Flash动画在科研报告中的应用＊

孙宇梁，孙怀明

（1.湖州师范学院 理学院，浙江 湖州313000；2.三明职业技术学院 机电系，福建 三明365000）

0 引言

随着计算机软件技术的发展，关于人和事物动画的制作方法已有比较完善的研究［1～2］.为了提高教学质量，制作动画并添加到教学课件中的现象已相当普遍［3～4］.近年来，学术交流活动已愈渐频繁，如果把动画制作应用到科研报告中，会达到事半功倍的效果.

在科学研究的结果中，会有一系列关于事物变化的数据.例如离子在电磁场中运动的数据、原子核碰撞后产物运动的数据.这些数据有的是从理论上模拟计算得到的，也有的是从实验中测量得到的.由于这些数据是随着时间在不断变化的，为了能够直观地显示研究结果，科研工作者一般将这些数据做成一系列对应于不同时刻的图片，作为研究成果放置于发表的文章和作报告时用的放灯片中.在读这些图片时，可以通过对比了解事物的变化情况.相比于这些静止的图片，若能把得到的研究成果做成动画放置于放灯片报告中，则会给听众更直接、更具体的感受，使听众更容易理解报告的内容.除了报告中介绍研究结果的部分，在报告的其他部分（如介绍研究原理、实验方法的部分）添加动画，也可以起到很好的效果.

报告中所用到的动画可通过一些软件制作得到.在这些软件中，Flash（Flash MX、Flash 8、Flash CS3等）是一种专业的动画制作软件，利用它可以制作出大量精彩的Flash动画［5］.本文介绍如何在科研报告中添加动画，以及使用Flash软件制作所需动画的方法.

1 在报告的不同部分添加Flash动画

1.1 介绍原理时使用动画

有些实验设备的工作原理仅通过叙述不容易让听众明了，若在讲述原理时结合动画演示则更容易让听众理解.例如，RFQ 冷却聚束器是对离子束流进行降能和聚束的实验设备，该设备通过产生不断变化的径向电场来实现对离子径向上的约束［6～7］.径向电场的方程较为复杂，约束离子的原理也不容易说明，此时若以动画演示的方式展现出来（图1），则可很容易让听众理解.该动画中的小球代表被约束的离子，不断变化的曲面显示了电势面的变化情况.在整个动画中，小球始终在曲面的中心及附近区域运动，表示电场对离子在径向上的约束作用.要制作该动画，需先计算得到不同时刻电势的表达式，再由Mathematica软件做出代表电势面的曲面图，最后在Flash软件中用逐帧动画的方式制作出动画.

图1 RFQ冷却聚束器径向上约束离子的动画Fig.1 The animation of ion is restricted in radial direction by RFQ cooler and buncher

1.2 介绍实验方法时使用动画

介绍实验方法时若结合动画演示，也可以起到事半功倍的效果.例如，彭宁离子阱是对原子核进行精确质量测量的实验装置，其测量质量的方法是先通过激发频率扫描测量飞行时间，再在得到的飞行时间谱中寻找最低点，最终由最低点对应的激发频率算出原子核的质量［8～9］.由于该测量方法步骤较多，过程复杂，在讲述报告时外行不易听懂，可在报告中使用2个动画来说明该方法（图2）.

图2 彭宁阱质量测量的动画Fig.2 The animation of measuring ion’s mass by Penning trap

图2（1）是彭宁阱中的离子经过激发后运动到飞行时间探测器的动画.用Flash软件制作此动画的方法较简单：以彭宁阱和探测器作为背景层，在给定离子的初始和结束时刻的位置后创建补间动画即可.图2（2）是得到的飞行时间谱的动画.飞行时间谱是通过拟合实验数据点得到的，而记录一个实验数据点就需要进行一次激发和飞行时间测量.为了说明这一点，把飞行时间谱做成一个从左至右逐渐展现的动画，制作该动画用到了Flash软件遮障层的功能.

除了用于质量测量的测量阱，彭宁离子阱还有用来去除杂质离子的纯化阱，而纯化阱需要通过偶极激发和四级激发两个步骤来实现除杂功能［4～5］.该过程也可以通过动画来说明（图3），动画中用不同颜色的小球表示需测量质量的离子和杂质离子，电极间用不同颜色区分以显示加激发的方式.由于离子每个时刻的位置不同，制作该动画采用了逐帧动画的方法.

1.3 介绍研究成果时使用动画

把科研成果做成动画展现出来可以给听众更直观的视觉感受，从而更容易理解报告内容.如原子核碰撞后产物运动：极端相对论量子分子动力学模型（UrQMD）是用来研究原子核性质的理论模型，用该模型可以模拟原子核的碰撞，得到碰撞产物的运动情况［10］，模拟计算的结果为各碰撞产物不同时刻的坐标数据，该计算结果可通过动画展现出来（图4）.为了让听众有时间上的概念，在动画的上方可标出每个画面所对应的时刻.

