科研小技巧——论文投稿视频制作指南

引言

论文投稿视频是投稿论文的补充材料，用于更加清晰直观地展示实验或者仿真结果，吸引审稿人的眼球，给审稿人留下一种高大上的影响。因此，为达到这一目的，我们在制作视频时，要尽可能使视频结构清晰，多用动画的形式展示实验数据，而不是在视频中粘贴论文中的图片，另外对视频的颜色搭配和调色也需要格外注意。

1 应用软件

视频剪辑：Adobe Premire

动画制作：Matlab，Solidworks

视频压缩：小丸工具箱

2 注意事项

• 视频的尺寸，一般为16:9，也就是通常的$1920\times 1080$分辨率

• 视频的字体，中文用黑体，英文用Arial

• 视频的封面只需要论文标题，无需单位和作者信息

• 视频导出时，一般可以选择H264编码模式以及MP4的文件格式，同时选择高比特率，尽可能清晰，不用考虑文件大小，之后可以用压缩工具进行视频压缩

3 制作流程

• 第一步，构思视频脚本。这一步主要是构思视频的内容，如何组织这些内容，视频要划分为几个段落等等。一般来说，可以按照论文的仿真或实验部分的结构来排列视频。
• 第二步，整理和制作所需的视频素材。这里的视频素材包括但不限于：录制的实验视频，实验数据曲线动画，仿真动画，机械结构运动动画等等。本文将会详细介绍，怎么使用MATLAB制作实验曲线动画，以及使用Solidworks制作机械结构运动动画。
• 第三步，利用视频制作软件剪辑视频。我比较习惯于使用Adobe的Premire软件进行剪辑，这个软件的使用是相对容易上手的。新手只需要参考这个视频：【何同学】如何在B站学习做视频？ (P2附Pr零基础剪辑教程），链接：https://www.bilibili.com/video/BV1EW411R77n 。
• 第四步，导出视频，并且使用小丸工具箱压缩视频。由于投稿视频一般都有大小限制，因此我们需要在保证清晰度的基础上，把视频尽可能压缩。一般来说，小丸工具箱可以在不损失清晰度的情况下，把视频压缩为原视频的十分之一。本文也会介绍它的使用方法。

4 MATLAB制作实验曲线动画

我们将会通过一个示例代码来进行讲解。大家在继续阅读前，请先在matlab中运行一遍如下代码：

clc;
clear;
close all;

%% 数据
timeArray = 0:0.01:10;
xData = sin(timeArray);
nData = length(timeArray)；

%% 创建视频
frameRate = 50;
videoName = 'sinecurve';
mp4 =VideoWriter(videoName, 'MPEG-4');
mp4.FrameRate=frameRate;
open(mp4);

%% 写入视频
figure()
set(gcf,'Position',get(0,'ScreenSize'))
dataInterval = 2;
for i = 1:dataInterval:nData
    % 绘制画布
    plot(timeArray(1:i), xData(1:i))
    % 设置格式
    set(gca, 'Xlim', [0, 10])
    set(gca, 'XTick', 0:1:10)
    set(gca, 'Ylim', [-1, 1])
    set(gca, 'YTick', -1:0.2:1);
    % 写入视频
    frame=getframe(gcf);
    writeVideo(mp4,frame);
    hold off  
end

%% 关闭视频
close(mp4)

