3DS MAX初级三维动画建模人员水平测评平台的设计与开发

目：3DS MAX初级三维动画建模人员水平测

评平台的设计与开发

作

论

文

者：姜占峰

领

域：软件工程

教

指

导

师：林华

论文提交日期：2013年6月

中文图书分类号：TP 39 学 号：G数五字多换替

密 级：公开

北京工业大学硕士专业学位论文

（非全日制）

题 目：3DS MAX初级三维动画建模人员水平测评平台的设计与开 发

英文题目：3DS MAX ANIMATION MODELERS LEVEL EVALUATION

PLATFORM DESIGN

论 文 作 者:

领 域:

研 究 方 向:

申 请 学 位:

指 导 教 师:

所 在 单 位:

答 辩 日 期：

姜占峰

软件工程

数字艺术

工程硕士专业学位

林华

软件学院

2013 年 5 月 26 E

授予学位单位：北京工业大学

独创性声明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签 名：姜占峰

日 期：2013年5月26日

关于论文使用授权的说明

本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）

日 期：2013年5月26日

导师签名： 林华

日 期：2013年5月26日

摘要

随着我国三维动画行业迅速发展，促使相关从业人员水平测评和职业资格认 证的需求快速增长。以往这类测试主要依靠人工评判，人工评判存在效率低下、 标准难统一和成本较高等问题。

随着计算机图形图像识别技术的发展，利用计算机技术实现自动化职业能力 水平测评已经成为一种可能。目前国内外的三维动画行业职业能力水平测评主要 分理论部分和操作部分。理论部分基本实现了计算机自动测评，但是模型实际操 作的计算机评测基本上是个空白。为此，一个基于计算机的三维模型实际操作测 评平台的开发，公平、客观地考核从业人员水平的问题已经迫在眉睫。

依据以上问题，对于国内的三维模型实际操作的计算机评测中的理论问题和 技术问题进行了分析和研究，提岀了解决问题的方向和相关的办敏敏词换替能。

该“能力测评平台”使三维动画建模职业能力测评实现了自动化、信息化、 无纸化、远程化、精确化。测评平台的开发与应用将对三维动画建模人员水平测 评过程和结果产生积极的影响。它提高测评效率和公平性、并节约了成本，为我 国三维动画行业职业资格证书制度的体系研究和教育机构测评提供的理论探索 和技术支持。

关键词：三维动画；3dsMax二次开发；职业能力测评；三维模型识别与评判； 考试系统

Abstract

With the rapid development of 3D animation industry in China, the needs of personnel evaluation standard and authenticate vocational qualification rapid growth in demand. In the past, these testing rely mainly on artificial graders. Artificial judge volume exists many issues, such as inefficient, the standards are not uniform, and high cost.

At present, the rapid development of computer graphics image recognition technology, it use of computer technology to achieve the automation of the examination. The professional level competence evaluation of the 3D animation industry at home and abroad by the theoretical part and operation part. The theoretical part of the basic realization of automatic computer evaluation, but operation evaluation of the computer model is a blank・ To this end, the development computer-based three-dimensional model of the actual operation evaluation platform, address equity, the key objective of the 3D modeling proficiency examinations.

Based on the above analysis, for domestic the actual operation of the three-dimensional model of the computer evaluation, analysis and research, mainly theoretical aspects and technology, proposed a solution to the problem related to the way, on this basis, using the C + + program the language of the QT software and 3ds Max SDK, developed a ”3ds Max primary three-dimensional animation modelers post ability evaluation platform'*. Platform for the first time the three-dimensional retrieval technology is used in the evaluation of the three-dimensional model. The innovative software architecture, the use of dual-system mode. Theory test module operation test module separately・ Operation evaluation module embedded in the form of plug-ins to 3ds Max software, three-dimensional model preprocessing, analysis evaluation results output.

Capacity assessment platform 3D animation modeling career evaluation to achieve automation, information technology, paperless, long-range, precision, to improve the evaluation of efficiency and fairness, and cost savings for the vocational qualification certificate of the 3D animation industry in China system to provide technical support. The related exam of educational institutions to provide a theoretical exploration.

Keywords: 3D animation; 3ds Max secondary development; assessment of professional competence; identification and evaluation of the three-dimensional model; examination system

