第一篇：三維人體與服裝建模技術(shù)綜述總結(jié)

楊孝輝-201107004240-W112

三維人體與服裝建模技術(shù)綜述

摘要：在參閱了大量資料與文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上綜述了現(xiàn)有的三維人體建模的一般方法并對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，著重介紹了三維人體建模與服裝建模，可對(duì)三維人體與服裝建模技術(shù)有一定的了解。

引言：關(guān)于人體建模技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代末，計(jì)算機(jī)人體建模技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在, 已經(jīng)出現(xiàn)了大量的不同實(shí)現(xiàn)方法, 且隨著時(shí)間的推移, 還可能不斷地有一些新方法出現(xiàn), 而一些老方法也可能會(huì)得到進(jìn)一步完善和發(fā)展。三維人體建模是計(jì)算機(jī)人體動(dòng)畫、人機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真等系統(tǒng)首要解決的問題之一。三維人體建模首先要建立逼真的人體模型，同時(shí)要考慮人體模型的動(dòng)態(tài)特征。本文將從各個(gè)方面介紹三維人體與服裝建模得技術(shù)的各個(gè)方法，這將有助更清晰地區(qū)別和了解各種方法的特點(diǎn)。在服裝CAD、網(wǎng)絡(luò)虛擬試衣、三維人體動(dòng)畫和游戲等應(yīng)用領(lǐng)域，都面臨著如何解決真實(shí)人體與服裝的三維重建問題，即人體與服裝的真實(shí)感虛擬建模。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，物體的造型一般分為傳統(tǒng)幾何建模和物理建模兩大類。傳統(tǒng)幾何建模采用線框、表面和實(shí)體等造型技術(shù)，只描述物體的外部幾何特征，適合靜止剛體的造型。物理建模則是將物體的物理特征和行為特征融進(jìn)傳統(tǒng)的幾何模型中，既包含了表達(dá)物體所需要的幾何信息，又包含了物體材料的物理性能參數(shù)。在現(xiàn)實(shí)世界中，服裝的運(yùn)動(dòng)受織物材料特性和人體運(yùn)動(dòng)的共同影響。人體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的肢體位移造成人體皮膚表面和服裝布料之間的碰撞，力的相互作用驅(qū)動(dòng)服裝跟隨人體運(yùn)動(dòng)。由于用計(jì)算機(jī)模擬人體與服裝真實(shí)效果的復(fù)雜性，在三維人體與服裝的造型中出現(xiàn)了幾何建模技術(shù)、物理建模技術(shù)、結(jié)合幾何與物理的混合建模技術(shù)。一、三維人體與服裝的幾何建模技術(shù)

1．人體

三維虛擬人體的幾何建模技術(shù)主要是曲面建模，又稱表面建模，這種建模方法的重點(diǎn)是由給出的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散點(diǎn)。在人體曲面建模時(shí)，主要采用基于特征的和參數(shù)化的人體曲面建模兩種具體建模方法。

2.基于特征的人體曲面建模

基于特征的人體曲面建模根據(jù)人體的整體結(jié)構(gòu)，將人體模型劃分為若干個(gè)基

楊孝輝-201107004240-W112 本的結(jié)構(gòu)特征。為進(jìn)行曲面造型，針對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)特征可定義相應(yīng)的造型特征。造型特征分為主要造型特征(即人體模型中指定的特征)和輔助造型特征(即為了精確表達(dá)人體模型的較細(xì)節(jié)幾何特點(diǎn)所定義的造型特征)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于．它使得人體模型的曲面建模更加靈活，可以針對(duì)人體模型不同部位的幾何特征，選擇最適合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一種曲面表達(dá)方式。此外，還可較方便地改進(jìn)人體模型建模方法。根據(jù)人體模型尺寸表，可定義一系列的特征曲線，曲線的生成通過相關(guān)特征點(diǎn)(根據(jù)人體物理特性定義的點(diǎn))和模型樣本點(diǎn)(根據(jù)人體模型曲面造型需要定義的點(diǎn))來得到。僅靠特征曲線還不足以表達(dá)人體模型的所有幾何形狀，需補(bǔ)充定義幾何造型曲線，與特征曲線共同構(gòu)造出曲線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)曲線多采用3次B樣條曲線表達(dá)，人體曲面模型的構(gòu)建則采用B樣條曲面。

二、參數(shù)化的人體曲面建模

參數(shù)化的人體曲面建模采用幾何約束來表達(dá)人體模型的形狀特征，從而獲得一簇在形狀上或功能上相似的設(shè)計(jì)方案。即在建模過程中應(yīng)結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，利用人體各部分固有的比例關(guān)系，從人體模型的眾多特殊尺寸中提取出起決定性作用的參數(shù)。一旦幾何特征參數(shù)確定下來，系統(tǒng)將根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，修改相應(yīng)的主要造型特征，使其滿足新的尺寸要求。同時(shí)，利用人體模型主、輔造型特征問的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，修改相關(guān)的輔助造型特征，獲得新的人體模型造型特征，對(duì)新的人體模型造型特征進(jìn)行曲面造型，最終得到用戶所需的人體模型。參數(shù)化建模是一種更為抽象化的建模方法，它以抽象的特征參數(shù)表達(dá)復(fù)雜人體的外部幾何特征，依托于常規(guī)的幾何建模方法，使設(shè)計(jì)人員能夠在更高、更抽象的層面上進(jìn)行人體設(shè)計(jì)。NM Thalmann和DThalmann最早使用多邊形表面生成虛擬人MarilynMonroe，之后又提出JLD算符用于對(duì)人體表面的變形。Forsey將分層B樣條技術(shù)用于三維人體建模。Douros等使用B樣條曲面重構(gòu)三維掃描人體模型。曲面模型的優(yōu)點(diǎn)是速度較快，缺點(diǎn)是不考慮人體解剖結(jié)構(gòu)，取得非常逼真的模擬效果比較困難。提高表面模型的逼真性是目前的研究熱點(diǎn)之一。盡管曲面建模技術(shù)已經(jīng)能夠完整地描述人體的幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系，但所描述的主要是人體的外部幾何特征，對(duì)人體本身所具有的物理特征和人體所處的外部環(huán)境因素缺乏描述，對(duì)于人體動(dòng)態(tài)建模仍有一定的局限性。

除曲面建模方法外，還有棒狀體建模和實(shí)體建模方法。棒狀體建模是最早出

楊孝輝-201107004240-W112 現(xiàn)的虛擬人體幾何建模方法，人體表示為分段和關(guān)節(jié)組成的簡(jiǎn)單連接體，使用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫模擬，實(shí)現(xiàn)人體的大致動(dòng)作。實(shí)體模型使用簡(jiǎn)單的實(shí)體集合模擬身體的結(jié)構(gòu)與形狀，例如圓柱體、橢球體、球體等，然后采用隱表面的顯示方法，其計(jì)算量大，且建模過程非常復(fù)雜。在三維人體模型結(jié)構(gòu)中，實(shí)體模型和棍棒體模型基本上已較少使用。

三、服裝的幾何建模方法

服裝的幾何建模方法著重模擬布料的幾何表象，尤其是波紋、褶皺等，不考慮服裝面料的物理特性，將織物視為可變形對(duì)象，用幾何方程表達(dá)并模擬虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的織物動(dòng)畫效果。目前常用B樣條曲面、Bezier曲面：INURBS曲面來進(jìn)行服裝曲面造型。

