青少年机器人教育动画探究

青少年机器人教育动画探究

随着机器人技术应用于生活中的各行各业,国家也越来越重视发展青少年机器人教育[1]。中小学的机器人教育集中体现在“机器人竞赛”,这样往往会更倾向于教授竞赛技能,而忽视了学生对于知识的掌握,不利于学生系统的了解机器人的发展历程。基于Maya的机器人动画课程研究及开发,根据青少年的心理特征和学习能力来设计剧本,再根据剧本制作成系列剧,视频时长控制在2~3分钟,学生对于机器人知识的掌握更加灵活及方便,增强了学习的趣味性,有利于同学们更好的掌握机器人知识。

1机器人教育动画理论研究基础

1.1根据青少年的心里特征和学习特点撰写剧本

青少年的特点主要是智力会有显著的提升和自我意识的觉醒。随着青少年时期大脑功能的不断完善,对于社会接触实践不断地增多,青少年认识事物的批判性会逐步显现。所以在撰写剧本时,剧本中要包含对于问题的反思和思考部分,让青少年在学习的过程当中将知识消化吸收,以及要引导青少年对于相关深入知识的学习与探索;处于青少年阶段自我意识逐渐成熟,甚至有时候会表现为情绪不稳定、易激动和叛逆,所以在撰写剧本的时候要使用恰当的内容、台词的口吻和表达形式。对此我们会专门由师范专业的同学来撰写剧本,采用青少年为主角的故事,可以让剧本在青少年中具有更好的包容性,且保证相关剧情以一种诙谐幽默的方式呈现。以此来保证剧本中相关内容的表达得当,后期团队也会专门来审核剧本中内容的呈现方式,确保剧情可以让青少年感到轻松愉悦。青少年阶段的学习能力是不断加强的,所以剧本所撰写的故事中所包含的相关知识应当是循序渐近地激发青少年的求学热情,引领他们由浅入深的了解机器人以及人工智能。青少年阶段,孩子们已经有了自己的独立思考能力、判断能力和创造能力,所以在剧本的撰写内容中加入相应的问题以及思考,让孩子们在课后去自我研究、学习、探索。

1.2定制符合青少年审美的角色

此次机器人教育动画主要是面向10岁以下孩子的机器人启蒙教育,我们制作出两位Q版模型年龄大概在7岁,较小的年龄差可以让学生更容易接受制作出来的动漫。在区分性别方面设计的较为简单,短头发是男生,而女生则是长头发,方便孩子快速的识别人物。考虑到小孩子对于一些外貌复杂的角色很难记忆和审美不符合,Q版的人物模型更能让小孩子接受和认识人物,理解对话与动作。人物模型加上鲜艳的服装配饰可以吸引学生的无意注意[2],更加集中精力学习。机器人模型的设计也是如此,我们发现电影角色“大白”很受孩子喜欢,不仅仅是因为电影表达出的角色形象,更是因为它的模型设计非常可爱简洁,所以我们以此为设计理念,制作出简洁的Q版机器人,可以让没有接触过机器人的小孩子想主动去了解。机器人大小设计方面,为了让小孩子感受到亲切,我们采用与小孩子体型差不多大小的机器人。我们设计的衣服则是日常生活中最普遍的衣服类型,减少孩子对新事物的接受,这样子能让我们更准确让孩子学习到机器人方面的知识。在场景方面,我们按照剧本上描述的环境大概建造出一个贴合剧本与人物的场景,人物在场景里面不会显得太突兀。我们设计出的校园场景,可以增强学生的情感体验。校园是学生们熟悉和传授知识的地方,可以降低学生对于场景的陌生感,能够更好地融入其中。

