На кафедре физики твердого тела Петрозаводского государственного университета была проведена работа над созданием электронного учебного пособия «Твердотельная электроника» для сопровождения одноименного курса в рамках специальности «Физическая электроника».

Данное пособие выполнено в вариантах как печатного издания (Гуртов В.А., «Твердотельная электроника», изд-во ПетрГУ, 2004 г. [26]}), так и электронного учебника с дополнениями - сборником задач (электронный и печатный варианты), а также созданных студентами презентаций (Power Point) и анимаций (Flash), представленных на сайте кафедры (КФТТ): http://dssp.petrsu.ru. Кроме того, на оборудовании видеостудии ПетрГУ создаются видеоролики, служащие комментарием к материалу пособия.

Электронный вариант пособия в форматах MS Word, PDF и HTML размещен по адресу http://dssp.petrsu.ru/book (сайт кафедры физики твердого тела). Этот же вариант учебного пособия структурирован в среде WebCT (http://webct.ru), применяемой в обучении в ПетрГУ (разработки в среде WebCT - Артамонов О.Н.).

Несомненным достоинством электронного варианта является возможность непрерывного его совершенствования и обновления. За последний год авторы внесли в электронную версию множество различных изменений и дополнений.

Многие физические процессы в полупроводниковых приборах, описываемые в пособии «Твердотельная электроника», студентам трудно представить. Для улучшения понимания материала пособия, а, следовательно, и повышения качества и эффективности обучения по данному курсу, были разработаны анимации, выполненные с использованием технологии Macromedia Flash MX.

При создании анимаций были учтены особенности целевой группы, для которой создается этот курс и выбрана методика обучения с учетом особенностей технического обеспечения обучаемого.

Коротко можно изложить следующие методические положения:

1. В центре процесса обучения находится самостоятельная познавательная деятельность обучаемого (учение, а не преподавание).

2. Важно, чтобы обучаемый научился самостоятельно приобретать знания, пользуясь разнообразными источниками информации; умел с этой информацией работать, используя различные способы познавательной деятельности и имел при этом возможность работать в удобное для него время.

3. Организация самостоятельной деятельности обучаемых предполагает использование новейших педагогических технологий, стимулирующих раскрытие внутренних резервов каждого ученика и одновременно способствующих формированию социальных качеств личности.

При создании анимации были учтены следующие требования:

· Мотивация - необходимая составляющая обучения, которая должна поддерживаться на протяжении всего процесса обучения. Мотивация быстро снижается, если уровень поставленных задач не соответствует уровню подготовки студента. Следовательно, анимации должны быть выполнены в простой строгой форме, удобной для понимания и снабжены, при необходимости, подсказками.

· Четкая формулировка темы анимации. Студент с самого начала работы за компьютером должен знать, что требуется запомнить.

· Подача учебного материала. Стратегия подачи материала определяется в зависимости от сложности изучаемой темы. Важной проблемой является оформление кадров, подаваемых на экран дисплея. Необходимо использовать известные принципы удобочитаемости и перемещения по разделам.

Некоторые, наиболее значимые принципы создания обучающих анимаций:

· Интерактивность. Внедрение интерактивности делает участие обучаемого более активным, заставляет его стараться достигнуть максимального результата. Интерактивность помогает также преподавателям включить в курс более сложные материалы.

· Наглядность. Учет чувственного восприятия изучаемых физический объектов или их моделей, макетов технических устройств и их непосредственное наблюдение обучаемыми. Принцип наглядности в случае представления учебной информации в электронном виде реализуется на качественно новом, более высоком уровне, задействуя большинство органов чувств и видов памяти.

· Доступность. Необходимо, чтобы обучаемые имели легкий доступ к предлагаемым ресурсам, поэтому необходимо создать такое приложение которое бы имело небольшой размер файла, удобство в использовании и имело бы низкие системные требования. Из-за загруженности, а может просто из-за нежелания учиться, студентам часто бывает трудно выбрать время для обучения. Для решения этой проблемы необходимо использовать различные способы доставки учебного контента. Например: доступ через интернет, для студентов, которые хотят изучать материал дома можно предусмотреть создание версии учебного материала на CD-ROM.

· Развивающее обучение на основе мультимедийных анимаций направлено на формирование наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого, теоретического мышления у обучаемого, опираясь на его систему знаний, умения, навыки работы с компьютером

Представление учебного материала должно строится с учетом особенностей следующих познавательных психических процессов:

· Зрительное и слуховое восприятие;

· Внимание (его устойчивость, концентрация, переключаемость, распределение и объем);

· Мышление (теоретическое понятийное, теоретическое образное, практическое наглядно-образное, практическое наглядно-действенное);

· Воображение;

· Память (мгновенная, кратковременная, оперативная, долговременная).

2.1 Интерфейс программы

Интерфейс программы в общем и целом стандартный. С помощью вкладки View можно приближать, удалять или изменять, задавая проценты, вид документа (Frame), просматривать очертания объектов (Outlines), осуществлять быстрый просмотр, активизировать рабочие окна (Timeline, Work Area), линейки Rulers, сетку (Grid), включать магнит сетки (Snap).

Рабочие окна Flash можно перемещать в нужные места или встраивать. Например, окно контроллера (Controller) перетаскивается по всему экрану, а если щелкнуть два раза по его верхней части, то оно автоматически встроится в левый верхний угол интерфейса.

Для активизации контроллера следует щелкнуть по вкладке Window => Controller. Это рабочее окно используется при быстрых тестах анимации и звука, но об этом позже. То же самое можно проделывать с окнами Timeline. С помощью вкладки View возможна активизация Timeline и перетаскивание этого окна в нужное вам место; двойной щелчок мыши возвращает его на место.

Эти возможности на первый взгляд покажутся не функциональными, однако при создании сложного видеоряда, где одна последовательность кадров сменяет другую или накладывается на нее и при этом еще осуществляется событийное звуковое сопровождение, бывает, что без активизации и перетаскивания рабочих окон просто не обойтись.

