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摘 要：为改变传统教学方式，提高密码学课堂趣味性，设计开发了基于三维动画交互的密码学课堂。通过三维动画模拟场景，将密码学中的抽象理论转化为三维动态场景，结合交互式三维动画场景的实时显示与切换，让学生更好的融入课堂内容，帮助学生理解密码学原理和密码学相关案列。
关键词：三维动画;交互式;密码学
目前相关3D交互开发制作的产品主要有数码相机交互演示平台和除尘风网设计与运行维护教学软件。数码相机交互演示平台的软件整体框架使用3D交互开发制作，同时首次实现与MySQL数据库成功对接，进一步将3D交互的数据库应用领域拓宽。该教学软件的特点是“大型场景仿真实训”、“交互式实时数据库”、“互动教学考核”。市场上基于三维模型及其动画的教学软件偏向于动手操作类的教学，类似于密码学这种理论性较强学科的3D教学产品处于空缺。与平面设计相比，三维动画多了时间和空间的概念，需要借助平面设计的一些法则，但能给人更好的视觉效果，借助三维动画的立体感和动态感，结合交互性设计，让密码学课堂上抽象的理论与相关算法更加生动易懂。
一、总体设计方案
三维动画交互的密码学课堂总体设计上分为课堂讲义模块、练习测验模块、课后作业模块和后台信息管理模块。课堂采用B/S模式，方便用户使用，无需下载应用软件，通过浏览器打开，以网页版的形式进行展现。并且整个课堂内容的开展过程将模拟VR技术，让在线用户通过注册账号，登录后可以进入三维虚拟场景，通过模拟现实中的动作，可以观看到场景中的相关细节。三维动画制作过程中，以运用实时显示技术为基础，场景切换之间的衔接相互契合，同时兼顾画质美感，从用户视觉角度出发，将学生带入画面其中，达到身临其境的效果。用户的角色主要是由学生和教师构成，既有采纳了现实中课堂模式，又具有线上课程的便捷。
二、单元模块设计
（一）课堂讲义模块
课堂讲义模块主要是课堂讲授知识与相关密码学原理的三维动画交互式设计与呈现，相比于传统教学中使用的PPT，PPT的制作相对简单，教师既是PPT资源的使用者，也是资源的制作者，资源的获取与制作都相对较容易;而三维动画交互的密码学课堂相关动画资源由于制作技术的难度，要达到较好的视觉冲击效果，必须通过后台相关技术人员进行定制，结合教师上传的课堂知识和练习习题的原理描述，制作对应三维动画模型，并且借助云平台进行资源的更新与保存，同时不断扩大密码学课堂的资源库。
三维动画制作与虚拟现实技术有着相互的联系，虚拟现实技术是在虚拟世界存在的三维模型，利用计算机网络形成的三维动画效果。
三维动画的制作结合计算机虚拟仿真技术，用户通过操作界面人为改变虚拟环境中的虚拟值，将用户带入场景之中，进一步改善整个密码学课堂的交互性。
（二）练习与作业模块
平时练习和课后作业模块采用偏游戏的风格建立，让学习者体会密码学的乐趣所在。交互式动画将融合美术设计，不断提高娱乐性和互动性，动画影片不再试一个静态播放的状态，而是增强学习者体验的真实感。
制作三维动画，首先需要建立三维模型，采用3ds Max建立模型，三维模型包括对虚拟场景、三维动画人物、动作表现的制作，还要通过虚拟仿真技术和交互技术的相互配合来完成相关模型的建立。基于特征跟踪的人体运动捕获技术，选取光流场跟踪、点跟踪等特征跟踪方法，由图形或视频序列中提取出二维人体运动参数，进一步借助视觉原理来恢复三维人体运动参数序列。根据场景设置，赋予物体的材质与贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整画面或动画，三维动画经过渲染配合声音达到逼真的效果。三维动画与二维的区别体现在交互性、立体感、真实感、制作软件等与虚拟现实技术的结合。
学生在完成练习和作业后，会实时进行线上考评，并将相关成绩信息及时反馈给教师，教师通过反馈信息来进行下一步教学计划。除此之外还有对教师的匿名评价和建议环节，通过匿名建议的方式解除了在现实课堂学生不方便表达心声的障碍。
（三）后台信息管理模块
后台信息管理模块是结合MySQL数据库管理系统的一个信息数据存储空间，包含课堂内容、课后作业、实验任务、学生和教师的信息数据的存储管理，同时设置有管理员的角色，管理员可以通过密码学课堂的后台信息管理平台的钱盾啊页面来操纵后台数据库，使得管理信息操作更加简单方便。对于管理员，教师，学生这三个角色，系统都设置了相应的登录权限与操作权限，以便于后台系统数据的安全性管理。
三、结语
三维动画交互式学习环境能够为学习者提供生动逼真的互动学习情境，改善学习效果和效率。該平台采用在线的形式，摒弃了传统的固定上课时间的形式，上课时间自由灵活，方便用户自由安排。并且不用下载APP，减少了一系列的繁琐步骤，用户操作简单方便。将抽象的理论转换成三维动画场景展现在用户面前，提高密码学课堂趣味性，改进传统教学模式。
参考文献
[1]万蕾.维动画技术在产品演示中的应用与研究[D].山东：青岛大学，2017.
[2]曾龙凯.计算机虚拟仿真技术在三维动画制作中的应用[J].现代信息科技.2019，3（08）：84-85+88.
