孫宇梁，孫懷明

（1.湖州師范學院 理學院，浙江 湖州313000；2.三明職業(yè)技術(shù)學院 機電系，福建 三明365000）

0 引言

隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于人和事物動畫的制作方法已有比較完善的研究［1～2］.為了提高教學質(zhì)量，制作動畫并添加到教學課件中的現(xiàn)象已相當普遍［3～4］.近年來，學術(shù)交流活動已愈漸頻繁，如果把動畫制作應(yīng)用到科研報告中，會達到事半功倍的效果.

在科學研究的結(jié)果中，會有一系列關(guān)于事物變化的數(shù)據(jù).例如離子在電磁場中運動的數(shù)據(jù)、原子核碰撞后產(chǎn)物運動的數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)有的是從理論上模擬計算得到的，也有的是從實驗中測量得到的.由于這些數(shù)據(jù)是隨著時間在不斷變化的，為了能夠直觀地顯示研究結(jié)果，科研工作者一般將這些數(shù)據(jù)做成一系列對應(yīng)于不同時刻的圖片，作為研究成果放置于發(fā)表的文章和作報告時用的放燈片中.在讀這些圖片時，可以通過對比了解事物的變化情況.相比于這些靜止的圖片，若能把得到的研究成果做成動畫放置于放燈片報告中，則會給聽眾更直接、更具體的感受，使聽眾更容易理解報告的內(nèi)容.除了報告中介紹研究結(jié)果的部分，在報告的其他部分（如介紹研究原理、實驗方法的部分）添加動畫，也可以起到很好的效果.

報告中所用到的動畫可通過一些軟件制作得到.在這些軟件中，F(xiàn)lash（Flash MX、Flash 8、Flash CS3等）是一種專業(yè)的動畫制作軟件，利用它可以制作出大量精彩的Flash動畫［5］.本文介紹如何在科研報告中添加動畫，以及使用Flash軟件制作所需動畫的方法.

1 在報告的不同部分添加Flash動畫

1.1 介紹原理時使用動畫

有些實驗設(shè)備的工作原理僅通過敘述不容易讓聽眾明了，若在講述原理時結(jié)合動畫演示則更容易讓聽眾理解.例如，RFQ 冷卻聚束器是對離子束流進行降能和聚束的實驗設(shè)備，該設(shè)備通過產(chǎn)生不斷變化的徑向電場來實現(xiàn)對離子徑向上的約束［6～7］.徑向電場的方程較為復雜，約束離子的原理也不容易說明，此時若以動畫演示的方式展現(xiàn)出來（圖1），則可很容易讓聽眾理解.該動畫中的小球代表被約束的離子，不斷變化的曲面顯示了電勢面的變化情況.在整個動畫中，小球始終在曲面的中心及附近區(qū)域運動，表示電場對離子在徑向上的約束作用.要制作該動畫，需先計算得到不同時刻電勢的表達式，再由Mathematica軟件做出代表電勢面的曲面圖，最后在Flash軟件中用逐幀動畫的方式制作出動畫.

圖1 RFQ冷卻聚束器徑向上約束離子的動畫Fig.1 The animation of ion is restricted in radial direction by RFQ cooler and buncher

1.2 介紹實驗方法時使用動畫

介紹實驗方法時若結(jié)合動畫演示，也可以起到事半功倍的效果.例如，彭寧離子阱是對原子核進行精確質(zhì)量測量的實驗裝置，其測量質(zhì)量的方法是先通過激發(fā)頻率掃描測量飛行時間，再在得到的飛行時間譜中尋找最低點，最終由最低點對應(yīng)的激發(fā)頻率算出原子核的質(zhì)量［8～9］.由于該測量方法步驟較多，過程復雜，在講述報告時外行不易聽懂，可在報告中使用2個動畫來說明該方法（圖2）.

圖2 彭寧阱質(zhì)量測量的動畫Fig.2 The animation of measuring ion’s mass by Penning trap

圖2（1）是彭寧阱中的離子經(jīng)過激發(fā)后運動到飛行時間探測器的動畫.用Flash軟件制作此動畫的方法較簡單：以彭寧阱和探測器作為背景層，在給定離子的初始和結(jié)束時刻的位置后創(chuàng)建補間動畫即可.圖2（2）是得到的飛行時間譜的動畫.飛行時間譜是通過擬合實驗數(shù)據(jù)點得到的，而記錄一個實驗數(shù)據(jù)點就需要進行一次激發(fā)和飛行時間測量.為了說明這一點，把飛行時間譜做成一個從左至右逐漸展現(xiàn)的動畫，制作該動畫用到了Flash軟件遮障層的功能.

除了用于質(zhì)量測量的測量阱，彭寧離子阱還有用來去除雜質(zhì)離子的純化阱，而純化阱需要通過偶極激發(fā)和四級激發(fā)兩個步驟來實現(xiàn)除雜功能［4～5］.該過程也可以通過動畫來說明（圖3），動畫中用不同顏色的小球表示需測量質(zhì)量的離子和雜質(zhì)離子，電極間用不同顏色區(qū)分以顯示加激發(fā)的方式.由于離子每個時刻的位置不同，制作該動畫采用了逐幀動畫的方法.