Рабочее окно Timeline

Разработчики программы нашли удачное решение для управления слоями изображения. Это решение реализовано с помощью окна Timeline. Его левая часть позволяет создавать и удалять новые слои для анимации, кнопок и статического изображения.

Для того чтобы создать новый слой нужно кликнуть по пиктограмме (Add Layer) в нижнем левом углу. Эта пиктограмма представляет собой квадратик с плюсом, а если на нее навести курсор, то всплывет подсказка Add Layer. По этому принципу устроены все пиктограммы.

Справа от Add layer расположена другая пиктограмма Add Guided Layer, предназначенная для создания слоя, где задается траектория движения объекта. Щелкнув два раза по названию слоя, вы присвоите ему другое имя, это необходимо делать, чтобы не запутаться в слоевых контентах.

Напротив названия слоя расположены три точки, с помощью первой можно сделать выделенный слой невидимым, что помогает редактировать другие видимые слои. С помощью второй точки можно поставить замочек на выделенный слой, это необходимо делать, когда вы закончили работу с данным слоем и хотите, чтобы он остался без изменений.

Таким образом, Flash фиксирует слой и страхует вас от невнимательности.

Третья точка позволяет выделить все имеющиеся объекты на данном слое, эта функция нужна для того, чтобы быстро просматривать контент слоя.

В верхнем левом углу над точками слоев расположены три пиктограммы. Первая в виде глаза Show/hide all Layers позволяет спрятать или показать контент всех слоев одновременно. Вторая пиктограмма Lock unlock all layers - заблокировать или разблокировать все слои. Третья Show all layers as Outlines - просмотреть очертания объектов всех слоев. Все эти пиктограммы удобно использовать в ситуации, когда необходимо отредактировать или просмотреть контент одного слоя, т.е. сначала активизируется одна из пиктограмм и все слои преобразуются в определенный вид, а затем выделяется нужный слой и редактируется.

В правом нижнем углу расположена пиктограмма Delete Layers, с помощью которой удаляют один или несколько слоев.

В правой части окна Timeline расположен видеоряд слоев, которые вам предстоит редактировать. По умолчанию вся правая часть Timeline пустая, она лишь размечена по ячейкам, в которые будут размещаться кадры. Справа от окна Timeline находится окно инструментов рисования.

Инструменты рисования

В принципе инструменты рисования стандартные: ластик (Eraser), карандаш (Pencil), стрелка перемещения (Arrow) и т.д., в общем как в обычном графическом редакторе. Хочется отметить некоторые инструменты и их полезные особенности.

Стрелка перемещения (Arrow). Помимо всех сопутствующих стандартных функций эту опцию можно использовать для преобразования объекта. Для этого нужно кликнуть по очертанию объекта и, удерживая кнопку мыши, перетаскивать очертание. Будет меняться форма части объекта.

С помощью пиктограммы Line можно задавать цвет, тип и толщину линии, причем в цифровом виде (Custom).

Oval - эта опция позволяет рисовать круги, овалы. Здесь также задается тип, цвет линии и цвет заливки окружности. Таким образом, всегда можено получить нужное очертание и цвет.

Rectangle - дает возможность рисовать оригинальные квадраты и прямоугольники. Опция Corner Radius позволяет задавать радиус углов прямоугольника.

С помощью опции Pencil рисуют «от мыши», в смысле от руки. Помимо цвета и типа линии, вы задаете эффекты сглаживания: Straighten, Smooth и Ink.

Инструмент рисования Brush обладает поистине уникальными свойствами. Вы можете закрашивать выделенные области или фон объекта, сам объект, оставляя при этом его очертания, и т.п. Все эти эффекты задаются в пиктограмме Brush Mode.

Опция Ink Bottle позволяет легко и быстро изменять или добавлять очертания объекта. Ink Bottle часто используется в случаях, когда необходимо сделать изображение более выразительным или отредактировать некоторые части картинки с помощью стрелки перемещения.

Опция Paint Bucket тоже в своем роде оригинальна. Она используется для заполнения цветовой палитрой. При этом с помощью пиктограммы Gap Size можно задать интервалы заполнения, т.е. пятнышки на божьей коровке быстро нарисовать - не проблема.

Eraser - это очень умный ластик. Помимо курсора стирания можно задавать нужный Eraser Mode. Режимы стирания аналогичны режимам кисти (Brush Mode), поэтому работать ластиком одно удовольствие.

Text Tool - с помощью этой опции можно вводить текст, задавать его цвет, расстояние между символами и строками, менять шрифт, наклон и т.п. Текст изначально задается в текстовом поле, с цветом и размером которого тоже можно манипулировать (иконка ab|). Текстовое поле имеет массу стандартных сетевых свойств: от ограничений на количество символов до установки пароля. Flash позволяет переводить текст в графический режим, а следовательно, его можно легко задействовать в анимационных эффектах.

Flash-библиотеки

При создании нового символа или импортирования графического или звукового объекта Flash автоматически помещает объект в рабочую библиотеку. Она активизируется кликом по вкладке Window => Library или нажатием горячих клавиш Ctrl+L.

Окно библиотеки имеет массу опций. Оно интерактивное и его можно всячески изменять, чтобы не мешало текущей работе. Кроме этого все объекты библиотеки дифференцируются по типу и складываются в отдельных портфелях. Для того чтобы создать новый портфель, нужно кликнуть по иконке в виде ранца в нижней части окна библиотеки. Справа от нее расположена иконка в виде плюса. Ею можно воспользоваться для создания нового символа. Библиотечные символы конвертируются из сцены (Scene), импортируются в виде готовых файлов или перемещаются из других библиотек. Удаляются библиотечные символы просто: правый клик и Delete.