目

录

摘要.................................I

Abstract............................I I

第1章 绪论.............................1

1.1 我国三维动画产业的现状................1

1.1.1行业发展需要职业能力评价..............2

1.2 国内外测评方法与工具的现状................5

1.2.1 Autodesk 三维动画师认证分析.......5

1.2.2 ACAA三维动画师认证分析............5

1.2.3劳动和社会保障部技能认证..............5

1.2.4国家信息产业职业技能鉴定..............6

1.3 本课题研究中的主要内容..................6

131建模人员水平测评平台的研究...............6

1.3.2三维模型的识别与测评技术..............7

1.4 相关概念.........................7

第2章 职业能力测评平台的设计思想................9

2」 测评平台设计需求分析...................9

2.1.1评判平台开发目标..................9

2.1.2测试平台运行环境：................10

2.1.3 对测评系统性能的需求..............10

2.2 测评平台设计原则....................10

2.3 三维模型识别与评判...................12

2.3.1三维图形图像识别技术...............12

2.3.2 基于形状的判别方法...............13

2.3.3 关于坐标的定位.................14

2.4 本章小结........................14

第3章 测评平台开发工具综述..................15

3.1 测评平台开发工具....................15

3.2 测评平台数据库.....................16

3.3 小结..........................17

第4章 测评平台的构架与评判..................19

4」 测评平台的构架........................19

4.1.1管理模块及理论测评模块设计..............19

4.1.2职业能力操作测评模块的设计..............20

4.2 数据库的设计.........................21

4.2.1建立数据库......................21

4.2.2主要信息数据表的设计.................22

4.3 三维模型的预处理.......................25

4.4 三维模型的评判与识别技术...................25

4.4.1 直方图特征.....................26

4.4.2轮廓的特征......................28

4.4.3模型的几何面数量...................30

4.4.4 体素化特征.....................30

4.5 本章小结...........................31

第5章 测评平台的设计与实现.....................33

5」 系统运行环境.........................33

5.2 测评平台各功能模块的设计...................33

5.2.1 菜单栏设计.....................33

5.2.2考生登录模块.....................34

5.2.3管理员登录模块....................34

5.2.4时间控制模块.....................35

5.2.5 组卷模块......................35

5.2.6答题界面模块.....................36

5.2.7输出模块.......................37

5.3 操作题测评系统的设计.....................37

5.4 操作测试...........................38

5.4.1理论测评系统测试...................38

5.4.2实际操作系统测试...................39

5.4.3理论测评与实操测评成绩统计..............41

5.5 本章小结...........................41

结论...................................43

参考文献.................................45

致谢...................................49

第偉绪论

二十世纪七十年代，世界范围内三维动画制作产业⑴借助计算机技术的发 展产生并逐步兴起。在二十世纪九十年代传入我国。如今，三维动画行业伴随着 计算机技术进步而不断的发展成熟壮大，但它还是一个十分年轻的行业⑵。我国 的三维动画产业发展更为稚嫩，步入二十一世纪后，行业规模的扩大，三维动画 行业职业资格证书认证工作也从无到有，逐年扩大。三维动画行业从业人员的水 平测评、入职测评的需要也逐步增加。传统的人工上机考试人工评价已经不适合 当前信息化、网络化得发展，找到一个高效的对职业能力测评的工具，当前三维 动画行业职业能力测评发展迫切的需要。

1.1 我国三维动画产业的现状

(1)我国三维动画产业正在起步

在国际三维动画潮流的影响下，近年来，我国三维动画产业也在不断探索自 己的发展道路。在产业发展上，由于三维动画技术和硬件条件的限制，中国三维 动画一直处于学习阶段，少有优秀的作品问世。但是在三维艺术设计上却取得了 不俗的表现，主要表现在建筑、装饰、广告、游戏等产业上出现了像水晶石、完 美动力这样的一批高水平的制作公司。这些公司在教学研究上也取得了一定的成 果。

但总体上相对于三维动画发达的英美日韩等国家，我国的三维动画产业起步 晚、规模小，还处于产业发展的初期⑶。技术应用、软件研发、硬件配套、市场 结构、人才培养与应用等方面还制约着三维动画产业发展。

(2 )三维动画产业在中国的新进展

在2005年我国三维动画产业取得了新的进展，完成首部全数字三维动画电 影制作，深圳的环球数码媒体科技研究(深圳)有限公司投资1.3亿元人民币，创 作了我国首部全数码高清三维动画电影《魔比斯环》⑷，《魔比斯环》问世的意义, 不仅是中国有了第一部自己的三维动画影片，更大的意义是中国终于实现了商业 的高清三维动画影片的突破。

(3 )政策扶持催生了三维动画教育的迅速发展⑸

2003年我国政府将文化创意产业列为经济发展重点。仅仅过了一年，2004 年，国家广电总局下发了《关于发展我国影视动画产业的若干意见》。在传播途 径上相继批准了上海卡通卫视、北京动画频道、湖南卡通卫视3个卫星动画频道,

进一步促进了动画的传播，从而在市场需求上拉动了动画产业的发展⑹。在动画 生产制造上批准了北京、上海、湖南、浙江等9个动画生产基地⑺，进而带动动 画产业的商业运作。在动画教学与研究上成立了中国传媒大学、北京电影学院、 吉林艺术学院、中国美术学院4个动画教学研发基地⑻。这些举措从市场培育、 资金、政策环境、人才培养上铸就了中国动画发展的基础。

1.1.1行业发展需要职业能力评价

(1)三维动画行业伴随着我国动漫产业的发展具有广阔前景

近年来我国经济飞速发展，但是文化产业尚处于初级阶段，市场规模还远远 不能满足国内文化消费的需求。中央电视台数据显示⑼，国产动画节目播出每年 需要28万分钟以上，而国内实际制作能力只有2万多分钟，两年后，全国每天 需要50()分钟，全年需要180万分钟的动画节目，每年的市场缺口高达25万分 钟左右，折合市场规模达20亿元;而随着互联网MP4、掌上电脑、网络电视等新 媒体的融合，对动漫的需求将进一步增长。普华永道的一项研究显示：媒体娱乐 业增长最快的国家是中国，未来5年内将以每年25. 2%的速度增长，预计在2008 年中国将取代日本成为亚洲最大的媒体娱乐市场。

我国的在21世纪的发展战略除了对传统的工业进行变革式发展，还在战略 高度上发展数字内容，数字内容是文化产业与信息技术结合，主要包扌舌了八个子 行业，分别是移动应用服务、游戏软件、2D/3D动画、数字教育、多媒体应用及 内容制作、数字出版等等。三维动画产业在数字内容中占有重要的地位。在世界 上被视作国家经济、文化、科技发展的新的制高点，是全球继IT产业之后的又 一快速发展的黄金产业，已经成为发达国家的产业亮点I,0,o

当前我国社会经济的发展取得了举世瞩目的成就，在文化创意产业中大做文 章，培育我国特色的数字内容，利用现在先进的科学技术成果将古老文明成果结 合起来。不断的创造出了累累硕果。为我国实现国民经济的产业转型和可持续发 展做出了巨大的贡献。

