SolidWorks和3DSMax實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的仿真動(dòng)畫(huà)

2013-08-07 by:廣州CAE有限元應(yīng)用中心來(lái)源:仿真在線

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)僅僅注重產(chǎn)品的前期功能性設(shè)計(jì),例如結(jié)構(gòu)、功能、成本等,這些依靠常用的CAD軟件即可完成,后期驗(yàn)證產(chǎn)品功能時(shí),可使用CAE軟件進(jìn)行分析驗(yàn)證。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的產(chǎn)品開(kāi)發(fā),除了對(duì)產(chǎn)品本身功能進(jìn)行設(shè)計(jì)外,還需注意采用多種多樣的形式進(jìn)行產(chǎn)品的后續(xù)宣傳和形象傳遞,如海報(bào)、說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品的仿真動(dòng)畫(huà)等,特別是如何使機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)態(tài)運(yùn)作符合其實(shí)際的工作規(guī)律,并且把這種視像記錄下來(lái),這一技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中正占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。筆者將SolidWorks軟件和3DS Max軟件相結(jié)合,完成機(jī)械產(chǎn)品的仿真動(dòng)畫(huà)。

1 SolidWorks和3DS Max的比較

1.1 SolidWorks和3DS Max簡(jiǎn)介

SolidWorks以其功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn),已成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案,尤其是SolidWorks具有豐富的軟件接口,提供了多種輸入/輸出轉(zhuǎn)換器,支持幾乎市面上所有機(jī)械CAD軟件格式的輸入并能夠輸出包括VRML,IGES,STL,proe,Photoshop在內(nèi)的諸多文件格式。

3DS Max是Autodesk公司出品的一款著名3D動(dòng)畫(huà)軟件,是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動(dòng)畫(huà)、渲染軟件,廣泛應(yīng)用于游戲動(dòng)畫(huà)、建筑動(dòng)畫(huà)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、影視動(dòng)畫(huà)、視覺(jué)效果和設(shè)計(jì)行業(yè)等領(lǐng)域,功能強(qiáng)大,擴(kuò)展性好,建模功能強(qiáng)大;3DS Max通過(guò)自身以及插件,支持多種相關(guān)軟件的不同類(lèi)型文件的導(dǎo)入、導(dǎo)出,并且渲染速度快,畫(huà)面質(zhì)量高。

1.2 SolidWorks與3DS Max的比較

1)SolidWorks進(jìn)行建模時(shí)是基于實(shí)體建模,它不僅能描述零件的輪廓線與表面,還能描述其體積,因此實(shí)體模型包含體積與曲面的各種信息;3DS Max進(jìn)行建模時(shí)是基于曲面建模,僅僅描述了模型的曲面信息而不包括體積與質(zhì)量等信息。

2)SolidWorks進(jìn)行機(jī)械建模,模型尺寸精確,裝配效率高,動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和特征管理模式使其修改方便;3DS Max對(duì)于工業(yè)機(jī)械類(lèi)建模不夠精確,裝配管理效率低。

3)SolidWorks軟件雖可以利用其自帶插件PhotoWorks進(jìn)行產(chǎn)品靜態(tài)渲染,但無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)渲染,利用MotionManager插件可進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì),但效果無(wú)法與3DS Max相比。

4)3DS Max中的模型可以導(dǎo)入各種VR軟件中進(jìn)行交互設(shè)計(jì),但SolidWorks軟件模型卻不能直接導(dǎo)入,需借助于第三方軟件來(lái)完成。

綜上所述,2軟件各有優(yōu)勢(shì),因此結(jié)合2軟件各自特點(diǎn),取長(zhǎng)補(bǔ)短,采用SolidWorks建模并裝配,然后在3DS Max中進(jìn)行模型的渲染以及動(dòng)畫(huà)制作。

2 三維仿真動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)

2.1 SoHdWorks軟件建模及裝配

利用SolidWorks強(qiáng)大的實(shí)體建模功能,通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、陣列以及孔特征等操作完成各零件模型的建立,并按照機(jī)械產(chǎn)品實(shí)際工作時(shí)的各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系對(duì)零件進(jìn)行裝配。在此,以風(fēng)電機(jī)為例加以說(shuō)明。