Если разрабатываемое приложение подразумевает наличие большого количества графических и звуковых объектов, то их располагают в нескольких библиотеках. В Flash встроены стандартные библиотеки, которые активизируются с помощью клика по вкладке Libraries. В эту вкладку вы можете поместить любое количество используемых в приложении библиотек. Для этого нужно переписать используемую библиотеку в папку Libraries, которая находится в основной директории Flash. Чтобы переместить символ из одной библиотеки в другую, следует просто активизировать обе библиотеки и перетащить символ, удерживая левую кнопку мыши. Если библиотека хранится в недоступном для Flash месте, то этот файл можно активировать кликом по вкладке File => Оpen as Library.

Звук

Звук воспринимается Flash как объект. Как правило, звуковые файлы импортируются в символы и автоматически помещаются в библиотеку. Flash воспринимает два звуковых формата: wave и aif.

Разработчики рекомендуют для WWW импортировать звуковой файл со следующими параметрами: 8 или 16 Bit 22kHz. Flash также поддерживает и стереоформат, но тогда звуковой объект будет занимать места в два раза больше.

Flash'ем редактируют звуковой ряд как на сцене, так и в символьном режиме. Это делается с помощью записывания звукового ряда по кадрам в рабочем окне Timeline или с помощью вкладки Sound в окне Frame Properties.

Существует возможность увеличивать или уменьшать громкость на определенных участках звукового ряда (перетаскивание полосок, расположенных на звуковом ряде в окне Sound), задавать параметры и события звуковым объектам, добавлять различные эффекты, например тюнинг колонок (from left to right) и т.д.

«Три кита» Flash-анимации: Movie Clip, Graphic, Button

Flash отличается от множества других подобных программ особенностью интерпретации графических объектов. При запуске программы изначально загружается первая сцена (Scene1). Это изображение, на котором будет происходить анимация. Вы можете создавать сколько угодно сцен (Insert => Scene) и связывать их между собой.

Разумеется, допустимо переименование сцены в более «говорящее» название. Переключение сцен происходит в левом верхнем углу окна Timeline, там расположена пиктограмма Edit Scene, при нажатии на которую вы можете выбрать необходимую вам сцену из всплывающего меню. На сценах, как правило, размещают уже готовые графические объекты в виде символов, создают tween-анимацию и события, а редактирование непосредственно графических объектов осуществляется в режиме (Symbols). Для того чтобы создать новый символ, кликните по Insert => New Symbol.

В Flash предусмотрены три вида символов: видеоклип (Movie Clip), кнопка (Button), графика (Graphic). Тип символа нужно выбирать в зависимости от цели, которую вы предусматриваете в отношении поведения графического объекта. В принципе всегда есть возможность конвертировать графический объект в любой из этих трех символов, поэтому если вы вдруг не угадали с поведением объекта или просто передумали на его счет, то никогда не поздно конвертировать его в другой нужный вам тип символа.

Buttons

Для того чтобы создать кнопку, нужно щелкнуть по Insert => New Symbol и в появившемся окне выбрать тип символа Button. Символ Button отличается от Movie Clip и Graphic прежде всего тем, что его видеоряд состоит из четырех функциональных кадров. Первый кадр Up показывает состояние кнопки в покое. То есть, загрузив страницу, пользователь увидит изображение кнопки, которое помещено в первый кадр. Второй кадр Over автоматически сменяет первый кадр, если пользователь наведет курсор мыши на изображение кнопки. Третий кадр Down соответственно сменяет второй, если пользователь кликнет по изображению кнопки. С помощью четвертого кадра Hit задается активная область загрузки.

Все четыре состояния редактируются визуально. Здесь не нужно задавать изображения в виде массива переменных, писать строку кода, заниматься программированием.

Создавая кнопки, вы можете задействовать звуковые эффекты, т.е., когда пользователь, скажем, наводит курсор на кнопочку, она будет не только визуально изменяться, но и издавать нужный вам звук.

Кнопкам, как и всем остальным кадрам, можно приписывать события. Делается это двумя способами: приписывание события нужному кадру в символьном режиме или всей кнопке, уже помещенной на сцене. Эти способы принципиально ничем не отличаются, все зависит от поставленных задач. Если задавать событие на сцене, то достаточно кликнуть по объекту (изображению кнопки) правой кнопкой мыши и выбрать свойства (Properties) или Modify => Instance. Загрузится окно Instance Properties. Далее нужно выбрать вкладку Action => «+» и необходимое вам действие. Количество действий и их параметров велико. Для программирования в среде Flash необходимо, чтобы управляемые кодом объекты имели свои имена.

Movie Clip

Для того чтобы создать символ видеоклипа, нужно щелкнуть по вкладке Insert => New Symbol и выбрать тип символа Movie Clip. При этом задается понятное вам название клипа, чтобы потом не путаться. Кликните ok, загрузится пустая страница, идентичная странице сцены (Scene). На нее можно помещать объекты и создавать различную анимацию.

2.2 Flash-анимация

В Flash используется два вида анимации, и они принципиально отличаются друг от друга. Существует покадровая анимация, когда вы задаете преобразование объекта по кадрам. Создание покадровой анимации - занятие кропотливое. Нужно выделять каждый из кадров, а затем изменять форму объекта. Во Flash предусмотрена опция Inspector (Library => Inspector), с помощью которой можно задавать точные координаты графического объекта, это сильно облегчает задачу. Однако покадровая анимация сильно увеличивает размер приложения.

Кроме покадровой анимации также используется tween-анимация. Tweens в переводе с английского означает близнецы, т.е. при таком виде анимации базовая форма графического объекта не меняется, а лишь преобразуется по заданной Flash-формуле, а уж какую формулу Flash выберет - решать вам.

В Flash предусмотрены различные эффекты перемещения объекта. Покадровая анимация используется для сложного преобразования формы объекта, а tween-анимация - для изменения формы и цвета объекта по определенной формуле.