(2)以人才为核心的竞争策略催生高效的职业能力评价工具

美国、欧洲、日本等国家的三维动画产业之所以发达，是因为它们拥有众多 的动漫技术人才"门。跟据统计，现在我国对数字媒体从业人员的需求大约在15 万人左右，而我国三维动画制作的各种层次的从业者中，能够掌握核心的数字制 作技术的仅有100左右人，与现在比较发达的韩国相比还不足二十分之一。而在 现有从业者中也表现为层次较低，停留在软件应用的层面上，在建筑、装饰上的 应用是三维设计业的主体。另外在广告、游戏业三维动画技术层次较高的产业上

则更少tI2,o在三维动画影视特效上我国更是要依靠国外某些创作的团队来实现 我们的三维动画梦。我国现有三维动画从业人员数量与质量的不足已严重影响到 我国三维动画产业发展‘皿。

我国三维动画制作从业人员的培养与使用还处于较初级的水平，缺乏统一的 职业能力标准和高效的评价系统，对人才做出正确评价。人事管理处于无序状态, 以某个作品或从业经历成为招聘、制定薪级主要的标准。限制了人才流动。初级 三维动画建模人员水平测评。在三维动画行业人事薪金制度上需要引进相应的入 职标准，使得从业公司能够通过职业资格等级等因素综合制定从业人员的薪金。 这也使从业人员在人事制度上有基本的保障，促使三维动画行业良性发展。

我国三维动画行业规范发展需要入职能力测评。三维动画行业发展的源泉是 三维动画技术不断的进步1，4\形成一定的产业规模进而促进行业的不断进步。 这也要求从业者在技术上不断的进步、不断的提高，这对从业者和从业公司是双 赢的结果。

1.1.2传统三维动画职业水平测评的弊端

传统的职业能力测评办法，在当前的形势下己经不再适应行业的发展，传统 的职业能力测评办法，一般分为两部分理论和实际操作测试。理论测试的部分， 主要以客观题的形式出现，客观题主要以基本实现计算机评判，这里不在赘述了。 评判时基本不受外界环境因素的影响。

实际操作题测试是评判教师进行手工判卷。这将会存在诸多的问题，主要表 现如下：

(1)评价者水平

操作题进行手工评判的主观因素对结果影响较大。不同的评判教师在专业的 造诣和水平是不同的。虽然操作题有评分要点，但是评卷教师个人的专业造诣往 往会影响评判结果。特别是在艺术类专业的教师。个人擅长的领域和个人艺术风 格不同，在评判主观题的过程中，往往会根据以往自己艺术的风格或者艺术经历 做出主观的判断。比如一个艺术家看到自己艺术风格完全不同的作品或是自己反 对的风格的作品。在心底里会产生抵触情绪，在实际赋分时，分数会被降低。反 之，如果发现与自己艺术风格的类似的作品，分数往往被提高。这种影响并不是 艺术家本身主观意识控制的，这是一种，不自觉的客观行为，但是却影响对作品 的客观评价。

评价标准

中国地大物博，三维动画行业发展极为不平衡。在文化发达地区，比如北京、 上海、广州和东南沿海地区，文化创意产业特别是三维动画产业，已经发展有二 十几年的历史了。虽然跟欧美、日本、韩国、等发达国家相比还有差距。但是在 中国已经算是比较先进的。在我国其它地区三维动画产业还没有进入正轨，处于 起步阶段。甚至有些文化不发达，地处边疆的地区，规模的三维动画产业还没有 形成。不同的地域的三维动画产业的发展不平衡，会影响到对三维动画职业能力 专业测评的结果。结果是发达地区，对当地的职业能力测评要求较高，而不发达 地区，由于三维动画不发达人才的匮乏，对职业能力测评的要求比较低。往往会 出现，同个体的职业能力测评，在两个地区进行测评，结果却不相同。这种地域 性的差异，使三维动画行业职业能力测评出现了不公平，影响职业能力测评公平 性。

传统的职业能力测评，基本上采取各考点进行考试，地区的集中判卷。测评 结果要经过试卷的运输，提高了中间环节的增加了不确定性。计算机测评平台自 动化的判系统，则可以进一步集中对试卷的阅判。减少中间环节提高安全性。

(2) 评价者心理状态

作为评判的个体评卷教师，在评判过程中心理的状态，往往也会影响到评卷 的结果。当评判教师以充沛的精力进行评判试卷时，得到的结果会比较客观公正。 可是评卷教师有可能在感冒的状态进行评判，产生心理烦躁等问题。评判的结果 也会随着教师的心情忽高忽低，出现评判结果不准确。

评卷教师在评价过程中往往会进行一整天的评判。上午是人精力最充沛的时 间，而进入到下午14时左右。人往往会出现倦怠，进而影响评判人的心情。糟 糕的心情往往对答题者要求的更为苛刻，分数自然而然也会降低不少。影响了对 试卷评判的客观性和公正性。

不同的考点在考试的人数安排上会有所不同，而评卷教师的数量，也会有所 不同。当有超负荷工作量时，往往评卷教师的评卷质量就会受到影响。阅卷时间 过短的对评判公平性会有负面影响。

(3) 评审成本

任何的考试或者测评都需要考虑相关的成本，考试的成本都将由被测试者承 担。传统的人工阅卷将会有高额的人工的费用、场地的费用和相关的成本。当测 试系统的自动化程度越高，相关的人工与管理成本则降低。测评的简便性和低成 本，会吸引大批的企业招聘、学校考试使用评判平台。这会进一步推广三维动画 职业能力测评普及。推动三维动画行业的发展。

1.2国内外测评方法与工具的现状

当前国内外都在开展了各类型的职业能力评价的工作。比较有代表性的以非 政府组织推广的国际上通用的欧特克公司认证的“三维动画师”。国内非政府组 织的水晶石等公司认证的三维动画师系列。ACAA教育集团认证的三维动画师。 政府组织认证的国家信息产业IT职业技术培训、劳动部技能鉴定中心鉴定的三 维动画制作员系列。这些职业能力测评方法与使用的工具各有特点具体情况如 下：