Lalfeur等開始用簡(jiǎn)單的圓錐曲面代表一條裙子，并穿著在一個(gè)虛擬模特上，以人體周圍生成的排斥力場(chǎng)來模擬碰撞檢測(cè)。Hinds等將人體模型的上半軀干進(jìn)行數(shù)字化圖像處理以獲得基礎(chǔ)人形，提出了在人體模型上定義一系列位移曲面片的、典型的幾何三維服裝建模方法，用三維數(shù)字化儀取得人體模型上的三維空間點(diǎn)，然后用雙3次B樣條曲面擬合得到數(shù)字化的人體模型，服裝衣片被設(shè)計(jì)成圍繞人體模型的曲面，然后將之展開到二維，這些服裝衣片是通過幾何建模得到的。此方法計(jì)算速度較快，模擬出的服裝具有其形態(tài)特點(diǎn)，生成的圖形具有一定的織物視覺效果，但不能代表特定的服裝織物，仿真效果較差。1.線框建模

線框建模是采用點(diǎn)、直線、圓弧、樣條曲線等構(gòu)造三維物體的圖形表示技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在CAD/CAM應(yīng)用中最早用來表示形體模型的建模方法，并且至今仍在廣泛應(yīng)用。線框建模只是單純的用點(diǎn)、線的信息表示一個(gè)形體，數(shù)據(jù)量少，定義過程簡(jiǎn)單，對(duì)其編輯、修改非?？?，符合服裝生產(chǎn)中人們打樣的習(xí)慣。很多復(fù)雜的形體設(shè)計(jì)往往先用樣條勾畫出基本輪廓，然后逐步細(xì)化。人體的線框建模是將人體輪廓用線框圖形和關(guān)節(jié)表示。由于包含的信息有限，因此該法存在缺陷[1]：

(1)有模糊性和歧義性，即不能夠無二義性地表達(dá)三維人體；(2)無法實(shí)現(xiàn)三維人體模型的自動(dòng)消隱及真實(shí)感人體模型顯示；(3)無法進(jìn)行剖面操作；

楊孝輝-201107004240-W112 但線框建模方法很容易產(chǎn)生人體的動(dòng)作，并且可作為實(shí)體建模、曲面建模的基礎(chǔ)，因此至今仍在廣泛應(yīng)用。最早開發(fā)商品化人機(jī)系統(tǒng)仿真軟件的英國(guó)諾丁漢大學(xué)SAMMIE系統(tǒng)生成的人體模型APPOLLO(包含17個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)和21個(gè)節(jié)段)、Chrysler公司用Fortran開發(fā)的CYBER-MAN系統(tǒng)生成的人體模型以及由Pennsylvania大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室用C語(yǔ)言開發(fā)JACK軟件生成的人體模型(包含88個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，17個(gè)節(jié)段)采用的就是線框建模的方法。2.實(shí)體建模

實(shí)體建模[2]的概念盡管早在20 世紀(jì)60 年代就已提出, 但到20 世紀(jì)70 年代才出現(xiàn)簡(jiǎn)單且有一定實(shí)用意義的實(shí)體建模系統(tǒng).到20 世紀(jì)70 年代后期, 實(shí)體建模技術(shù)在理論、算法、和應(yīng)用方面才比較成熟.三維人體的實(shí)體建模由于增加了實(shí)心部分表達(dá)，信息更加完備，從而使得三維人體得到無二義性描述。并且實(shí)體建模方法提供了頂點(diǎn)、邊界、表面和實(shí)體幾乎所有的幾何和拓?fù)湫畔?，因此它可以支持?duì)表達(dá)人體的消隱、真實(shí)感圖形顯示。

實(shí)體建模技術(shù)包含兩部分內(nèi)容，一部分是體素(長(zhǎng)方體、球體、柱體、錐體等)定義和描述;另一部分是體素之間的集合運(yùn)算(并、差、交等)。但是隨著物體結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加,計(jì)算量會(huì)隨之加大,導(dǎo)致計(jì)算效率差、耗時(shí)長(zhǎng)。

采用實(shí)體建模的方法構(gòu)建的系統(tǒng)有:波音公司開發(fā)的Boeman人體建模軟件、以及后來在該系統(tǒng)中開發(fā)的允許用戶建立任意尺寸和比例的人體幾何建模程序生成的人體模型、KomyisB等在IBMRs/600CATIA系統(tǒng)上構(gòu)造的三維人體模型等。毛恩榮等在研究用于機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配的人體模型中，采用面向?qū)ο蟮睦^承方法，將人體構(gòu)造成由一系列立方體所組成的三維人體模型實(shí)際上也是實(shí)體建模方法。3.多面體建模

多面體建模[3]是從構(gòu)造多面體開始，對(duì)多面體的任意一個(gè)面、棱邊、頂點(diǎn)進(jìn)行局部修改，從而構(gòu)造一個(gè)與實(shí)體外形相似的多面體(即基本立體)，然后通過類似于磨光的處理，自動(dòng)產(chǎn)生自由曲面的控制頂點(diǎn)，并拼接成所需的形狀。它是一種根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思來進(jìn)行局部處理并生成人體模型的方法。用多面體建?？梢造`活地進(jìn)行人體形狀設(shè)計(jì)。多面體人體建模的步驟如下：

（1）首先它將產(chǎn)生一個(gè)由直線和平面所組成的基本立體, 作為人體形狀的原型；

楊孝輝-201107004240-W112（2）由基本立體產(chǎn)生曲線模型；

（3）曲面的產(chǎn)生： 在曲線模型的基礎(chǔ)上, 用參數(shù)曲面進(jìn)行擬合； 四、三維人體與服裝的物理建模技術(shù)

傳統(tǒng)的人體建模技術(shù)經(jīng)歷了從線框建模，曲面建模到實(shí)體建模的發(fā)展歷程，其對(duì)人體的幾何信息和拓?fù)湫畔⒌拿枋鲆严喈?dāng)完備。但它們所描述的主要是人體的外部幾何特征，而對(duì)人體本身所具有的物理特征和人體所處的外部環(huán)境因素(如重力等)則缺乏描述。傳統(tǒng)的人體建模方法對(duì)靜止人體的建模是非常成功的，但對(duì)于人體動(dòng)態(tài)建模卻相當(dāng)乏力。正是針對(duì)這一問題，人們嘗試將人體的物理屬性和人體所受的外部環(huán)境因素引入到傳統(tǒng)的幾何建模方法中，形成了全新的基于物理的建模方法[4]。

基于物理的建模方法是針對(duì)傳統(tǒng)的人體建模技術(shù)主要描述人體的外部幾何特征，而對(duì)人體本身所具有的物理特征和人體所處的外部環(huán)境因素(如重力等)缺乏描述的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因此它嘗試將人體的物理屬性和人體所受的外部環(huán)境的各個(gè)方面因素引人到傳統(tǒng)的幾何建模方法中，形成的一種全新的建模方法。由于在建模過程中引人了人體自身的物理信息和人體所處的外部環(huán)境因素，因而基于物理的建模方法能獲得更加真實(shí)的建模效果。同時(shí)也由于引人了時(shí)間變量，對(duì)人體或服裝進(jìn)行三角、網(wǎng)格或粒子劃分,進(jìn)行能量、受力分析,能較真實(shí)地模擬柔性物體的特性，人體的動(dòng)態(tài)特征將得到有效地描述。但基于物理的建模方法在人體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)多是采用微分方程組數(shù)值求解方法來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算，與傳統(tǒng)的人體建模方法相比，基于物理的建模方法在計(jì)算上要復(fù)雜得多。但此法能彌補(bǔ)傳統(tǒng)人體建模方法的不足，自產(chǎn)生以來也得到了迅速的發(fā)展。

與傳統(tǒng)的建模方法相比，基于物理的建模方法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)在建模過程中引入了人體自身的物理信息和人體所處的外部環(huán)境因素，因此，基于物理的建模方法能獲得更加真實(shí)的建模效果；

