Alice

吳佳潔+王師艷+全媛虹

摘要：Alice是一個(gè)在3D環(huán)境下編寫程序的軟件，使學(xué)生在利用信息技術(shù)分析和解決問題等方面的能力得到很好的提升，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)編程的過程中多一些探索和樂趣，能夠幫助學(xué)生在實(shí)踐中培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維方式，為以后程序設(shè)計(jì)課程的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：Alice；3D環(huán)境；思維方式

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）12-0158-02

1 Alice簡介

Alice項(xiàng)目是美國卡耐基梅隆大學(xué)的一個(gè)學(xué)術(shù)性的項(xiàng)目，Randy Pausch教授是該項(xiàng)目的創(chuàng)建人，他希望通過此項(xiàng)目教會(huì)青少年如何在3D環(huán)境下編寫計(jì)算機(jī)程序，它是一種全新的學(xué)習(xí)編程的方法，只要用日常的語言，就可以讓屏幕上的一切三維物體在虛擬世界里服從你的命令，你就可以自己導(dǎo)演電影和創(chuàng)作計(jì)算機(jī)游戲了。學(xué)生可以把圖片貼到一個(gè)物體上，還可以給物體增加各種簡單的動(dòng)作和腳本，讓虛擬世界里的物體具有靈活性。

Alice是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的一種直觀式的3D繪圖軟件，里面有許多事先設(shè)計(jì)好的繪圖物件、檢視工具和控制物件的工具，它不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的程序語言就能掌握計(jì)算機(jī)繪圖，就算是剛開始學(xué)3D繪圖的人也能輕松學(xué)會(huì)。許多美國大學(xué)把Alice作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的入門課程開設(shè)，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)了Alice之后對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)產(chǎn)生興趣。Alice的使用非常容易，用它繪制出來的圖形可以直接儲(chǔ)存成網(wǎng)頁，甚至還可以直接導(dǎo)演一部動(dòng)畫！

Alice是一個(gè)免費(fèi)的工具，它可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到最基本的編程概念，即使學(xué)生是第一次接觸面向?qū)ο缶幊蹋材芎芸鞂W(xué)會(huì)創(chuàng)建動(dòng)畫電影和簡單的視頻游戲。

2 Alice的基本功能

Alice提供了一個(gè)可拖動(dòng)的圖形界面，它由場(chǎng)景區(qū)、對(duì)象樹、代碼編輯區(qū)、對(duì)象列表、方函數(shù)方法細(xì)節(jié)區(qū)等六個(gè)部分組成。使用Alice編程你不需要自己寫類和對(duì)象，它自身就提供了大量的對(duì)象庫，只用根據(jù)提供的類創(chuàng)建對(duì)象即可。同樣的，使用Alice也不需要寫任何代碼，只需要拖動(dòng)對(duì)象的方法、函數(shù)塊到代碼區(qū)，Alice會(huì)根據(jù)提示自動(dòng)生成代碼，如圖1：

2.1 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目

1）Alice創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，首先要進(jìn)行場(chǎng)景的選擇，再次就是進(jìn)行人物的選擇，最后在procedures區(qū)拖動(dòng)功能塊對(duì)人物動(dòng)作進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；

2）選中要編輯的人物，對(duì)它進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)，Alice是在3D環(huán)境下編輯的，它就像人一樣，可以坐可以跳，只要你能想到的動(dòng)作，就可以拖動(dòng)程序塊，對(duì)它進(jìn)行控制，創(chuàng)造屬于你自己設(shè)計(jì)的動(dòng)畫視頻；

3）每一個(gè)對(duì)象（人、動(dòng)植物等等）都有不同的關(guān)節(jié)、部位，就像java中一個(gè)類的數(shù)據(jù)成員，可以改變這些部位的位置或者對(duì)部位添加運(yùn)動(dòng)方法，即用類的函數(shù)成員對(duì)數(shù)據(jù)成員進(jìn)行訪問和修改。

2.2 高級(jí)功能

1）Alice除了它提供的屬性、方法、函數(shù)，還可以自定義屬性、方法和函數(shù)。在窗口右邊頂上的白色矩形按鈕那里選擇不同的類，對(duì)其添加自定義的procedures、function、properties。

2）在initializeEventListners的視圖里可以添加視聽，鍵盤、鼠標(biāo)的響應(yīng)就是在這里添加的。

3 Alice動(dòng)畫具體實(shí)現(xiàn)

Alice常用來制作3D動(dòng)畫和3D游戲，通過一個(gè)具體的動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)，我們能很直觀地看到Alice使用的方便、智能。做一個(gè)以“舉辦生日”為背景的動(dòng)畫，動(dòng)畫主要內(nèi)容：主人公生日，邀請(qǐng)惟一的好友來城堡參加自己的生日宴。生日宴上食物的香味吸引了城堡外小鳥，小鳥飛到橡樹上，它看到香蕉樹下的香蕉，于是飛到香蕉樹下，一跳一啄地到香蕉旁邊。通過Alice自身帶有的對(duì)象庫和方法塊，生成所需的對(duì)象，拖動(dòng)方法函數(shù)塊搭建動(dòng)畫，如圖2：

