基于3DVia Composer动画模拟工程机械的研究

尹乐龙 姜冠营 张响

【摘 要】对3DVIA COMPOSER制作动画的工作流程进行了分析，生成的仿真动画展示了特种起重机的形态、结构、装配关系、拆卸过程及其工作过程。动画的制作对于工程机械产品的设计、产品的营销推广、指导用户装配和维护产品有重要使用价值。

【关键词】3DVIA；动画；工程机械

前言

随着工程机械不断大型化和专业化的发展，工程机械产品的结构越来越复杂，零件数量越来越庞大，零部件间的装配关系更加复杂，装配精度也更高。尤其对于设计研发的创新型产品而言，其结构形式、拆装过程以及工作过程完全不同于常规产品，这样就造成一些问题：（1）对于车间装配人员，由于完全不熟悉产品，仅靠依靠二维纸质工艺文件指导现场装配。二维纸质工艺文件的不直观性，给工艺技术状态控制、装配人员理解带来了很大困难，影响了整车装配周期与质量。（2）对于营销而言，需要花费大量的宣传及客户培训费用。利用仿真技术的可视化特性，以三维模型和动画的形式体现工程机械产品结构、仿真再现各零部件的装配过程及其工作原理，大幅度提高了复杂产品装配信息的获取效率与直观性，同时可以帮助营销更好的宣传，以及帮助用户理解工作流程，并降低解释成本。

1. 3DVIA Composer 工作流程介绍

1.1软件简介[1]

3DVIA COMPOSER是法国Dassualt System（达索系统）开发的图形软件，能够快速地对产品及装配资源三维模型进行编辑处理，发布多种格式的技术文档及装配仿真动画。其显著优点如下：（1）与主流三维CAD软件有很好的兼容性。3DVIA COMPOSER可以导入几乎所有主流的三维 CAD软件设计的模型，例如SOLIDWORKS 、PROE、CATIA 、UG等；（2）高质量的压缩处理。 3DVIA COMPOSER对模型的压缩处理是非常优秀的，压缩量约为原数据的1/20-1/30，使得发动机等巨型装配体模型能够在该软件中快速高效地得以编辑处理；（3）较强的动画功能。在3DVIA COMPOSER中刚性模型的任何变动都可以被记录为动画。

1.2工作流程

3DVIA COMPOSER软件制作动画的基本流程为：

2.模型的预处理

模型预处理对于3DVIA COMPOSER软件制作动画非常重要，前期的模型处理的好坏直接影响后续的动画制作质量的优劣。以工程机械产品中的特种起重机为例。

Proe软件中的模型预处理需要遵循以下原则：

（1）通过Proe三维设计软件完成特种起重机的3D模型的建立，需要尽可能多次检查模型，确保正确及完整，以保证在导入3DVIA COMPOSER中尽可能少的更改设计。

（2）确保动画中除去细节试图能够看到的标准件、小零部件、隐藏在其他零部件后的部件删除，甚至某些结构焊接体内的相关筋板等，因为这些部件在动画中起不到任何作用而只能带给计算机更大的资源消耗。

（3）对于特种起重机这种成套设备产品，尽可能在Proe软件中将其装配完成，这样就可以节省在3DVIA COMPOSER制作动画大量的时间；需要运动的部件（如油缸、转台、吊钩、起重臂、立柱等）装配尽量保证其初始位置放置。

（4）非运动零部件尽可能在PROE中将实体模型进行收缩包络，将实体模型外壳化。因为内部结构无需展示，提高计算机运行效率。

3.动画制作前期准备

3DVIA COMPOSER可以导入几乎所有主流的3D CAD设计软件模型，例如PROE、Solidworks、UG等等。可以将三维设计软件中的超大模型进行压缩处理，并快速的编辑处理大型装配体。

3DVIA COMPOSER的模型预处理主要是指对模型的颜色、纹理、贴图处理等，需要对起重机模型的颜色进行细致的调节，尽量达到与真车涂装颜色完全一致，搭配合理的颜色会使客户对我们的产品满意度大增。