Покадровая анимация

Для создания движущегося объекта, т.е. объекта, изменяющего базовую форму, то для начала нужно сделать символ видеоклипа. Далее существует две концепции покадровой анимации: импортирование анимационного файла или прорисовка каждого кадра вручную.

Возможности Flash позволяют импортировать анимационные файлы с форматом avi, gif и т.п. Как правило, файлы формата avi очень большие, поэтому лучше отдавать предпочтение gif-файлам.

Таким образом, можно экспортировать нужный gif и разложить его по файлам. Затем обработать каждый файл с помощью Adobe Photoshop и задать необходимый прозрачный фон. Прозрачность следует задавать исходя из цвета сцены (Scene), на которую потом будет импортироваться видеоряд.

Если уже имеется готовый gif-файл и его цвет прозрачности фона совпадает с фоном приложения, то можно его экспортировать в символ. Для этого нужно выделить слой, куда вы хотите импортировать видеоряд, и кликнуть по вкладке File => Import.

Flash импортирует видеоряд, разложив его по кадрам в предварительно выделенном слое рабочего окна Timeline. Наличие в каждом из кадров черной точки означает, что каждый кадр имеет свою форму графического объекта, не коррелирующую с формами остальных кадров видеоряда. При кадровой анимации можно редактировать каждый из кадров как угодно: дорисовывать объект, изменять его форму, переносить в кадр другие графические объекты и т.п. Главное - это осуществить плавное изменение картинки.

Есть второй вариант обработки видеоряда. Можно не мучаться с созданием нужного фона прозрачности, а просто после импортирования видеоряда подредактировать инструментами рисования каждый из кадров.

Graphic. Tween-анимация

Tween-анимация используется как на сценах, так и в символьном режиме. Для того чтобы сделать гармонично функционирующее приложение, необходимо каждый символ располагать на отдельном слое. Если специально не задавать различные эффекты символу, то слои накладываются на экран снизу вверх, т.е. самый первый слой в окне Timeline будет верхним. Слои можно перетаскивать методом drug&drop (простым перетаскиванием), и сцена будет соответствующим образом видоизменяться.

Создание tween-анимации - дело не сложное. Нужно поместить символ из библиотеки или импортировать графический объект в первый кадр. Для этого сначала выделяется первый кадр, а затем вставляется символ или объект. Теперь необходимо создать видеоряд, определившись, прежде всего с его длиной.

Следует сразу отметить, что по умолчанию скорость проигрывания видеоряда установлена в размере 12 кадров/с. Разработчики считают, что это оптимальная скорость для создания интерактивных приложений для сети интернет, и у нас нет оснований с ними не согласиться. А вообще вы всегда измените частоту кадров, кликнув по вкладке Modify => Movie. При этом загрузится окно, где можно выставить скорость проигрывания (Frame Rate), фон сцены, здесь же изменяются размеры сцены, редактируется сетка, ей задается необходимый шаг и цвет.

Выставив длину видеоряда, а проще говоря, кликнув на одном из последующих кадров данного слоя, например на 25-м, нужно нажать клавишу F6 или кликнуть по вкладке Insert => Keyframe. Flash скопирует первый кадр видеоряда во все кадры, лежащие между первым и двадцать пятым кадром включительно. При этом между ними появится стрелка на синем фоне, она символизирует tween-анимацию. После этого нужно выделить последний кадр и преобразовывать объект как угодно, но не изменяя формы, вручную (инструментами рисования). То есть вы его можно перетаскивать в любую часть экрана пользоваться любым из встроенных инструментов трансформации (Modify => Transform), изменять цвет объекта, но не вручную, а применяя для этого встроенные программные средства.

После преобразования объекта следует его протестировать. При этом если есть необходимость убедиться, что работает tween-анимация, то достаточно активизировать контроллер и сделать быстрый тест. Однако если данный анимированный объект или символ уже до этого содержал анимацию, например покадровую, то нужно запустить тестирование мультфильма Control => Test Movie. Тестирование мультфильма позволяет пронаблюдать в действии оба вида анимации и оценить их на предмет сочетаемости.

Инструменты tween-анимирования

Для tween-анимирования используется преобразование последнего кадра видеоряда. Flash просто задает формулу алгоритма преобразования от первого кадра к последнему, и видеоряд кадров последовательно изменяется согласно этому алгоритму. Существуют два способа преобразования последнего кадра.

1. Использование опции Instance позволяет экспериментировать с плавным изменением цвета объекта. Вы можете манипулировать яркостью (Brightness), прозрачностью (Alfa), цветовыми гаммами (Tint, Special) объекта.

Изменение кадра с помощью меню tweening.

Для активизации этого меню нужно кликнуть по вкладке Modify => Frame => Tweening. В меню Tweening выбираете одну из опций: движение (Motion) или трансформация формы (Shape). С помощью опции движения задается траектория перемещения объекта от первого к последнему кадру. Можно преобразовать траекторию так, что двигающийся объект будет всячески вращаться (Rotate). Шкала (Ease) позволяет замедлять или ускорять движение объекта.

2. С помощью опции Shape можно творить чудеса на экране, например, создав анимационный ряд, поэкспериментировать с превращениями одних объектов в другие, скажем, самолета в лягушку и наоборот. Однако при использовании инструментов преобразования одного объекта в другой следует выполнить несколько условий.

Необходимо, чтобы и первый, и второй объект были преобразованы в векторный формат, с растровыми картинками ничего не выйдет. Для того чтобы преобразовать растровый формат в векторный, кликните по вкладке Modify => Trace Bitmap.

Загрузится окно преобразования растровой графики. В поле Color Threshold предлагается ввести число от 1 до 500, чем больше цифра, тем менее качественное получится изображение. Данное поле определяет цветовой порог, т.е. чем он выше, тем большее количество цветов могут быть объединены.

