袁海峰

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道動(dòng)力工程系

Inventor與3ds max結(jié)合實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)仿真動(dòng)畫

袁海峰

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道動(dòng)力工程系

本文根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車教學(xué)培訓(xùn)和企業(yè)的需要，分析了三維CAD軟件（以Inventor為例）與3ds max軟件的優(yōu)點(diǎn)及Inventor模型導(dǎo)入3ds max中的方法，采用Inventor軟件對(duì)JZ-7制動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模及裝配，將三維模型導(dǎo)入3ds max中進(jìn)行優(yōu)化及渲染和動(dòng)畫制作，完成JZ-7制動(dòng)機(jī)的仿真動(dòng)畫，提高行業(yè)人員對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，方便更多機(jī)車產(chǎn)品的宣傳學(xué)習(xí)。

Inventor 3ds max；JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)；仿真動(dòng)畫

傳統(tǒng)東風(fēng)系列國(guó)產(chǎn)干線及調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車大多采用JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)，對(duì)于從事機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)用維護(hù)及檢修的工作人員來(lái)說(shuō)，了解制動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程是必要的基礎(chǔ)。由于空氣制動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管路眾多，涉及到綜合作用及故障處理的內(nèi)容尤其難以掌握，因此學(xué)習(xí)過(guò)程比較困難。筆者利用Autodesk Inventor及3ds max軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)在各種工況下的仿真動(dòng)畫。

1 Autodesk Inventor和3ds max的介紹與比較

1.1 Inventor和3ds max介紹

Inventor是Autodesk公司出品的強(qiáng)大易用的主流中端三維CAD解決方案，具有豐富的功能，幾乎支持所有的CAD軟件格式的輸入，并能輸出IGES、SAT、STL等多種格式的文件，目前已經(jīng)發(fā)展到2015版本。

3ds max是Autodesk出品的著名三維動(dòng)畫軟件，是世界上應(yīng)用最為廣泛的建模、動(dòng)畫、渲染軟件，在各個(gè)領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用。3ds max支持眾多的插件及多種文件格式的導(dǎo)入導(dǎo)出，在近年來(lái)先進(jìn)渲染器的支持下，產(chǎn)品效果非常出色。

1.2 Inventor與3ds max的比較

1）Inventor是CAD軟件，其建?；贏CIS為核心的實(shí)體建模技術(shù)，模型能夠描述零件的各項(xiàng)信息如尺寸、體積、質(zhì)量等。而3ds max是基于曲面建模，模型僅描述曲面的信息。

2）Inventor建模，模型的精度高，能夠最大程度地接近真實(shí)零件，并能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)零件的準(zhǔn)確裝配。3ds max建模對(duì)于復(fù)雜的、具有多特征的零件比較吃力。并且3ds max對(duì)于多零件裝配（如本文中的空氣制動(dòng)機(jī)）較為棘手。

3）Inventor與3ds max為同一公司的產(chǎn)品，因此在模型的導(dǎo)入導(dǎo)出上具有先天的優(yōu)勢(shì)。Inventor在在版本4時(shí)，即可將其*.ipt/*. iam文件完美導(dǎo)入3ds max而不會(huì)產(chǎn)生破面等缺陷。

4）Inventor軟件的模型不能導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D或Virtools等主流交互軟件進(jìn)行進(jìn)一步的交互設(shè)計(jì)，但是這些主流的VR軟件都支持3ds max文件的導(dǎo)入。

5）由CAD軟件建立的零件導(dǎo)入3ds max中后一般面數(shù)比較多，在零件過(guò)多的情況下會(huì)影響到操作，因此模型導(dǎo)入后需要進(jìn)行一定的優(yōu)化。

綜上所述，利用2種軟件進(jìn)行協(xié)作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，在Inven?tor中進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)器的建模，在3ds max中進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)器中所有過(guò)程動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)。

2 JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)全過(guò)程仿真動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)

2.1 Inventor軟件進(jìn)行建模及裝配

Inventor軟件具有CAD軟件的各種典型功能，利用基本的拉伸、掃掠、旋轉(zhuǎn)、放樣、打孔以及高級(jí)的衍生零部件、在位編輯和標(biāo)準(zhǔn)件環(huán)境等功能，按照要求的結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)動(dòng)關(guān)系，對(duì)JZ-7制動(dòng)機(jī)進(jìn)行三維建模和裝配，如圖1所示：

圖1 JZ-7制動(dòng)機(jī)分配閥模型

由于在動(dòng)畫制作中有時(shí)需要觀察閥類模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，因此在建立模型時(shí)需對(duì)部分零件進(jìn)行多種剖切操作。

2.2 將模型導(dǎo)入3ds max并進(jìn)行優(yōu)化

3ds max支持Inventor文件的直接導(dǎo)入，可以在導(dǎo)入界面中選擇零件轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格后的精度及零件的材質(zhì)、坐標(biāo)方向等信息。導(dǎo)入文件后可以使用優(yōu)化命令將模型大小一般能減至1/3左右。注意平滑組的選擇。然后將模型按需要進(jìn)行重新分組、分層等操作。這樣，模型保持了在inventor軟件中所形成的位置關(guān)系，便于進(jìn)行后期的制作。圖2為inventor文件導(dǎo)入3dsmax中時(shí)的選項(xiàng)。

圖2 inventor文件導(dǎo)入3ds max

2.3 在3dsmax中對(duì)材質(zhì)和貼圖的處理空氣壓力及流動(dòng)動(dòng)畫的設(shè)計(jì)

在制動(dòng)機(jī)中存在多種空氣的壓力及流動(dòng)方向的改變，實(shí)現(xiàn)流體的動(dòng)畫我們可以采Particle插件及Realflow等軟件，但是較為復(fù)雜，另外的一種直觀的方式是使用3ds max中的多維子材質(zhì)功能實(shí)現(xiàn)不同壓力的變化，用棋盤格貼圖的運(yùn)動(dòng)來(lái)表示氣體流動(dòng)的方向，如圖3所示為自動(dòng)制動(dòng)閥中多種空氣壓力的材質(zhì)分配。

2.4 在3ds max中進(jìn)行動(dòng)畫制作