4.动画制作

4.1动画制作原理

动画的实现是由一幅幅连续的画面连续播放而形成的。一般来说要求每秒24 帧才是画面连续的，美国的电视一般是每秒30 帧[2]。3DVIA COMPOSER动画原理是关键帧动画，通过设定模型运动（或变化）前后的起始帧和结束帧，并由计算机自动插值完成中间状态的过渡变化，形成一系列的静态连续画面，用于仿真再现起重机运输过程、组装过程及工作过程。构成仿真动画的关键帧可分为六种类型： 消隐关键帧；视角关键帧；位置关键帧；热点关键帧；形状关键帧；剖切面关键帧。

4.2 特种起重机的动画制作

4.2.1 整合运动过程，合理安排时间。

根据起重机产品特性以及运动原理，模拟出起重机由收车状态至工作状态过程运动的大概流程，如图2所示。图中确定整个动画中需要运动的零部件以及它们运动的动作，将这些运动分步骤罗列出来，以免在制作过程中遗漏。

4.2.2设定摄像机视角位置.

摄像机的摆放位置以及产品和设备的放置位置都是要和所有运动结合起来考虑，适当的摄像机视角切换会让观众对产品了解更为深刻。

首先要设定好所创建动画纸张的大小，在文档属性里进行设置，在进行动画制作时，保证模型放置在动画纸张内。在利用摄像机进行旋转和平移等动画时，就不会出现模型转到屏幕外的情况。摄像机视角的转变与摄像机的关键帧是配合使用的，在设定了摄像机关键帧后，需要对各个摄像机关键帧进行时间上的调整，以保证看到的视角切换平滑、流畅。必要的时候还需要对相关重要视角进行暂停观看。

以特种起重机产品为例，其视角切换总的可以分为几种：由下到上的变换；由上到下的变换；由远到近的变换；由近到远的变换；起重机前面与后面的变换；起重机左侧与右侧的变换；起重机用到视角切换的主要集中在各部件的组装过程，插销的过程等。

5.动画保存出版以及后期处理

仿真动画输出形式主要有可执行程序、avi视频以及录屏软件录制视频三种类型。

（1）可执行程序。可执行程序就是.exe格式文件，这种文件数据量小，方便传输，并且在不需要任何软件的情况下就可以在计算机操作系统中打开查看。此外，以可执行程序方式输出的动画为矢量形式，可以通过鼠标中键实现动画中模型的缩放与平移，鼠标的右键实现模型旋转，方便装配操作者从任意角度观察模型，快速准确获取装配信息。该种类型的动画集电子样机功能、动画功能与一体，能直接用于装配现场指导

（2）avi视频。为缩小视频文件占用空间且保证较好的清晰度，一般选用3DVIA COMPOSER软件自带的microsoft video 1解码器对视频进行压缩保存。输出的AVI视频可以通过会声会影等专业软件进行编辑，如插入字幕、声音等进行讲解，用于员工培训。

（3）录屏软件录制视频。通过打开可执行程序的基础上，对整个动画过程进行录制，最终保存为可用于视屏播放的格式。

6.结论

以特种起重机为例，基于proe建立的三维模型，3DVIA COMPOSER软件可以简单快捷地完成动画制作。生成仿真动画具体形象的展示了特种起重机各个主要零部件的形态、结构、装配关系、装配过程以及工作过程，大幅度提高了操作人员对其装配和工作过程的认知，提高了装配效率与质量，也可以帮助用户理解服务流程，并降低解释成本。基于3DVIA COMPOSER软件的仿真动画，在工程机械行业具有重要的使用价值。

参考文献：

[1]胡一廷.基于3DVIA 的装配仿真动画制作[J].数字技术与应用，2013，2：192-194.

[2]刘云华，赵伟.机械产品模型自动装配动画的研究与实现[J].机械设计与制造，2007，3：6-8.