基于3DVia Composer動(dòng)畫(huà)模擬工程機(jī)械的研究

尹樂(lè)龍 姜冠營(yíng) 張 響 / 三一重起研究本院

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基于3DVia Composer動(dòng)畫(huà)模擬工程機(jī)械的研究

尹樂(lè)龍 姜冠營(yíng) 張 響 / 三一重起研究本院

【摘 要】對(duì)3DVIA CO M PO SER制作動(dòng)畫(huà)的工作流程進(jìn)行了分析,生成的仿真動(dòng)畫(huà)展示了特種起重機(jī)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、拆卸過(guò)程及其工作過(guò)程。動(dòng)畫(huà)的制作對(duì)于工程機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的營(yíng)銷推廣、指導(dǎo)用戶裝配和維護(hù)產(chǎn)品有重要使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】3DVIA；動(dòng)畫(huà)；工程機(jī)械

前言

隨著工程機(jī)械不斷大型化和專業(yè)化的發(fā)展，工程機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,零件數(shù)量越來(lái)越龐大,零部件間的裝配關(guān)系更加復(fù)雜,裝配精度也更高。尤其對(duì)于設(shè)計(jì)研發(fā)的創(chuàng)新型產(chǎn)品而言，其結(jié)構(gòu)形式、拆裝過(guò)程以及工作過(guò)程完全不同于常規(guī)產(chǎn)品，這樣就造成一些問(wèn)題：（1）對(duì)于車間裝配人員，由于完全不熟悉產(chǎn)品，僅靠依靠二維紙質(zhì)工藝文件指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配。二維紙質(zhì)工藝文件的不直觀性,給工藝技術(shù)狀態(tài)控制、裝配人員理解帶來(lái)了很大困難,影響了整車裝配周期與質(zhì)量。（2）對(duì)于營(yíng)銷而言，需要花費(fèi)大量的宣傳及客戶培訓(xùn)費(fèi)用。利用仿真技術(shù)的可視化特性,以三維模型和動(dòng)畫(huà)的形式體現(xiàn)工程機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、仿真再現(xiàn)各零部件的裝配過(guò)程及其工作原理，大幅度提高了復(fù)雜產(chǎn)品裝配信息的獲取效率與直觀性，同時(shí)可以幫助營(yíng)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(jiǎn)介[1]

1.2工作流程

3DVIA COMPOSER軟件制作動(dòng)畫(huà)的基本流程為：

圖1　制作動(dòng)畫(huà)的基本流程圖

2.模型的預(yù)處理

模型預(yù)處理對(duì)于3DVIA COMPOSER軟件制作動(dòng)畫(huà)非常重要，前期的模型處理的好壞直接影響后續(xù)的動(dòng)畫(huà)制作質(zhì)量的優(yōu)劣。以工程機(jī)械產(chǎn)品中的特種起重機(jī)為例。

Proe軟件中的模型預(yù)處理需要遵循以下原則：

（1）通過(guò)Proe三維設(shè)計(jì)軟件完成特種起重機(jī)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(dǎo)入3DVIA COMPOSER中盡可能少的更改設(shè)計(jì)。

（2）確保動(dòng)畫(huà)中除去細(xì)節(jié)試圖能夠看到的標(biāo)準(zhǔn)件、小零部件、隱藏在其他零部件后的部件刪除，甚至某些結(jié)構(gòu)焊接體內(nèi)的相關(guān)筋板等，因?yàn)檫@些部件在動(dòng)畫(huà)中起不到任何作用而只能帶給計(jì)算機(jī)更大的資源消耗。

（3）對(duì)于特種起重機(jī)這種成套設(shè)備產(chǎn)品，盡可能在Proe軟件中將其裝配完成，這樣就可以節(jié)省在3DVIA COMPOSER制作動(dòng)畫(huà)大量的時(shí)間；需要運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、轉(zhuǎn)臺(tái)、吊鉤、起重臂、立柱等）裝配盡量保證其初始位置放置。

（4）非運(yùn)動(dòng)零部件盡可能在PROE中將實(shí)體模型進(jìn)行收縮包絡(luò)，將實(shí)體模型外殼化。因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)需展示，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率。

大學(xué)生三觀主要是指人生觀、價(jià)值觀以及世界觀，在大學(xué)階段大學(xué)生三觀還未完全形成，對(duì)大學(xué)生進(jìn)行思想政治教育主要目的是幫助大學(xué)生樹(shù)立正確三觀，而中國(guó)傳統(tǒng)文化中涵蓋的內(nèi)容對(duì)大學(xué)生樹(shù)立正確三觀有積極影響。因此，在高校思想政治教育中融入中國(guó)傳統(tǒng)文化有利于大學(xué)生樹(shù)立三觀。但目前我國(guó)僅有少部分高校將傳統(tǒng)文化融入思想政治教育中，導(dǎo)致我國(guó)大部分大學(xué)生三觀明顯出現(xiàn)偏差，不利于其未來(lái)發(fā)展。

3.動(dòng)畫(huà)制作前期準(zhǔn)備

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

3DVIA COMPOSER的模型預(yù)處理主要是指對(duì)模型的顏色、紋理、貼圖處理等，需要對(duì)起重機(jī)模型的顏色進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，盡量達(dá)到與真車涂裝顏色完全一致，搭配合理的顏色會(huì)使客戶對(duì)我們的產(chǎn)品滿意度大增。