1.3机器人教育动画设计的道具设计意义

道具设计[3]是动画设计中的重要支撑部分,作为需要不断展现新意的视觉艺术形象,道具不仅是角色造型的重要组成部分,也是动画设计中场景设计的重要建成元素。对于动画设计来说,成功的道具设计可以增加动画设计的趣味性,使得动画剧本设计具有生命力以及感染力,有助于提高本项目面对对象——青少年,对于机器人学习的动力以及对于本项目设计动画含义的理解。机器人教育动画设计中的道具设计思路来源:本项目设计的机器人动画设计面向对象为青少年群体,因此,本项目的道具设计应为青少年群体日常生活中所接触并可以理解的事物,且具有一定的吸引力,同时,该道具设计应可以推动动画情节发展,使得设计出来的道具在动画设计中作到无缝衔接。本项目定位为教育动画设计,因此动画设计多为角色与角色之间的交谈为主,对于活力旺盛的青少年来说,恰巧的道具设计有助于缓解青少年群体对于动画的审美疲劳,增加动画的可接受度,使得青少年群体在轻松的动画片段中学习到机器人的相关知识。本项目针对讲授的主题是机器人,因此,本项目中通过道具设计与机器人角色的相关联,比如本项目设计片段机器人进行篮球躲避片段,通过机器人对于物体的躲避功能,进一步衔接讲授的机器人的相关知识,寓教于乐,使得青少年在动画中能够轻松的了解对于机器人的各类功能,达到本项目学习机器人教育的目标,这对于我国推进机器人教育基础有重大的意义。

1.4机器人教育动画设计的动作设计意义

动画角色的动作设计[4]是动画设计艺术的核心之一,动画设计通过人物的肢体动作以及微妙表情来推动情节发展以及体现动画角色的性格。对于动画设计来说,成功的动作设计使设计出来的教育动画片生动有趣,并且有助于提高青少年群体对于教育动画内容的接受程度,使得青少年对于学习机器人产生兴趣,有利于本项目后续增加机器人教学课程的工作开展。机器人教育动画设计中的动作设计思路分解:本项目教育动画设计中角色动作主要设计主体为人物交谈动作、人物肢体动作两个方面。其中人物交谈动作主要是通过设计人物的面部表情特征实现,通过maya软件实现角色模拟青少年交谈时所出现的嘴部动作以及眼部动作;人物肢体动作主要分为人物手部动作以及人物行走动作。通过观测青少年与人交谈时的手部肢体动作,模拟实现建模角色的手部肢体动作,通过观测青少年行走步幅以及行走姿态,模拟实现建模角色的行走形态,使得角色的肢体动作以及交谈动作与现实青少年肢体动作以及交谈动作相符合,以此提高青少年对于角色的认可程度,增加动画演示的趣味性,使得动画教学顺利开展。

1.5配音设计意义

本文研究的机器人课程视频主要是面对小学生人群,为了更容易吸引小学生观看学习机器人课程视频,增强课程的趣味性,在配音环节,根据小众(男孩)、小谷(女孩)以及机器人的性格特点、动作习惯、说话方式等综合考虑整个课程视频的风格分别录制具有一定辨识度的人物配音。比如:小谷是小女孩,相应的配音就选取软萌可爱的,声音悦耳清脆,声调偏高的萝莉音,从而达到先声夺人的效果。根据小众(男孩)说话的特点配上有童声本色的声音,使得小众(男孩)的说话语调更加地自然、生动。背景音乐一般是用来烘托环境气氛,抒发人物的真情实感的。机器人动画视频涉及到的场景变化多样,背景音乐的选取则根据不同场景来匹配,上课时,配上合适的上课铃声;人物交流的情景是在一个轻松愉快的环境进行的,则选取欢快,舒缓的轻音乐作为背景音乐。