1.2.1 Autodesk三维动画师认证分析

Autodesk三维动画师认证考试根据计算机辅助设计特点和学习者在应用领 域中的需要。采用模块化结构，培养和测评学生对Autodesk系列软件的独立操 作能力。认证考试分为理论基础测评和计算机实际操作测评两部分，应试题目由 考生从Autodesk题库中随机抽取，对考生的独立操作能力和独立解决问题的能 力进行综合测评。考试形式是全国统一的认证考试体系，Autodesk的认证考试 是基于网络的统一的联机测试。考试由Autodesk统一提供考试内容，统一判卷, 统一发放证书，测试分为主观题和客观题，客观题以计算机界面自动阅卷完成。 主观题以实际操作形式测评并提交结果，考试结束后由对测评的答案进行人工判 卷。

1.2.2 ACAA三维动画师认证分析

ACAA教育集团是国内最早从事职业培训和国际厂商认证项目的机构之一， 致力于国内培训认证事业发展已有十多年。目前是Adobe中国教育认证计划授权 管理中心、Autodesk ATC授权管理中心，以及Sun、RedHat和Wacom等著名 国际厂商在中国的核心教育合作伙伴。并已经与国内超过300多家教育院校和 培训机构建立了教育认证合作关系。

考核形式上是基础测评、操作题技能测评、毕业设计作品三项构成，成绩之 和是最后认证的成绩。保证客观、公正、真实地对学生的专业知识和专业技能进 行可靠的评估并颁发证书。所有测评均以人工进行。

1.2.3劳动和社会保障部技能认证

劳动和社会保障部颁发的《三维动画设计师》认证系列是国家劳动技能鉴定 部门的认证。考试的形式是纸质理论试题加上机操作，经过人工评判后获得成绩。 合格者颁发一到五级证书。职业能力测评评价采用人工阅卷的方式，比较落后。

1.2.4国家信息产业职业技能鉴定

国家信息产业IT职业技术培训项目是对IT行业从业人员进行专业技能培训 和专业技能考核的国家级技术培训项目，由国家信息产业部主管，电子行业职业 技能鉴定指导中心委托MyDEC （北京典成科技发展有限公司）面向全国推行， 由全国150多座城市的1000余家培训机构及院校负责实施。作为电子信息产业 IT职业技术培训项目技能鉴定的关键是：对从业人员进行系统化的专业知识培 训，要求所有培训人员既懂得理论知识又具备实践经验。《三维动画设计师（31））》 技术培训合格证书包含：证书一份，评测报告一份。测评的形式客观题使用计算 机自动测评，操作题使用人工评判。

以上几个认证在测评方式上都有理论和实际操作的模块。其中ACAA （的三 维动画师的认证还有过程考核。不过，几个认证在实际操作考核中，基本上采用 上机测评人工阅卷。在人工阅卷的过程中会产生不同的老师对阅卷把握尺度不 同。从而影响对分数的评判。在考点与考点之间、不同的区域之间表现得更为明 显。人工阅卷的效率低下，不利于提高效率。在当前计算机与网络技术发展的今 天，测评全程自动化与智能化是各种测评的趋势。

1.3本课题研究中的主要内容

目前，基于3ds Max三维动画制作人员职业技能水平测评平台的研究并不多 见，三维模型自动评判相关应用研究就更为鲜见。在本课题研究中的主要内容为 以下几点：

1.3.1建模人员水平测评平台的研究

基于面向对象的软件设计方敏敏词换替能。系统管理模块有受测者 管理、成绩的统计管理、成绩查询分析、题库的更新维护等任务。理论测评模块 则负责考试的完整流程，具体的任务是负责受测者登陆及验证、组卷、考试界面 管理、考生实时作答、答案的存放、智能阅卷、启动操作模块。实际操作测评模 块则有操作题组卷、操作考试界面、考生操作、答案存放、试卷智能阅卷、上传 分数及显示等任务。岗位能力测评平台使三维动画建模职业能力测评实现了自动

考试、自动阅卷、方便在不同的地域和条件下进行测评。

1.3.2三维模型的识别与测评技术

图形图像识别技术日臻成熟，如今已经广泛应用到多种技术领域中。比如在 二维条码识别、计算机手写输入等应用。在技术的原理上是将输入的图形模式与 数据库中的大量标准图形比对，进而确定输入的图形与哪一个接近或相同。然后 把这个输入的结果作为识别的结果进行数据处理。3ds Max建模职业能力测评原 理也主要依据这个原理。

1.4相关概念

职业能力是人们从事其职业的多种能力的综合，主要指胜任岗位所具有的 专业能力J⑸

初级三维动画建模人员是以三维动画产业为主要的职业范畴，为人们的精 神享受提供三维动画相关的文化创意产品的从业人员，利用三维动画软件为其它 岗位提供动画模型、场景模型、道具模型建造与设计的人员，职业能力处于对软 件的初步掌握阶段

测评平台是以一定的目的对受测对象以一定的规则进行测量的软件工具称 为测评平台，测评平台类型多样。

第2章 职业能力测评平台的设计思想

2.1测评平台设计需求分析

三维动画入职职业能力测评一直是困扰学校、企业、社会招聘机构的一个 难题，学生所学的知识和掌握的职业能力不但要从简历和证书中看到也需要现场 来进行测评。其目的是选拔出适应相应岗位能力的工作人员；检验应试者是否掌 握了应知应会的基本知识与技能，以适应相应岗位工作的要求。三维动画入职职 业能力测评的研究会逐步建立科学、规范的三维动画相应岗位聘任制度。

同时科学、客观的对受试者进行测评，也是广大学生和教育界关注的问题。 如今各类能力评价越来越依靠计算机来实现，实时、高效、无纸化的测评'⑺成 为方向。为实现这样的要求需要有相应的软件来支持。

