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水利水电工程多媒体演示系统的设计与开发（发表于《上海水利》2003年第2期上的文章）
图片如下：
DREAMEXPRESS (上海勘测设计研究院﹒上海 200434)
[摘 要] 随着计算机技术的迅速发展，在水利水电工程中，从一般的设计方案介绍到整个枢纽工程演示系统，计算机多媒体技术都得到了广泛的应用。本文主要介绍水利水电工程多媒体演示系统的设计与开发。
[关键词] 水利水电工程 计算机 多媒体技术 交互程序 演示系统
1 概述
21世纪的人类社会是信息化的社会，人类通过各种途径传递信息，接受信息。多媒体技术是利用计算机技术，将文字、图形、图像、声音、视频和动画等多种信息综合处理，集成系统并具有交互性。诞生于90年代的多媒体是计算机技术发展的产物，它是一种将文字与亮丽的画面、生动的二、三维动画、优美的配音配乐、影视视频、计算机编程等技术融于一体的传播媒体。既具有平面广告的特点，又能达到影视广告的效果，还能同软件一样让观众参与其中，是兼三者之长最理想的整合媒体。
多媒体的涵盖面极广，如果从广义来讲，数字音频制作，动画视频制作，网站制作，甚至游戏开发，都可以归结到多媒体中。在本文中，采用多媒体狭义的定义，即以交互程序开发为主体的项目作为本文讨论的对象，例如交互光盘制作，触摸屏演示制作等。当然，其中仍然会牵涉到许多有关平面设计，动画制作，视频处理，音频制作等方面的内容，由于它们是多媒体程序中不可或缺的素材，所以在本文中也一并讨论。
以交互程序开发为主体的多媒体应用领域的范围相当广泛，概括起来包括以下几个方面：
1）商业企业类多媒体服务：一般用于企业形象或产品宣传，产品功能演示、企业员工培训等。
2）行业客户多媒体服务：各行业关于相关的汇报介绍展示系统，如政府招商引资多媒体软件，旅游景点展示系统、工程设计方案介绍多媒体等。
3）教育类多媒体服务：教育类的多媒体光盘目前市场上很普遍，从计算机软件应用的介绍、英语学习到百科全书多媒体，为广大户普遍接受与喜爱。
4）咨询软件的策划和制作：触摸屏查询软件、黄页查询系统普遍地应于我们的生活中，给我们带来了极大的方便。
5）电子产品手册制作：电子产品手册是指采用多媒体光盘发布公司产品的目录，产品手册，操作培训，技术文档，驱动程序以及安装说明等。
多媒体技术在水利水电工程中的应用属于行业客户多媒体服务类，其特点是可以通过多种媒体手段来表现水利水电工程的设计方案、施工过程和完建后的场景以及对工程中的现象进行模拟再现，如表现水利水电工程枢纽布置、主要建筑物的结构、大坝泄洪、橡胶坝坝顶溢流、水闸调度过程、船闸过船过程等等。
当前水利水电工程的介绍一般有三种方式：第一是挂图讲解，即将工程相关的图纸、图表等资料作挂图，来介绍工程或设计方案。这种种方式较少用，一般作为水利水电工程施工现场讨论等场合，主要对象是专家或工程技术人员。第二种方式一般采用PowerPoint制作幻灯片，通过计算机与投影仪来将工程相关资料作为幻灯片方式来向观众讲解。这种方式一般适用于简单工程或设计方案的介绍情况，但不适于大型工程或多方案、多链接、多种媒体的介绍。第三种情况就是本文要介绍的应用计算机多媒体技术开发出实用的交互式的演示系统。
2 水利水电工程多媒体演示系统的设计与开发
2.1演示程序的一般开发流程
1、根据客户提出的初步构想，通过与客户沟通进行用户需求分析，作出项目策划书并提出系统设计方案，描述系统的整体设计方案；
2、根据策划书的内容向客户提交多媒体设计方案，描述片头、界面、脚本、音乐的设计方案和样稿；
3、向客户提交素材需求清单，描述所有将被发布的素材，要求客户提供与水利水电工程相关的报告、设计图纸、图片或照片和录相资料等；
4、根据确定的多媒体设计方案，进行资料收集、数据处理、多媒体设计、程序编制；
5、完成产品的测试版，开始测试和修正；
6、编写使用手册与开发报告，向用户提交正式光盘产品。
虽然多媒体开发项目牵涉的技术名目繁多，然而，根据不同的特点进行归类，可以把一个多媒体项目开发项目分成三部分：一、素材部分；二、交互部分；三、设计部分。下面分别从这三个部分介绍水利水电工程多媒体演示系统的设计与开发的内容。
2.2素材部分
