基于3DVia Composer動畫模擬工程機械的研究

尹樂龍 姜冠營 張響

【摘 要】對3DVIA COMPOSER制作動畫的工作流程進行了分析，生成的仿真動畫展示了特種起重機的形態、結構、裝配關系、拆卸過程及其工作過程。動畫的制作對于工程機械產品的設計、產品的營銷推廣、指導用戶裝配和維護產品有重要使用價值。

【關鍵詞】3DVIA；動畫；工程機械

前言

隨著工程機械不斷大型化和專業化的發展，工程機械產品的結構越來越復雜，零件數量越來越龐大，零部件間的裝配關系更加復雜，裝配精度也更高。尤其對于設計研發的創新型產品而言，其結構形式、拆裝過程以及工作過程完全不同于常規產品，這樣就造成一些問題：（1）對于車間裝配人員，由于完全不熟悉產品，僅靠依靠二維紙質工藝文件指導現場裝配。二維紙質工藝文件的不直觀性，給工藝技術狀態控制、裝配人員理解帶來了很大困難，影響了整車裝配周期與質量。（2）對于營銷而言，需要花費大量的宣傳及客戶培訓費用。利用仿真技術的可視化特性，以三維模型和動畫的形式體現工程機械產品結構、仿真再現各零部件的裝配過程及其工作原理，大幅度提高了復雜產品裝配信息的獲取效率與直觀性，同時可以幫助營銷更好的宣傳，以及幫助用戶理解工作流程，并降低解釋成本。

1. 3DVIA Composer 工作流程介紹

1.1軟件簡介[1]

3DVIA COMPOSER是法國Dassualt System（達索系統）開發的圖形軟件，能夠快速地對產品及裝配資源三維模型進行編輯處理，發布多種格式的技術文檔及裝配仿真動畫。其顯著優點如下：（1）與主流三維CAD軟件有很好的兼容性。3DVIA COMPOSER可以導入幾乎所有主流的三維 CAD軟件設計的模型，例如SOLIDWORKS 、PROE、CATIA 、UG等；（2）高質量的壓縮處理。 3DVIA COMPOSER對模型的壓縮處理是非常優秀的，壓縮量約為原數據的1/20-1/30，使得發動機等巨型裝配體模型能夠在該軟件中快速高效地得以編輯處理；（3）較強的動畫功能。在3DVIA COMPOSER中剛性模型的任何變動都可以被記錄為動畫。

1.2工作流程

3DVIA COMPOSER軟件制作動畫的基本流程為：

2.模型的預處理

模型預處理對于3DVIA COMPOSER軟件制作動畫非常重要，前期的模型處理的好壞直接影響后續的動畫制作質量的優劣。以工程機械產品中的特種起重機為例。

Proe軟件中的模型預處理需要遵循以下原則：

（1）通過Proe三維設計軟件完成特種起重機的3D模型的建立，需要盡可能多次檢查模型，確保正確及完整，以保證在導入3DVIA COMPOSER中盡可能少的更改設計。

（2）確保動畫中除去細節試圖能夠看到的標準件、小零部件、隱藏在其他零部件后的部件刪除，甚至某些結構焊接體內的相關筋板等，因為這些部件在動畫中起不到任何作用而只能帶給計算機更大的資源消耗。

（3）對于特種起重機這種成套設備產品，盡可能在Proe軟件中將其裝配完成，這樣就可以節省在3DVIA COMPOSER制作動畫大量的時間；需要運動的部件（如油缸、轉臺、吊鉤、起重臂、立柱等）裝配盡量保證其初始位置放置。

（4）非運動零部件盡可能在PROE中將實體模型進行收縮包絡，將實體模型外殼化。因為內部結構無需展示，提高計算機運行效率。

3.動畫制作前期準備

3DVIA COMPOSER可以導入幾乎所有主流的3D CAD設計軟件模型，例如PROE、Solidworks、UG等等。可以將三維設計軟件中的超大模型進行壓縮處理，并快速的編輯處理大型裝配體。

3DVIA COMPOSER的模型預處理主要是指對模型的顏色、紋理、貼圖處理等，需要對起重機模型的顏色進行細致的調節，盡量達到與真車涂裝顏色完全一致，搭配合理的顏色會使客戶對我們的產品滿意度大增。

