基于三维动画技术的国际音标教学软件的开发

2009-10-22 08:13廖成丹

商情 2009年21期

廖成丹

【摘要】针对国际音标发音的特点,设计开发了基于三维动画技术的国际音标多媒体CAI教学软件,根据目前课件应用动态模拟技术较少的情况,探索了使用3ds Max软件及其插件FaceGen Modeller、Voice-O-Matic实现发音时口腔运动的模拟及口型与声音的同步,直观、形象、互动的展示音标发音的过程及方法,有助于激发学生的学习兴趣,提高教学质量,取得更好的教学效果。

【关键词】三维动画技术动态模拟国际音标教学软件

国际音标是学习英语的基础,是提高口语水平的关键,目前我们所能见到的音标学习资料,大多是单一的图片,或者是文字说明,这些都很难展现在发音时我们口腔的运动,舌、齿等关键部位的位置,而这些对于掌握发音是非常重要的,由此可见开发一个形象、直观的多媒体教学软件对于国际音标的教学具有非常现实的意义。

本文将三维动态模拟技术引入英语教学当中,从音标教学过程中的难点出发,根据音标学习的特点来寻求一种方法,以解决传统教学过程中无法解决的问题,开发了国际音标教学软件,生动再现口腔运动,向学习者直观、形象、互动的展示音标发音的过程及方法。向学习者提供了一种全新的三维立体空间的交互式学习环境,弥补了传统音标教学的不足,有利地激发学生的学习动机,培养学习者的空间感,提高教学效率。

一、软件的设计原则及相关技术

1.软件所遵循的设计原则

软件的开发是一个系统工程,主要遵循了以下四种原则。

(1)科学性原则

在软件的设计中,根据音标学习的具体情况,准确地模拟了真人发音的标准过程,向学生科学的展示了音标的发音方法,使发音过程直接化、形象化。

(2)教育性原则

软件用于辅助教学,它的设计制作以教学大纲为依据,并根据教学的目的和要求,发挥多媒体图文并茂、形象逼真的优势来表达教学内容,利用多媒体计算机实现交互的运行来实施教学,起到激发学生学习兴趣的效果。

(3)技术性原则

技术上的因素将影响多媒体CAI的设计,所以,软件在设计开发时充分考虑到了视觉、运行环境、操作界面等技术因素。软件在视觉表现方面,画面清晰稳定、色彩简洁大方、动画播放稳定流畅;在听觉表现方面,发音清晰准确,在运行环境方面,易于操作、可控性好;在操作界面方面,界面合理,形象风格前后一致。总体让人一目了然,使用方便。

(4)艺术性原则

多媒体CAI作品中的教学信息通常都是通过图、文、声、像的有机结合而呈现给学习者的,所以应该综合应用美术、音乐、影视等艺术手段,把教学内容表现得生动、形象,使之具有丰富的表现力和感染力。

软件使用FaceGen Modeller生成真实的三维头像,并赋以真实的贴图,具有一定的艺术性,在色彩搭配上简洁稳重,有利于吸引学生的注意,使学生能够更好的通过软件观察到整个发音过程,从而掌握正确的发音方法。

2.采用三维动态模拟动画技术

软件所用的动画主要是为了辅助英语音标教学,能准确地显示在发音时口腔的运动,舌头、牙齿的相关位置,口腔剖面运动主要涉及牙齿、舌头等部位的运动,需要设置骨骼来实现,而角色面部运动,则使用的是morpher变形动画。这就需要增加造型的复杂度,虽然这样会导致三维图形的显示速度降低,但这样能使口腔运动过程更清楚地表现出来,因此软件采用三维动态模拟技术来实现。

二、软件系统设计

1.软件中交互作用的设计

交互作用的设计就是灵活运用各种不同的交互响应方式实现教学模块功能及功能模块间的跳转。在此主要设计了以下两个方面的交互控制内容:一是交互控制程序的运行,实现模块间的跳转,用户可以通过操作按钮自由进入各个音标及功能模块。二是交互控制动画演示,用户可以根据需要通过鼠标进行控制,用户通过按住鼠标左键来旋转模型,通过鼠标右键来缩放模型,以便于从360度来观看口腔及面部运动过程。

2.软件界面设计

在CAI课件设计中,界面设计具有特殊的意义。因为学生利用计算机进行学习时,从计算机的屏幕上得到全部或主要的教学信息,因此屏幕上各种信息的显示,位置、颜色、时间、是否闪烁和伴音等,对学生有很大影响。本软件界面设计是按照音标发音特点分层设计的,主要分成两个层级:主界面、功能模块子界面。

(1)主界面设计

本课件的主界面设计总体上体现本软件的功能、风格,界面背景以红色纹理为主,内嵌一幅头部模型图:在动态模拟时,主要是使用该头部模型,以黑色做为底色,在色彩上加大反差,便于突出界面中央的教学信息。在界面中心设置软件的名称,左下角设计退出系统按钮,如图1。

(2)功能模块子界面

子界面与主界面略有差别,但风格一致,右边是演示区,主要是对发音过程的动态演示,左方设有两个按钮:发音演示、口腔运动,发音方法主要是以文字的方式讲解发音方法,及返回按钮。

三、软件的实现

1.动态模拟动画的制作

(1)模型的制作

①制作口腔剖面模型,并使用photoshop进行贴图的制作,为模型赋材质,如图2。

剖面的动画,我们采用骨骼动画,为其添加bones,具体的操作跟一般骨骼动画相同,并使用插件FaceGen Modeller与Voice-O-Matic实现面部模型的生成与口型动画声型同步。

②FaceGen Modeller生成面部模型

FaceGen Modeller提供了各个种族男性女性成年人的面容相貌,其人种划分为非洲人种、欧洲人种、东南亚人种、东印度人种及其他人种,可以根据个人的需求再对模型进行一系列修改,以达到理想的效果。

(2)动画的制作

根据人类语音的特点,可以把语音划分为更小的单位—音节。音节就是听觉上最容易分辨出来的最小的语音结构单位,音节还可以划分成更小的单位—音素。比如pen这个音节,p、e、n都只是一个发音动作,不能再进行划分,这样的最小语音单位就是音素。一种语音系统中的音素,通常只有几十个。他们写法虽然不一样,但发音时的口型变化却非常相像。比如,汉语拼音中的b、p、m,这几个音素在发音时的口型基本上是不变的,还有z、c、s,d、t、n、l,j、q、x,g、k、h等,都是这种类型。因此,在英语语音体系中,一种口型要对应几个音素的发音。

①FaceGen Modeller中音标发音的制作。首先明确每个音标的发音方法,在FaceGen Modeller面板中进入调节控制面板的变形(morphs),拖动滑动条,将参数至调整相应的位置,观察视图中模型的变化,以得到正确的发音口型,如图3[n]的发音。