SolidWorks和3DSMax實現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的仿真動畫

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

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計僅僅注重產(chǎn)品的前期功能性設(shè)計,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,后期驗證產(chǎn)品功能時,可使用CAE軟件進(jìn)行分析驗證。在市場經(jīng)濟(jì)條件下的產(chǎn)品開發(fā),除了對產(chǎn)品本身功能進(jìn)行設(shè)計外,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、說明書、產(chǎn)品的仿真動畫等,特別是如何使機(jī)械產(chǎn)品動態(tài)運作符合其實際的工作規(guī)律,并且把這種視像記錄下來,這一技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程中正占據(jù)著越來越重要的地位。筆者將SolidWorks軟件和3DS Max軟件相結(jié)合,完成機(jī)械產(chǎn)品的仿真動畫。

1 SolidWorks和3DS Max的比較

1.1 SolidWorks和3DS Max簡介

SolidWorks以其功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新的特點,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動畫軟件,是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件,廣泛應(yīng)用于游戲動畫、建筑動畫、室內(nèi)設(shè)計、影視動畫、視覺效果和設(shè)計行業(yè)等領(lǐng)域,功能強(qiáng)大,擴(kuò)展性好,建模功能強(qiáng)大;3DS Max通過自身以及插件,支持多種相關(guān)軟件的不同類型文件的導(dǎo)入、導(dǎo)出,并且渲染速度快,畫面質(zhì)量高。

1.2 SolidWorks與3DS Max的比較

1)SolidWorks進(jìn)行建模時是基于實體建模,它不僅能描述零件的輪廓線與表面,還能描述其體積,因此實體模型包含體積與曲面的各種信息;3DS Max進(jìn)行建模時是基于曲面建模,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,動態(tài)設(shè)計和特征管理模式使其修改方便;3DS Max對于工業(yè)機(jī)械類建模不夠精確,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,但無法進(jìn)行動態(tài)渲染,利用MotionManager插件可進(jìn)行動畫設(shè)計,但效果無法與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,但SolidWorks軟件模型卻不能直接導(dǎo)入,需借助于第三方軟件來完成。

綜上所述,2軟件各有優(yōu)勢,因此結(jié)合2軟件各自特點,取長補(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畫制作。

2 三維仿真動畫的實現(xiàn)

2.1 SoHdWorks軟件建模及裝配

利用SolidWorks強(qiáng)大的實體建模功能,通過拉伸、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)品實際工作時的各種相對運動關(guān)系對零件進(jìn)行裝配。在此,以風(fēng)電機(jī)為例加以說明。

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,為完成仿真動畫做好準(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,但有時會出現(xiàn)個別面無法轉(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零件同時導(dǎo)入3DS Max中,方便快捷。

4)使用插件Powe NURBS R2.71.3DS Max裝了這個插件后可以直接將SolidWorks文件導(dǎo)入,但是有時零件會出現(xiàn)破面(這時就需要將出現(xiàn)破面的零件單個導(dǎo)入),而且導(dǎo)入的時間通常比較長。

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,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)量時大大減少工作量。

在模型導(dǎo)入后,對零件的位置、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或旋轉(zhuǎn)的,因此需在3DS Max中將裝配體中相對位置不變的零件設(shè)置成組。在本例中根據(jù)風(fēng)電機(jī)的實際工作原理,將3個葉片和輪轂設(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)箱單獨命名。

2.3 3DS Max中的模型渲染及動畫制作

將模型導(dǎo)入3DS Max后,需要對模型做進(jìn)一步的編輯與修改,以求更好地符合現(xiàn)實產(chǎn)品的真實性。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)定光源的類型、起始點、角度和強(qiáng)度,同時可以將“.bmp”,“.avi”,“.tif”等格式的圖片設(shè)置為背景。

3DS Max中動畫制作可以通過創(chuàng)建鏈接、制作關(guān)鍵幀和軌跡視圖來實現(xiàn),本例中風(fēng)電機(jī)運動動畫過程是在3DS Max環(huán)境中制作的。

首先,把風(fēng)電機(jī)的各個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)修改子物體時不影響父物體的位置關(guān)系,而父物體的位置變動將影響到子物體的位置關(guān)系,它們之間是隨動的。在動畫制作中,關(guān)鍵是調(diào)整關(guān)鍵幀的位置,調(diào)整該零件的動畫位置功能曲線,使之符合產(chǎn)品的運動規(guī)律。

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