素材部分制作在多媒体项目中，有二种情况，一种是客户可以提供完备的素材，例如已经数字化完毕的文字图片资料，配音资料，动画资料，视频资料等（注意，这里的动画是指采用计算机制作加工的数字动画，视频资料指摄像机拍摄的内容经采集数字化后的资料），在此种情况下，素材部分的制作将非常简单。只需对素材进行简单的处理与加工，对于文字与图片资料只要按多媒体程序的设计风格，采用PhotoShop或FireWorks等软件进行编辑修改。对于用户提供的AutoCAD图纸源文件（dwg格式文件）可以通过AutoCAD软件进行编辑，删除与多媒体表现无关的内容，并进行适当的修改，然后导出为wmf格式的Windows图元文件，或采用HyperSnaper DX软件进行屏幕抓图，即可供多媒体软件调用。配音、动画和视频资料经处理后，使用Premiere或After Effects软件进行剪辑与合成。
第二种情况是根据客户提供的资料，需要制作相应的内容素材。通常在这种情况下，必须先根据项目要求，确定要制作的素材类型和每种类型的难易程度及数量，需要进行制作的素材按类型有以下几种：
1、 资料数字化：是指把传统的素材资料，转变为计算机文件。通常有文字输入，图像扫描，视频采集数字化。
2、 图像处理：是指对数字化后的图像，进行制作效果，添加文字等处理。
3、 电脑动画：在多媒体项目的片头，或者需要形象演示水利水电工程的设计方案、原理、工程总体布置、主要建筑物的结构与完建场景时，一般会采用电脑动画的表现方式，目前通常分为二维动画、三维动画、视频后期处理。二维动画在通常使用Flash来制作，由于近期内Flash的迅速流行与崛起，Flash成了很多二维动画人员的标准软件。三维动画在PC机上最早一般用3DS或者3DS Max制作，目前三维软件发展异常迅速，出现了各具特色的三维软件，如Rhino（主要用于建模）、Maya、Soft Image等，而专业的图形工作站（如SGI）也逐渐应用到许多商业公司。
仅就PC机上为水利水电工程演示多媒体项目制作的三维动画来讲，我们一般使用3DS MAX软件来制作三维动画。根据多媒体开发策划书的内容确定需要制作三维动画的场景，再根据用户提供的与工程相关的图纸、照片等资料在3DS MAX中建模，赋材质，打灯光、布置摄景机，根据需要设好动画，再通过计算机渲染生成动画文件。
视频后期处理在PC机上通常使用Premiere或After Effects软件进行，其内容包括后期效果合成，视频动画剪辑再加上配音解说的合成等。
4、 数字音乐、配音解说与音效的制作：在国内，愿意出钱制作原创数字音乐的客户并不多见，一般采用音乐CD作为作品的背景音乐。配音解说在要求较高的情况下应到专业录音棚去制作配音解说，通过电脑声卡输入到计算机中，再与视频素材做合成。在一般要求不高的情况下，如水利水电工程方案汇报中的演示，一般无须专业录音设备，只要在隔音环境较好的室内，采用高质量的话筒，通过声卡直接输入到计算机中，再通过Cool Edit Pro或SoundForge等音频处理软件进行去噪、增加回声等效果来进行处理，使配音解说的效果更趋于完美。对于动画中的音效，如流水、鸟鸣、风雨雷电、车辆、飞机等音效，一般都可从多媒体素材光盘中选取，当然动画的制作应考虑与音效合成的配合。
2.3 交互部分
交互部分是指采用多媒体制作软件，如Director，Authorware，甚至VB，VC，Dehphi等，把设计界面和各种多媒体素材有机地组织成一个整体。
交互部分是整个多媒体项目最后的工作，它的好坏直接影响到多媒体产品的质量，一个运行速度通畅，bug极少，导航清晰的多媒体产品，能让用户完全忘记有多媒体程序的存在，而是只享受其中的内容。
水利水电工程演示程序的制作，一般采用Authorware软件，它的流程线式的设计方式，便于更好更快地组织水利水电工程演示的多媒体素材，其框架结构与水利水电工程介绍的章节内容可以一一对应。需要重复调用的页面内容可以采用框架结构做成媒体库，可以在任何页面内容中调用，并在调用完成后返回调用的页面。
Authorware具有丰富的内置函数、外部函数与各种插件，用于播放与控制各种媒体。Authorware提供的Flash Asset Xtra插件，可以直接导入Flash动画，Flash Asset Xtra提供的Flash控制函数可以读取Flash动画的属性、变量，并可以更好地从外部去控制Flash的播放，进而实现Authorware与Flash的无缝连接。甚至多媒体产品的每个页面都可以采用Flash来制作，再通过Authorware去进行素材的组织与管理。Authorware的外部 插件DirectMediaXtra可以利用Windows的DirectX技术播放各种视频文件，如Mepg1(VCD文件)、Mepg2(DVD文件)和AVI文件等。DirectMediaXtra提供的媒体控制函数可以方便地控制视频文件的播放、暂停、快进与快退等等。Flash Asset Xtra插件与DirectMediaXtra插件的控制函数还可以与Authorware的条件判断结合来控制动画播放完毕后程序的自动跳转流向。