图3 彭宁阱质量测的动画的动画Fig.3 The animation of removing impure ion by Penning trap

图4 原子核碰撞产物运动动画Fig.4 The animation of nuclei collide product’s motion

2 使用Flash软件把科研成果做成动画的两种方法

在诸多的研究领域中，研究所依据的原理、采用的方法是各不相同的，因此在报告的这两个部分所添加的动画也各有千秋，制作这些动画的方法需根据动画的具体情况来确定.在研究成果方面，用Flash软件把研究成果制作成动画的方法主要有两种，并各具特点.

第一种方法是采用制作逐帧动画的方式，该方法几乎对所有情况的科研成果适用.制作动画的具体步骤如下：

（1）把得到的研究成果生成一系列对应于不同时刻的图片，这些图片需由专业的作图软件制作得到.例如：Origin软件可以由实验数据做出图片；Mathematica、Matlab软件可以根据相应的公式做出图片.

（2）把这些图片导入Flash 程序中，Flash 程序会自动把所导入的图片逐一对应到每一时刻（每一帧），通过设置程序中的帧频属性（fps）调节动画播放的快慢程度.

（3）在Flash程序中导出动画，最终生成gif、avi、swf等多种格式的动画.gif格式的动画可直接用“复制”、“粘贴”命令添加到放灯片中，在放灯片播放时动画会自动播放；avi和swf格式的动画需通过“导入”命令添加到放灯片中，在放灯片放映时需点击后才能播放.

第二种方法用到Flash程序的动作脚本（ActionScript）功能，其步骤如下：

（1）在Flash程序中制作物体运动的背景画面.

（2）绘制好物体后，将其转化为图形元件并对其命名.

（3）以给出每个时刻物体坐标的形式，把研究得到的物体运动方程编写到Flash程序的动作脚本中.例：一个小球做抛物线运动，它在x、y两个方向上的运动方程为：

其中：Vx、Vy为小球在x、y方向上的初始速度；g为重力加速度.为制作小球运动动画（图5），在对小球的图形元件命名为“ball”后，在动作脚本中编写程序：

图5 小球抛物线运动动画Fig.5 The animation of ball’s parabolic motion

（4）导出动画（与方法一中的步骤相同）.

可见，相比于第一种方法，第二种方法不必去做每个时刻的画面，只需在动作脚本中编写物体运动的程序即可做出动画，但该方法仅适用于研究结果中有具体运动方程的情况.

3 与其他软件比较

除了Flash软件，Mathematica、Matlab等其他软件也可以把研究成果制作成动画，但由于不是专业的动画制作软件，它们仅能制作一些简单的动画.例如由得到的方程或坐标，制作物体的运动动画或运动轨迹的动画，或由给定的数据制作颜色变化的动画等.与Flash软件相比，用这些软件做动画所适用的情况较少，所做的动画也较为简单.

4 总结

在科研报告的放灯片中添加Flash动画，以替代静止的图片，可以给听众更直观的视觉感受，使听众更容易理解报告的内容.在报告的原理部分、方法介绍部分和研究结果部分添加动画都可以起到很好的效果.用Flash动画制作软件把研究结果做成动画的方法主要有两种，第一种方法采用制作逐帧动画的方法，几乎可以把所有情况的科研成果做成动画；第二种方法是把研究得到的方程编写在Flash程序的动作脚本中，仅适用于研究结果中有具体方程的情况.这两种方法可为诸多科研工作者在报告中使用动画提供便利.

［1］张青山，陈国良.具有真实感的三维人脸动画［J］.软件学报，2003，14（3）：643－650.

［2］濮青，徐云，彭群生.利用自回归模型生成中国画风格水动画［J］.软件学报，2002，13（4）：475－481.

［3］于金辉，尹小勤，万寿红.远程教学课件中动画技术的研究与实现［J］.计算机应用研究，2004，21（2）：144－146.

［4］李才生.利用PowerPoint2003动画功能制作教学课件［J］.生物学教学，2008，33（3）：35－37.

［5］张凡，郭开鹤，李羿丹.Flash CS3中文版基础与实例教程（第三版）［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［6］Sun Y L，Huang W X，Tian Y L.RF power supplies for the RFQ cooler and buncher RFQ1L［J］.Journal of Instrumentation，2012（7）：P07005.

［7］黄文学，王玥，徐瑚珊.RFQ 冷却聚束器［J］.原子核物理评论，2005，22（1）：81－83.

［8］Sun Y L，TIAN Y L，Huang W X.Numerical and graphical description on the ion motions in a Penning trap for mass measurements［J］.Nuclear Inst and Methods in Physics Research A，2013，724：83－89.

［9］Huang W X，Wang J Y，Wang Y.Simulation of the Lanzhou Penning Trap LPT［J］.Chin Phys C，2009，33：193－195.

［10］李庆峰，王永佳，郭琛琛.低SIS能区重离子碰撞过程的系统性研究［J］.原子核物理评论，2014，31（3）：291－304.