В поле Minimum Area также предполагается число от 1 до 1000, зависимость качества от значения здесь такая же. Это поле определяет минимальное число пикселов, которые можно объединять. Значения полей Curve Fit и Corner Threshold задают интенсивность кривых и порог их угла. В первом случае качество ухудшается от значения Pixels к значению Very Smooth, а во втором - от значения Many Corners к Few Corners.

Разработчики утверждают, что растровое изображение практически идентично векторному при следующих параметрах преобразования: Color Threshold - 10; Minimum Area - 1pixel; Curve Fit, Pixels, Corner Threshold, Many Corners.

Для того чтобы преобразуемые объекты занимали не много места, нужно учитывать некоторые тонкости. Векторное изображение представляет собой набор формул, задающих точки в пространстве. Как правило, векторное изображение «весит» на порядок меньше растрового, однако если неудачно задать вышеуказанные параметры, то конечное векторное изображение оказывается больше, чем изначальное. Помимо параметров преобразования большую роль играют следующие моменты.

1. Точечное изображение может иметь множество цветов (True Color 24 bit), их математический обсчет выльется тогда в бесконечную строку формул. Если импортируемый графический объект имеет цветовой режим 32 Bit True Color, то Flash вообще будет очень сильно озадачиваться.

2. Может случиться так, что преобразуемое изображение имеет сложную цветовую структуру. Например, если взять любое растровое изображение в режиме RGB и каким-нибудь графическим редактором придать ему эффект зернистости, (дизайнеры любят этот эффект из-за того, что он чуток портит идеальное изображение, придавая ему реалистичности), то при преобразовании Flash просто зависнет, а если нет, то файл выйдет до нескольких гигабайт. Дело в том, что зернистость трудно обсчитывать именно из-за пространственного фактора.

Таким образом, следует учитывать то, что не все зависит от параметров окна Trace Bitmap и некоторые изображения все-таки сначала нужно привести в должный, удобный для преобразования вид.

Нарисовав два графических объекта или преобразовав два растровых изображения в векторный формат, можно использовать опцию Shape. Для этого необходимо вставить графический объект (векторный формат) в первый кадр видеоряда.

Далее нужно определить количество кадров и создать видеоряд. Это проделывается с помощью опции Keyframe. Теперь необходимо выделить последний кадр видеоряда, убедившись в наличии изображения вставленного объекта. То есть последний кадр не должен быть пустым.

Далее нужно вставить другой графический объект, тоже в векторном формате. При желании его можно подредактировать и задать требующиеся координаты. На данном этапе имеется видеоряд, на всех кадрах которого есть первичное изображение, а на последнем кадре и первичное, и вторичное. Первый и последний кадр выделены черными точками, а кадры между ними - синими.

Еще одним непременным условием трансформации одного объекта в другой является разгруппировка. Выделение любого кадра из видеоряда влечет за собой автоматическое выделение всего объекта в данном кадре. Для нужного нам эффекта необходимо разгруппировать только первый и последний кадры. Итак, следует выделить первый кадр и кликнуть по вкладке Modify => Ungroup или Break Apart. Потом то же самое сделать с последним. Разгруппировка позволяет перевести изображение в стандартный, понятный Flash'у вид.

Проделав все эти действия, нужно выделить курсором первый кадр и кликнуть по Inset => Frame => Tweening => Shape. Шкала Ease так же, как и в случае с опцией Motion, определяет эффект убыстрения или замедления трансформации первичного объекта во вторичный.

Программная анимация.

Во Flash'е анимацию кроме перечисленных способов можно задать программно. Для этого необходимо:

1. Присвоить всем необходимым в программе объектам имена.

2. Активизировать кадр, на линейке кадров начиная с которого необходимо выполнить анимацию.

3. Щелкнув правой клавишей по выбранному кадру выбрать в выпавшем меню поле Action. В левой части экрана появится окно редактирования программного кода.

4. Выбрать, при каком условии будет включаться анимация (например: когда фильм перейдет на это кадр, как только загрузится данный объект, при нажатии на клавишу клавиатуры, при изменении какого-либо заданного раннее параметра или переменной или при движении мыши, кликанье или наведения на объект и т.д.)

5. Затем, путем нажатия на кнопку Insert a target path (или просто написав имя объекта), выбрать объект который будет подвергнут анимации.

6. И, наконец, присвоить ему необходимое свойство (например изменение координаты, изменение высоты / ширины, изменение цвета, прозрачности, вращение, качества и других свойств объекта), мера изменения которого будет определяться условиями определяемыми программой при изменении (что не обязательно) каких либо переменных.

Программная анимация была использована при создании таких анимаций как: «Диод Шоттки», «Туннельный диод», «Полевой транзистор с изолированным затвором», «Полевой транзистор с затвором в виде барьера Шоттки» и «Диод Ганна». В остальных анимациях была использована покадровая анимация и анимация движения с элементами программной анимации.

2.3 Особенности программирования на ActionScript

ActionScript - язык сценариев, используемый в программе Macromedia Flash MX, позволяющий напрямую вмешиваться в проигрываемый Flash-фильм посредством действий и событий.

ActionScript - это мощный язык, с большим набором команд, поддержкой классов, наследования, т.е. объектно-ориентированного программирования. С его помощью можно создавать интерактивные мультимедиа-приложения, игры, веб-сайты

Новая версия объектно-ориентированного языка программирования ActionScript 2.0 использует программную модель, соответствующую стандарту ассоциации European Computer Manufacturers Association (ECMA), и хорошо знакомую Java-программистам. Код AcrtionScript 2.0 может быть преобразован в формат ActionScript 1.0 для воспроизведения файлов в ранних версиях проигрывателя Macromedia Flash Player.

Объектно - ориентированное программирование (ООП) - парадигма программирования, основанная на представлении предметной области (и / или проблемной области) в виде системы взаимосвязанных абстрактных объектов и их реализаций.