(2)在建模過程中引入了時(shí)間變量，因此，基于物理的建模方法能對(duì)人體的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行有效地描述；

(3)人體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律多采用微分方程組的形式表達(dá)，在基于物理的建模過程中，通常采用微分方程組的數(shù)值求解方法來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算，因此，與傳統(tǒng)的建模方法相比, 基于物理的建模方法在計(jì)算上要復(fù)雜得多,由于基于物理

楊孝輝-201107004240-W112 的建模方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的幾何建模方法的不足, 自產(chǎn)生以來便得到了迅速的發(fā)展。物理建模方法雖然仿真效果更接近真實(shí)狀態(tài)，但因模型中包含的有效織物力學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)很難確定，加之運(yùn)算時(shí)間太長(zhǎng)，應(yīng)用受到了限制。

五、離散模型的建立

織物是由大量纖維、紗線形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，是非連續(xù)的，宜使用離散的方法建立模型。1994年Breen等提出采用相互聯(lián)系的粒子系統(tǒng)模型模擬織物的懸垂特性，1996年Eberhardt等發(fā)展了Breen的粒子模型，體現(xiàn)了織物的滯后效應(yīng)，增加了風(fēng)動(dòng)、身動(dòng)等外力對(duì)服裝面料的影響。在粒子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，由Provot和Howlett先后提出的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算效率較高，取得了較好的應(yīng)用效果。該模型將服裝裁片離散表達(dá)為規(guī)則網(wǎng)格的質(zhì)點(diǎn)～彈簧系統(tǒng)。每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)與周圍相連的若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)由彈簧相連，整個(gè)質(zhì)點(diǎn)一彈簧系是一個(gè)規(guī)則的三角形網(wǎng)格系統(tǒng)。Desbrun等對(duì)質(zhì)點(diǎn)～彈簧模型加以延伸、擴(kuò)展和改進(jìn)，綜合顯式、隱式積分，提出一種實(shí)時(shí)積分算法，可實(shí)現(xiàn)碰撞和風(fēng)吹等檢測(cè)和反應(yīng)。劉卉等也用改進(jìn)的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型完成了模擬服裝的嘗試。

人體多層次模型是最接近人體解剖結(jié)構(gòu)的模型，通常使用骨架支撐中間層和皮膚層，中間層包含骨骼、肌肉、脂肪組織等，因此人體從內(nèi)到外分成骨架、骨頭、肌肉、脂肪和皮膚等幾個(gè)層次，可分別采用不同的建模技術(shù)。骨頭層可看成剛性物體，采用幾何模型。皮膚層屬于最外層，需要較多的真實(shí)性，可采用基于物理的模型，指定皮膚層每個(gè)頂點(diǎn)的質(zhì)量、彈性、阻尼等物理參數(shù)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)皮膚的變形。皮膚需要匹配到骨架上，其動(dòng)態(tài)擠壓和拉伸效果由底層骨架運(yùn)動(dòng)及肌肉體膨脹、脂肪組織的運(yùn)動(dòng)獲得，附著于骨頭上的肌肉和脂肪也得適當(dāng)?shù)夭捎梦锢斫７绞叫纬伞?/p>

Chadwick等提出了“人體分層表示法”的概念。在此基礎(chǔ)上，Thalmann等提出一種更加高效的、基于解剖學(xué)的分層建模算法來實(shí)現(xiàn)人體的建模與仿真。通過這種方法建立的人體模型從生理學(xué)和物理學(xué)角度都能實(shí)現(xiàn)更加逼真的效果，但模型復(fù)雜度高，人體變形時(shí)計(jì)算量大。

幾何建模能賦予服裝更靈活的形狀，可以方便地修改服裝的長(zhǎng)短胖瘦、結(jié)構(gòu)線等外觀形狀，模型簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快，但不能通過參數(shù)控制服裝的懸垂及質(zhì)感。物理建模允許通過選擇參數(shù)值較為直觀地控制服裝的懸垂及質(zhì)感，如增加質(zhì)量參

楊孝輝-201107004240-W112 數(shù)值將得到厚重織物，但模型復(fù)雜，計(jì)算費(fèi)時(shí)。服裝的混合建模技術(shù)吸取了幾何和物理的優(yōu)點(diǎn)。通常在圖形生成或模擬過程中，先用幾何方法獲得大致輪廓，再用物理約束和參數(shù)條件進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)細(xì)化，從而獲得逼真、快速的模擬圖形。

Kunii和Godota使用混合模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)服裝皺褶的模擬。Rudomin在進(jìn)行模擬時(shí)先使用幾何逼近的方法，在人體的外圍生成?個(gè)3DJ]~裝凸包，給出了懸垂織物的大致形狀，后利用Terzopoulos的彈性形變模型對(duì)織物的形態(tài)進(jìn)行細(xì)化處理。在實(shí)際應(yīng)用中，混合建模技術(shù)更適合于織物和服裝變形形態(tài)的模擬，既能滿足對(duì)服裝三維效果的仿真，且能在一定程度上實(shí)現(xiàn)三維交互設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)間也將顯著縮短，可以滿足實(shí)時(shí)的要求，是目前較好的選擇。在三維人體建模上，對(duì)靜止人體的實(shí)現(xiàn)主要采用面建模技術(shù)，重點(diǎn)描述人體的外表面，即皮膚的外形。為了實(shí)現(xiàn)人體的動(dòng)態(tài)仿真，需要考慮人體本身的物理特征(如質(zhì)量、密度、材料屬性等)和行為特征，使得計(jì)算機(jī)模擬的人體活動(dòng)符合真人的運(yùn)動(dòng)效果，采用了物理建模技術(shù)，但由于人對(duì)人體解剖結(jié)構(gòu)、自身組織及器官的物理特性、人體運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)行為等研究和了解得并不充分，很難建立起完整的三維人體物理模型。

在三維服裝模擬上，需要設(shè)置面料的質(zhì)地、圖案、色彩、尺寸及環(huán)境的燈光、重力、風(fēng)源、風(fēng)速、風(fēng)向等，以及人體與服裝的動(dòng)力學(xué)約束，才能完成服裝動(dòng)態(tài)特性的運(yùn)動(dòng)模擬和仿真。服裝的幾何建模能方便模擬面料的幾何表象，但也只能實(shí)現(xiàn)服裝的外觀形狀。物理建模技術(shù)大多用于對(duì)單個(gè)織物的動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)整個(gè)由衣片縫合而成的、具有一定款式和飾物的服裝造型則過于復(fù)雜。

要實(shí)現(xiàn)虛擬試衣、虛擬時(shí)裝表演、服裝的網(wǎng)上展示和虛擬購(gòu)物等的虛擬環(huán)境，不僅需要建立人體和服裝的模型，而且還要考慮人體、服裝間、人體與服裝間的碰撞，因此統(tǒng)一人體和服裝的造型是必需的。結(jié)合幾何建模和物理建模的各自優(yōu)點(diǎn)，接近人體解剖結(jié)構(gòu)，把最外層設(shè)置為服飾層的人體多層次模型將是今后重點(diǎn)研究的方向。

六、結(jié)束語(yǔ)

一種三維人體建模方法能否在具體人體模型實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮作用，主要由建模方法本身性能和實(shí)現(xiàn)方法(如計(jì)算機(jī)程序)的質(zhì)量?jī)煞矫婀餐瑳Q定。實(shí)現(xiàn)方法的好壞很大程度上依賴于建模方法的原理，因此對(duì)人體建模方法本身進(jìn)行理論上的分析研究，尋求一種好的建模方法是非常重要的。并且隨著人體建模方法研究的深人，楊孝輝-201107004240-W112 還可能會(huì)有一些新的建模方法出現(xiàn)，原有的方法也可能會(huì)得到進(jìn)一步完善和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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Erick Mendez , Gerhard Schall , Sven Havemann , Sebastian Junghanns , Dieter Fellner , Dieter Schmalstieg IEEE Computer Graphics and Applications

