一种改进的PowerPoint工程图动画制作方法研究

罗年猛， 董天林， 邓小杰

(华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074)

一种改进的PowerPoint工程图动画制作方法研究

罗年猛， 董天林， 邓小杰

(华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074)

PowerPoint制作的动画在目前工程制图教学中占据主要地位，但是PPT中图形的绘制和动画的制作以及修改都很困难，提出一种结合 AutoCAD矢量图形制作动画方法，很好地解决了图形绘制以及动画定义后的再修改问题。

工程制图；动画制作；PowerPoint；矢量图形

课件在现有工程制图的教学工作中已普遍使用，而使用最多的课件仍是微软出品的软件PowerPoint制作的PPT幻灯片，其能够很好地将文字、图形、图像展示出来，并提供丰富的动画效果，教师在教学过程中能够十分方便控制幻灯片以及动画的播放时间。众所周知，工程制图的教学特点是以图形为主，讲解各种图形的绘制方法和过程，其中动画是一个重要的环节，但是在PowerPoint中针对工程图形的动画制作存在如下几个难以解决的问题：

(1) PPT中图形绘制困难。工程图在绘制中存在许多的几何约束需要保证，如图形元素在绘制的过程中需要捕捉中点、垂直、相切等、还需进行圆周分布、均匀分布等，这些要求在PPT中绘制图形元素时几乎难以完成，导致其在直接绘制工程图形中工作量极大，且还难以满足图形的拓扑结构和精度要求。

(2) PPT中现有的线型不符合工程制图的国家标准。国家标准对不同的线型都有相关的推荐定义[1]，但是 PPT中线条的线型为了美观并未满足相关规范，作为讲授工程制图课程的课件，如不能满足相关标准就难以约束学生。

(3) 已经定义好动画的图形修改困难。对已经定义好的动画，PPT虽然提供了简单的局部单图形元素的修改功能，但是，如果需要将整幅图形动画缩放以满足排版的要求，或者修改中保证图形中的相切、过中点等拓扑关系，存在较大的困难，一般上课时使用的完整的三视图动画完成后几乎难以修改。若将图形包装为块后进行缩放虽然能够保证拓扑关系，但是经其操作后，以前定义的动画关系会全部丢失，也就是说，教师耗费大量的时间制造的一幅动画图形难以重复利用。

鉴于上述问题，国内的吕梅等[2-4]展开了相关的研究，并通过将AutoCAD的图形复制到PPT中较好地解决了上述的第一个问题，即PPT图形绘制困难的问题。本文为此提出了以AutoCAD为主，以PowerPoint的直接编辑为辅的工程图动画制作方法并实现了相关系统的开发。该方法利用 AutoCAD 和PowerPoint的二次开发能力，直接在AutoCAD中开发一个辅助动画定义系统，完成图形绘制和动画定义，最后根据需要选择适当的比例，自动转换为PPT中具备动画效果的幻灯片。由于本文方法都直接在AutoCAD中完成，因此需要对动画进行修改时只需要修改原始的AutoCAD图形，从而保证了相关的拓扑关系和原有动画效果，输出到PPT时也能够方便指定输出的大小，并在输出时根据定义的线型进行处理，获得满足国标要求的线型表达，从而很好地解决了上述的3个问题。

1　工程图动画制作系统流程

基于上述思路，系统设计如下技术框架流程，如图1所示。

图1　动画制作模型框架

在图1中，图形的来源可以是已经存在的CAD模型(DWG文档），其可以包含原来定义的动画信息，或者直接建立新的文档，在此基础上可以对图元进行添加、修改、移动、复制等各种操作。

图形动画的定义、图元的绘制、图元的编辑相互之间是即联系又独立，没有必然的顺序关系，教师可以根据需求随时进行相关地操作。当定义动画时所定义的动画将自动和相应的图形元素建立关联关系。

将已经定义好的动画的文档通过二次开发的输出功能，设定输出的幅面大小，可自动转换为含有动画效果的PPT文档，其可方便插入已有的PPT文档中，形成满足要求的工程图形动画教学演示文稿。

从系统流程来看，还需要解决如下问题：①如何将PPT中已有的动画效果在CAD中进行描述；②如何建立动画与图元的关系；③PPT绘制图形时如何将CAD中的特殊对象(样条曲线）在PPT中绘制出来；④如何将CAD中的国标线型在PPT中表示。只有解决了以上几个问题才能成功解决前面提出的3个问题。

2　关键技术

基于AutoCAD以及PowerPoint的二次开发能力[5-7]，本文对上述关键技术展开研究，并很好解决了相关问题。

2.1动画的描述及动画与图元的关联

(1) 动画数据描述。为了实现在AutoCAD中定义的动画能够完整、自动转换为PowerPoint中的动画效果，系统首先对 PPT中的动画进行分析。在PowerPoint中一条完整的动画，可以表达为如下的组合形式。

其中每一个组员的含义如表1所示。

表1　组员的描述

由于动画是和每一个或一组图形元素相关，因此动画的定义数据必须和相应的图形元素进行关联，定义的动画和图形需要能够保存，以便下次使用。基于AutoCAD的二次开发功能，在AutoCAD系统中的每一个图形元素均可以定义扩展属性，基于该扩展属性，通过二次开发，可以将文本、数值、甚至二进制数据放置其扩展信息中。当利用AutoCAD的保存功能保存图形和读取图形时，这些扩展属性信息会跟随图元保存到磁盘文件或者加载到AutoCAD系统中，从而解决了定义的动画保存问题。