目前3ds Max考试基本还是分为客观考试和上机操作分开的模式。客观题 可以实现计算机自动阅卷，而上机操作题还全依靠手工阅卷。这与现在很多软件 步入智能化有很大的差距，这个差距也限制3ds Max软件和三维动画人员的推 广、水平的测评。本研究就希望在三维动画建模人员水平测评中将上机测评部分 进行自动化阅卷。从而推动三维动画人员和3ds Max等软件的学习推广和使用。 也为企业用人提供方便快捷的现场测评的方法。

以3ds Max为例，三维动画建模人员的入职测评，涉及到3ds Max软件和 相关的技术。现阶段3ds Max软件只有制作功能，要实现3ds Max的测评功能需 要在3ds Max的基础上进行二次开发'⑻。

理论评判系统的考试模块主要是对考生的考试过程、考生考试答题、答题 结果的存储、答题结果自动化的判定赋分。管理模块主要的功能是管理考试的题 库、考生的信息管理、考生的成绩管理、考生考试登陆的管理等任务。我们来看 一下测评平台两个模块的具体情况。

2.1.1评判平台开发目标

完善的理论与实操考试平台的实现；

三维模型评判速度的提高；

评判标准和精度的提高；

测评系统的可完善性

2.1.2测试平台运行环境：

硬件环境

Cpu 双核以上配置

内存 512M以上配置

硬盘容量40G以上配置

显存 512M以上配置

软件环境

操作系统Windows xp以上配置

办公软件Office Access 2007以上配置

具体的硬件与软件的环境配置：

2.1.3对测评系统性能的需求

管理与登陆界面设计，管理界面功能满足题库、人员、时间等管理要素。

受测者的户登录界面，便捷的用户登录界面，满足身份认定的功能。

与相关硬件接口的设置，本测试系统不需要硬件接口进行支持。

与软件的接口，具有32位操作系统的计算机环境上。

数据精度，测试平台在输入、输出时保留到小数点后两位，在传输数据过程 中保存到小数点后3位，即可满足要求。

测试平台在系统运行过程中时间特性要求，系统响应时间小于0.1s,各种 数据的数据转换和传输时间小于2。系统更新处理时间小于2。测试平台理论 题解题时间，小于1s。

测试平台输入输出要求，输入数据类型有datatime型、data型、int型、xls 型、3ds型和char型数据。

测试平台数据管理能力要求，硬盘容量大于10G,可用于3ds文件的传输。

故障处理，在测试系统的操作者正常使用情况下不应出错，如果遇到其他系 统不可恢复的系统错误时，数据要求是完整的。

2.2测评平台设计原则

本程序设计是面向对象的设计，面向对象技术的程序开发就是利用包含数据

和对数据的代码再赋予相应的函数，这些函数是对象的动作，对象动作现实世界 中某些事物对应的关系"9】，是我们将要使用的解决问题的方法。

在程序设计过程中，对象的相应的数据是这个对象所独有的，不能被其它的 对象或者外部的对象读取使用。这是我们将在程序中提供相应的机制，就是对象 的保护，用来阻止其它对象或者外部对象对私有部分进行操作。外部服务或者对 象需要读取内部的数据时，需要通过程序提供的相应的函数服务。外部的对象也 就合法的应用了相应的数据，使得数据能够有序的使用。一般来说，我们将这种 处理软件的过程叫做“封装” 1201 o封装保证了程序数据使用合法，有秩序。

测评平台中使用的面向对象的技术有很多的优点，具体可以归纳出两点。

（1） 可以重复利用对象，对象作为程序内部的一个单元，不但某个部分 需要，可能还有其它程序的同样利用，在程序内部则可以不断的重复利用，用以 节省资源。

（2） 具有较高的可靠性⑵】。程序包中一般包含了众多的对象，而对象是 前期不断积累形成的，形成标准存储在相应的库中，因此使用这些对象则更加可 靠，减少了相应的差错机率。

在特点方面，我们使用的面向对象语言可以归纳岀几个重要点：

（1） 控制内部的访问，使这些对象具有让内部调用的特性，同时又拒绝 外部调用。需要与外部进行数据的调用时，又可以根据其它的规则或对象实现。

（2） 继承性。强大的特性传承，如果一个类A继承另一个类B我们会将 这个类A成为“B的子集”而把B称为”A的父集”。这就是我们所称的面向对象 软件技术的继承性。这样做可以在编写子集的过程中轻松获得父集的特性，这样 就不用再重新编写特性，而有时我们也可通过修改子集的特性来覆盖父集的特 性，使子集与父集的特性不相同。

（3） 多态性。程序中很多对象都像我们自然界生态的系统，分成了很多 的族群，它们在承上启下的过程中继承了上生态群的特性，继承构成了类族。这 些类族名字相同，但特性却有差异。我们在函数调用过程中需要用一个函数名调 用不同内容的函数。在一般情况下不同功能的函数可以用同一函数名就可以完成 这个任务。这个指令都有所反应，但是反应的形式却不相同，这就可以成为对象 的多态性⑵一

这种设计的好处是在不同的程序中，有很多的对象都是相同的单元。差异性 并不是很明显，同样我们需要设计一个大型的图书馆的管理软件和一个中型图书 馆管理软件的差异性不是很大。功能、流程、内容、框架都很类似，当我们完成

一个图书馆管理软件时，我们也可以将这个软件的框架再次反复的利用，并不断 探索提高。这就是面向对象技术的优点，一旦将某个领域中的软件相关内容完成 整合后，并将这些资源梳理为资源性的库，就可以专心对软件差异部分的特殊要 求进行本质性的探索，这也帮助软件开发者能迅速聚焦重点。