卷次: 28 刊期: 3，May 2008

第二篇：三維建模技術(shù)

計(jì)算機(jī)三維建模及其應(yīng)用 作者：劉勝平指導(dǎo)老師：

南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院

摘要：為了更好的應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)，本文講述了計(jì)算機(jī)三維建模的含義，描述了三維建模的發(fā)展歷史，說明了三維曲面建模和三維實(shí)體建模的主要方法與應(yīng)用、數(shù)據(jù)交換接口、三維建模技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵字：三維建模技術(shù) 1 引言

為了能夠在計(jì)算機(jī)環(huán)境下更逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界的人和物及其運(yùn)動(dòng)形態(tài), 必須在三維空間系統(tǒng)中利用已有的三維建模技術(shù) ,精確地描繪這些事物以實(shí)現(xiàn)三維物體的真實(shí)再現(xiàn) ,進(jìn)而為用戶創(chuàng)造一個(gè)身臨其境、形象逼真的環(huán)境。對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的事物進(jìn)行建模和模擬,就是根據(jù)研究的目標(biāo)和重點(diǎn), 在三維空間中對(duì)其形狀、色彩、材質(zhì)、光照、運(yùn)動(dòng)等屬性進(jìn)行研究 ,以達(dá)到 3D 再現(xiàn)的過程。因而, 對(duì)三維實(shí)體的圖形圖像處理及其模型建模研究顯得尤為必要。2三維建模技術(shù)的定義、發(fā)展歷史

三維建模技術(shù)是研究在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行空間形體的表達(dá)、存儲(chǔ)和處理的技術(shù)，在CAD技術(shù)發(fā)展初期，CAD僅限于計(jì)算機(jī)輔助繪圖，隨著三維建模技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù) 才從二維平面繪圖發(fā)展到三維產(chǎn)品建模，隨之產(chǎn)生了三維線框模型、曲面模型和實(shí)體造型技術(shù)等。線框模型：20世紀(jì)60年代末開始研究線框和多邊形構(gòu)造三維實(shí)體，這樣的模型被人稱為線框模型。三維物體是由他的全部頂點(diǎn)以及邊的集合來描述。曲面模型：曲面模型是在線框模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加可形成立體面的各相關(guān)數(shù)據(jù)后構(gòu)成的。

實(shí)體造型技術(shù)：實(shí)體模型在表面看來往往類似于經(jīng)過消除隱藏線的線框模型在線框模型或經(jīng)過消除隱藏面的曲面模型；但實(shí)體模型上如果挖一個(gè)孔，就會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)一個(gè)新的表面，同時(shí)自動(dòng)識(shí)別內(nèi)部和外部；實(shí)體模型可以使物體的實(shí)體特性在計(jì)算機(jī)中得到定義。

特征參數(shù)化技術(shù)：參數(shù)化造型的主體思想是用幾何約束、工程方程與關(guān)系來說明產(chǎn)品模型的形狀特征，從而達(dá)到設(shè)計(jì)一系列在形狀或功能上具有相似性的設(shè)計(jì)方案。

變量化技術(shù)：我們?cè)谶M(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)時(shí)，總是希望零部件能夠讓我們隨心所欲地構(gòu)建，可以隨意拆卸，能夠讓我們?cè)谄矫娴娘@示器上，構(gòu)造出三維立體的設(shè)計(jì)作品，而且希望保留每一個(gè)中間結(jié)果，以備反復(fù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)使用。三維曲面建模和三維實(shí)體建模的主要方法與應(yīng)用

第三篇：三維建模設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)

三維建模設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)

三維造型技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制圖課程的改革提出了新的要求，以下是小編整理的三維建模設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)范文。

三維建模設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)篇一：

1、論文題目：要求準(zhǔn)確、簡(jiǎn)練、醒目、新穎。

2、目錄：目錄是論文中主要段落的簡(jiǎn)表。(短篇論文不必列目錄)

3、提要：是文章主要內(nèi)容的摘錄，要求短、精、完整。字?jǐn)?shù)少可幾十字，多不超過三百字為宜。

4、關(guān)鍵詞或主題詞：關(guān)鍵詞是從論文的題名、提要和正文中選取出來的，是對(duì)表述論文的中心內(nèi)容有實(shí)質(zhì)意義的詞匯。關(guān)鍵詞是用作機(jī)系統(tǒng)標(biāo)引論文內(nèi)容特征的詞語(yǔ)，便于信息系統(tǒng)匯集，以供讀者檢索。每篇論文一般選取3-8個(gè)詞匯作為關(guān)鍵詞，另起一行，排在“提要”的左下方。

主題詞是經(jīng)過規(guī)范化的詞，在確定主題詞時(shí)，要對(duì)論文進(jìn)行主題，依照標(biāo)引和組配規(guī)則轉(zhuǎn)換成主題詞表中的規(guī)范詞語(yǔ)。

5、論文正文：

(1)引言：引言又稱前言、序言和導(dǎo)言，用在論文的開頭。引言一般要概括地寫出作者意圖，說明選題的目的和意義, 并指出論文寫作的范圍。引言要短小精悍、緊扣主題。

〈2)論文正文：正文是論文的主體，正文應(yīng)包括論點(diǎn)、論據(jù)、論證過程和結(jié)論。主體部分包括以下內(nèi)容：

a.提出-論點(diǎn);

b.分析問題-論據(jù)和論證;

c.解決問題-論證與步驟;

d.結(jié)論。

6、一篇論文的參考文獻(xiàn)是將論文在和寫作中可參考或引證的主要文獻(xiàn)資料，列于論文的末尾。參考文獻(xiàn)應(yīng)另起一頁(yè)，標(biāo)注方式按《GB7714-87文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》進(jìn)行三維設(shè)計(jì)開題報(bào)告三維設(shè)計(jì)開題報(bào)告。

中文：標(biāo)題--作者--出版物信息(版地、版者、版期)：作者--標(biāo)題--出版物信息

所列參考文獻(xiàn)的要求是：

(1)所列參考文獻(xiàn)應(yīng)是正式出版物，以便讀者考證。

(2)所列舉的參考文獻(xiàn)要標(biāo)明序號(hào)、著作或文章的標(biāo)題、作者、出版物信息。

三維建模設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)篇二：

鉗工用電動(dòng)臺(tái)虎鉗，是現(xiàn)在市場(chǎng)所少有的。

一、根據(jù)現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)越來越高，生產(chǎn)精度越高，同時(shí)也是生產(chǎn)越來越精巧，夾緊力也要求越來越準(zhǔn)確，不能過大過小。但傳統(tǒng)的臺(tái)虎鉗所產(chǎn)生的夾緊力是根據(jù)師傅的經(jīng)理來保證的，因此極有可能會(huì)產(chǎn)生以上的不足而使廢品率提高，根據(jù)生產(chǎn)的需要，特此設(shè)計(jì)一套適合加工的鉗工用電動(dòng)臺(tái)虎鉗。