2.2 模型導(dǎo)入3DS Max

風(fēng)電機(jī)模型建好后,需將三維模型導(dǎo)入3DS Max,為完成仿真動(dòng)畫(huà)做好準(zhǔn)備,將SolidWorks模型導(dǎo)入3DS Max中,有以下幾種方法:

1)將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.stl文件,這也是最常用的方法,此方法導(dǎo)入單個(gè)零件比較好,但如果導(dǎo)入裝配體,則需將裝配體保存為.stl文件后,把每個(gè)零件一一導(dǎo)入,比較繁瑣。

2)將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.igs文件,.igs文件較小,但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別面無(wú)法轉(zhuǎn)換,或者是導(dǎo)入3DS Max中出現(xiàn)多面和少面現(xiàn)象,特別是針對(duì)一些復(fù)雜曲面造型,轉(zhuǎn)換誤差更大。

3)將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.wrl文件,這種格式適用很多軟件,而且可以將裝配體中的多個(gè)零件同時(shí)導(dǎo)入3DS Max中,方便快捷。

4)使用插件Powe NURBS R2.71.3DS Max裝了這個(gè)插件后可以直接將SolidWorks文件導(dǎo)入,但是有時(shí)零件會(huì)出現(xiàn)破面(這時(shí)就需要將出現(xiàn)破面的零件單個(gè)導(dǎo)入),而且導(dǎo)入的時(shí)間通常比較長(zhǎng)。

綜上所述,在SolidWorks軟件中建立好的裝配體模型導(dǎo)入3DS Max中時(shí),最好將SolidWorks文件保存成.wrl格式的文件,這樣可以在保證模型質(zhì)量時(shí)大大減少工作量。

在模型導(dǎo)入后,對(duì)零件的位置、角度不要進(jìn)行任何修改,裝配體中的零件相互之間的位置,因在SolidWorks中已確定,導(dǎo)入到3DS Max中,零件之間的裝配位置依舊保持不變,無(wú)須重新定位。雖然裝配體在3DS Max中的裝配位置與SolidWorks中保持一致,但裝配關(guān)系卻不復(fù)存在,即各零件之間是可以任意移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的,因此需在3DS Max中將裝配體中相對(duì)位置不變的零件設(shè)置成組。在本例中根據(jù)風(fēng)電機(jī)的實(shí)際工作原理,將3個(gè)葉片和輪轂設(shè)置成組并加以命名,將3節(jié)塔筒設(shè)置成組并加以命名,機(jī)箱單獨(dú)命名。

2.3 3DS Max中的模型渲染及動(dòng)畫(huà)制作

將模型導(dǎo)入3DS Max后,需要對(duì)模型做進(jìn)一步的編輯與修改,以求更好地符合現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的真實(shí)性。主要的編輯與修改有:賦予模型基本材質(zhì)屬性與貼圖、模型優(yōu)化,打開(kāi)材質(zhì)編輯器,在材質(zhì)和貼圖列表中選擇物體的材質(zhì)和貼圖,獲得理想的表面效果。利用燈光命令可以設(shè)定光源的類(lèi)型、起始點(diǎn)、角度和強(qiáng)度,同時(shí)可以將“.bmp”,“.avi”,“.tif”等格式的圖片設(shè)置為背景。

3DS Max中動(dòng)畫(huà)制作可以通過(guò)創(chuàng)建鏈接、制作關(guān)鍵幀和軌跡視圖來(lái)實(shí)現(xiàn),本例中風(fēng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)過(guò)程是在3DS Max環(huán)境中制作的。

首先,把風(fēng)電機(jī)的各個(gè)零部件按所在的位置關(guān)系劃分組(Group),然后用選擇連接和打斷連接的命令建立起物體之間的層級(jí)關(guān)系,建立物體與物體之間的子物體和父物體,當(dāng)修改子物體時(shí)不影響父物體的位置關(guān)系,而父物體的位置變動(dòng)將影響到子物體的位置關(guān)系,它們之間是隨動(dòng)的。在動(dòng)畫(huà)制作中,關(guān)鍵是調(diào)整關(guān)鍵幀的位置,調(diào)整該零件的動(dòng)畫(huà)位置功能曲線,使之符合產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

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