根据我国三维动画行业发展的实际情况分析后，需要满足相关的需求。这些 要求在测试平台设计过程中需要遵循以下原则：

(1) 与实际工作岗位相结合的原则

测评平台在职业能力测评中需要选择本人未来职业发展的方向，这个方向是 测评者未来在三维动画制作领域的分工。

(2) 与我国三维动画行业现状结合的原则

我国的三维动画行业与国外的很大的区别，比如软件行业的开发能力限制了 软件的应用能力"3】，特别是在大型项目上，没有办法制作出具有创造性的动画 制作软件，也无法创新相应的动画效果。我国的三维动画行业处于普及软件应用 的阶段。使技术的研习的重视程度大于动画的创造。本测评适应了当前我国三维 动画产业发展的阶段。

(3) 突出实际应用能力的原则

测评模块弱化基础知识的测评，重视实际项目应用能力的测评，摆脱了传统 的产学脱离的模式。

(4) 确立自身发展重点的原则

本测评使自身清楚认识在三维动画产业中需要确立一个自己未来发展的方 向，并对此岗位能力研习，摆脱了传统学科式的教学。

(5) 实际操作与理论并重的原则

测评中突出实际操作但并不弱化理论的学习，使测评者能够在提高职业能力 的同时，重视理论学习的机会，为今后的发展提供后动力。

2.3三维模型识别与评判

2.3.1三维图形图像识别技术

如今计算机技术的发展，三维图形的检索识别技术有突飞猛进的发展，在各 个领域中广泛应用⑶】。评判平台开发有快捷、准确对三维模型进行处理的要求。 其中四项三维图形识别技术成为评判平台的三维模型评判技术。(1)直方图特征

评价法，基于外轮廓的直方图特征是三维模型外轮廓几何特征的一种。（2）根据 模型轮廓投影的特征提取判断评价。此方法根据几个视图的二位投影相似性来判 断模型的造型准确性。（3）模型的表面儿何数量特征的算法。一般来说三维模型 的构成都是由面组合而成，某一个模型建成后，往往相似的模型，表面的面数量 有一定的形似度。这就是蒙特卡罗方法。基本方法是：首先：将三维模型表面的 面分解成为三角形；然后统计所有三角形，记录成为数据组；最后根据数字进行 比对，将其分级，这个分级需要多次模型的反馈。（4）体素化判断的方法，在三 维模型中确定一个重心点，以这个重心点包围若干圆球，圆球表面将于模型产生 相交，当发生相交是则我们记录这个动作为1,我们将1的位置组成我们的模型 形状，这就是体素化的过程。这个形状则以若干模型进行比对，确定得到最近似 的级别在给予分数。

图2・1 Figure2-1 体素化模型示意图 voxel model diagram

2.3.2基于形状的判别方法

形状的判别是根据我们在三维物体的模型上随意确定两个点，我们将两个点 的位置距离确定出来，这两个点的距离我们会得到欧氏距离'⑸。通过计算，我 们会得到一组很繁杂的数据如图2-2所示，h、分别为欧氏距离的和坐标和纵 坐标。而这个数据获得后根据标准数据的比对我们获得相应判别分数。

图2-2 基于形状的判别比较结果

Figure2-2 based on the shape of the discriminant compare results

2.3.3关于坐标的定位

在受试者模型与判定标准模型之间比较过程中，需要首先定位坐标问题。受 试者建立的模型的的位置是判定模型的关键问题，以往的类似软件以规定的坐标 为准。但缺乏一定的灵活性，本系统打破这样的限制，不论受试者在任何位置建 立模型，系统能够实现自动识别'阎。

2.4本章小结

通过对测评平台设计需求分析，论证了 3ds Max三维动画建模职业能力水 平测试平台的构架。在构架上实现一个平台两套系统，操作题评判系统在3ds Max2012软件中进行二次开发实现对三维模型的自动评判“3阐述了五项设计 原则，提出了两项设计理念。通过最当前系统的分析判断，在图形图像自动化判 别上，阐述了四个重要的技术。通过这几项技术，完成了水平测试平台的技术研 究。系统地梳理了水平测试系统的需求预构架，对图形自动化判别技术进行了分 析，完成了水平测试平台相关技术的研究工作。

第3章 测评平台开发工具综述

3.1测评平台开发工具

3.1.1 QT平台简介

Qt是1991年奇趣科技开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框 架。如今已经有2012版本。Qt它提供给应用程序开发者图形用户界面所需的所 用功能。Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。Qt支持众多操作系统， 包括主流的Vista和Win7操作系统。其它相关的操作系统如AIX、Linux> Solaris、HP-UX、Digital UNIX (OSF/1, Tru64)、Irix、BSD/OS、SunOS

等等。良好封装机制让Qt具有很高的模块化。多次利用模块的性能良好， 对测评平台的开发来说是提高效率、节省时间的选择⑵】。

3.1.2 3D Studio Max 2012 简介

著名的Autodesk公司旗下子公司Discreet公司制作开发三维动画制作软件。 经过经过十几年的发展如今已经出现了第十二个版本，3dsMax在它一面世就以 它出色的表现就受到了世界的瞩目，在个人PC电脑上如今己经是世界上运用最 广泛的渲染、造型和制作动画于一身的综合三维制作软件。3ds Max在各个领域 都获得了巨大的成功。Max在发展的过程中，不断创新屡次在国际上获得各项奖 项，成为了在个人PC机表现最好的三维动画制作软件。当前，它已逐步成为在 个人PC机上最优秀的三维动画制作软件。3ds Max如今还继续在各个领域中不 断完善发展，也从个人业务逐渐过渡到专业制作业务，比如3ds Max制作的影片 不断推出就是很好的例证。