Основной проблемой процедурного программирования является то, что данные и функции их обработки не были связаны. Это вносило некоторую сложность в разработку программы. С появлением концепции ООП появилась новая структура данных - класс. Это по сути дела тип данных, внешне похожий на структуру (в языке Си) или запись (в Pascal-е), в котором кроме данных (свойства) также содержались функции их обработки (методы). При этом появляются такие свойства как наследование, полиморфизм и инкапсуляция.

Реализационный подход.

Каждый объект в ООП имеет свой тип (класс). Класс представляет собой тип данных, имеющий в составе:

· Свойства. Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе).

· Методы. Действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, или которые сам объект может выполнять.

· События. Сообщения, рассылаемые объектом подписчикам (различным элементам программ) при определённом изменении состояния объекта.

Концептуальный подход

Каждый объект является экземпляром некоторого класса объектов. Один класс отличается от других именем и, обычно, набором поддерживаемых интерфейсов. Интерфейсы, в свою очередь, представляют собою набор сообщений, которые можно посылать объекту.

Важнейшие принципы:

· Абстракция данных. Объекты представляют собою не полную информацию о реальных сущностях предметной области, а их модели, адекватные решаемой задаче, работать с которыми намного удобнее, чем с полным описанием всех возможных свойств и реакций объекта. Объекты имеют очень простое внешнее поведение: единственное что доступно для пользователя объекта - это возможность послать ему сообщение и получить ответ на него.

· Наследование. Наследованием называется возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (иногда его называют суперклассом). Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.

· Полиморфизм. Полиморфизмом называется способность класса-потомка изменять своё поведение, т.е. существующие у класса-предка методы.

· Инкапсуляция. Инкапсуляция - это принцип, согласно которому поведение любого класса должно рассматриваться как чёрный ящик - пользователь класса должен видеть и использовать только его интерфейс (от английского interface - внешнее лицо, т.е. список декларируемых свойств и методов) класса и не вникать в его внутреннюю реализацию. Этот принцип (теоретически) позволяет минимизировать число связей между классами и соответственно упростить реализацию.

2.4 Описание аппаратных средств

Изначально Flash работал только под MS Windows и Mac OS. Благодаря фирме Sun Flash был импортирован под X-Windows, то есть на Solaris, IRIX, BSD, Linux.

Количество установленных Flash-плееров приблизительно равно количеству установленных браузеров, которые, в свою очередь, в любом случае сопутствуют графическим оболочкам, таким как KDE. На сегодня вероятность встретить на персональном компьютере Flash-плеер составляет около 86%, и то последние 14% относятся к «только что установленным», на которые плагин просто не успел попасть.

Конечно же, первую роль играет красивая анимация - сетевая анимация. То есть поддерживается доступ к сетевым ресурсам для загрузки данных и изображений. Конечно, все это ограничено довольно специфичными рамками, но главное - есть доступ к серверам приложений. А значит, все, что нельзя сделать, локально можно делегировать серверу.

Важен и фактор компактности самого плеера, который на сегодня не превышает 400 Кб для большинства платформ. Такой плеер легко встроить в любой смартфон или хэндхэлд. Flash - плеер можно сравнить с виртуальной машиной Java даже в минимальной версии. На стороне Java - мощность и богатство платформы, но у этой мощности имеются свои минусы. В программировании для изучения всех иерархий классов и разработки новых иерархий в Java может понадобиться много месяцев. А задача за это время может быть решена на Flash - и при том что серверная часть будет портабельной и инвариантной, поэтому тут даже больше гибкости и правильности.

В таблице 1 приведены основные системные требования необходимые для работы Macromedia Flash MX

Таблица 1. Системные требования для работы Macromedia Flash MX

Microsoft Windows	Apple Macintosh
300MHz Intel Pentium II processor	Apple Power Mac G3 processor
Операционная система Microsoft Windows 98 SE, 2000 или XP.	Операционная система Apple Mac OS 10.1.5 или 10.2.4.
96 Мб свободной оперативной памяти (рекомендуется 128 Мб).	96 Мб свободной оперативной памяти (рекомендуется 128 Мб).
Монитор с разрешением 1024 x 768, поддерживающий 16-разрядную глубину цвета.	Монитор с разрешением 1024 x 768, поддерживающий 16-разрядную глубину цвета.
110 Мб свободного дискового пространства.	110 Мб свободного дискового пространства.

3. Формирование мультимедийных приложений

В основу выполненной работы положен материал учебного пособия «Твердотельная электроника». Выполненные анимации дополняют почти все главы учебника:

1. Глава 2: Барьеры Шоттки, р-n переходы и гетеропереходы (созданы анимации: «Диод Шоттки», «Диод с р-n переходом»)

2. Глава 4: Полупроводниковые диоды (созданы анимации: «Переходные процессы в диоде с р-n переходом», «Туннельный диод»)

3. Глава 5: Биполярные транзисторы (созданы анимации: «Физические процессы в биполярном транзисторе», «Амплитудные и фазочастотные характеристики биполярного транзистора»)

4. Глава 6: Полевые транзисторы (созданы анимации: «Полевой транзистор с изолированным затвором», «Полевой транзистор с затвором в виде барьера Шоттки»)

5. Глава 7: Тиристоры (создана анимация: «Диодный тиристор»)

6. Глава 8: Диоды Ганна (создана анимация: «Диод Ганна»)

Созданные 10 анимаций описывают физические процессы внутри приборов твердотельной электроники, видео-ролик представляет собой потоковое видео и демонстрирует одну из анимаций («Полевой транзистор с затвором в виде барьера Шоттки»).

К созданию Flash-анимаций были представлены следующие требования:

1. Созданные Flash-анимации должны быть совместимы с форматом Flash MX 2004 и воспроизводиться во Flash Рlayer 7.

2. Размеры создаваемых анимаций: 800x600 пикселов.