二、傳統(tǒng)的臺(tái)虎鉗工作效率比較低，傳統(tǒng)臺(tái)虎鉗是螺紋傳動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)快速夾緊與松開，使得生產(chǎn)效率比較低?，F(xiàn)有的電動(dòng)臺(tái)虎鉗基本上用在車床上，能實(shí)現(xiàn)快速夾緊與松開，但是要配有一個(gè)機(jī)動(dòng)的動(dòng)力源，如果用在鉗工上就成本太高，所以不適用。新設(shè)計(jì)的鉗工用電動(dòng)臺(tái)虎鉗，不但可以實(shí)現(xiàn)快速夾緊與松開的同時(shí)，電動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源為手動(dòng)，這樣相對(duì)于機(jī)床用的臺(tái)虎鉗來說成本比較低，只比傳統(tǒng)臺(tái)虎鉗的成本高不了多少。鉗工用電動(dòng)臺(tái)虎鉗有以上優(yōu)點(diǎn)，新的臺(tái)虎鉗的問世是遲早的問題，是必然的趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)有不少科研單位已經(jīng)或正在進(jìn)行利用Pro/ENGINEER進(jìn)行二次開發(fā)的CAD系統(tǒng)研究工作，不過對(duì)于這些系統(tǒng)，在機(jī)械方面的設(shè)計(jì)比較多，合肥工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了開發(fā)Pro/ENGINEER用戶化菜單的技術(shù)和實(shí)踐方面的研究，即研究如何在Pro/ENGINEER中加入用戶自定義的菜單;合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院提出了通過Pro/ENGINEER二次開發(fā)來利用工程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行特征造型的方法;南京航空航天大學(xué)的陳辰等參與開發(fā)的是一個(gè)較為完整的軸類零件設(shè)計(jì)(三維模型)、零件出圖、零件加工(加工刀軌代碼生成)系統(tǒng)，讓一些通用設(shè)計(jì)的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理，以減輕設(shè)計(jì)人員的工作量;北方交通大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院進(jìn)行的是基于Pro/ENGINEER的內(nèi)燃機(jī)車三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立方面的研究，該系統(tǒng)采用Pro/ENGINEER為平臺(tái)，利用其強(qiáng)大的參數(shù)化造型技術(shù)和二次開發(fā)模塊Pro/TOOLKIT，建立內(nèi)燃機(jī)車三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，以適應(yīng)機(jī)車新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，提高Pro/ENGINEER系統(tǒng)的實(shí)用程度;清華大學(xué)精儀系CIMS中心則提出基于Pro/ENGINEER系統(tǒng)開發(fā)面向并行工程的CAD系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)開題報(bào)告文章三維設(shè)計(jì)開題報(bào)告

在國(guó)外，新加坡國(guó)立大學(xué)的Wynne Hsu等人，以Pro/E軟件為平臺(tái)，通過C語(yǔ)言編程開發(fā)出一種將裝配設(shè)計(jì)分析與產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)相結(jié)合的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過五大模塊:設(shè)計(jì)特征庫(kù)、分析模塊、交互模塊、搜索模塊和裝配模塊，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的自動(dòng)裝配。國(guó)外由于研究開發(fā)三維設(shè)計(jì)軟件的時(shí)間較長(zhǎng)，而且早己應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)，故在其應(yīng)用領(lǐng)域里的自主開發(fā)技術(shù)已經(jīng)十分成熟和完善。

(1)對(duì)虎鉗進(jìn)行測(cè)量，并通過三維繪圖軟件Pro/E重構(gòu)其模型。

(2)對(duì)產(chǎn)品測(cè)繪后，根據(jù)各個(gè)尺寸，通過Pro/E重構(gòu)出產(chǎn)品臺(tái)虎鉗的三維模型。

用ProE做出虎鉗的零件圖的三維建模，并進(jìn)行虛擬裝配、干涉檢測(cè)及系統(tǒng)優(yōu)化等。

利用 Pro/E軟件的參數(shù)化功能或指令編程技術(shù)，建立本單位常用的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，減少重復(fù)建模時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。

朱成根。簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社，1999：P38-47

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第四篇：注塑機(jī)三維建模畢業(yè)設(shè)計(jì)

注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

第1章 緒論

1.1注塑成型模具概述

注塑用模具簡(jiǎn)稱注塑模，主要用于熱塑性制品的成型，但近年來也越來越多地用于熱固性塑料的成型。注塑成型在塑料制品成型中占有很大比重，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上為注塑模具。

注塑模主

圖1-1 化妝瓶蓋用模具 要由成型零部件和澆注系統(tǒng)組成，使來自注塑機(jī)的熔融物料成型為適應(yīng)于各種用途的制品。注塑過程中，塑料先加在注塑機(jī)的加熱料桶內(nèi)，塑料受熱熔融后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞推動(dòng)下，經(jīng)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔，塑料在模具的型腔內(nèi)固化成型，這就是注塑成型的簡(jiǎn)單過程。

1.2注塑成型模具的分類及其典型結(jié)構(gòu)

1.2.1注塑成型模具的分類

生產(chǎn)中使用的注塑模具種類繁多，可從不同的角度分類。本論文要模擬模具的工作和裝配過程，要對(duì)各類不同的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密的三維建模，因此本文按照模具的結(jié)構(gòu)不同來對(duì)其進(jìn)行分類：?jiǎn)畏中兔孀⑺苣＞撸p分型面注塑模具，帶活動(dòng)鑲件的注塑模具，橫向分型抽芯的注塑模具，自動(dòng)卸螺注塑模具，多層注塑模具，無流道注塑模具等。下文將主要針對(duì)單分型面，雙分型面，斜導(dǎo)柱抽芯注塑模具以及目前應(yīng)用廣泛的潛伏澆口的注塑模具進(jìn)行模擬。

1.2.2注塑成型模具的典型結(jié)構(gòu)

注塑模具的結(jié)構(gòu)是由塑件結(jié)構(gòu)合注塑機(jī)的形式?jīng)Q定的。凡是注塑模具均可

注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

1.4課題的研究?jī)?nèi)容

a 用3ds max制作各種塑料模具零件，包括動(dòng)定模板，凸模，凹模，導(dǎo)柱，導(dǎo)套，復(fù)位桿，推桿以及連接螺釘?shù)慕＃?/p>

b 把零件裝配成成型系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)，脫模系統(tǒng)，抽芯系統(tǒng)，再將各系統(tǒng)裝配成整套模具，并附有相關(guān)圖片和文字說明；

c 模擬上述各類模具的工作過程及其裝配過程。

注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

者豐富的創(chuàng)造欲望，這一特點(diǎn)正滿足了本設(shè)計(jì)中圖片細(xì)致的后期處理要求。

2.3會(huì)聲會(huì)影的選用

會(huì)聲會(huì)影是一套影片剪輯軟件，具有其它視頻工具無法替代的視頻文件編輯功能，能獨(dú)立編輯影片的視頻，背景音樂和旁白解說音軌。本論文正是利用這些特有功能對(duì)3ds max渲染出的無聲視頻文件加上標(biāo)題，轉(zhuǎn)場(chǎng)效果并且配上背景音樂，使動(dòng)畫更加生動(dòng)豐滿，有聲有色。

注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

模架。適用于立式或臥式注射機(jī)上。用于直澆道，采用斜導(dǎo)柱側(cè)面抽芯、單型腔成型，其分型面可在合模面上，也可設(shè)置斜滑塊垂直分型的注射模。

3.2典型注塑模具的特征

在本設(shè)計(jì)工作開展之初，為了更加準(zhǔn)確的表達(dá)清楚模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本組成員到模具車間進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過工人師傅的講解和部分照片資料的收集，筆者對(duì)本課題涉及的模具有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。此外，在設(shè)計(jì)中期，我們還到外校模具實(shí)驗(yàn)室參觀了注塑模具木結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)拆裝實(shí)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供了豐富的實(shí)踐素材。現(xiàn)介紹本文將涉及的幾種典型模具的具體特征。