4.動(dòng)畫(huà)制作

4.1動(dòng)畫(huà)制作原理

動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)是由一幅幅連續(xù)的畫(huà)面連續(xù)播放而形成的。一般來(lái)說(shuō)要求每秒24 幀才是畫(huà)面連續(xù)的，美國(guó)的電視一般是每秒30 幀[2]。3DVIA COMPOSER動(dòng)畫(huà)原理是關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)，通過(guò)設(shè)定模型運(yùn)動(dòng)(或變化)前后的起始幀和結(jié)束幀,并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)插值完成中間狀態(tài)的過(guò)渡變化,形成一系列的靜態(tài)連續(xù)畫(huà)面,用于仿真再現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)輸過(guò)程、組裝過(guò)程及工作過(guò)程。構(gòu)成仿真動(dòng)畫(huà)的關(guān)鍵幀可分為六種類型:消隱關(guān)鍵幀；視角關(guān)鍵幀；位置關(guān)鍵幀；熱點(diǎn)關(guān)鍵幀；形狀關(guān)鍵幀；剖切面關(guān)鍵幀。

4.2特種起重機(jī)的動(dòng)畫(huà)制作

4.2.1整合運(yùn)動(dòng)過(guò)程，合理安排時(shí)間。

根據(jù)起重機(jī)產(chǎn)品特性以及運(yùn)動(dòng)原理，模擬出起重機(jī)由收車狀態(tài)至工作狀態(tài)過(guò)程運(yùn)動(dòng)的大概流程，如圖2所示。圖中確定整個(gè)動(dòng)畫(huà)中需要運(yùn)動(dòng)的零部件以及它們運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作，將這些運(yùn)動(dòng)分步驟羅列出來(lái)，以免在制作過(guò)程中遺漏。

圖2　特種起重機(jī)運(yùn)動(dòng)操作圖

4.2.2設(shè)定攝像機(jī)視角位置.

攝像機(jī)的擺放位置以及產(chǎn)品和設(shè)備的放置位置都是要和所有運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)考慮，適當(dāng)?shù)臄z像機(jī)視角切換會(huì)讓觀眾對(duì)產(chǎn)品了解更為深刻。

首先要設(shè)定好所創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)紙張的大小，在文檔屬性里進(jìn)行設(shè)置，在進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，保證模型放置在動(dòng)畫(huà)紙張內(nèi)。在利用攝像機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移等動(dòng)畫(huà)時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)模型轉(zhuǎn)到屏幕外的情況。攝像機(jī)視角的轉(zhuǎn)變與攝像機(jī)的關(guān)鍵幀是配合使用的，在設(shè)定了攝像機(jī)關(guān)鍵幀后，需要對(duì)各個(gè)攝像機(jī)關(guān)鍵幀進(jìn)行時(shí)間上的調(diào)整，以保證看到的視角切換平滑、流暢。必要的時(shí)候還需要對(duì)相關(guān)重要視角進(jìn)行暫停觀看。

以特種起重機(jī)產(chǎn)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(yuǎn)到近的變換；由近到遠(yuǎn)的變換；起重機(jī)前面與后面的變換；起重機(jī)左側(cè)與右側(cè)的變換；起重機(jī)用到視角切換的主要集中在各部件的組裝過(guò)程，插銷的過(guò)程等。

5.動(dòng)畫(huà)保存出版以及后期處理

仿真動(dòng)畫(huà)輸出形式主要有可執(zhí)行程序、avi視頻以及錄屏軟件錄制視頻三種類型。

（1）可執(zhí)行程序。可執(zhí)行程序就是.exe格式文件,這種文件數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中打開(kāi)查看。此外,以可執(zhí)行程序方式輸出的動(dòng)畫(huà)為矢量形式,可以通過(guò)鼠標(biāo)中鍵實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)中模型的縮放與平移,鼠標(biāo)的右鍵實(shí)現(xiàn)模型旋轉(zhuǎn),方便裝配操作者從任意角度觀察模型,快速準(zhǔn)確獲取裝配信息。該種類型的動(dòng)畫(huà)集電子樣機(jī)功能、動(dòng)畫(huà)功能與一體,能直接用于裝配現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)

（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(duì)視頻進(jìn)行壓縮保存。輸出的AVI視頻可以通過(guò)會(huì)聲會(huì)影等專業(yè)軟件進(jìn)行編輯,如插入字幕、聲音等進(jìn)行講解，用于員工培訓(xùn)。

（3）錄屏軟件錄制視頻。通過(guò)打開(kāi)可執(zhí)行程序的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)動(dòng)畫(huà)過(guò)程進(jìn)行錄制，最終保存為可用于視屏播放的格式。

6.結(jié)論

以特種起重機(jī)為例，基于proe建立的三維模型，3DVIA COMPOSER軟件可以簡(jiǎn)單快捷地完成動(dòng)畫(huà)制作。生成仿真動(dòng)畫(huà)具體形象的展示了特種起重機(jī)各個(gè)主要零部件的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、裝配過(guò)程以及工作過(guò)程,大幅度提高了操作人員對(duì)其裝配和工作過(guò)程的認(rèn)知，提高了裝配效率與質(zhì)量，也可以幫助用戶理解服務(wù)流程，并降低解釋成本。基于3DVIA COMPOSER軟件的仿真動(dòng)畫(huà)，在工程機(jī)械行業(yè)具有重要的使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]胡一廷.基于3DVIA 的裝配仿真動(dòng)畫(huà)制作[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2013,2:192-194.

[2]劉云華,趙偉.機(jī)械產(chǎn)品模型自動(dòng)裝配動(dòng)畫(huà)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007,3:6-8.