3. Строгая цветовая гамма, не более 3-4 цветов, более спокойных и приятных глазам.

4. Отсутствие информации, не относящейся к теме работы.

5. Четко сформулированное написание сопроводительных текстов и пояснений физических процессов.

6. Использование стандартных шрифтов (Verdana, Arial, Times New Roman), один шрифт в анимации.

7. Встроенная навигация в анимации, т.е. отображение выполненных действий, нужно для того, чтоб пользователь в любой момент мог видеть, на каком этапе работы выполняется анимация, а также перейти к началу или к нужному фрагменту.

8. Источник иллюстрации (схемы, графики) в работе - учебное пособие «Твердотельная электроника».

9. На иллюстрациях, представляющих сложные диаграммы, устройства или схемы, должна быть мгновенная подсказка, появляющаяся или исчезающая синхронно с движением курсора по отдельным элементам иллюстрации (схемы, чертежа сборки изделия, пульта управления объектом и т.д.).

10. Видеоинформация или анимации должны сопровождать разделы, которые трудно понять в обычном изложении. В этом случае, затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще тяжело представить человеку правильно (движение носителей заряда, увеличение потенциального барьера и т.д.). Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

11. Анимации должны быть выполнены в едином стиле.

Рассмотрим выполненные Flash-анимации в отдельности.

3.1 Видеофрагмент «МДП транзистор с затвором в виде барьера Шоттки»

Традиционная и электронная формы представления теоретического материала, дополненного компьютерными демонстрациями, анимациями и интерактивными приложениями, конечно, несут основную информационную нагрузку в постижении основ твердотельной электроники.

Но современные информационные и коммуникационные технологии имеют дополнительные возможности, позволяющие создать образы реальных опытов, лекций в виде видеоклипов, которые оказывают сильное влияние на психоэмоциональную сферу студентов.

Видеоролик, в отличие от мультипликации, носит характер близкий к непосредственному участию в эксперименте, прослушиванию лекции. Благодаря наблюдаемому визуальному и акустическому ряду студенту легче сопереживать увиденному, что благотворно сказывается на запоминании этой эмоционально окрашенной информации.

Иногда бывает невозможно принять непосредственное участие в прослушивании лекции (нехватка времени, лекция проводится в другом городе, а то и стране, лектором который читает интересующий обучаемого материал и на лекции которого трудно попасть) данную проблему решает запись данной лекции, эксперимента и преобразование ее в видеоролики, которые сопровождают курс дистанционного обучения.

Исходя из этих соображений, был создан видеоролик с комментарием к анимации, описывающей физические процессы в полевом транзисторе с затвором в виде барьера Шоттки.

Видеоролик был создан с использованием платы захвата Pinnacle, звукового и видеооборудования Sony, программного обеспечения Pinnacle Studio 9.

Данный видеоролик воспроизводится любым проигрывателем, воспроизводящим формат видеоданных *.avi и *.mpeg (по умолчанию это проигрыватель Windows Media, который устанавливается автоматически с установкой Windows) и отредактирован с помощью программы программа для захвата и обработки видеофайлов VirtualDub.

Основными плюсами данной программы является максимальное приближение к оригиналу, оптимальное использование места на жестком диске.

Процесс сжатия проходит параллельно - наложение фильтров VirtualDub прямо на оригинальные кадры и кодирование сразу на два варианта потоков - LM и FM. Параллельный процесс занимает немного меньше времени, чем последовательный, за счет максимального использования возможностей процессора и отсутствие промежуточного кодирования.

Есть возможность выбрать фрагмент фильма для работы с ним, применить фильтры к фильму или фрагменту - обрезание кадра, шторки, изменение размера кадра, и пр. Можно выбрать нужный видео и аудио кодек.

Минусы данной программы заключаются в следующем: тяжесть процесса, спорность ускорения процесса. Во время параллельной работы программы машину практически невозможно эксплуатировать - одновременное вытягивание кадров и наложение фильтров плюс кодирование пожирает почти все ресурсы и замедляет работу машину довольно сильно. Соответственно время кодирования увеличивается по сравнению с кодированием без фрэймсервера.

Кроме того, процесс наложения фильтров пройдет два раза - первый раз при сжатии на два разных потока, второй раз - при сравнении разножатых AVI с оригиналом, что явно не ускорит времени создания фильма. При кодировании уже готового фильма без применения VirtualDub фрэймсервера этого не происходит - фильтры уже наложены.

Для работы с видео достаточно использовать любой компьютер с не менее чем 128 МБ оперативной памяти, процессором быстрее 500 МГц, операционной системой Windows 98\2000\XP и 3 ГБ свободного пространства на жестком диске.

В данном видеоролике показан лектор, объясняющий физические процессы в полевом транзисторе с затвором в виде барьера Шоттки, используя специально созданную для этого анимацию. Рисунок 3.1 - Видеоролик «Полевой транзистор с затвором в виде барьера Шоттки»

Рисунок 3.1. Видеоролик «Полевой транзистор с затвором в виде барьера Шоттки»

3.2 «Диод Шоттки»

Анимация имеет два слайда. На первом изображены общие сведения о барьере Шоттки, Рисунок 3.2 - Барьер Шоттки. Общие сведения.