2机器人教育动画开发过程

2.1角色建模

2.1.1机器人设计。建模工具采用由Autodesk公司开发的集建模,渲染和制作动画脚本于一体的软件——Maya 2019[5]。Maya软件适合制作动画的卡通人物模型,Maya软件的软选择功能可以更精细地勾勒出人物模型的细节,制作出来的人物模型相对于其他建模软件更为精细,对于曲面有很好的支持,对制作人物五官很有帮助。本次研究建立的机器人模型,渲染的颜色整体采用白色和蓝色,体现了机器人模型的科技感。2.1.2人物设计。此次动画课程设计出两个人物模型,渲染采用较为鲜艳的颜色,服装设计成了运动装的款式,再加上给人物搭配了合适的装饰,使得人物看起来更加的生动,贴合故事,有利于吸引学习者的注 意力。2.1.3地图设计。地图的设计以学校为背景,地图元素包括操场,篮球场,红旗,树木和教学楼,是一个标准的学校场景,角色模型可以在场景内自由活动。2.1.4人物骨架与蒙皮的添加。制作好人物模型后,根据设计出来的人物结构以及外观,给人物模型以及机器人模型添加骨架和蒙皮,通过仔细地调整骨架的位置,使他们能够做出相应的动作。

2.2动作开发

我们通过生活上人们在交谈或交流中存在地肢体动作来对机器人和两个人物进行相应的动作脚本开发。其中包括角色的行走动作、交谈时的手部动作、机器人遇到球的躲闪动作以及眨眼和头部动作。每个动作根据剧本的发展顺序,选中动作部分插入关键帧,从而完成动作脚本。本片段将镜头聚焦于机器人身上,突出显示机器人的行为动作以及交流时表示出来的肢体动作,通过这些动作为接下来的机器人知识讲解辅以铺垫。

2.3制作课程视频

2.3.1视频剪辑。将动作脚本剪辑成视频采用的软件是Adobe Premiere Pro 2020[6],它具有采集、剪辑、调色、添加音频、调色等功能,使用方便,能满足机器人课程视频剪辑的需要。将使用Maya制作好的动作脚本素材导入Adobe Premiere Pro 2020,根据已写好的课程剧本、素材以及时长要求进行适当的剪辑。2.3.2视频配音。为了让配音更富有感情,机器人课程视频采用人工配音。将录制好的小众(男孩)、小谷(女孩)和机器人的音频文件导入Adobe Premiere Pro 2020中,根据人物匹配对应的音频,对音频进行编辑,加工,调整即可。完成后给课程视频配上恰当的背景音乐。2.3.3字幕加工。视频字幕[7]的制作,我们使用的是ARCTIME PRO软件。将视频文件直接拖拽到ARCTIME PRO软件中,ARCTIME PRO软件会自动生成波形,在当前时间轴激活的状态下点击播放预览已剪辑成功的机器人制作视频,在ARCTIME文件菜单栏中导入纯文本,选择原先写好的剧本字幕文本导入文本面板,使用快速拖拽工具将文本批量放在合适的位置,按播放键根据适当的位置拖动字幕位置,视频字幕即可高效完成。

2.4机器人课程应用及展望

2.4.1机器人课程的应用。基于Maya的机器人动画课程,可以作为孩子们课外了解机器人、人工智能及相关知识的一种课外学习课程。通过视频的方式可以使课程适用于多种场合,可以系统性的投入到各个中小学,作为学校进行科学教育的一种专门的教学课程。此次的机器人动画课程采用提问交流的方式来输出知识点,视频角度采用第三视角来体验其中的故事,可以使学生参与到故事中,从而掌握知识。2.4.2机器人课程的展望。在社会推动人工智能[8]发展的大前提下,机器人动画课程作为一种有趣且简单的学习方式,社会认可度将会不断提高。它不仅可以单独作为知识传授的一种方式;也可以结合现场的课堂教学,帮助学生理解,在老师授课时,也会使课堂更加的活跃,调动同学们的学习热情。面对社会对于相关知识人才的需求,机器人课程的易懂程度影响者学生的接受程度,通过动画短片的形式可以让更多年龄较小的学生使用本课程来进行相关机器人基础知识的学习。

3结束语

基于Maya的机器人动画课程开发对知识点可以简洁明了的呈现出来,有利于低年级学生对知识的掌握。使用Maya2019软件为角色设计不同的动作,可以使视频使用于各种课程剧本。

作者:曾小凤 吴嘉耀 肖俐华 刘晓玲 王佳星 郑誉煌 单位:广东第二师范学院教务处