 Developer Reference [EB/OL]. [2015-04-02]. https://msdn.microsoft.com/ en-us/library/office/ff746846(v=office.14).aspx.

[6] 劉巍, 褚鵬. 用VBA對PowerPoint進行二次開發(fā)[J]. 電腦學習, 2003, (2): 28-29.

[7] 李冠億. 深入淺出AutoCAD.NET二次開發(fā)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2012: 5.

[8] 羅年猛, 朱林, 黃正東. CAD 中圖元線型分割算法的研究和實現(xiàn)[J]. 工程圖學學報, 2009, 30(2): 9-14.

An Improved Method for Engineering Drawing Animation of PowerPoint

Luo Nianmeng,Dong Tianlin,Deng Xiaojie

(School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430074, China)

Animation in PowerPoint has a major position in the current teaching of engineering drawing, but making and modifying animation are difficult in the PowerPoint. A method of combining AutoCAD vector graphic to make animation is put forward, and the problem of graphic drawing and animation remodification is solved well.

engineering drawing; animation; PowerPoint; vector graphics

TB 23

10.11996/JG.j.2095-302X.2016010120

A

2095-302X(2016)01-0120-05

2015-04-08；定稿日期：2015-07-07

羅年猛(1972–)，男，湖北松滋人，副教授，博士。主要研究方向為CAD。E-mail：luonm@mail.hust.edu.cn