2. 4设计部分
这里的设计部分是指交互界面和导航的设计。多媒体产品的交互界面与导航设计部分相当重要，因为最终的多媒体产品交付用户使用后，用户使用多媒体演示系统都是在与界面和导航系统在打交道，好的多媒体产品一般都应具有友好的界面、与水利工程表现相配合的风格，一般用户在不经过专业培训或仅作少量使用指导的情况下，可以很快上手使用，即使水利水电工程演示的结构很复杂，也不会造成用户迷失在众多跳转按钮中而找不到方向。这就要求程序设计人更好地组织各种多媒体素材，明确地给出导航提示。
水利水电工程演示系统一般要求具有可以手动与自动播放多媒体程序的切换功能，配音解说或背景音乐具有开关功能，以方便于不同场合下使用。比如，有时需要人工进行专业讲解，这时可能就不需要配音解说和背景音乐，程序的跳转也应由讲解人手动来控制，并可以自由选择想要讲解的内容；有时需要将多媒体程序放在展示厅里自动循环播放，以供在不同时间前来参观的观众观看自已感兴趣的内容。
以上这些功能也是一般多媒体演示系统应该提供的功能，使用Authorware可以在每个页面的跳转前做一个监视开关，通过编写程序实现自动与手动播放的状态切换，还可以通过设置全局变量用于控制配音解说或背景音乐的开关，以适应不同场合的需要。
3 我院的多媒体开发项目成果简介
我院是在水利水电行业内率先利用计算机多媒体技术来展示水利水电工程建设的单位，拓展了计算机在水利水电工程中的应用，在水利水电设计行业中具有领先的技术水平。
由我院制作完成的黄河小浪底水利枢纽多媒体演示系统，获得了2000年水利部优秀设计软件银质奖章。该系统以三维动画为主，展示了工程总体布置及主要建筑物，反映了施工阶段的工程形象面貌，能从不同视角和路径观看工程的三维模型，生动逼真地反映了在建的小浪底工程的规模和复杂性。
山东省黄河河务局委托我院制作的山东黄河标准化堤防建设规划项目的三维动画多媒体演示系统受到了黄委会主任李国英的高度评价。此系统形象地展现了黄河标准化堤防建设规划的整体面貌。
由我院在内的六家国内外著名的水利水电设计单位参加的上海市吴淞路水闸工程国际范围内的方案征集，我院以出色的方案设计、逼真的动画模拟演示获得了专家的一致好评，方案设计荣获一等奖。
目前正在开发与制作的内蒙古呼和浩特市“两河一库”工程多媒体演示光盘与VCD项目，将展现内蒙古呼和浩特市的东河与西河的综合整治工程与哈拉沁水库工程的设计与施工方案及整治后的环境模拟，而整个多媒体演成系统将作为内蒙古呼和浩特市“两河一库”工程招商引资的宣传资料和应用于各种介绍内蒙古呼和浩特市“两河一库”工程的场合。
由我院的制作多媒体交互程序，多次成功地配合了我院的水利水电工程设计项目的招投标工作，受到很多水利专家的关注与好评。依附于我院在水利水电设计方面的优势，我院正逐步开拓水利水电多媒体演示程序开发的市场，在多媒体开发与我院的水利水电设计相互结合、相互促进方面走出了一条成功之路，也为我院创造了更多的经济效益。
4 结语
当今计算机技术发展日新月异，硬件与软件技术都在飞速发展，对于我们计算机应用与开发人员而言，不能满足于已经获得的知识与成功经验，仍需立足于水利水电设计专业，将更新的计算机技术应用到水利水电设计行业中。
我们已开发的演示系统是基于已存在的动画数据文件或图片文字资料的多媒体应用产品，演示的内容是根据资料预先定义好的模型，沿设定的方向和路径来表现水利水电工程，最后渲染生成动画文件，供多媒体交互程序调用。若实际工程的设计方案有了修改或需要更改场景描述时，就必须对修改的部分进行重新制作开发，产品升级或维护的工作量相当大，且相似的工程表现也必须从头开始制作，可以借用的只是开发经验与实现方法。就这些方面来说，目前的多媒体设计与开发的效率还是相对较低的。
随着计算机运行速度的提高和三维实时CAD技术的成熟，我们希望能探索一种新的水利水电工程多媒体演示系统的设计与开发模式，运用后台数据库技术的支持，使得程序的内容是可以活动的，即允许用户自己定义交互程序的流程与内容，运用三维模型参数化和实时渲染技术，自动生成模型并生成即时渲染动画。这种技术不仅可以提高水利水电工程多媒体项目的开发效率，而且可以应用于水利水电工程的设计计算、工程监测与工程分析的模拟等场合。目前日渐成熟的计算机虚拟现实技术（VR），可以通过计算机虚拟出真实的三维场景并具有交互性，可以根据用户的意图去从不同角度、不同路径去观看虚拟的模型或场景，甚至可以对水利水电工程上的物理现象或应力应变场进行动态交互模拟，这些新技术的运用必将为水利水电工程建设带来更大的发展。