3.1 動(dòng)畫的基本實(shí)現(xiàn)

1）在Setup Scene 界面中使用Alice提供的類庫向草地場(chǎng)景添加必要的對(duì)象。主要人物三人：adultPerson、elderPerson、teenPerson，構(gòu)成城堡的十面墻CastleWall，桌子、椅子、蛋糕、碟子、樹、鳥等等。

在Bird旁邊添加虛擬相機(jī)camera1，用于之后鏡頭的轉(zhuǎn)換。

2）將添加的對(duì)象移動(dòng)調(diào)整到適合的位置、方向和大小，借助場(chǎng)景界面的相機(jī)視圖和右邊菜單欄的handle style。將城堡圍城一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的內(nèi)部以及周圍就是動(dòng)畫場(chǎng)景，然后把設(shè)置好人物以及其他對(duì)象的位置和狀態(tài)，并把主相機(jī)對(duì)準(zhǔn)adultPerson。

3）添加Alice提供的方法塊，讓動(dòng)畫動(dòng)起來。拖動(dòng)左邊的Person方法塊MoveToward到代碼區(qū)，設(shè)置移動(dòng)目標(biāo)和距離，讓人物移動(dòng)到距離桌子一定距離的地方。用同樣的方法實(shí)現(xiàn)椅子的拉開，鏡頭的轉(zhuǎn)換，小鳥的啄食動(dòng)作，小鳥的飛行動(dòng)作。

3.2 動(dòng)畫的高級(jí)實(shí)現(xiàn)

通過Alice提供的方法塊我們無法直接實(shí)現(xiàn)逼真的動(dòng)畫，即使成功實(shí)現(xiàn)了，這些動(dòng)作也不能運(yùn)用到其他項(xiàng)目里。為了解決這個(gè)問題，我們需要給人物、小鳥單獨(dú)建立一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試人物的走動(dòng)、坐下、拉椅子，小鳥的飛行、啄食等等方法。測(cè)試完畢后，將這些方法塊自定義成一個(gè)新的方法塊，并裝入各自的類中，就像java中不同類有不同的函數(shù)成員。

1）為Person類添加行走（Walking）方法：選中Person類，轉(zhuǎn)到類視圖下，將測(cè)試完成的方法塊復(fù)制到Walking方法中，將方法的參數(shù)修改為P_SCamera，Obstacle，time，Reference。方法的作用：當(dāng)Person距離參照物Reference距離小于2.0就不斷向目標(biāo)Obstacle走，同時(shí)P_Camera的鏡頭一直對(duì)準(zhǔn)Person，運(yùn)動(dòng)時(shí)間由傳入?yún)?shù)time控制。其中關(guān)鍵偽代碼如下：

2）用同樣方式給Person添加Sitting方法。方法參數(shù)修改為Chair，LR_Distance。因?yàn)锳lice提供的腿部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)沒有以膝蓋為支撐點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不能真正實(shí)現(xiàn)“坐下”這個(gè)動(dòng)作，只能通過do together制造假象。

3）選中Flyer這個(gè)類，添加Jump和GoFly兩個(gè)方法。Jump函數(shù)實(shí)現(xiàn)Flyer向MoveDirection方向移動(dòng)，并一邊跳躍一邊啄食。GoFly函數(shù)實(shí)現(xiàn)Flyer向Obstacle飛行的動(dòng)作。相關(guān)代碼如下圖，其中通過Flyer的函數(shù)（function）isCollidingWith設(shè)置循環(huán)（while）揮動(dòng)翅膀的條件，關(guān)鍵代碼如圖3：

4）使用自定義的方法和類本身就有的函數(shù)、方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫。注意動(dòng)作的順序、時(shí)間，比如相機(jī)的移動(dòng)要跟隨主要對(duì)象。

4 結(jié)束語

用Alice編程，讓編程變得更有趣，它避免了一些傳統(tǒng)編程方式下會(huì)產(chǎn)生的語法錯(cuò)誤以及編譯連接等等錯(cuò)誤引起的困擾。運(yùn)用Alice已有的對(duì)象庫和已經(jīng)寫好的步驟編寫一個(gè)動(dòng)畫或者游戲，即快捷方便又能直觀地表現(xiàn)出來。當(dāng)然，如果想要制作更逼真復(fù)雜的動(dòng)畫，也可以自己創(chuàng)建新的步驟。總結(jié)來說，Alice是一個(gè)很好的，能提起人們對(duì)編程興趣的可視化編程軟件。

參考文獻(xiàn)：

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