3.1.3 3ds Max SDK 简介

3ds Max SDK ( 3ds Max Software Development Kit)是由 3ds Max 提供的， 面型对象的程序库，专用于开发可与3ds Max紧密集成的插件，3dsMax众多插 件有很多就是由它编写的从构成上来讲3dsMax本身都是由一个一个插件 构成的，这些插件相互融合紧密、配合精妙。当出现高水平的插件时公司也会花 重金购买封装在自己的软件中。通过SDK程序员可以创建不同的插件。主要的 插件类型有：命令面板插件、过程对象插件、修改器插件、图像处理插件、材质 /纹理插件、导入导出插件、渲染插件以及其它插件，这些插件在很多领域上，

方便了使用者的操作，提高了效率，满足了使用者的相关的应用需求。

3ds Max SDK的特点，3ds Max SDK大多数类都是从三个抽象基类中继 承下来的，这三个基类分别是：(l)Animatable类，动态类，该类是根类， 包括其它两个基类也继承于此根类；⑵ReferenceMaker类，引用创建者类， 创建引用的物体会对引用目标存在依赖性；(3)ReferenceTarget类，引用目 标类，当被引用的物体发生改变时，它通知创建引用的物体，以告知其自 己发生的变化，以便创建引用的物体做相应的调整引用关系在MAX 中的地位非常重要。

3.1.4 MAXScript 简介

MAXscript是3ds Max内置脚本语言，使用一个开放式界面来自定义和 编写3ds Max脚本，在建模，动画，材质，渲染等应用中用途广泛，可根 据工作对象编制相应的命令，提高效率、完成软件不具备的功能o MAXscript 不但拓展3ds Max功能，还提供了可以进行二次开发的途径，利用MAXscript 编写具有相当功能的插件也是众多制作者的另一个选择。MAXScript ProEditor为用户提供了一个使用MAXScript的智能界面，简化了脚本工 作流程。

3ds Max提供了编写脚本的重要工具脚本侦听器，利用脚本侦听器用户 可以轻松的运行编写脚本，真正做到简洁、方便。

3.2测评平台数据库

在数据库的选择上，考虑易用性、方便性，通过比较数据库选择了 Microsoft Office Access» Access是由微软发布的关联式数据库管理系统。它结合了 Microsoft Jet Database Engine和图形用户界面两项特点，这也是微软把数据库引 擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的一个数据库管理⑵】。作为微软 OFFICE的一个重要成员，许多的程序员和非程序员对它都再熟知不过了。它包 含专业版和普通版，如今最新的微软Office Access 2013在微软Office 2013里发 布。

Access的特点和用途有两大优势，第一，Access有强大的统计分析能力、 数据处理。Access具有强大的统计处理功能，可以对各种类型的数据进行分类汇 总平均计算。在统计的条件上设置比较灵活，这大提高了，对数据的处理速度及

效率。与其它同类产品相比，Access的处理能力更加优化。第二，软件开发的可 用性。利用Access开发各类软件，具有易学的特点，一般来说，有一定的计算 机基础即可进行自如的应用，即使是非计算机专业的人士。者个特点进而促进了 从业人员的门槛降低。这对一些中小企业十分重要，大大的降低了相关人员的成 本。近来软件的推广和普及。使得一些非计算机专业的管理人才，通过一定的学 习，自己也能开发出相应的管理的软件⑵】。来推行自己管理的思想，是中小企 业基层管理者的有力的工具。Access这两个特性，使软件开发和管理相对比较容 易。让一定计算机基础知识的普通教师成为测试系统的管理人员，体现出测试系 统的易用性。

3.3小结

针对两个3ds Max的二次开发工具的性能使用特点。3ds Max SDK提供 了更为简洁、方便的支持，使一般的软件编程人员也能制作出比较专业的程序 I30,o也为今后不断改进提供了方便。因此本测评平台将运用3dsMaxSDK作为 开发编写工。确定了使用QT平台对管理系统和理论测试进行开发，Microsoft Office Access作为三维水平测试平台的数据库开发工具。

第4章测评平台的构架与评判

4.1测评平台的构架

测评平台的设计上分为两个系统，分别是是理论测评功能、管理功能的理论 评判系统和实际操作评判系统。对于理论测评功能和管理模块是使用QT开发平 台与Microsoft Access关系数据库来进行实现的。针对考生的系统是在3ds Max SDK的基础上开发实现的，以插件的形式嵌入到3ds Max,成为插件之一。是 3dsMax的平台基础上进行二次开发，形成测评评定系统。两个系统中都含有功 能子模块，各子模块相互作用、相互联系形成测评平台。理论评判系统的考试模 块主要是对考生的考试过程、考生考试答题、答题结果的存储、答题结果自动化 的判定赋分'⑻。管理模块主要的功能是管理考试的题库、考生的信息管理、考 生的成绩管理、考生考试登陆的管理等任务。我们来看一下测评平台两个模块的 具体情况。

4.1.1管理模块及理论测评模块设计

测评平台管理模块及理论测评模块承担了测试平台大多数功能。主要有对测 试平台的管理功能、测试平台的数据库、测试平台的理论测试、测试平台的登录 系统、测试平台的分数统计及输出。如图3-1所示测评系统模块分布。