3.2.1單分型面注塑模具

顧名思義，在動(dòng)模與定模之間只有一個(gè)分型面的注塑模叫單分型面注塑模，有些資料也將其稱為兩板式注塑?；驑?biāo)準(zhǔn)模。具體特點(diǎn)是主流道開設(shè)在定模板一側(cè)，分流道和測(cè)澆口設(shè)置在分型面上，開模后，塑件連同澆口，流料凝料一起滯留在動(dòng)模一側(cè)。動(dòng)模中的頂出脫模機(jī)構(gòu)在注塑機(jī)的頂桿驅(qū)動(dòng)下，從動(dòng)模上把塑件和凝料一齊頂出。圖3-2所示是一種單分型面的注塑模具。

圖3-2單分型面注塑模具

3.2.2雙分型面注塑模具

除了動(dòng)模和定模之間的一個(gè)分型面之外，還設(shè)有另外一個(gè)具有輔助功能的分型面的注塑模叫做雙分型面注塑模具，又稱作三板式注塑模。與單分型面注

注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

此種類型的單獨(dú)給出介紹。

潛伏式澆口的斷面形狀和尺寸類似點(diǎn)澆口，它除了具備點(diǎn)澆口的特點(diǎn)外，其進(jìn)料部分一般選在制件側(cè)面或背面較隱蔽處，不至于影響制件的外觀，同時(shí)可以采用較簡(jiǎn)單的兩板式模具澆口進(jìn)澆點(diǎn)潛入分型面的下方沿斜向進(jìn)入型腔，在動(dòng)模和定模分型或者推出時(shí)流道凝料和制件被自動(dòng)切斷，故分型或推出的時(shí)候必須有較強(qiáng)的外力驅(qū)動(dòng)，對(duì)于強(qiáng)韌的塑料，潛伏式澆口是不適用的。圖3-5所示為潛伏式澆口示意圖。

圖3-5 潛伏式澆口

3.3三維模具模型的建立

本文要實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫的效果，首先要對(duì)各部分模具零件進(jìn)行三維建模。對(duì)于此部分工作，本課題采用3ds max 5.0應(yīng)用軟件。首先對(duì)各類模具的單個(gè)零件進(jìn)行建模，最后裝配在一起成為完整的一套模具。下面對(duì)上述四種典型模具的建模過程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.3.1單分型面模具建模

在這部分的模型建立中，筆者的主要工作有標(biāo)準(zhǔn)模架的模型建立，包括動(dòng)模底板，支架，動(dòng)模墊板，動(dòng)模板，定模板，定模底板，推板以及推桿固定板等板類零件的建模；凸模和凹模的建模；桿類零件模型的建立，包括復(fù)位桿，注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

柱體，最后將復(fù)位桿復(fù)制三份，推桿復(fù)制七份，調(diào)整好各自的相對(duì)位置。由于這部分采用的是Z字頭拉料桿，因此對(duì)拉料桿的末端還要進(jìn)行處理。利用自由

圖3-10 導(dǎo)柱和導(dǎo)套

圖3-11 桿類零件

圖3-12推板導(dǎo)柱及導(dǎo)套 曲線工具創(chuàng)建Z字形二維形狀，然后用extrude拉伸命令將其拉伸至一定厚度，最后用拉料桿減去這部分形狀即可得到Z字頭拉料桿。桿類零件的全部效果圖如圖3-11所示。

為了推板能在固定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這里還要建立推板的導(dǎo)柱及其導(dǎo)套的模型，其建立過程和復(fù)位桿以及拉料桿的大同小異，同樣是建立首先利用圓柱體命令建立兩個(gè)圓柱體，然后調(diào)節(jié)其形體參數(shù)和相對(duì)位置，最后用“布爾和”將它們合并成一個(gè)實(shí)體。其效果圖為圖3-12所示。

最后進(jìn)行各部分連接螺釘?shù)娜S建模。在這套模具中，有連接動(dòng)模底板，支架，動(dòng)模墊板和動(dòng)模板的螺釘，有連接推板和推桿固定板的螺釘以及連接定模板和定模底板的螺釘。首先用createextended primiti vesgengon命令創(chuàng)建正六邊形棱柱，在用

布爾和運(yùn)算將它與另一倒角圓柱體合并，然

圖3-13螺釘建模 后建立一個(gè)彈簧模型，調(diào)整其顯示參數(shù)，使其成為螺紋的形狀，最后也將它合并至剛才制作好的復(fù)合幾何體中，其效果圖為圖3-13。利用復(fù)制命令將其復(fù)制到其他位置，并調(diào)整好各自的長(zhǎng)度，螺釘?shù)哪Ｐ徒⒓赐瓿伞?/p>

由于各桿類零件和螺釘都是裝配在模架之中，所以最后還必須在模架中制作與各零件相配合的孔，這項(xiàng)工作可以利用布爾差

運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。

此外，再用圓柱體命令建立澆口套和定圖3-14 單分型面注塑模具模型

1注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

用createextended primitivesoiltank命令創(chuàng)建油桶幾何體，調(diào)節(jié)其參數(shù)使它的形狀和大小復(fù)合斜導(dǎo)柱的特征，再創(chuàng)建兩個(gè)圓柱體，將兩個(gè)幾何體應(yīng)用布爾和運(yùn)算合并，效果如圖3-17所示。

圖3-17斜導(dǎo)柱示意圖

圖3-18 組合滑塊示意圖

3注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

第4章 三維動(dòng)畫的制作

動(dòng)畫是由一系列靜止圖像構(gòu)成的，這些靜止圖像按一定順序顯示在用戶的眼前，每個(gè)靜止圖像稱為動(dòng)畫的一幀。動(dòng)畫非常適合表現(xiàn)模具的工作過程和裝配過程，看過動(dòng)畫之后能十分清楚地了解模具結(jié)構(gòu)。

3ds max5.0擁有強(qiáng)大的動(dòng)畫制作及渲染功能，利用其自帶的動(dòng)畫編輯和渲染器能輕松實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫的制作。如圖4-1為該軟件的動(dòng)畫軌跡視圖。

圖4-1 3ds max5.0動(dòng)畫軌跡視圖

4.1單分型面模具工作過程動(dòng)畫的制作

動(dòng)畫的制作過程也都是大同小異，在此以單分型面的工作過程動(dòng)畫為例來說明動(dòng)畫的制作過程。（1）分析動(dòng)畫過程

該部分動(dòng)畫可以分為5個(gè)過程。第一，注塑機(jī)開始工作，往模具型腔中注入塑料熔料；第二，注塑過程完畢，動(dòng)模部分和定模部分開始分開，同時(shí)將制件和流道凝料一起和定模脫離一定距離（開模行程）；第三，推板在注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)下推動(dòng)塑料制件離開凸模；第四，脫模過程完成，動(dòng)模和推板部分一起向定模方向運(yùn)動(dòng)，直到復(fù)位桿接觸到定模板；第五，合模過程結(jié)束，并且推板的復(fù)位完成，準(zhǔn)備開始下一周期的工作。（2）設(shè)置關(guān)鍵幀

根據(jù)上述分析結(jié)果，可以在動(dòng)畫中設(shè)置關(guān)鍵幀：第0幀，即為各部分零件的初始階段，動(dòng)模和定模閉合；此后每隔20幀設(shè)置一個(gè)關(guān)鍵幀。第20幀，開模，此時(shí)塑料制件仍然在凸模上；第40幀，推出制件和凝料；第60幀，合模；

5注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

使側(cè)型芯滑塊側(cè)向運(yùn)動(dòng)完成側(cè)抽芯動(dòng)作，接著是推桿運(yùn)動(dòng)推出制件，最后合模并準(zhǔn)備下一周期的注塑工作。

