吳迪 高馳名 馬建章

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

基于Solidworks和3Dmax的協(xié)同設(shè)計(jì)

吳迪 高馳名 馬建章

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)的發(fā)展，虛擬仿真軟件的應(yīng)用被放在了至關(guān)重要的地位，其優(yōu)勢(shì)也凸顯了戰(zhàn)略地位。文中根據(jù)某廂式車，結(jié)合三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流設(shè)計(jì)軟件Solid works和三維計(jì)算機(jī)圖形軟件3Dmax在各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，利用Solid works創(chuàng)建三維模型，經(jīng)過優(yōu)化后另存為STL格式文件，最后導(dǎo)入3Dmax中進(jìn)行效果圖制作，提出了三維機(jī)械設(shè)計(jì)與圖形渲染表達(dá)的新思路。

Solidworks 3Dmax STL格式協(xié)同設(shè)計(jì)

1 引言

2 Solidworks模型創(chuàng)建、優(yōu)化及導(dǎo)入

Solidworks是由美國(guó)SOLIDWORKS公司開發(fā)的CAD軟件。利用該軟件機(jī)械建模，具有模型尺寸精確，裝配效率高，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和特征管理模式修改方便等優(yōu)點(diǎn)[1]；然而3Dmax并非一個(gè)專業(yè)的輔助機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，不適合用來制作精確的零件，裝配管理效率也不高[2]。在渲染和動(dòng)畫制作方面，Solidworks雖自帶靜態(tài)渲染插件photoView 360及動(dòng)畫設(shè)計(jì)插件MotionManager，但效果無法與具有豐富的造型工具、材質(zhì)設(shè)置及動(dòng)畫工具的3Dmax相比。軟件各有優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，采用Solidworks建模并裝配，優(yōu)化后在3Dmax中進(jìn)行模型的渲染和動(dòng)畫制作，可以大大地節(jié)約效果圖制作周期。

2.1 模型創(chuàng)建

根據(jù)車輛提供的技術(shù)參數(shù)及實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)某廂式車組成零件進(jìn)行Solidworks三維模型創(chuàng)建，重點(diǎn)繪制外形輪廓、必要零件及特征，最后將零件裝配，完成整車模型的制作。

2.2 模型優(yōu)化

對(duì)于已經(jīng)在Solidworks中建立好的模型，為了減少導(dǎo)入3Dmax后渲染時(shí)間及出錯(cuò)，在導(dǎo)入前需要對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，包括以下幾點(diǎn)：①輕化或刪除對(duì)結(jié)果影響不大的特征；②刪除內(nèi)部及顯示不到的零件，這樣可有效減少模型的數(shù)量；③優(yōu)化外部特征，刪除可以在3Dmax中能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的部分。

2.3 模型導(dǎo)入

Solidworks與3DMAX之間無法直接轉(zhuǎn)換，常用STL(*.stl)類型作為中間介質(zhì)將Solidworks中的文件導(dǎo)入到3Dmax中[3]。導(dǎo)入對(duì)話框中選擇快速焊接，他的導(dǎo)入速度比使用閥值快30倍[4]。裝配體的導(dǎo)入過程中無需擔(dān)心零件相互之間的位置，配合關(guān)系會(huì)傳承到3Dmax中。

3 3Dmax效果圖制作

3.1 布置布景

布置場(chǎng)景是所有工作的前提，需要考慮取景和構(gòu)圖的問題，合理的構(gòu)圖是優(yōu)秀效果圖的首要條件。否則，就算照明和材質(zhì)都表現(xiàn)的非常好，那也不能稱之為“作品”。

3.2 賦予材質(zhì)

材質(zhì)主要用于描述對(duì)象如何反射和傳播光線，材質(zhì)中的貼圖主要用于模擬對(duì)象質(zhì)地、提供紋理圖案、反射和折射等其他效果（貼圖還可以用于環(huán)境和燈光投影），依靠各種類型的貼圖，可以創(chuàng)作出千變?nèi)f化的材質(zhì)[5]。給模型加上材質(zhì)是為了加強(qiáng)作品的真實(shí)性，材質(zhì)是3D動(dòng)畫中必不可少的部分。

3.3 設(shè)置燈光

通過場(chǎng)景打燈可以增強(qiáng)場(chǎng)景的真實(shí)感，增加場(chǎng)景的清晰程度和三維縱深度[5]。自然環(huán)境中的一切事物都處在微妙的光線變化中，光照連接著材質(zhì)效果與最終渲染，是動(dòng)畫制作中非常重要的一環(huán)[6]。

3.4 添加攝像機(jī)

