基于Creo Illustrate的三維技術(shù)插圖應(yīng)用

日照鋼鐵有限公司　崔恩海

本文介紹了Creo Illustrate三維技術(shù)插圖的制作流程和構(gòu)建要素，按照三維技術(shù)插圖的構(gòu)建需求和思路說明了插圖設(shè)計(jì)工程師規(guī)劃、設(shè)計(jì)技術(shù)插圖的方法、步驟和策略，最后介紹了三維技術(shù)插圖規(guī)范化設(shè)計(jì)思想。

隨著服務(wù)質(zhì)量的提高，技術(shù)插圖作為服務(wù)信息的重要組成部分日益受到人們的重視。Creo Illustrate是PTC公司推出的三維技術(shù)插圖專業(yè)軟件，通過對(duì)多種來源和類型的原生CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行異構(gòu)化處理，將eBOM（工程物料清單）組合創(chuàng)建為符合客戶需求的sBOM（服務(wù)物料清單），在此基礎(chǔ)上構(gòu)建各種圖形、序列、動(dòng)畫和項(xiàng)列表等插圖要素，準(zhǔn)確地表達(dá)產(chǎn)品的外觀、細(xì)節(jié)、工藝、維修和保養(yǎng)等意圖，創(chuàng)建出專業(yè)的掛圖、圖冊(cè)以及維修、保養(yǎng)、培訓(xùn)與演示等類型的動(dòng)畫；從產(chǎn)品技術(shù)插圖需求和Creo Illustrate軟件功能對(duì)接的角度研究三維技術(shù)插圖的創(chuàng)建技巧和應(yīng)用策略，是插圖設(shè)計(jì)工程師的必備技能。

一、技術(shù)插圖構(gòu)建流程

Creo Illustrate工作流程如圖1所示，包括以下步驟：（1）導(dǎo)入：導(dǎo)入原生CAD數(shù)據(jù)，例如Creo View輕量化模型、Creo Parametric模型、Creo Unite模型以及一些通用的三維數(shù)據(jù)交換格式；（2）新建：根據(jù)導(dǎo)入的原生CAD 數(shù)據(jù)創(chuàng)建技術(shù)插圖文件（*.c3di）；（3）異構(gòu)：從已導(dǎo)入的原生CAD工程物料清單（eBOM）創(chuàng)建插圖的服務(wù)物料清單（sBOM）；（4）圖形：使用插圖工具創(chuàng)建具有不同顯示方式的多個(gè)圖形；（5）過程：使用序列、動(dòng)畫工具創(chuàng)建靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過程插圖要素；（6）信息：使用項(xiàng)列表工具創(chuàng)建通過動(dòng)態(tài)鏈接的標(biāo)識(shí)，并完成插圖的零件列表；導(dǎo)入導(dǎo)出信息接口；（7）發(fā)布：將插圖發(fā)布為打印、Web以及用于交互式回放的影片。

圖1　Creo Illustrate工作流程

二、技術(shù)插圖構(gòu)建技術(shù)

在Creo Illustrate中設(shè)計(jì)技術(shù)插圖，從6個(gè)重要的工作要素著手：結(jié)構(gòu)、圖形、嵌件、序列、動(dòng)畫和信息。工程師創(chuàng)建技術(shù)插圖時(shí)要將產(chǎn)品信息表達(dá)要點(diǎn)和這6個(gè)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行對(duì)接，從而用軟件工具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)插圖的展示圖。

1.結(jié)構(gòu)規(guī)劃技術(shù)

Creo Illustrate結(jié)構(gòu)規(guī)劃是創(chuàng)建技術(shù)插圖的根基，深刻理解技術(shù)插圖的服務(wù)物料清單層次和顯示狀況控制是規(guī)劃技術(shù)插圖的關(guān)鍵。包括三個(gè)方面的任務(wù)。

（1）導(dǎo)入：將輕量化數(shù)據(jù)、Creo Parametric模型、CATIA，UGNX，SolidWorks等第三方軟件創(chuàng)建的三維模型以及STEP、IGES等三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入，組成工程物料清單（eBOM），導(dǎo)入時(shí)可以控制是副本還是關(guān)聯(lián)屬性，從Creo Illustrate 的3.1版本開始增加了導(dǎo)入原理圖數(shù)據(jù)格式（*.eda），如圖2所示為典型的工程物料清單層次結(jié)構(gòu)。

圖2　eBOM結(jié)構(gòu)

（2）編輯：對(duì)服務(wù)物料清單（sBOM）進(jìn)行具體設(shè)計(jì)?？梢詫?duì)sBOM結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)、層次規(guī)劃，同時(shí)可以進(jìn)行重命名、移動(dòng)模型，控制模型的顯示或隱藏狀態(tài)。典型的sBOM如圖3所示。

圖3　sBOM結(jié)構(gòu)

（3）組裝：導(dǎo)入多個(gè)原生CAD數(shù)據(jù)后，對(duì)于模型的裝配關(guān)系需要進(jìn)行約束，如匹配、定向和定位操作，必要時(shí)要?jiǎng)?chuàng)建構(gòu)造坐標(biāo)系作為裝配約束參照。另外需要對(duì)插入的3D符號(hào)模型進(jìn)行組裝操作。