作者简介：
督静雯（1999—），女，汉族，四川大英县，本科，研究方向：计算机科学与技术（通讯作者）。
简文涛（1997—），男，汉族，四川省宣汉县，本科，研究方向：信息安全。
郭秋婷（1999—），女，汉族，四川省成都市，本科，研究方向：软件工程。
李庆（1998—），男，汉族，四川省大英县，本科，研究方向：工商管理。
关键词：三维动画;交互式;密码学
目前相关3D交互开发制作的产品主要有数码相机交互演示平台和除尘风网设计与运行维护教学软件。数码相机交互演示平台的软件整体框架使用3D交互开发制作，同时首次实现与MySQL数据库成功对接，进一步将3D交互的数据库应用领域拓宽。该教学软件的特点是“大型场景仿真实训”、“交互式实时数据库”、“互动教学考核”。市场上基于三维模型及其动画的教学软件偏向于动手操作类的教学，类似于密码学这种理论性较强学科的3D教学产品处于空缺。与平面设计相比，三维动画多了时间和空间的概念，需要借助平面设计的一些法则，但能给人更好的视觉效果，借助三维动画的立体感和动态感，结合交互性设计，让密码学课堂上抽象的理论与相关算法更加生动易懂。
一、总体设计方案
三维动画交互的密码学课堂总体设计上分为课堂讲义模块、练习测验模块、课后作业模块和后台信息管理模块。课堂采用B/S模式，方便用户使用，无需下载应用软件，通过浏览器打开，以网页版的形式进行展现。并且整个课堂内容的开展过程将模拟VR技术，让在线用户通过注册账号，登录后可以进入三维虚拟场景，通过模拟现实中的动作，可以观看到场景中的相关细节。三维动画制作过程中，以运用实时显示技术为基础，场景切换之间的衔接相互契合，同时兼顾画质美感，从用户视觉角度出发，将学生带入画面其中，达到身临其境的效果。用户的角色主要是由学生和教师构成，既有采纳了现实中课堂模式，又具有线上课程的便捷。
二、单元模块设计
（一）课堂讲义模块
课堂讲义模块主要是课堂讲授知识与相关密码学原理的三维动画交互式设计与呈现，相比于传统教学中使用的PPT，PPT的制作相对简单，教师既是PPT资源的使用者，也是资源的制作者，资源的获取与制作都相对较容易;而三维动画交互的密码学课堂相关动画资源由于制作技术的难度，要达到较好的视觉冲击效果，必须通过后台相关技术人员进行定制，结合教师上传的课堂知识和练习习题的原理描述，制作对应三维动画模型，并且借助云平台进行资源的更新与保存，同时不断扩大密码学课堂的资源库。
三维动画制作与虚拟现实技术有着相互的联系，虚拟现实技术是在虚拟世界存在的三维模型，利用计算机网络形成的三维动画效果。
三维动画的制作结合计算机虚拟仿真技术，用户通过操作界面人为改变虚拟环境中的虚拟值，将用户带入场景之中，进一步改善整个密码学课堂的交互性。
（二）练习与作业模块
平时练习和课后作业模块采用偏游戏的风格建立，让学习者体会密码学的乐趣所在。交互式动画将融合美术设计，不断提高娱乐性和互动性，动画影片不再试一个静态播放的状态，而是增强学习者体验的真实感。
制作三维动画，首先需要建立三维模型，采用3ds Max建立模型，三维模型包括对虚拟场景、三维动画人物、动作表现的制作，还要通过虚拟仿真技术和交互技术的相互配合来完成相关模型的建立。基于特征跟踪的人体运动捕获技术，选取光流场跟踪、点跟踪等特征跟踪方法，由图形或视频序列中提取出二维人体运动参数，进一步借助视觉原理来恢复三维人体运动参数序列。根据场景设置，赋予物体的材质与贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整画面或动画，三维动画经过渲染配合声音达到逼真的效果。三维动画与二维的区别体现在交互性、立体感、真实感、制作软件等与虚拟现实技术的结合。
学生在完成练习和作业后，会实时进行线上考评，并将相关成绩信息及时反馈给教师，教师通过反馈信息来进行下一步教学计划。除此之外还有对教师的匿名评价和建议环节，通过匿名建议的方式解除了在现实课堂学生不方便表达心声的障碍。
（三）后台信息管理模块
后台信息管理模块是结合MySQL数据库管理系统的一个信息数据存储空间，包含课堂内容、课后作业、实验任务、学生和教师的信息数据的存储管理，同时设置有管理员的角色，管理员可以通过密码学课堂的后台信息管理平台的钱盾啊页面来操纵后台数据库，使得管理信息操作更加简单方便。对于管理员，教师，学生这三个角色，系统都设置了相应的登录权限与操作权限，以便于后台系统数据的安全性管理。
三、结语
三维动画交互式学习环境能够为学习者提供生动逼真的互动学习情境，改善学习效果和效率。該平台采用在线的形式，摒弃了传统的固定上课时间的形式，上课时间自由灵活，方便用户自由安排。并且不用下载APP，减少了一系列的繁琐步骤，用户操作简单方便。将抽象的理论转换成三维动画场景展现在用户面前，提高密码学课堂趣味性，改进传统教学模式。
参考文献
[1]万蕾.维动画技术在产品演示中的应用与研究[D].山东：青岛大学，2017.
[2]曾龙凯.计算机虚拟仿真技术在三维动画制作中的应用[J].现代信息科技.2019，3（08）：84-85+88.
作者简介：
督静雯（1999—），女，汉族，四川大英县，本科，研究方向：计算机科学与技术（通讯作者）。
简文涛（1997—），男，汉族，四川省宣汉县，本科，研究方向：信息安全。
郭秋婷（1999—），女，汉族，四川省成都市，本科，研究方向：软件工程。
李庆（1998—），男，汉族，四川省大英县，本科，研究方向：工商管理。