测评系统管理模块及理论测试模块

图3-1测评平台管理模块及理论测评模块结构图

Figure 3-1 Block diagram of the test system management module theory test

4.1.2职业能力操作测评模块的设计

职业能力操作测评模块的基本结构如图3-2所示，在这个构架下职业能力测 评模块的流程进行梳理，基本的流程为图3-3所示。

职业能力操作测试模块

图3-2 职业能力测评模块结构图

Figure 3-2 vocational ability test module structure

图3-3 职业能力操作测评模块基本流程图

Figure 3-3 professional competence basic flow chart of the operation test module

从功能上讲，整个模块布置主要以完成建模操作题而进行的，每个模块是相

互联系的有机整体，它们功能各异，组成立一个完成的功能模块这些小模 块的功能：

(1) 操作题答题界面

在这个模块中，受测者可以通过界面进行操作题目的浏览，在3ds Max的界 面中进行实际操作答题。还可以有重做、保存、上交结果的功能。

(2) 测评时间提示

测评时间提示模块主要是作为系统整个答题时间的计算。使用时间记录使受 测者能够根据自己制定的时间计划进行参考作答，做到人性化提醒。

(3) 测评结果评定

考生在提交答题结果后，3dsMax自动运行测评评定赋分模块，这个模块作 为插件，在考生提交后自动运行对考试结果进行评判，评判标准都已按照判定模 型库中标准设置完成。通过本模块的判定，测评成绩将被保存在文本文件中。

(4) 测评成绩输出

受测者的测评成绩保存在文本文件中，将被考试系统直接读取，合并在受测 者的整体测评成绩之中。作为测评成绩管理保存在数据库中。

4.2数据库的设计

4.2.1建立数据库

目前很多数据库相关的软件设计中，经常会用到关系数据库。测评系统的数 据库是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于敏敏词换替代数等概念和方法来 处理数据库中的数据。数据存放形式是使用表的形式，一般来说一个关系数据库 是包含进入预先定义的种类之内的一组表格。每个表格被称为一个关系，表格包 含用列表示的一个或更多的数据种类。数据将会存在表的行与列中，多个行与列 将组成一个表。我们把行叫做“记录”，把列叫做”字段”

在数据库的关系数据库使用上，主要考虑关系型与非关系型有很大的差异。 关系模型的建立基础比较严谨，它是建立在严格的数据概念的基础上的。在关系 数据库中的检查数据结果是表，也就是关系。在关系模型的概念上的实体和实体 之间的联系都是用关系来表达。所以关系数据库的数据结构清晰、简单、明了， 在用户的角度上，能够通俗易懂。关系模型具有更高的独立性更高的保密性，在 存储的路径上是对用户透明的。字段在关系数据库表中的位置比较特殊，它存在 着字段数据类型的差异，一般来说数据的类型，有数字、文本、逻辑、日期、时

间、备注等类型。不同的数据库系统一般来说，它还会有不同的数据类型。通常 表都包含一个比较特殊的字段，这个字段它是在整个表中唯一用唯一标识或者记 录的。就在表中我们称它为有的主键 W 主键在表中有或者没有取决于它的应 用。主键字段的数据不能完全一致的。

3ds Max具有强大的图形处理能力，这使得在本程序设计上还需要具有的存 储和处理图形数据的功能的程序，来解决相关的存储和图形数据的问题。二关系 数据库和提供了这种功能，二者结合在一起，使得3ds Max的图形处理功能和关 系数据库的存储处理图形数据的功能结合在一起，成为测评平台所要求的比较全 面的图形和非图形处理程序。

在数据的使用上考虑到对整个软件各个模块儿的定义，数据库系统中所包含 的数据应该有受测者的基本信息、管理人员的信息、受测者系统录册的信息、受 测者的成绩等等。根据上面的分析数据库存储的数据，将会建立多个数据库的表, 用来满足系统各个模块的需求。

4.2.2主要信息数据表的设计

(1)试题库

在测评平台中题库是测评工作的核心的部分，测评平台的题库部分，由两部 分构成，分别是题号和图形文件，题号的储存是放在“submun”表中。如图3-4 所示。

字段名称 说明

鲫ID 自 5(1^ 鬧

師一 文本 T1

師二 文本 T2

题库三 文本 T3

图3-4系统题库表

Figure 3・4 System Exam Table

试题的题库中分别存有各个题库的题号。试题文件存在测评平台安装文件 下，其中文件夹tl存放试题，文件夹t2中存放试题的标准答案。在命名原则上 文件夹相同，按题号命名。

(2)管理员基本资料库

管理员基本资料库主要用于管理员登陆到测评平台进行模块参数的设置。在 “userpw”表中记录各项数据，如图3-5所示。

字段名称 说明

用户ID 自号

用户名 文本

密码 数字

图3-5管理人员信息表

Figure 3-5 management information table

管理员想登陆测评平台中进行参数设置，需要有用户名和密码进行身份验 证，得到许可后，可以进行相关的参数调整。如果出现用户名和密码不符合规则 的则无法登录到测评平台。

(3)考生基本资料及成绩库

考生基本资料库主要用于存放受测者的基本资料。其中受测者完成测评后， 他的成绩将记录在用户的成绩库中。考生的基本资料及成绩在整个系统中是作为 一个重要的数据流，考生的基本资料将记录“Stutable”表中，如表3-6所示。

字段名称 说明

学生ID 自靖号

准考证号 文本

姓名 文本

［题得分 数字

2题得分 数字

3题得分 数字

图3-6考生基本资料

Figure 3-6 Candidates basic information

考生资料库既可以记录受测者的基本资料也可以记录每道题目的分数及总 分。一般来说，考生考试结束完成后系统会自动把每道题目的分数，自动传输到 考生信息表中，在考试成绩模块中进行计算和输出的受测者的总分。

(4)测评平台参数库

测评平台参数库是系统组卷的相关参数设置，组卷难度系数、考试时间、和 题目的数量将在此模块中完成。在“para”表中记录组卷时涉及到的各项参数。 图3-7所示。

字段名称 说明

1题 数字 1题的数目

2题 数字 2题的数目

3题 数字 2题的数目

时间 数字 考试时间

难度系数 文本

图3-7测评平台参数

Figure 3-7 Test system parameters

字段名称所表示的，第一题、第二题、第三题的记录，是用来记录系统参库 在组卷时题库所选的题目的数量。

（5）数据暂存库

数据暂存库是在对试题和操作试题模