• 上述代码分为四块：
  • 第一部分是产生数据，一般来说实验曲线动画，横坐标都是时间，纵坐标是数据，这里产生了一个时长10秒钟的正弦曲线。
  • 第二部分是创建视频文件，这里主要需要设置视频的帧率，另外，还可以设置视频的格式，一般可以设置为’MPEG-4’，这种格式大小适中。默认的视频格式为：‘Motion JPEG AVI’。其他关于更详细的视频信息的设置，可以用help VideoWriter命令去查阅。一般来说，这么设置就可以了。视频格式设置好以后，使用open()命令，打开创建好的视频。
  • 第三部分是写入视频。这里的原理是，在画布（figure）上绘制好一副图，然后使用getframe(gcf)命令可以获取画布上绘制好的图，之后使用writeVideo(mp4,frame);命令将图写入视频，最后用hold off清除画布上的图，以便于重新绘制下一幅。
  • 第四部分是关闭视频，这是为了保存视频。
• 视频时长如何设置？
  • 我们产生的视频时长主要取决于三个量，也就是代码中的frameRate（帧率），nData（数据的总个数），dataInterval（间隔）。我们这里设置了frameRate（帧率）为50，也就意味着每秒钟50幅图像。另外，这里的nData（数据的总个数）为1001，dataInterval（间隔）为2，说明了一共会执行nData/dataInterval=500次循环体内部的内容，也就是一共有500幅图像。因此，视频的时长为500/50=10秒，这个时长和我们数据的时长是一致的。
  • 我们得到了一个视频时长的公式：视频时长=nData/dataInterval/frameRate=数据总个数（除以）数据间隔（除以）帧率。
  • 如果不想得到慢放，或者快放的视频，那么就要严格按照上面的等式来设置各个变量。
  • 举一个例子，假设数据原始时长为10秒，数据总个数为1000，那么要获得一个两倍速的视频，即最终的视频时长应该是5秒，我们可以取帧率为25，间隔为8，这样1000/8/25=5秒。也可以取帧率为50，间隔为4。依次类推。
• 视频分辨率如何设置？
  • 我们在之前的操作中都没有定义视频的分辨率。实际上视频的分辨率就是figure的尺寸。我们将figure的尺寸设置得多大，那么视频画面就是多大。在我的电脑上，figure的默认尺寸是：$560\times 420$像素的。如果仅采用默认的设置，那么获得的视频就是$560\times 420$像素的。因此，为了获得更清晰的视频，可以设置figure的大小。
  • figure大小的设置方法：
    • 设置为全屏：set(gcf,'Position',get(0,'ScreenSize'))
    • 设置为特定大小：set(gcf, 'Units', 'pixels', 'Position', [0, 0, your_width, your_height])
• 关于MATLAB绘图的更多设置？
  • 对于坐标轴，曲线，标注，网格线，标题等等的更多设置，大家可以参考我发布的一条视频：Matlab绘图？学会一招就够了，链接：https://www.bilibili.com/video/BV1ti4y1s72y/

5 Solidworks机械运动动画制作

整个的制作过程中，我们需要掌握的就是：Solidworks装配体的配合设置，外观设置，运动算例设置，以及利用PhotoView渲染动画。

• 第一步，进行机械动画制作的前提是，需要绘制一个机械结构的装配体，并且已经设置了配合关系。这一步就不在本文中进行介绍了。

• 第二步，为了最终动画效果的美观，我们需要对机械体的外观和材质进行设置，这一步比较考验审美，大家可以在网上搜索一些配色方案，多尝试几次。这一步也不在本文中进行介绍了。

• 第三步，运动算例设置。

  • 这一步是生成动画的主要步骤。这里的原理就是，在每一个时间点上我们都定义一组配合关系，例如我们希望制作一个机器鱼尾巴摆动的动画，那么我们在0时刻，定义机器鱼的尾巴摆角为0度，1秒时尾巴摆角为60度，2秒时尾巴摆角为0度，这样软件就会自动且平滑的让机器鱼尾巴的摆角随着时间在0度和60度之间进行变化。
  • 因此，一切可以由配合定义的几何关系都可以用solidworks生成动画，例如：尾巴的摆动，胸鳍的摆动，机器鱼的平移，转动，头部的偏航等等运动都可以生成动画进行表示。
  • 关于软件的具体设置，三言两语难以言清。大家可以参考：【SolidWorks】教学-入门新手向【第十一章：动画制作】，链接：https://www.bilibili.com/video/BV1gp411f7Ed?p=1

• 第四步，生成动画，并利用PhotoView 360插件进行渲染。这一步必须用PhotoView插件渲染，因为这样产生的动画的光影效果会更立体，机械结构的表面材质会更精细，动画效果会更加接近真实。 这里的操作步骤如下：

  • 当运动算例设置完成以后，可以点击solidworks插件，选择PhotoView 360
  • 
  • 进入弹出的渲染工具界面
  • 
  • 点击保存动画，可以看到，弹出的对话框中，红色圆圈底下有一个长条被挡住了，我们接着点击这个长条
  • 
  • 选择PhotoView 360
  • 
  • 可以看到，此时绿色框中的栏目已经被激活了，说明我们已经使用了PhotoView360。接着我们只需要设置图像大小以及时间范围就可以保存动画了。
  • 

6 小丸工具箱压制视频

这是一个无脑的视频压缩软件，用起来非常方便。

可以参考视频：视频压缩神器，体积小还高清，500M压缩后变30M，链接：https://www.bilibili.com/video/BV1kW411s7pB

软件设置过程分为5步，如下图：

• 第一步，把文件拖拽到图中1处，一般我导出的视频都选择的是mp4格式，当然小丸工具箱支持多种格式的视频压制。
• 第二步，选择x264程式，选择如图的设置即可。
• 第三步，设置CRF数值，一般CRF在10~30之间，CRF越大压缩力度越大，视频越小，同时清晰度也越低。一般可以设置为20或者30。
• 第四步，勾选保持原始解析度。
• 第五步，点击压制，然后耐心等待即可。