基于Solidworks和3Dmax的協同設計

吳迪 高馳名 馬建章

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

基于Solidworks和3Dmax的協同設計

吳迪 高馳名 馬建章

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

近年來，隨著虛擬現實行業的發展，虛擬仿真軟件的應用被放在了至關重要的地位，其優勢也凸顯了戰略地位。文中根據某廂式車，結合三維機械設計領域的主流設計軟件Solid works和三維計算機圖形軟件3Dmax在各自領域的優勢，利用Solid works創建三維模型，經過優化后另存為STL格式文件，最后導入3Dmax中進行效果圖制作，提出了三維機械設計與圖形渲染表達的新思路。

Solidworks 3Dmax STL格式協同設計

1 引言

2 Solidworks模型創建、優化及導入

Solidworks是由美國SOLIDWORKS公司開發的CAD軟件。利用該軟件機械建模，具有模型尺寸精確，裝配效率高，動態設計和特征管理模式修改方便等優點[1]；然而3Dmax并非一個專業的輔助機械設計軟件，不適合用來制作精確的零件，裝配管理效率也不高[2]。在渲染和動畫制作方面，Solidworks雖自帶靜態渲染插件photoView 360及動畫設計插件MotionManager，但效果無法與具有豐富的造型工具、材質設置及動畫工具的3Dmax相比。軟件各有優勢，取長補短，采用Solidworks建模并裝配，優化后在3Dmax中進行模型的渲染和動畫制作，可以大大地節約效果圖制作周期。

2.1 模型創建

根據車輛提供的技術參數及實際測量的數據，對某廂式車組成零件進行Solidworks三維模型創建，重點繪制外形輪廓、必要零件及特征，最后將零件裝配，完成整車模型的制作。

2.2 模型優化

對于已經在Solidworks中建立好的模型，為了減少導入3Dmax后渲染時間及出錯，在導入前需要對模型進行優化，包括以下幾點：①輕化或刪除對結果影響不大的特征；②刪除內部及顯示不到的零件，這樣可有效減少模型的數量；③優化外部特征，刪除可以在3Dmax中能簡單實現的部分。

2.3 模型導入

Solidworks與3DMAX之間無法直接轉換，常用STL(*.stl)類型作為中間介質將Solidworks中的文件導入到3Dmax中[3]。導入對話框中選擇快速焊接，他的導入速度比使用閥值快30倍[4]。裝配體的導入過程中無需擔心零件相互之間的位置，配合關系會傳承到3Dmax中。

3 3Dmax效果圖制作

3.1 布置布景

布置場景是所有工作的前提，需要考慮取景和構圖的問題，合理的構圖是優秀效果圖的首要條件。否則，就算照明和材質都表現的非常好，那也不能稱之為“作品”。

3.2 賦予材質

材質主要用于描述對象如何反射和傳播光線，材質中的貼圖主要用于模擬對象質地、提供紋理圖案、反射和折射等其他效果（貼圖還可以用于環境和燈光投影），依靠各種類型的貼圖，可以創作出千變萬化的材質[5]。給模型加上材質是為了加強作品的真實性，材質是3D動畫中必不可少的部分。

3.3 設置燈光

通過場景打燈可以增強場景的真實感，增加場景的清晰程度和三維縱深度[5]。自然環境中的一切事物都處在微妙的光線變化中，光照連接著材質效果與最終渲染，是動畫制作中非常重要的一環[6]。

3.4 添加攝像機

攝像機通常是一個場景中必不可少的組成單位，最后完成的靜態和動態圖像都要在攝像機視圖中表現。3Dmax中的攝像機擁有超過現實攝像機的能力，更換鏡頭瞬間完成，無級變焦更是真實攝像機無法比擬的[5]。

4 實例制作

下面以某廂式車的效果圖制作為例來說明整個制作過程。

4.1 優化和導入模型

廂式車Solidworks模型非常復雜，導入前需要進行深度的優化，具體措施如下：①去除廂式車內部所有零件；②去除車體兩側的窗戶及開口；③去除車頭及箱體的圓角、車頭的玻璃部分和車標部分；④車體及車頭優化部分的特征在3Dmax中創建。

4.2 布置場景和材質

工程設計中常用的材質有：不銹鋼、橡膠、玻璃、金屬、鋁制和車身等。該效果圖要求制作廂式車室外的一張效果圖，故在車輛周圍布置天空和大地；車輛材質的每個部分也不同：車頭及車體窗口處賦予玻璃材質；車體及車頭外觀部分賦予標準材質，并在漫反射中添加迷彩貼圖；輪胎賦予橡膠材質，車輪賦予不銹鋼材質；車燈賦予塑料材質；車架賦予金屬材質。

4.3 布置燈光和攝像機

在車體四周添加一些平行光和聚光燈等燈光，并調整參數及空間位置，仿真處室外的燈光的效果，添加攝像機，并調整攝像機位置，在攝像機窗口將車體調整到所需位置，詳細燈光和攝像機布局示意圖如圖1所示。

圖1 燈光和攝像機布局示意圖

4.4 渲染

定義圖像輸出大小及位置，并設置渲染器，就可以開始對車輛進行渲染。為了達到令自己滿意的效果，還需要對模型、材質和燈光等進行復雜調節。廂式車最終效果如圖2所示。

圖2 廂式車最終效果圖

5 結束語

采用SolidWorks建模與3Dmax渲染結合的協同設計方法充分利用了SolidWorks建模專業、精度高、速度快和3Dmax強大的渲染與動畫制作能力，大大提高了效果圖制作的周期，提升圖像逼真程度。相對于靠簡單的二維圖紙、人員講解和用戶理解的傳統方法，此方法制作的效果圖能夠給用戶帶來強烈、逼真和直觀的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗感。此方法已經應用在工程項目中，并得到了充分驗證，值得在項目投標、項目前期論證、方案設計及方案評審等階段進行推廣和應用。

[1]詹友剛.Solidworks 2012寶典[M].北京:機械工業出版社, 2012.

[2]劉正,文懷興,郭慧.幾種三維設計軟件在產品開發中的應用[J].機械制造,2004,42(9):13-15.

[3]鄭兵,祝強,徐展.基于Pro/E和3DMAX的精確動畫制作[J].機電產品開發與創新,2008,9(5):116-117.

[4]閻慶華,林大鈞.Solidworks結合AutoCAD與3DMAX實現機械產品設計[J].工程圖學學報,2004(3):150-154.

[5]郭發明.火星人-3ds max8白金手冊[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[6]韓勇.圖解VRAY for 3ds Max超級渲染完美手冊[M].北京:科學出版社,2008.

Collaboration Design Based On Solidworks and 3Dmax

WU Di,GAO Chi-ming,MA Jian-zhang
(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

With the development of virtual reality industry in recent years,the applications of VR have played a significant role and its strategic position becomes more and more important by its advantages.In this paper,by using a kind of van and combining with the advantages of essential design software Solidworks and 3D calculator sketch software 3Dmax in the realm of 3D machine design,a 3D model is established using Solid works and saved as a STL file format after optimization processing,and finally imported into 3Dmax for impression drawing.This paper presents a new method for 3D machine design and sketching.

Solidworks;3Dmax;STL file format;collaboration design

TP317.4

A

1008-1739（2015）18-54-3

定稿日期：2015-08-26