1.3 介紹研究成果時使用動畫

把科研成果做成動畫展現(xiàn)出來可以給聽眾更直觀的視覺感受，從而更容易理解報告內(nèi)容.如原子核碰撞后產(chǎn)物運動：極端相對論量子分子動力學模型（UrQMD）是用來研究原子核性質(zhì)的理論模型，用該模型可以模擬原子核的碰撞，得到碰撞產(chǎn)物的運動情況［10］，模擬計算的結(jié)果為各碰撞產(chǎn)物不同時刻的坐標數(shù)據(jù)，該計算結(jié)果可通過動畫展現(xiàn)出來（圖4）.為了讓聽眾有時間上的概念，在動畫的上方可標出每個畫面所對應(yīng)的時刻.

圖3 彭寧阱質(zhì)量測的動畫的動畫Fig.3 The animation of removing impure ion by Penning trap

圖4 原子核碰撞產(chǎn)物運動動畫Fig.4 The animation of nuclei collide product’s motion

2 使用Flash軟件把科研成果做成動畫的兩種方法

在諸多的研究領(lǐng)域中，研究所依據(jù)的原理、采用的方法是各不相同的，因此在報告的這兩個部分所添加的動畫也各有千秋，制作這些動畫的方法需根據(jù)動畫的具體情況來確定.在研究成果方面，用Flash軟件把研究成果制作成動畫的方法主要有兩種，并各具特點.

第一種方法是采用制作逐幀動畫的方式，該方法幾乎對所有情況的科研成果適用.制作動畫的具體步驟如下：

（1）把得到的研究成果生成一系列對應(yīng)于不同時刻的圖片，這些圖片需由專業(yè)的作圖軟件制作得到.例如：Origin軟件可以由實驗數(shù)據(jù)做出圖片；Mathematica、Matlab軟件可以根據(jù)相應(yīng)的公式做出圖片.

（2）把這些圖片導入Flash 程序中，F(xiàn)lash 程序會自動把所導入的圖片逐一對應(yīng)到每一時刻（每一幀），通過設(shè)置程序中的幀頻屬性（fps）調(diào)節(jié)動畫播放的快慢程度.

（3）在Flash程序中導出動畫，最終生成gif、avi、swf等多種格式的動畫.gif格式的動畫可直接用“復制”、“粘貼”命令添加到放燈片中，在放燈片播放時動畫會自動播放；avi和swf格式的動畫需通過“導入”命令添加到放燈片中，在放燈片放映時需點擊后才能播放.

第二種方法用到Flash程序的動作腳本（ActionScript）功能，其步驟如下：

（1）在Flash程序中制作物體運動的背景畫面.

（2）繪制好物體后，將其轉(zhuǎn)化為圖形元件并對其命名.

（3）以給出每個時刻物體坐標的形式，把研究得到的物體運動方程編寫到Flash程序的動作腳本中.例：一個小球做拋物線運動，它在x、y兩個方向上的運動方程為：

其中：Vx、Vy為小球在x、y方向上的初始速度；g為重力加速度.為制作小球運動動畫（圖5），在對小球的圖形元件命名為“ball”后，在動作腳本中編寫程序：

圖5 小球拋物線運動動畫Fig.5 The animation of ball’s parabolic motion

（4）導出動畫（與方法一中的步驟相同）.

可見，相比于第一種方法，第二種方法不必去做每個時刻的畫面，只需在動作腳本中編寫物體運動的程序即可做出動畫，但該方法僅適用于研究結(jié)果中有具體運動方程的情況.

3 與其他軟件比較

除了Flash軟件，Mathematica、Matlab等其他軟件也可以把研究成果制作成動畫，但由于不是專業(yè)的動畫制作軟件，它們僅能制作一些簡單的動畫.例如由得到的方程或坐標，制作物體的運動動畫或運動軌跡的動畫，或由給定的數(shù)據(jù)制作顏色變化的動畫等.與Flash軟件相比，用這些軟件做動畫所適用的情況較少，所做的動畫也較為簡單.

4 總結(jié)

在科研報告的放燈片中添加Flash動畫，以替代靜止的圖片，可以給聽眾更直觀的視覺感受，使聽眾更容易理解報告的內(nèi)容.在報告的原理部分、方法介紹部分和研究結(jié)果部分添加動畫都可以起到很好的效果.用Flash動畫制作軟件把研究結(jié)果做成動畫的方法主要有兩種，第一種方法采用制作逐幀動畫的方法，幾乎可以把所有情況的科研成果做成動畫；第二種方法是把研究得到的方程編寫在Flash程序的動作腳本中，僅適用于研究結(jié)果中有具體方程的情況.這兩種方法可為諸多科研工作者在報告中使用動畫提供便利.

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