4.動畫制作

4.1動畫制作原理

動畫的實現是由一幅幅連續的畫面連續播放而形成的。一般來說要求每秒24 幀才是畫面連續的，美國的電視一般是每秒30 幀[2]。3DVIA COMPOSER動畫原理是關鍵幀動畫，通過設定模型運動（或變化）前后的起始幀和結束幀，并由計算機自動插值完成中間狀態的過渡變化，形成一系列的靜態連續畫面，用于仿真再現起重機運輸過程、組裝過程及工作過程。構成仿真動畫的關鍵幀可分為六種類型： 消隱關鍵幀；視角關鍵幀；位置關鍵幀；熱點關鍵幀；形狀關鍵幀；剖切面關鍵幀。

4.2 特種起重機的動畫制作

4.2.1 整合運動過程，合理安排時間。

根據起重機產品特性以及運動原理，模擬出起重機由收車狀態至工作狀態過程運動的大概流程，如圖2所示。圖中確定整個動畫中需要運動的零部件以及它們運動的動作，將這些運動分步驟羅列出來，以免在制作過程中遺漏。

4.2.2設定攝像機視角位置.

攝像機的擺放位置以及產品和設備的放置位置都是要和所有運動結合起來考慮，適當的攝像機視角切換會讓觀眾對產品了解更為深刻。

首先要設定好所創建動畫紙張的大小，在文檔屬性里進行設置，在進行動畫制作時，保證模型放置在動畫紙張內。在利用攝像機進行旋轉和平移等動畫時，就不會出現模型轉到屏幕外的情況。攝像機視角的轉變與攝像機的關鍵幀是配合使用的，在設定了攝像機關鍵幀后，需要對各個攝像機關鍵幀進行時間上的調整，以保證看到的視角切換平滑、流暢。必要的時候還需要對相關重要視角進行暫停觀看。

以特種起重機產品為例，其視角切換總的可以分為幾種：由下到上的變換；由上到下的變換；由遠到近的變換；由近到遠的變換；起重機前面與后面的變換；起重機左側與右側的變換；起重機用到視角切換的主要集中在各部件的組裝過程，插銷的過程等。

5.動畫保存出版以及后期處理

仿真動畫輸出形式主要有可執行程序、avi視頻以及錄屏軟件錄制視頻三種類型。

（1）可執行程序。可執行程序就是.exe格式文件，這種文件數據量小，方便傳輸，并且在不需要任何軟件的情況下就可以在計算機操作系統中打開查看。此外，以可執行程序方式輸出的動畫為矢量形式，可以通過鼠標中鍵實現動畫中模型的縮放與平移，鼠標的右鍵實現模型旋轉，方便裝配操作者從任意角度觀察模型，快速準確獲取裝配信息。該種類型的動畫集電子樣機功能、動畫功能與一體，能直接用于裝配現場指導

（2）avi視頻。為縮小視頻文件占用空間且保證較好的清晰度，一般選用3DVIA COMPOSER軟件自帶的microsoft video 1解碼器對視頻進行壓縮保存。輸出的AVI視頻可以通過會聲會影等專業軟件進行編輯，如插入字幕、聲音等進行講解，用于員工培訓。

（3）錄屏軟件錄制視頻。通過打開可執行程序的基礎上，對整個動畫過程進行錄制，最終保存為可用于視屏播放的格式。

6.結論

以特種起重機為例，基于proe建立的三維模型，3DVIA COMPOSER軟件可以簡單快捷地完成動畫制作。生成仿真動畫具體形象的展示了特種起重機各個主要零部件的形態、結構、裝配關系、裝配過程以及工作過程，大幅度提高了操作人員對其裝配和工作過程的認知，提高了裝配效率與質量，也可以幫助用戶理解服務流程，并降低解釋成本。基于3DVIA COMPOSER軟件的仿真動畫，在工程機械行業具有重要的使用價值。

參考文獻：

[1]胡一廷.基于3DVIA 的裝配仿真動畫制作[J].數字技術與應用，2013，2：192-194.

[2]劉云華，趙偉.機械產品模型自動裝配動畫的研究與實現[J].機械設計與制造，2007，3：6-8.