(2) 动画数据的动态管理。在CAD系统中，由于图元的添加、修改、删除和动画的定义是一个没有前后顺序关系的操作过程。因此，系统不能根据图形元素在系统中绘制的顺序来确定动画的定义顺序，根据前面动画记录的表达形式，由于在数据中记录了动画的顺序，因此图形在从数据库中加载或者进行图元的编辑、动画的修改时在CAD系统内部维持一个内部动画管理表。该表中每一项为一条单独的动画记录，并基于顺序号Index为关键字进行从小到大排序，该表不需要保存到图形文档中，如图1所示。系统在进行动画编辑或者输出PPT文档时如果不存在动画管理表则自动根据现有的数据创建，在动画编辑的过程中以及图元修改中进行维护。

在图元进行编辑时，例如复制中，图元如果已经定义了动画信息，则定义的动画将会自动被复制到新的图元中，如果移动图元，该图元定义的动画效果将不会丢失，从而最大限度保证了前期的动画定义成果。

2.2样条曲线的绘制

CAD中的样条曲线一般是B样条，PPT中虽然有曲线，但并不是样条曲线。将B样条的拟合点转换到PPT中作为曲线的输入点，画出来的曲线明显与PPT中的曲线不一样，所以不能满足机械制图的要求，如图2、3所示。图2为CAD中绘制的图形，中间的曲线为B样条曲线；图3是将CAD中B样条的拟合点作为PPT中曲线的输入点产生的曲线，其结果与原始对象差别较大，不能满足教学演示之用。

为了解决上述问题，系统采用了直线逼近的方法来近似表达曲线，直线的段数越多则逼近的效果越好，在曲率越大的地方，其线段长度越小则效果越好。基于B样条的表达，系统首先获取一定数量的型值点，可以根据近似长度进行分割，然后计算型值点处的近似曲率，对于曲率相对比较大的地方进行适当型值点加密操作，最后对所有的型值点按照曲线长度方向依次用曲线拟合，得到近似表达，通过此方法绘制的直线可以满足机械制图教学的要求，如图4、5所示。图4是采用逼近方法将图2转到PPT中的效果，两幅图的相似度非常高，可满足机械制图演示的要求。而图5是将图4中的曲线打散后的效果，从结果看该曲线确实是由多段短直线组合而成，在曲率比较小的地方，其逼近线段长；而在曲率大的地方，其逼近线段短。

图2　CAD中的图形

图3　直接利用PPT中的曲线

图4　利用直线逼近的曲线

图5　打散图

2.3线型匹配

比较图6和图7可以发现PPT中现有的线型和机械制图中国标的线型并不一致，图6是PPT中的线型，图7为机械制图的国标线型。图6中线型的表达明显不能满足国标的需求，因此不能直接进行设置。为此，系统采用文献[8]中所表述的算法，对图形元素进行线型处理，将原始带有线型的图元转换为由许多实线描述的多条子图元组合的表达模式，在输出为PPT时，组合为一个整体，并统一应用定义的动画。针对不同的图元类型，可按图8所示进行处理。

图6　PPT线型

3　实　例

以实例展示该系统的转换效果，图9为CAD系统中绘制的已标注好的机械图，且线型、线宽、颜色等信息已设置好，同时根据演示的实际需求也设置好了每一图元的动画效果。图 10为转换到 PPT中的对应结果，从结果看，图形的转换准确性较高，从右边栏可知动画效果已被设置好。

图7　国标线型

图8　图元输出线型处理流程

图10　PPT转换结果

从实验结果可知，通过CAD绘图并且设置动画，然后直接转换成一张完整的PPT是可行的。应用本文的方法解决了前面提到的3个问题，方便了机械制图PPT演示文稿的制作。

4　总　结

本文方法较好地解决了利用 PPT制作机械制图演示动画存在的3个问题。从实验结果看，本文的转换效果比较理想，其方法是完全可行的。系统还存在不完善的部分，例如在AutoCAD中未能实现所见即所得的动画效果，最后的动画效果需要转换到PPT中才能够进行观察。

[1] 中华人民共和国国家标准. 技术制图图线(GB/T17450-1998)[S]. 北京: 中国标准出版社, 1999.

[2] 吕梅, 杨莉, 郝育新. 一种基于AutoCAD和PowerPoint的制图课件的制作方法研究[J]. 图学学报, 2014, 35(4): 633-636.

[3] 张淑娟. 工程制图的多媒体计算机辅助教学[J]. 山西农业大学学报: 社会科学版, 2004, 3(4): 368-369, 375.

[4] 丁临菊, 王君杰, 冯山山, 等. 基于AutoCAD和PowerPoint软件制作《机械制图》课件图形动画的研究[J]. 山西农业大学学报: 自然科学版, 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] 刘巍, 褚鹏. 用VBA对PowerPoint进行二次开发[J]. 电脑学习, 2003, (2): 28-29.

[7] 李冠亿. 深入浅出AutoCAD.NET二次开发[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2012: 5.

[8] 罗年猛, 朱林, 黄正东. CAD 中图元线型分割算法的研究和实现[J]. 工程图学学报, 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

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