SolidWorks和3DSMax實現(xiàn)機械產品的仿真動畫

2013-08-07 by:廣州CAE有限元應用中心來源:仿真在線

傳統(tǒng)的機械產品設計僅僅注重產品的前期功能性設計,例如結構、功能、成本等,這些依靠常用的CAD軟件即可完成,后期驗證產品功能時,可使用CAE軟件進行分析驗證。在市場經濟條件下的產品開發(fā),除了對產品本身功能進行設計外,還需注意采用多種多樣的形式進行產品的后續(xù)宣傳和形象傳遞,如海報、說明書、產品的仿真動畫等,特別是如何使機械產品動態(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,這一技術在產品開發(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軟件相結合,完成機械產品的仿真動畫。

1 SolidWorks和3DS Max的比較

1.1 SolidWorks和3DS Max簡介

SolidWorks以其功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新的特點,已成為領先的、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/輸出轉換器,支持幾乎市面上所有機械CAD軟件格式的輸入并能夠輸出包括VRML,IGES,STL,proe,Photoshop在內的諸多文件格式。

3DS Max是Autodesk公司出品的一款著名3D動畫軟件,是世界上應用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件,廣泛應用于游戲動畫、建筑動畫、室內設計、影視動畫、視覺效果和設計行業(yè)等領域,功能強大,擴展性好,建模功能強大;3DS Max通過自身以及插件,支持多種相關軟件的不同類型文件的導入、導出,并且渲染速度快,畫面質量高。

1.2 SolidWorks與3DS Max的比較

1)SolidWorks進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量等信息。

2)SolidWorks進行機械建模,模型尺寸精確,裝配效率高,動態(tài)設計和特征管理模式使其修改方便;3DS Max對于工業(yè)機械類建模不夠精確,裝配管理效率低。

3)SolidWorks軟件雖可以利用其自帶插件PhotoWorks進行產品靜態(tài)渲染,但無法進行動態(tài)渲染,利用MotionManager插件可進行動畫設計,但效果無法與3DS Max相比。

4)3DS Max中的模型可以導入各種VR軟件中進行交互設計,但SolidWorks軟件模型卻不能直接導入,需借助于第三方軟件來完成。

綜上所述,2軟件各有優(yōu)勢,因此結合2軟件各自特點,取長補短,采用SolidWorks建模并裝配,然后在3DS Max中進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強大的實體建模功能,通過拉伸、旋轉、放樣、陣列以及孔特征等操作完成各零件模型的建立,并按照機械產品實際工作時的各種相對運動關系對零件進行裝配。在此,以風電機為例加以說明。

2.2 模型導入3DS Max

風電機模型建好后,需將三維模型導入3DS Max,為完成仿真動畫做好準備,將SolidWorks模型導入3DS Max中,有以下幾種方法:

1)將SolidWorks文件轉換成.stl文件,這也是最常用的方法,此方法導入單個零件比較好,但如果導入裝配體,則需將裝配體保存為.stl文件后,把每個零件一一導入,比較繁瑣。

2)將SolidWorks文件轉換成.igs文件,.igs文件較小,但有時會出現(xiàn)個別面無法轉換,或者是導入3DS Max中出現(xiàn)多面和少面現(xiàn)象,特別是針對一些復雜曲面造型,轉換誤差更大。

3)將SolidWorks文件轉換成.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)破面的零件單個導入),而且導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量時大大減少工作量。

在模型導入后,對零件的位置、角度不要進行任何修改,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,但裝配關系卻不復存在,即各零件之間是可以任意移動或旋轉的,因此需在3DS Max中將裝配體中相對位置不變的零件設置成組。在本例中根據(jù)風電機的實際工作原理,將3個葉片和輪轂設置成組并加以命名,將3節(jié)塔筒設置成組并加以命名,機箱單獨命名。

2.3 3DS Max中的模型渲染及動畫制作

將模型導入3DS Max后,需要對模型做進一步的編輯與修改,以求更好地符合現(xiàn)實產品的真實性。主要的編輯與修改有:賦予模型基本材質屬性與貼圖、模型優(yōu)化,打開材質編輯器,在材質和貼圖列表中選擇物體的材質和貼圖,獲得理想的表面效果。利用燈光命令可以設定光源的類型、起始點、角度和強度,同時可以將“.bmp”,“.avi”,“.tif”等格式的圖片設置為背景。

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

首先,把風電機的各個零部件按所在的位置關系劃分組(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系,建立物體與物體之間的子物體和父物體,當修改子物體時不影響父物體的位置關系,而父物體的位置變動將影響到子物體的位置關系,它們之間是隨動的。在動畫制作中,關鍵是調整關鍵幀的位置,調整該零件的動畫位置功能曲線,使之符合產品的運動規(guī)律。

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