攝像機(jī)通常是一個(gè)場(chǎng)景中必不可少的組成單位，最后完成的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像都要在攝像機(jī)視圖中表現(xiàn)。3Dmax中的攝像機(jī)擁有超過現(xiàn)實(shí)攝像機(jī)的能力，更換鏡頭瞬間完成，無級(jí)變焦更是真實(shí)攝像機(jī)無法比擬的[5]。

4 實(shí)例制作

下面以某廂式車的效果圖制作為例來說明整個(gè)制作過程。

4.1 優(yōu)化和導(dǎo)入模型

廂式車Solidworks模型非常復(fù)雜，導(dǎo)入前需要進(jìn)行深度的優(yōu)化，具體措施如下：①去除廂式車內(nèi)部所有零件；②去除車體兩側(cè)的窗戶及開口；③去除車頭及箱體的圓角、車頭的玻璃部分和車標(biāo)部分；④車體及車頭優(yōu)化部分的特征在3Dmax中創(chuàng)建。

4.2 布置場(chǎng)景和材質(zhì)

工程設(shè)計(jì)中常用的材質(zhì)有：不銹鋼、橡膠、玻璃、金屬、鋁制和車身等。該效果圖要求制作廂式車室外的一張效果圖，故在車輛周圍布置天空和大地；車輛材質(zhì)的每個(gè)部分也不同：車頭及車體窗口處賦予玻璃材質(zhì)；車體及車頭外觀部分賦予標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)，并在漫反射中添加迷彩貼圖；輪胎賦予橡膠材質(zhì)，車輪賦予不銹鋼材質(zhì)；車燈賦予塑料材質(zhì)；車架賦予金屬材質(zhì)。

4.3 布置燈光和攝像機(jī)

在車體四周添加一些平行光和聚光燈等燈光，并調(diào)整參數(shù)及空間位置，仿真處室外的燈光的效果，添加攝像機(jī)，并調(diào)整攝像機(jī)位置，在攝像機(jī)窗口將車體調(diào)整到所需位置，詳細(xì)燈光和攝像機(jī)布局示意圖如圖1所示。

圖1 燈光和攝像機(jī)布局示意圖

4.4 渲染

定義圖像輸出大小及位置，并設(shè)置渲染器，就可以開始對(duì)車輛進(jìn)行渲染。為了達(dá)到令自己滿意的效果，還需要對(duì)模型、材質(zhì)和燈光等進(jìn)行復(fù)雜調(diào)節(jié)。廂式車最終效果如圖2所示。

圖2 廂式車最終效果圖

5 結(jié)束語

采用SolidWorks建模與3Dmax渲染結(jié)合的協(xié)同設(shè)計(jì)方法充分利用了SolidWorks建模專業(yè)、精度高、速度快和3Dmax強(qiáng)大的渲染與動(dòng)畫制作能力，大大提高了效果圖制作的周期，提升圖像逼真程度。相對(duì)于靠簡(jiǎn)單的二維圖紙、人員講解和用戶理解的傳統(tǒng)方法，此方法制作的效果圖能夠給用戶帶來強(qiáng)烈、逼真和直觀的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)感。此方法已經(jīng)應(yīng)用在工程項(xiàng)目中，并得到了充分驗(yàn)證，值得在項(xiàng)目投標(biāo)、項(xiàng)目前期論證、方案設(shè)計(jì)及方案評(píng)審等階段進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

[1]詹友剛.Solidworks 2012寶典[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.

[2]劉正,文懷興,郭慧.幾種三維設(shè)計(jì)軟件在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J].機(jī)械制造,2004,42(9):13-15.

[3]鄭兵,祝強(qiáng),徐展.基于Pro/E和3DMAX的精確動(dòng)畫制作[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2008,9(5):116-117.

[4]閻慶華,林大鈞.Solidworks結(jié)合AutoCAD與3DMAX實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2004(3):150-154.

[5]郭發(fā)明.火星人-3ds max8白金手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[6]韓勇.圖解VRAY for 3ds Max超級(jí)渲染完美手冊(cè)[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

Collaboration Design Based On Solidworks and 3Dmax

WU Di,GAO Chi-ming,MA Jian-zhang
(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

With the development of virtual reality industry in recent years,the applications of VR have played a significant role and its strategic position becomes more and more important by its advantages.In this paper,by using a kind of van and combining with the advantages of essential design software Solidworks and 3D calculator sketch software 3Dmax in the realm of 3D machine design,a 3D model is established using Solid works and saved as a STL file format after optimization processing,and finally imported into 3Dmax for impression drawing.This paper presents a new method for 3D machine design and sketching.

Solidworks;3Dmax;STL file format;collaboration design

TP317.4

A

1008-1739（2015）18-54-3

定稿日期：2015-08-26