Рисунок 3.2. Барьер Шоттки. Общие сведения

На слайде изображены зонные диаграммы барьера Шоттки при различных напряжениях на затворе. В левом верхнем углу расположена кнопка помощи, при нажатии на которую появляется окно с кратким пояснением образования барьера Шоттки. При нажатии на управляющую клавишу «Анимация процессов» осуществляется переход на следующий слайд анимации, на котором показаны физические процессы, протекающие в барьере при различном напряжении V_G на затворе (рисунок 3.3 - Барьер Шоттки. Анимация процессов). Пользователь, меняя напряжение на затворе, видит, как меняется ток через барьер, как со стороны металла, так и со стороны полупроводника. Кроме этого он также наблюдает движение точки по вольт амперной характеристике, изменение потенциального барьера и области пространственного заряда. Напряжение на затворе V_G варьируется от -1 В до +0,6 В с шагом 0,1 В и изменяется нажатием на соответствующие управляющие кнопки, расположенные в левом нижнем углу экрана



Рисунок 3.3. Барьер Шоттки. Анимация процессов

3.3 «Диод с р-n переходом»

В данной анимации 5 слайдов. На первом слайде изображена зонная диаграмма р-n перехода без приложенного внешнего напряжения, на которой показаны валентная зона и зона проводимости, физическая и металлургическая границы р-n перехода, середина запрещенной зоны, уровень энергии Ферми и равновесные концентрации основных и неосновных носителей в р- и n - областях соответственно.

На втором слайде размещена таблица зависимости концентрации равновесных и неравновесных носителей от приложенного к р-n переходу прямого напряжения и диффузионной длины в относительных единицах.

На третьем слайде изображена зонная диаграмма р-n перехода при прямом смещении V_G = 0.3 B.



Рисунок 3.4. Физические процессы в р-n переходе при прямом смещении

Продемонстрированы распределение неосновных носителей заряда в зависимости от диффузионной длины, а также основные физические процессы в р-n переходе: инжекция, рекомбинация «зона-зона» и рекомбинация через рекомбинационные уровни («ловушки»). Пользователь может изменить поданное на переход напряжение V_G с 0,3 В до 0,5 В и увидеть как изменятся физические процессы на четвертом слайде.

На последнем, пятом слайде сделан краткий вывод о влиянии приложенного напряжения на р-n переход.

Переход по слайдам осуществляется с помощью навигационных кнопок «назад» и «дальше», повысить напряжение можно нажатием на кнопку с соответствующим названием.

3.4 «Переходные процессы в диоде с р-n переходом»

Рисунок 3.5. Переходные процессы в p-n переходе. Прямое смещение

Данная анимация имеет 3 слайда. На первом слайде изображена зонная диаграмма р-n перехода при отсутствии приложенного внешнего напряжения, на которой показаны валентная зона и зона проводимости, физическая и металлургическая границы р-n перехода, середина запрещенной зоны, уровень энергии Ферми и равновесные концентрации основных и неосновных носителей в р- и n - областях соответственно.

На втором слайде показаны физические процессы, протекающие в диоде с p-n переходом при прямом смещении V_G > 0. Рисунок 3.5 - Переходные процессы в p-n переходе. Прямое смещение.

На третьем слайде показаны физические процессы, протекающие в p-n переходе при обратном смещении (переходные процессы).

3.5 «Туннельный диод»

Данная анимация имеет один слайд. Вверху, под заголовком, расположена пользовательская панель управления поданным на диод напряжением. Напряжение, подаваемое на диод, имеет 6 различных величин и соответствует 6 наиболее важным точкам на вольтамперной характеристики туннельного диода. Вольтамперная характеристики туннельного диода расположена в правой части анимации. Рисунок 3.6 - Воль-амперная характеристика туннельного диода

Рисунок 3.6. Воль-амперная характеристика туннельного диода

В левой части анимации показана зонная диаграмма и физические процессы, протекающие внутри туннельного диода при смене напряжения.

3.6 «Амплитудные и фазочастотные характеристики биполярного транзистора»

Данная анимация содержит 4 слайда. На первом слайде «общие сведения» и втором «зонная диаграмма» содержится аналогичная анимации «Физические процессы в биполярном транзисторе» информация.

На третьем слайде представлены эпюры эмиттерного (черная линия) и коллекторного (красная линия) токов биполярного транзистора в схеме с общей базой. Рисунок 3.7 - Амплитудные и фазочастотные характеристики биполярного транзистора.

Меняя частоту входного сигнала по отношению к граничной частоте (с помощью управляющих кнопок в правой части анимации) пользователь видит, как меняется выходной ток биполярного транзистора, сдвиг фаз между входным и выходным сигналом и модуль коэффициента переноса.

При значении частоты входного сигнала , равной граничной частоте (w/w_a = 1,0), значение модуля коэффициента переноса будет составлять , а величина фазового сдвига между эмиттерным и коллекторным током будет равна j_a = 60є.

Рисунок 3.7. Амплитудные и фазочастотные характеристики биполярного транзистора

На четвертом слайде изображена эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой. Рисунок 3.8 - Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

Основные пассивные элементы (сопротивления r_э, r_к, r_б, емкости коллекторного С_Б и эмиттерного С_Д переходов), активные элементы (генератор тока бI_э в коллекторной цепи, источник ЭДС м_экU_к в эмиттерной цепи, отражающей обратную связь между эмиттером и коллектором) изображены на эквивалентной схеме.

Каждый элемент снабжен всплывающей подсказкой, которая содержит название элемента, его определение и формулу для его расчета.

Рисунок 3.8. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

3.7 «Полевой транзистор с изолированным затвором»

Данная анимация содержит три слайда. На первом слайде изображена конструкция МДП полевого транзистора. Каждый элемент транзистора снабжен всплывающими подсказками с названиями.

На втором слайде изображен МДП-транзистор в активном режиме работы. Полевые транзисторы в активном режиме могут работать только в области слабой или сильной инверсии, т.е. в том случае, когда инверсионный канал между истоком и стоком отделен от объема подложки слоем обеднения. Рисунок 3.9 - МДП-транзистор в активном режиме работы. Пользователь может изменят напряжение на затворе транзистора V_G от 0 до -1,5 В, напряжение на подложке V_SS от 0 до 1 В и напряжение исток - сток V_DS от 0 до -1 В.

Изменяя величину напряжения на затворе, можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и тем самым модулировать сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи вызовет изменяющийся в соответствии с изменением сопротивления канала ток стока и тем самым будет реализован эффект усиления, что наглядно показано на анимации.

...