邊鵬

摘 要：Maya建模能夠直觀、形象地對物理實驗進行教學，可以降低教學成本、增強實踐性，教學方法新穎獨特，對培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學生動手動腦的能力起到了積極的作用。文中還簡單介紹了建模的方法，對利用Maya建模教學起到了拋磚引玉的作用。

關鍵詞：Maya建模 材質(zhì)網(wǎng)絡 重力場 實現(xiàn)建模 材質(zhì)渲染 布爾運算

技工學校在物理教學中，應用Maya軟件進行建模，模擬實驗的全過程，就可以使畫面真實直觀，便于學生理解和學習。為此，筆者闡述Maya建模技術與物理教學相結合的優(yōu)勢。

一、降低教學成本，增強實踐性

物理是一門實驗科學，教學必須以實踐為基礎。這種實踐，一是可以借助實驗室中已有的儀器教具，二是可以就地取材，但是，有些實驗設備成本較高。我們采用Maya建模模擬實驗的過程就可以降低教學成本，使學生能夠更好地理解教材內(nèi)容，對實驗有更深的體會。

例如，模仿一個物體受重力作用產(chǎn)生自由落體的效果，將物體小球設為主動剛體，受重力作用而產(chǎn)生下落運動，地面設為被動剛體，同時定義小球和地面發(fā)生碰撞，給整個場景加一個重力場。小球受重力作用做自由落體運動落向地面，這時地面受到一個外力之后，Maya會自動算出球與地面發(fā)生碰撞的作用力的衰減度。這一過程完全不用設置關鍵幀，只要通過動力學Maya就可以自動算出結果，并與真實世界一樣。

二、利用三維建模，畫面真實直觀

一般課件的二維動畫演示只是簡單的模擬，難以保證真實性和直觀性，而Maya軟件是仿真的3D動畫制作軟件，能創(chuàng)造一個與實際近乎相同的特性環(huán)境，其渲染之后的效果能給人造成極強的真實感。在物理教學中，Maya建模主要需要實現(xiàn)建模和材質(zhì)渲染兩方面。

1.建模方法

Maya軟件所擁有的建模方法包括多邊形建模、NURBS建模、細分表面建模和雕刻建模四大類。在物理教學中我們常用第一種建模方法。多邊形建模是歷史最悠久的，應用最為廣泛的建模方法，它是由三角形和四邊形的拼接而成，我們在屏幕上看到的三維模型都是由被稱為“面”的相互連接的多邊形組成。每個“面”有不同的尺寸和方向，通過排列這些面，可以用簡單的方法建立起非常復雜的三維模型。它的優(yōu)點是對點、線、面進行的編輯非常方便，能做布爾運算，可以賦予各種材質(zhì)，支持Maya中的大部分畫筆；不足之處是節(jié)點太多，解算需要一定的時間和空間，而且對硬件要求較高。

2.材質(zhì)網(wǎng)絡

Maya的材質(zhì)網(wǎng)絡，允許對一個物體使用多層不同性質(zhì)的材質(zhì)，可對物體應用可渲染的顏色、表面凹凸、透明度、反射、發(fā)光等屬性。Maya的材質(zhì)是基于節(jié)點的，每個節(jié)點控制著定義了材質(zhì)的屬性。材質(zhì)具有類似于模型的層次結構和組織結構，我們創(chuàng)建的是相互聯(lián)系的由節(jié)點組成的材質(zhì)網(wǎng)絡，所以可以對同一個物體使用多層不同性質(zhì)的材質(zhì)，以最大程度實現(xiàn)仿真的效果。比如Maya的凹凸貼圖是真正的在物體表面形成凹陷和突起的效果，我們從任何角度觀看都顯示的是立體效果。

例如通過兩個小球碰撞來演示能量守恒定律的動畫制作過程。首先用多邊形里的球體命令創(chuàng)建兩個大小一樣的小球和一個水平平面，使小球的空間位置剛好放置在平面上，給兩個小球分別賦予金屬材質(zhì)和木材質(zhì)。把兩個小球設為主動剛體，平面設置為被動剛體，再給兩個小球加上一個重力場。給其中一個小球設置一個初始速度，再將初始速度的方向指向另外一個小球。然后根據(jù)小球的不同材質(zhì)設置不同的質(zhì)量、靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。而且我們還可以隨時使用播放鍵預覽動畫效果。最后使用渲染工具導出，就能得到兩個小球在桌面上碰撞的動畫。

三、教學方法新穎，培養(yǎng)學生的學習興趣

Maya建模動畫可以模擬、創(chuàng)設生動的物理情境，真實地展示物理過程。例如利用多媒體直觀、全面地展示原子彈爆炸、電動機的工作原理、導體內(nèi)部自由電荷的移動等。這些展示能幫助學生理解物理規(guī)律，增強教學氣氛，激發(fā)學生積極思維，調(diào)動學生學習積極性。

Maya建模動畫還可以增進教與學之間的信息交流，加強信息反饋。對于不方便進行實驗描述的物理現(xiàn)象，例如磁場、核聚變和分子運動的知識等，我們通過Maya建?？梢孕蜗蟮剡M行模擬，幫助學生形成概念、加深理解，使學生從感性認識過渡到理性認識，從而有效地突破教學難點，掌握重點。

在技校物理教學中，實施是教學的基礎。Maya建模這一比較先進的教學手段，能夠有效激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)新思維能力，提高教學質(zhì)量。充分利用Maya建模，可以最大程度地幫助學生掌握基礎知識，鍛煉他們的實際操作能力，達到學校和學生雙贏的目的。