基于3DVia Composer動畫模擬工程機械的研究

基于3DViaComposer動畫模擬工程機械的研究基于3DViaComposer動畫模擬項目機械的研究

前言

隨著項目機械不斷大型化和專業(yè)化的開展，項目機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，零件數(shù)量越來越龐大，零部件間的裝配關(guān)系更加復(fù)雜，裝配精度也更高。尤其對于設(shè)計研發(fā)的創(chuàng)新型產(chǎn)品而言，其結(jié)構(gòu)形式、拆裝過程以及工作過程完全不同于常規(guī)產(chǎn)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(chǎn)品，僅靠依靠二維紙質(zhì)工藝文件指導(dǎo)現(xiàn)場裝配。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、裝配人員理解帶來了很大困難，影響了整車裝配周期與質(zhì)量?！?〕對于營銷而言，需要花費大量的宣傳及客戶培訓(xùn)費用。利用仿真技術(shù)的可視化特性，以三維模型和動畫的形式體現(xiàn)項目機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、仿真再現(xiàn)各零部件的裝配過程及其工作原理，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，同時可以幫忙營銷更好的宣傳，以及幫忙用戶理解工作流程，并降低解釋本錢。

1.3DVIAComposer工作流程介紹

1.1軟件簡介[1]

3DVIACOMPOSER是法國DassualtSystem〔達索系統(tǒng)〕開發(fā)的圖形軟件，能夠快速地對產(chǎn)品及裝配資源三維模型進行編輯處理，發(fā)布多種格式的技術(shù)文檔及裝配仿真動畫。其顯著優(yōu)點如下：〔1〕與主流三維CAD軟件有很好的兼容性。3DVIACOMPOSER可以導(dǎo)入幾乎所有主流的三維CAD軟件設(shè)計的模型，示例SOLIDWORKS、PROE、CATIA、UG等；〔2〕高質(zhì)量的壓縮處理。3DVIACOMPOSER對模型的壓縮處理是非常優(yōu)秀的，壓縮量約為原數(shù)據(jù)的1/20-1/30，使得動員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3DVIACOMPOSER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

3DVIACOMPOSER軟件制作動畫的根本流程為：

2.模型的預(yù)處理

模型預(yù)處理對于3DVIACOMPOSER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(xù)的動畫制作質(zhì)量的優(yōu)劣。以項目機械產(chǎn)品中的特種起重機為例。

Proe軟件中的模型預(yù)處理需要遵循下列原那么：

〔1〕通過Proe三維設(shè)計軟件完成特種起重機的3D模型的建立，需要盡可能屢次檢查模型，確保正確及完整，以保證在導(dǎo)入3DVIACOMPOSER中盡可能少的更改設(shè)計。

〔2〕確保動畫中除去細節(jié)試圖能夠看到的規(guī)范件、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耗費。

〔3〕對于特種起重機這種成套設(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3DVIACOMPOSER制作動畫大量的時間；需要運動的部件〔如油缸、轉(zhuǎn)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(luò)，將實體模型外殼化。因為內(nèi)部結(jié)構(gòu)無需展示，提高計算機運行效率。

3.動畫制作前期準備

3DVIACOMPOSER可以導(dǎo)入幾乎所有主流的3DCAD設(shè)計軟件模型，示例PROE、Solidworks、UG等等。可以將三維設(shè)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。

3DVIACOMPOSER的模型預(yù)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(diào)節(jié)，盡量到達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(chǎn)品稱心度大增。

4.動畫制作

4.1動畫制作原理

動畫的實現(xiàn)是由一幅幅連續(xù)的畫面連續(xù)播放而形成的。一般來說要求每秒24幀才是畫面連續(xù)的，美國的電視一般是每秒30幀[2]。3DVIACOMPOSER動畫原理是關(guān)鍵幀動畫，通過設(shè)定模型運動〔或變化〕前后的起始幀和結(jié)束幀，并由計算機自動插值完成中間狀態(tài)的過渡變化，形成一系列的靜態(tài)連續(xù)畫面，用于仿真再現(xiàn)起重機運輸過程、組裝過程及工作過程。構(gòu)成仿真動畫的關(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；熱點關(guān)鍵幀；形狀關(guān)鍵幀；剖切面關(guān)鍵幀。

4.2特種起重機的動畫制作

4.2.1整合運動過程，合理安頓時間。

根據(jù)起重機產(chǎn)品特性以及運動原理，模擬出起重機由收車狀態(tài)至工作狀態(tài)過程運動的大略流程，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(shè)定攝像機視角位置.

攝像機的擺放位置以及產(chǎn)品和設(shè)備的放置位置都是要和所有運動結(jié)合起來考慮，適當?shù)臄z像機視角切換會讓觀眾對產(chǎn)品了解更為深刻。

首先要設(shè)定好所創(chuàng)立動畫紙張的大小，在文檔屬性里進行設(shè)置，在進行動畫制作時，保證模型放置在動畫紙張內(nèi)。在利用攝像機進行旋轉(zhuǎn)和平移等動畫時，就不會出現(xiàn)模型轉(zhuǎn)到屏幕外的情況。攝像機視角的轉(zhuǎn)變與攝像機的關(guān)鍵幀是配合使用的，在設(shè)定了攝像機關(guān)鍵幀后，需要對各個攝像機關(guān)鍵幀進行時間上的調(diào)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(guān)重要視角進行暫停觀看。

以特種起重機產(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(cè)與右側(cè)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.動畫保留出版以及后期處理

仿真動畫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?？蓤?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算機操作系統(tǒng)中翻開查看。此外，以可執(zhí)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(xiàn)動畫中模型的縮放與平移，鼠標的右鍵實現(xiàn)模型旋轉(zhuǎn)，方便裝配操作者從任意角度察看模型，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(xiàn)場指導(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3DVIACOMPOSER軟件自帶的microsoftvideo1解碼器對視頻進行壓縮保留。輸出的AVI視頻可以通過會聲會影等專業(yè)軟件進行編輯，如插入字幕、聲音等進行講解，用于員工培訓(xùn)。

〔3〕錄屏軟件錄制視頻。通過翻開可執(zhí)行程序的根底上，對整個動畫過程進行錄制，最終保留為可用于視屏播放的格式。

6.結(jié)論

以特種起重機為例，基于proe建立的三維模型，3DVIACOMPOSER軟件可以簡單快捷地完成動畫制作。生成仿