潛伏式澆口所用的是兩板結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵幀的設(shè)置和單分型面注塑模具十分相似，在此不作重復(fù)論述。

4.3裝配過程動(dòng)畫的制作

在裝配過程動(dòng)畫中，筆者將零件的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)置為水平運(yùn)動(dòng)，并使各零件依次從屏幕兩邊“飛”入畫面，以實(shí)現(xiàn)裝配過程的模擬。由于零件數(shù)量較多，其關(guān)鍵幀的數(shù)量比起模具的工作過程動(dòng)畫來說更多，因此所需的動(dòng)畫時(shí)間也較長(zhǎng)。具體的設(shè)置過程為依次把各零件拖入畫面，然后點(diǎn)擊關(guān)鍵幀設(shè)置按鈕，最后選擇合適的視頻輸出尺寸，渲染輸出。

4.4靜態(tài)圖片的渲染出圖

圖4-3 渲染動(dòng)畫對(duì)話框

為了更清楚的反映模具結(jié)構(gòu)，在配合三維動(dòng)畫的前提下，在此還渲染出更為清楚的靜態(tài)圖片，以彌補(bǔ)三維動(dòng)畫中未曾表達(dá)清楚的細(xì)節(jié)部分零部件。

首先將要顯示出圖的零件選中，單擊右鍵選擇“隱藏未選中零件”，然后放大視圖，將零件顯示在視圖的顯眼位置，最后架設(shè)好“燈光”和“攝像機(jī)”系統(tǒng)，調(diào)出渲染動(dòng)畫對(duì)話框。此處與渲染動(dòng)畫所不同的地方在于，在選擇文件格式時(shí)，如果要渲染動(dòng)畫文件則選擇“avi”格式，如果是圖片，則選擇“jpeg”格式，并勾選上渲染“single”，即指渲染單幀。

同樣，此時(shí)的圖片仍然比較粗糙，沒有層次感，必須對(duì)其進(jìn)行專門的后期處理才能達(dá)到更好的效果。

7注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

以“單分型面注塑模具的工作動(dòng)畫”為例。播放初稿時(shí)，整個(gè)動(dòng)畫只有5秒鐘，時(shí)間過短，整個(gè)模具的工作過程難以看清，而且視頻開頭缺乏標(biāo)題和標(biāo)題動(dòng)畫。

在“會(huì)聲會(huì)影9”中打開這段影片剪輯，首先為動(dòng)畫加入標(biāo)題。單擊素材庫(kù)右邊的下三角按鈕，在彈出的菜單中選擇“視頻”命令，在素材庫(kù)中出現(xiàn)所有可用的視頻素材，在此選擇一個(gè)flash片段作為開頭動(dòng)畫，持續(xù)時(shí)間為3秒鐘左右，將其拉入時(shí)間軸中即完成標(biāo)題動(dòng)畫的添加。然后單擊“標(biāo)題”命令，切換到標(biāo)題面板，在整個(gè)項(xiàng)目的開始位置輸入“單分型面注塑模具的工作動(dòng)畫”，并將其移動(dòng)至預(yù)覽屏幕中央，在窗口中播放影片就能看到標(biāo)題動(dòng)畫持續(xù)大概3秒鐘后轉(zhuǎn)入模具動(dòng)畫的播放。

此后可以用調(diào)節(jié)影片播放時(shí)間的方法來調(diào)節(jié)其播放速度。單擊選項(xiàng)面板中的“回放速度”按鈕，打開回放速度對(duì)話框（圖5-3）。移動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕至滿意為止。

圖5-3 回放速度調(diào)節(jié)對(duì)話框

添加背景音樂的方法和添加標(biāo)題動(dòng)畫差不多，這里可以在聲音素材庫(kù)中找到一段風(fēng)格適宜的音樂，直接將其拖入背景音樂軌中，調(diào)節(jié)播放時(shí)間，并加入“淡入淡出”的效果，使文件的播放不至于太突然。

重新預(yù)覽動(dòng)畫，就可以收到聲色俱佳的視頻文件效果。

9注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了單分型面，雙分型面，斜導(dǎo)柱抽芯和潛伏式澆口注塑模具的工作和裝配過程的動(dòng)畫模擬。文中重點(diǎn)論述了模具的建模過程，動(dòng)畫的制作過程，并且還對(duì)圖片和動(dòng)畫素材進(jìn)行了后期處理，使其更容易被受用者接受。但是不足在未能對(duì)所有典型注塑模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，在已完成的工作中也存在許多缺陷，和預(yù)期的目標(biāo)仍然存在一定的差距。

文章還附帶對(duì)3ds max，Photoshop和會(huì)聲會(huì)影等軟件的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較，提到了它們各自的特點(diǎn)以及選用理由。

由于時(shí)間倉(cāng)促以及相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的缺乏，本文難免存在許多錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位讀者提出批評(píng)和指正。

1注射模具工作過程中的動(dòng)畫模擬

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第五篇：三維建模思路教學(xué)淺析

AutoCAD（中級(jí)）培訓(xùn)中三維建模思路教學(xué)淺析

謝珍真

內(nèi)容摘要：復(fù)雜的形體大多都是由簡(jiǎn)單的基本形體進(jìn)行布爾運(yùn)算或面截切得到的。在教學(xué)中從簡(jiǎn)單零件的畫法開始，就注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行形體分析，養(yǎng)成良好的建模思維習(xí)慣，同時(shí)，讓學(xué)生理解UCS變換的目的是至關(guān)重要的一步。重視建模思路的分析引導(dǎo)，讓學(xué)生自主探求模型的構(gòu)建方法，使不同層次的學(xué)生得到不同程度的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：三維建模思路，形體分析，UCS變換

AutoCAD是目前應(yīng)用最廣的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）通用軟件，從AutoCAD2000以后，其三維建模與功能隨著軟件版本的不斷升級(jí)而日顯強(qiáng)大。AutoCAD（中級(jí)）培訓(xùn)其主要任務(wù)是完成三維建模的學(xué)習(xí)。這個(gè)過程既是AutoCAD 三維建模技能的教學(xué)過程，更是為學(xué)生構(gòu)建三維設(shè)計(jì)理念，拓展三維設(shè)計(jì)視野，為今后觸類旁通地學(xué)習(xí)其他更專業(yè)的3D參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件做鋪墊的過程，因此在教學(xué)中不僅要重視通過建模實(shí)例熟悉命令，更應(yīng)注重通過三維建模思路的分析，讓學(xué)習(xí)者能舉一反三，熟悉三維建模的思維過程，達(dá)到真正理解與掌握三維建模過程的目的。本文擬通過多年的AutoCAD實(shí)踐對(duì)三維建模思路的教學(xué)加以總結(jié)分析。

一、形體分析是三維建模的思維基礎(chǔ)

正如我們?cè)凇豆こ讨茍D》教學(xué)中，形體分析法是讀懂圖紙的基本分析方法一樣，在3D設(shè)計(jì)中，無論是象AutoCAD這種基于二維發(fā)展起來的三維設(shè)計(jì)模塊，還是參數(shù)化3D 設(shè)計(jì)軟件：如3dmax、Pro/E、ug，其建模的基本思路都是首先對(duì)模型進(jìn)行形體分析，因?yàn)閺?fù)雜的形體大多都是由簡(jiǎn)單的基本形體進(jìn)行布爾運(yùn)算或面截切得到的。在教學(xué)中從簡(jiǎn)單零件的畫法開始，就注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行形體分析，養(yǎng)成良好的建模思維習(xí)慣，只有這樣才能使學(xué)生真正掌握三維建模的技能。

