Inventor與3ds max結(jié)合實現(xiàn)內(nèi)燃機車JZ-7空氣制動機仿真動畫

袁海峰

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學院軌道動力工程系

Inventor與3ds max結(jié)合實現(xiàn)內(nèi)燃機車JZ-7空氣制動機仿真動畫

袁海峰

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學院軌道動力工程系

本文根據(jù)內(nèi)燃機車教學培訓和企業(yè)的需要，分析了三維CAD軟件（以Inventor為例）與3ds max軟件的優(yōu)點及Inventor模型導入3ds max中的方法，采用Inventor軟件對JZ-7制動機進行建模及裝配，將三維模型導入3ds max中進行優(yōu)化及渲染和動畫制作，完成JZ-7制動機的仿真動畫，提高行業(yè)人員對制動系統(tǒng)的認識，方便更多機車產(chǎn)品的宣傳學習。

Inventor 3ds max；JZ-7空氣制動機；仿真動畫

傳統(tǒng)東風系列國產(chǎn)干線及調(diào)車內(nèi)燃機車大多采用JZ-7空氣制動機，對于從事機車制動系統(tǒng)運用維護及檢修的工作人員來說，了解制動機的工作過程是必要的基礎。由于空氣制動機結(jié)構(gòu)復雜，管路眾多，涉及到綜合作用及故障處理的內(nèi)容尤其難以掌握，因此學習過程比較困難。筆者利用Autodesk Inventor及3ds max軟件結(jié)合，實現(xiàn)了JZ-7空氣制動機在各種工況下的仿真動畫。

1 Autodesk Inventor和3ds max的介紹與比較

1.1 Inventor和3ds max介紹

Inventor是Autodesk公司出品的強大易用的主流中端三維CAD解決方案，具有豐富的功能，幾乎支持所有的CAD軟件格式的輸入，并能輸出IGES、SAT、STL等多種格式的文件，目前已經(jīng)發(fā)展到2015版本。

3ds max是Autodesk出品的著名三維動畫軟件，是世界上應用最為廣泛的建模、動畫、渲染軟件，在各個領域都有大量的應用。3ds max支持眾多的插件及多種文件格式的導入導出，在近年來先進渲染器的支持下，產(chǎn)品效果非常出色。

1.2 Inventor與3ds max的比較

1）Inventor是CAD軟件，其建?；贏CIS為核心的實體建模技術(shù)，模型能夠描述零件的各項信息如尺寸、體積、質(zhì)量等。而3ds max是基于曲面建模，模型僅描述曲面的信息。

2）Inventor建模，模型的精度高，能夠最大程度地接近真實零件，并能夠?qū)崿F(xiàn)多個零件的準確裝配。3ds max建模對于復雜的、具有多特征的零件比較吃力。并且3ds max對于多零件裝配（如本文中的空氣制動機）較為棘手。

3）Inventor與3ds max為同一公司的產(chǎn)品，因此在模型的導入導出上具有先天的優(yōu)勢。Inventor在在版本4時，即可將其*.ipt/*. iam文件完美導入3ds max而不會產(chǎn)生破面等缺陷。

4）Inventor軟件的模型不能導入Unity3D或Virtools等主流交互軟件進行進一步的交互設計，但是這些主流的VR軟件都支持3ds max文件的導入。

5）由CAD軟件建立的零件導入3ds max中后一般面數(shù)比較多，在零件過多的情況下會影響到操作，因此模型導入后需要進行一定的優(yōu)化。

綜上所述，利用2種軟件進行協(xié)作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在Inven?tor中進行聯(lián)合調(diào)節(jié)器的建模，在3ds max中進行聯(lián)合調(diào)節(jié)器中所有過程動畫的實現(xiàn)。

2 JZ-7空氣制動機全過程仿真動畫的實現(xiàn)

2.1 Inventor軟件進行建模及裝配

Inventor軟件具有CAD軟件的各種典型功能，利用基本的拉伸、掃掠、旋轉(zhuǎn)、放樣、打孔以及高級的衍生零部件、在位編輯和標準件環(huán)境等功能，按照要求的結(jié)構(gòu)尺寸及運動關(guān)系，對JZ-7制動機進行三維建模和裝配，如圖1所示：

圖1 JZ-7制動機分配閥模型

由于在動畫制作中有時需要觀察閥類模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，因此在建立模型時需對部分零件進行多種剖切操作。

2.2 將模型導入3ds max并進行優(yōu)化

3ds max支持Inventor文件的直接導入，可以在導入界面中選擇零件轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格后的精度及零件的材質(zhì)、坐標方向等信息。導入文件后可以使用優(yōu)化命令將模型大小一般能減至1/3左右。注意平滑組的選擇。然后將模型按需要進行重新分組、分層等操作。這樣，模型保持了在inventor軟件中所形成的位置關(guān)系，便于進行后期的制作。圖2為inventor文件導入3dsmax中時的選項。

圖2 inventor文件導入3ds max

2.3 在3dsmax中對材質(zhì)和貼圖的處理空氣壓力及流動動畫的設計

在制動機中存在多種空氣的壓力及流動方向的改變，實現(xiàn)流體的動畫我們可以采Particle插件及Realflow等軟件，但是較為復雜，另外的一種直觀的方式是使用3ds max中的多維子材質(zhì)功能實現(xiàn)不同壓力的變化，用棋盤格貼圖的運動來表示氣體流動的方向，如圖3所示為自動制動閥中多種空氣壓力的材質(zhì)分配。

2.4 在3ds max中進行動畫制作