采用SolidWorks和3Ds Max制作的机械产品仿真动画

三维机械仿真动画简称机械仿真，它是指采用三维动画技术模拟机械的外形、材质、零部件和内部构造，把机械的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等一系列真实的事物以动态视频的形式演示出来。此时，只需参照设计方案就能把产品各项功能特征逼真、直观地模拟出来，并可灵活地做出修改，节省了实物样品制造和修改的巨大成本。机械仿真具有的可透视机械内部结构和直观可视化的工作原理演示，让观看者一目了然，减少各种沟通环节。如果采用娱乐化视频形式的产品记忆，更容易使观看者记忆深刻，由“听得懂”变为“看得会”。以下简单介绍SolidWorks软件和3Ds Max软件相结合，制作完成机械产品仿真动画的过程（参见配套光盘资料⑧汽车生产仿真视频）。

1.实现机械产品仿真动画的重要意义

在实际生产过程中，由于一些机械零件结构复杂，常常遇到的以下一些问题：

1）没有实物样品或修改样品成本太高。

2）不易观察产品内部结构，难以用二维图学习其工作原理。

3）不易通过图文资料直观、明了地做出示意表达。

4）身在异地需要详细了解产品情况。

5）生产工人看不懂设计图样，使用者看不懂产品说明书。

在遇到上述问题时，目前较好的解决办法是采用三维机械仿真动画。传统的机械产品设计仅仅注重产品的前期功能性设计，例如，结构、功能、成本等，这些依靠常用的CAD软件即可完成，后期验证产品功能时，可使用CAE软件进行分析验证。在市场经济条件下的产品开发，除了对产品本身功能进行设计外，还需注意采用多种多样的形式进行产品的后续宣传和形象传递，如海报、说明书、产品的仿真动画等，特别是如何使机械产品动态运作符合其实际的工作规律，并且把这种视像记录下来，这一技术在产品开发过程中正占据着越来越重要的地位。

2.SolidWorks和3DsMax软件功能

（1）SolidWorks和3Ds Max简介 SolidWorks以其功能强大、易学易用和技术创新的特点，已成为领先的、主流的三维CAD解决方案，尤其是SolidWorks具有丰富的软件接口，提供了多种输入/输出转换器，支持几乎市面上所有机械CAD软件格式的输入并能够输出，包括：VRML、IGES、STL、Pro/E、Photoshop在内的诸多文件格式。

3DsMax是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，广泛应用于游戏动画、建筑动画、室内设计、影视动画、视觉效果和设计行业等领域，功能强大，扩展性好，建模功能强大；3DsMax通过自身以及插件，支持多种相关软件的不同类型文件的导入、导出，并且渲染速度快，画面质量高。

（2）SolidWorks与3Ds Max的比较

1）SolidWorks进行建模时是基于实体建模，它不仅能描述零件的轮廓线与表面，还能描述其体积，因此，实体模型包含体积与曲面的各种信息；3Ds Max进行建模时是基于曲面建模，仅仅描述了模型的曲面信息而不包括体积与质量等信息。

2）Solid Works进行机械建模，模型尺寸精确，装配效率高，动态设计和特征管理模式使其修改方便；而3DsMax对于工业机械类建模不够精确，装配管理效率低。

3）Solid Works软件虽可以利用其自带插件PhotoWorks进行产品静态渲染，但无法进行动态渲染，利用Motion Manager插件可进行动画设计，但效果无法与3DsMax相比。

4）3Ds Max中的模型可以导入各种VR软件中进行交互设计，但Solid Works软件模型却不能直接导入，需借助于第三方软件来完成。

综上所述，两种软件各有优势，因此，结合两种软件各自特点，取长补短。采用Solid-Works建模并装配，然后在3DsMax中进行模型的渲染以及动画制作。

3.三维仿真动画的实现(www.xing528.com)