三維建模時(shí)的形體分析（本文主要討論實(shí)體造型），主要從以下幾方面進(jìn)行考慮：1）是否為3d工具條中已有基本體（長(zhǎng)方體、圓柱體、球體、圓錐體、楔體、圓環(huán)體, AutoCAD2007又新增了螺旋體、棱錐體等）的布爾運(yùn)算（并、差、交集），2）是否為二維幾何面拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣（2007新增）后與基本體的布爾運(yùn)算3）是否為基本體的面截切。一些形體，盡管看起來復(fù)雜，但基本形體的判斷與分解并不困難，這是由于組合形體主要是布爾并、差運(yùn)算，運(yùn)算后基本形體的特征仍然明顯。例如（圖1）所示泵體，建模時(shí)可將其分解為圖2所示的二維幾何面拉伸體與圓柱體的布爾并、差運(yùn)算,復(fù)雜的形體也就變得簡(jiǎn)單了。而有些形體，看似簡(jiǎn)單，但初學(xué)者卻感覺無從下手，例圖3，六角螺母的倒角，不少初學(xué)者常常在倒角與倒圓命令上兜圈子，而其形體的形成應(yīng)是六棱柱與圓錐的布爾交運(yùn)算所得，采用布爾交運(yùn)算后的得到的形體，其基本形體的特征已不明顯，往往不易判斷，因此，在形體分析時(shí)，應(yīng)熟悉布爾交運(yùn)算結(jié)果的特點(diǎn)：兩形體的共有部分。形體分析的目的是在弄清形體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定建模方法。一個(gè)形體，其構(gòu)建的方法往往并不是唯一的，因此，在教學(xué)中，通過形

圖3 體分析啟發(fā)學(xué)生探討建模方法，并對(duì)各種方法加以分析比較，選擇最簡(jiǎn)方法，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不拘于教材或老師的建模步驟而獨(dú)立完成三維建模，真正掌握三維造型的技能，達(dá)到授之以漁的目的。

二、UCS變換是三維建模的關(guān)鍵

形體分析為三維建模奠定了建模方法的思維基礎(chǔ)，但能不能完成建模，關(guān)鍵還在于對(duì)UCS的理解與靈活運(yùn)用。

UCS為user coordinate system的縮寫，即用戶坐標(biāo)系。在AutoCAD中有兩個(gè)坐標(biāo)系，一是WCS（世界坐標(biāo)系），另一個(gè)就是UCS。在二維繪圖中，我們采用的是WCS，其原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸的方向是固定不變的。而UCS是一個(gè)原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向可根據(jù)用戶需要變換的坐標(biāo)系。由于是在2D平面繪制3D圖形，因此，所有的3D軟件都要解決同一問題，即2D繪圖平面的變換，只是各自的術(shù)語(yǔ)不一樣而已，如：pro/E將二維繪圖平面稱為草繪平面，masterCAM中將其稱為構(gòu)圖面，Solidworks將其稱為基準(zhǔn)面。AutoCAD中沒有明確給出二維繪圖面的名稱，而是用可變換的UCS確定二維繪圖面XY平面，理解了這一點(diǎn)，UCS變換也就容易掌握了，同時(shí)對(duì)于其他3D軟件的入門也起到觸類旁通的作用。

初學(xué)者對(duì)UCS變換目的不理解，在建模時(shí)最感困難的就是UCS 的應(yīng)用。因此，在教學(xué)中，讓學(xué)生理解UCS變換的目的是至關(guān)重要的一步。UCS變換的一個(gè)重要目的，就是建立新的XY平面，由于許多2D繪圖及編輯命令（如PLINE、ARC、CIRCLE、ELLIPSE）只能在xy平面內(nèi)繪制，而三維實(shí)體命令（圓柱、圓錐、長(zhǎng)方體、楔體及拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描，放樣）都是基于2D圖形形成的，因此在三維建模時(shí)必須通過UCS變換將XY平面建立在所需的空間任意平面內(nèi)，使各個(gè)方向基本形體得以完成。如圖4示的機(jī)件，是由1、2、3塊板組合而成，而創(chuàng)建1、2、3板的2D幾何平面圖形只能在xy平面內(nèi)繪制，通過UCS的變換，就可以使 xy平面位于圖示所需的三種位置，達(dá)到構(gòu)建各個(gè)方位基本形體的目的。

（圖4）

明白了UCS變換的目的，再讓學(xué)生來理解和應(yīng)用UCS變換的各個(gè)命令就容易的多了。UCS變換命令的靈活應(yīng)用則在于讓學(xué)生熟悉UCS工具條中各命令的特點(diǎn)，為了讓學(xué)生能熟練掌握各命令，可以根據(jù)各UCS變換命令特點(diǎn)分類介紹：

1）繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)（），其特點(diǎn)是原點(diǎn)不變，只改變坐標(biāo)軸的方向，例圖5，1 繪水平方向圓柱 繞Y軸旋轉(zhuǎn)90°（圖5）

繞X軸旋轉(zhuǎn)45°繪斜圓柱

配合原點(diǎn)平移命令，可以將XY平面變換到任何位置與角度。2）原點(diǎn)、坐標(biāo)軸方向變換（），這三個(gè)命令原點(diǎn)都可改變。為原點(diǎn)平移，理解與應(yīng)用不會(huì)有困難，靈活應(yīng)用可以在確定基本形體位置時(shí)簡(jiǎn)化坐標(biāo)輸入。圖6示確定鍵槽位置時(shí)，UCS變換后，軸向坐標(biāo)（X）輸入1.5 即可。

為定原點(diǎn)及Z軸正向，為三點(diǎn)定新XY平面，應(yīng)用的前提是已知Z方向

或已知平面的三點(diǎn)，這兩個(gè)命令應(yīng)用得當(dāng)，可以使UCS變換快捷簡(jiǎn)單。(圖7)

3)變換到指定平面（）），這三個(gè)命令的特點(diǎn)是 指定某面（對(duì)象、實(shí)體表面、視圖）為新的XY平面。對(duì)于 指定對(duì)象確定新的坐標(biāo)系，學(xué)生一般感覺較困難，但在實(shí)際 中應(yīng)用并不多，因此可以簡(jiǎn)略介紹即可。(圖8)

指定實(shí)體平面

（圖8）

圖7 Z軸正向

教學(xué)中注意給出UCS 變換的典型實(shí)例，注意分解難點(diǎn)。如（圖8）的建模，形體分析簡(jiǎn)單，但須經(jīng)多次UCS變換才能完成。（圖9）

（圖9）

無論是已有模型的繪制，還是三維創(chuàng)意的表達(dá)，形體分析是三維建模思維的基礎(chǔ)，只有清楚了各部分的基本形體，才能確定建模的方式。而UCS變換則是解決各基本形體在各個(gè)不同空間方位的繪制。三維模型的構(gòu)建，重要的是建模思路的構(gòu)建。在教學(xué)中，宜采用引導(dǎo)——探究教學(xué)方法，探究學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，傳統(tǒng)的理科學(xué)教學(xué)熱衷于灌輸和記取結(jié)論性知識(shí)，不利于學(xué)生思維能力的發(fā)展，而該理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主地通過探究過程式學(xué)生的思維得到開發(fā)并獲取知識(shí)。教學(xué)中不是照本宣科地講授命令或繪圖步驟，而是重視建模思路的分析引導(dǎo)，讓學(xué)生自主探求模型的構(gòu)建方法。采用引導(dǎo)-探究式教學(xué)可以讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，從而使不同層次的學(xué)生得到不同程度的發(fā)展。參考文獻(xiàn)

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