尹樂龍 姜冠營 張響

【摘 要】對3DVIA COMPOSER制作動畫的工作流程進(jìn)行了分析，生成的仿真動畫展示了特種起重機(jī)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、拆卸過程及其工作過程。動畫的制作對于工程機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計、產(chǎn)品的營銷推廣、指導(dǎo)用戶裝配和維護(hù)產(chǎn)品有重要使用價值。

【關(guān)鍵詞】3DVIA；動畫；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。（2）對于營銷而言，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，以三維模型和動畫的形式體現(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，同時可以幫助營銷更好的宣傳，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軟件簡介[1]

3DVIA COMPOSER是法國Dassualt System（達(dá)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(jìn)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(diǎn)如下：（1）與主流三維CAD軟件有很好的兼容性。3DVIA COMPOSER可以導(dǎo)入幾乎所有主流的三維 CAD軟件設(shè)計的模型，例如SOLIDWORKS 、PROE、CATIA 、UG等；（2）高質(zhì)量的壓縮處理。 3DVIA COMPOSER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，使得發(fā)動機(jī)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(qiáng)的動畫功能。在3DVIA COMPOSER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

3DVIA COMPOSER軟件制作動畫的基本流程為：

2.模型的預(yù)處理

模型預(yù)處理對于3DVIA COMPOSER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Proe三維設(shè)計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。

（2）確保動畫中除去細(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@些部件在動畫中起不到任何作用而只能帶給計算機(jī)更大的資源消耗。

（3）對于特種起重機(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制作動畫大量的時間；需要運(yùn)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(yùn)動零部件盡可能在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)無需展示，提高計算機(jī)運(yùn)行效率。

3.動畫制作前期準(zhǔn)備

3DVIA COMPOSER可以導(dǎo)入幾乎所有主流的3D CAD設(shè)計軟件模型，例如PROE、Solidworks、UG等等?？梢詫⑷S設(shè)計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)處理主要是指對模型的顏色、紋理、貼圖處理等，需要對起重機(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，搭配合理的顏色會使客戶對我們的產(chǎn)品滿意度大增。

4.動畫制作

4.1動畫制作原理

動畫的實(shí)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]。3DVIA COMPOSER動畫原理是關(guān)鍵幀動畫，通過設(shè)定模型運(yùn)動（或變化）前后的起始幀和結(jié)束幀，并由計算機(jī)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(jī)運(yùn)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(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)的動畫制作

4.2.1 整合運(yùn)動過程，合理安排時間。

根據(jù)起重機(jī)產(chǎn)品特性以及運(yùn)動原理，模擬出起重機(jī)由收車狀態(tài)至工作狀態(tài)過程運(yùn)動的大概流程，如圖2所示。圖中確定整個動畫中需要運(yùn)動的零部件以及它們運(yùn)動的動作，將這些運(yùn)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(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)動結(jié)合起來考慮，適當(dāng)?shù)臄z像機(jī)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)建動畫紙張的大小，在文檔屬性里進(jìn)行設(shè)置，在進(jìn)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(jī)進(jìn)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(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，需要對各個攝像機(jī)關(guān)鍵幀進(jìn)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(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程，插銷的過程等。

5.動畫保存出版以及后期處理

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。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算機(jī)操作系統(tǒng)中打開查看。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(biāo)中鍵實(shí)現(xiàn)動畫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。該種類型的動畫集電子樣機(jī)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3DVIA COMPOSER軟件自帶的microsoft video 1解碼器對視頻進(jìn)行壓縮保存。輸出的AVI視頻可以通過會聲會影等專業(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。通過打開可執(zhí)行程序的基礎(chǔ)上，對整個動畫過程進(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軟件可以簡單快捷地完成動畫制作。生成仿真動畫具體形象的展示了特種起重機(jī)各個主要零部件的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、裝配過程以及工作過程，大幅度提高了操作人員對其裝配和工作過程的認(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?；?DVIA COMPOSER軟件的仿真動畫，在工程機(jī)械行業(yè)具有重要的使用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡一廷.基于3DVIA 的裝配仿真動畫制作[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)品模型自動裝配動畫的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2007，3：6-8.