（1）SolidWorks软件建模及装配 利用SolidWorks强大的实体建模功能，通过拉伸、旋转、放样、阵列以及孔特征等操作完成各零件模型的建立，并按照机械产品实际工作时的各种相对运动关系对零件进行装配。在此，以风电机为例加以说明。装配完成后的风电机如图1-9所示。

图1-9 用SolidWorks完成的风电机装配图

（2）模型导入3DsMax 风电机模型建好后，需将三维模型导入3Ds Max，为完成仿真动画做好准备，将SolidWorks模型导入3Ds Max中，有以下几种方法：

1）将SolidWorks文件转换成“.stl”文件，这也是最常用的方法，此方法导入单个零件比较好，但如果导入装配体，则需将装配体保存为“.stl”文件后，把每个零件一一导入，比较繁琐。

2）将SolidWorks文件转换成“.igs”文件，“.igs”文件较小，但有时会出现个别面无法转换，或者是导入3Ds Max中出现多面和少面现象，特别是针对一些复杂曲面造型，转换误差更大。

3）将SolidWorks文件转换成“.wrl”文件，这种格式适用很多软件，而且可以将装配体中的多个零件同时导入3Ds Max中，方便快捷。

4）使用插件Powe NURBS R2.71，3DSMax装了这个插件后可以直接将SolidWorks文件导入，但是有时零件会出现破面（这时就需要将出现破面的零件单个导入），而且导入的时间通常比较长。

所以，在SolidWorks软件中建立好的装配体模型导入3Ds Max中时，最好将SolidWorks文件保存成“.wrl”格式的文件，这样可以在保证模型质量时大大减少工作量。

在模型导入后，对零件的位置、角度不要进行任何修改，装配体中的零件相互之间的位置，因在SolidWorks中已确定，导入到3Ds Max中，零件之间的装配位置依旧保持不变，无须重新定位。虽然装配体在3Ds Max中的装配位置与SolidWorks中保持一致，但装配关系却不复存在，即各零件之间是可以任意移动或旋转的，因此，需在3DsMax中将装配体中相对位置不变的零件设置成组。在本例中根据风电机的实际工作原理，将3个叶片和轮毂设置成组并加以命名，将三节塔筒设置成组并加以命名，机箱单独命名。

4.3DsMax中的模型渲染及动画制作

将模型导入3Ds Max后，需要对模型做进一步的编辑与修改，以求更好地符合现实产品的真实性。主要的编辑与修改有赋予模型基本材质属性与贴图、模型优化，打开材质编辑器，在材质和贴图列表中选择物体的材质和贴图，获得理想的表面效果。利用灯光命令可以设定光源的类型、起始点、角度和强度，同时可以将“.bmp”、“.avi”、“.tif”等格式的图片设置为背景。

3Ds Max中动画制作可以通过创建链接、制作关键帧和轨迹视图来实现，本例中风电机运动动画过程是在3Ds Max环境中制作的。

首先，把风电机的各个零部件按所在的位置关系划分组（Group），然后用选择连接和打断连接的命令建立起物体之间的层级关系，建立物体与物体之间的子物体和父物体，当修改子物体时不影响父物体的位置关系，而父物体的位置变动将影响到子物体的位置关系，它们之间是随动的。在动画制作中，关键是调整关键帧的位置，调整该零件的动画位置功能曲线，使之符合产品的运动规律。风电机在3DsMax中进行模型的渲染以及动画制作后呈现真实场景，如图1-10所示。

图1-10 3Ds Max渲染后的风电机动画

综上所述，采用SolidWorks软件进行产品的三维设计，协同3Ds Max软件对所设计的三维产品进行渲染与动画，充分发挥了SolidWorks与3Ds Max的各自长处，完成高质量的产品仿真动画，提高了产品的协同设计。由于3D仿真文件占用的内存较小，可随时以电子邮件方式发送至任何地方进行全方位展示产品和分析研究，节省了实物样品的运输成本和时间。