基于Director的CAI系统开发研究

余志伟

摘要：阐述了开发工程制图CAI教学系统的必要性，对教学系统的总体结构、界面设计、素材处理等进行了分析，实践表明该教学系统在提高了教学效率和质量的同时，也激发了学生学习的积极性和主动性。

关键词：工程制图;系统开发;CAI

中图分类号： TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）31-0098-02

1 引言

工程制图是探讨绘制机械图样的理论、方法和技术的一门技术基础课。本课程从点、线、面的空间投影规律入手，逐步拓展到空间立体的投影，培养学生的空间想象力和空间分析能力。在现有的教学方法中，主要是通过制作PPT来讲授课程。由于PPT功能比较单一，多媒体素材兼容性不强，对于需要大量使用平面动画、三维动画和各种播放插件的制图课程而言，已经显得力不从心。

随着计算机技术的快速发展，各种多媒体软件的出现，为设计和开发专用的CAI教学系统提供了良好的开发环境。CAI教学系统将文字、声音、图片和视频等多媒体素材集于一体，自成一套独立的应用环境，能够以灵活、方便的人机交互方式进行操作，丰富了现有的教学方法和手段，提高了教学效率和质量。

2 CAI教学系统的内容及特点

2.1教学系统的内容

该教学系统共包含7章：1）制图的基本知识;2）基本体和切割体;3）组合体画法;4）组合体读图;5）机件形状表达方法;6）标准件和常用件;7）零件图与装配图。每章内容又包括若干小节，全面地反映工程制图课程的所有教学内容。

2.2教学系统的特点

1）系统最大的特点体现在一个“新”字上。本系统打破传统教材从点、线、面入手，然后进入空间立体的教学体系，而是从空间立体出发，使点、线、面的分析自然融合到空间立体之中。这种独特的创新，符合由具体到抽象、再由抽象到具体的辩证唯物主义认识规律[1]。

2）易用性和易维护性是本系统的另一大特点。系统由7大模块，52个小模块组成，各个模块独立封装，自成体系，能够方便地实现章、节、页之间的自由切换，操作方便。还可以根据不同学校教师授课的习惯，进行教学内容的修改和扩充。

3）充分利用多媒体技术，模拟教师解题的过程。通过平面动画分解解题的每一个步骤，详细具体，使学生易于接受。利用三维动画，重建立体实型，并通过过程控制，方便教师授课和学生学习。

3 CAI教学系统的开发环境

Windows系统是目前使用最广泛的电脑操作系统，常用的开发软件有Visual C++、Java、PowerPoint和Director MX等。Visual C++、Java学习起来难度較大，需要一定的计算机专业知识和编程经验的教师才能较好地掌握。PPT对于复杂的多媒体编辑能力和兼容性又显得不足。Director MX具有易学易用、功能强大和兼容性好的特点，几乎支持目前所有类型的声音、动画文件[2]，能方便实现对各种素材文件的控制和播放。经过综合比较，选用Director MX作为CAI教学系统的开发工具。

4 CAI教学系统的开发过程

4.1系统总体设计

CAI教学系统的开发，遵循一般软件的开发过程，按照软件工程的思想，经历问题定义、可行性研究、需求分析、总体设计、详细设计、编码和单元设计、综合测试、维护等阶段[3]。具体设计流程如图1所示。

4.2系统界面设计

CAI教学系统的界面是人机交互的窗口，设计的时候要体现出操作简便、风格一致和交互友好的特点。在系统界面设计中，章节标题和教学内容匹配，跳转控制明确、高效。在教学界面设计中，合理搭配文字、图片、视频等多媒体素材，教学重点突出，视觉效果良好。系统界面和教学界面如图2、3图所示。

4.3多媒体素材处理

4.3.1 文字类素材处理

文字类素材是占比最大的一类。Director MX提供了对文字的处理，但功能较弱。通过先将文字在Word2010中录入和排版，用Flash MX软件将文字矢量化，输出swf文件格式，再用Director MX对该类文件直接调用。经过这样处理以后，文字放大显示时边缘不会出现锯齿现象，提高显示的清晰度和阅读效果。

4.3.2 图片类素材处理

图片是素材中格式较多的一类，最常用的有BMP、JPG、GIF和PNG等。BMP优点是图像信息较丰富，缺点是不支持压缩，占用磁盘空间过大。JPG的优点是支持高级压缩，缺点是压缩会降低图片的质量。GIF优点是支持无损耗压缩和透明度动画，缺点是只支持256色调色板。PNG汲取了GIF和JPG二者的优点，缺点是不支持动画应用效果。在CAI教学系统开发中，PNG和GIF格式文件是使用最多的。

4.3.3 平面动画类素材处理

平面动画主要是用来讲解作图的具体过程，将传统教学中黑板作图的优点引入到CAI 教学系统中，选用的软件是Flash MX。由于和Director MX是同一家公司的产品，软件界面风格统一，操作习惯类似。动画对作图过程每一步都能进行前进、后退和暂停的控制，动画输出格式也是swf格式，Director MX中直接调用，兼容性好。

4.3.4 三维建模类素材处理

三维建模类素材是制作难度较大，费时最多的一类。常用的软件主要有AutoCAD、UG NX、SolidWorks等软件。其中AutoCAD三维造型功能较弱，UG NX专业性强、学习难度较大。而SolidWorks是第一款基于Windows系统开发的三维造型软件[4]，功能强大，简单易用而被作为建模软件的首选。

4.3.5 三维动画类素材处理

三维动画类素材是用来动态表达零件的空间形状和机器的装配连接关系。常用的软件主要有3dmax、Maya、Lightwave 3D等。其中3Dmax具有系统配置要求低、插件丰富、动画制作能力强的特点，常作为三维动画软件的首选。动画制作时，可以直接调用三维建模类素材，再进行光照、材质和渲染等处理，最后输出avi格式文件，用DirectorMX进行集成。

5 结束语

教学实践表明，该CAI教学系统集成度高、兼容性好、交互性强。丰富了现有的教学方法和教学手段，激发了学生的学习积极性和主动性，提高了工程制图课程的教学效率和教学质量。

参考文献：

[1] 万勇.工程制图基础[M].3版.北京：高等教育出版社，2010.

[2] 方仲玮.Director.11多媒体开发应用教程[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3] 丘威，李代平.基于面向对象软件工程方法的CAI开发与实现[J].上饶师范学院学报（自然科学版），2003，23（3）：74-78.

[4] 陆明.SolidWorks 2018中文版从入门到精通[M].北京：中国青年出版社，2019.

【通联编辑：唐一东】