2.圖形顯示技術(shù)

圖形顯示設(shè)計(jì)是技術(shù)插圖的基本要求，主要包括整體顯示、插頁視圖、模型剖面和分解四個(gè)方面。

（1）整體顯示：圖形的顯示效果由多方面的顯示要素控制（圖4），包括模型的縮放、投影類型和方向、渲染設(shè)置、頁面設(shè)置、縮略圖和水印等。投影類型主要包括正交和透視。渲染設(shè)置從四個(gè)方面進(jìn)行：背景顏色及梯度、模型外觀、光照?qǐng)鼍昂蛨D形渲染模式。模型外觀主要是模型的顏色、透明和灰度設(shè)置，渲染模式主要有著色、邊著色、平整邊著色、Cel圖、HLR、有色HLR、著色圖、白色著色圖和線條粗細(xì)等方式。

圖4　圖形整體顯示

（2）剖切視圖：查看模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法，除了透明設(shè)置外部模型還可以使用局部剖切。剖切路徑可以使用預(yù)置的坐標(biāo)系軸參照、選擇平面參考和四分剖切三種方式。

Kaldi語言模型由于其內(nèi)部表示為有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，因此要求將上述工具所訓(xùn)練的ARPA語言模型轉(zhuǎn)換為特定于解碼的二進(jìn)制格式[16]。為此，需要使用了工具arpa2fst、fstcompile和多個(gè)Perl腳本等一些實(shí)用工具對(duì)ARPA語言模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

（3）插頁視圖：插頁視圖是圖形中的局部縮放圖像（圖5），用于添加有關(guān)圖中關(guān)注區(qū)域的圖形信息。插頁可顯示圖形內(nèi)容的放大或縮小視圖，例如零件或裝配。其顯示屬性可獨(dú)立于圖形單獨(dú)設(shè)置。當(dāng)照相機(jī)放大或縮小時(shí)，插頁仍保持原有尺寸不變。插頁還可以包含標(biāo)題，提供與圖形相關(guān)的信息。

（4）分解視圖：分解方式有手動(dòng)和智能兩種。使用智能分解可以從在圖形中選擇的錨點(diǎn)開始，沿著指定的軸和坐標(biāo)系移動(dòng)它們。可以分別或以耦合方式一同分解零件。分解線指示分解視圖中各零件之間的裝配路徑。分解線隨其參考的零件一起移動(dòng)?？梢远x分解線的起點(diǎn)、中間點(diǎn)和終點(diǎn)，以及它們移動(dòng)的路徑和方向（圖6）。

圖5 剖切和插頁視圖

圖6　分解視圖

3.嵌件應(yīng)用技術(shù)

嵌件包括注釋、符號(hào)、分解線、構(gòu)造幾何和測量等（圖7）。注釋包括自動(dòng)標(biāo)識(shí)和手動(dòng)注釋，自動(dòng)標(biāo)識(shí)包括無、項(xiàng)號(hào)和標(biāo)記。手動(dòng)注釋包括項(xiàng)號(hào)、標(biāo)記、注解與參考等。符號(hào)包括2D圖像和3D模型兩種，構(gòu)造幾何包括點(diǎn)、軸、線、曲線以及平面和坐標(biāo)系。測量包括距離、直徑和角度。

項(xiàng)號(hào)可以按照頂、底、左、右對(duì)齊以及水平、豎直均勻分布?？梢允謩?dòng)排列項(xiàng)號(hào)（例如順時(shí)針順序）。

圖 7　嵌件

4.序列處理技術(shù)

序列是一系列的圖解、動(dòng)畫步驟（圖8），例如汽車的拆卸過程。一個(gè)圖形可包含一個(gè)序列。如果一個(gè)圖形包含了一個(gè)序列，則圖形窗口的右上角會(huì)出現(xiàn)一個(gè)標(biāo)題框。而主面板處，該圖形的縮略圖中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小標(biāo)題框。使用“序列”功能區(qū)選項(xiàng)卡或圖形窗口回放欄中的回放控件播放圖形中的序列。序列步驟具有下列特征：動(dòng)畫3D圖形、帶關(guān)聯(lián)標(biāo)記的注釋和符號(hào)、名稱和說明文本以及步驟確認(rèn)（開或關(guān)）。序列可以進(jìn)行的操作：添加并移動(dòng)步驟、在步驟中創(chuàng)建動(dòng)畫、將信息添加到步驟與編輯步驟動(dòng)畫和信息。

圖8　創(chuàng)建序列步驟

5.動(dòng)畫制作技術(shù)

動(dòng)畫是動(dòng)態(tài)的三維技術(shù)插圖，使用動(dòng)畫可以執(zhí)行下列用途：（1）說明裝配操作，如果已完成概念設(shè)計(jì)，但未完成機(jī)械部件，則可將主體拖動(dòng)到不同位置，然后截取快照來創(chuàng)建動(dòng)畫；（2）創(chuàng)建裝配或拆卸序列動(dòng)畫；（3）創(chuàng)建維護(hù)序列，即顯示維修人員如何拆卸、修理或更換組件的步驟的簡短動(dòng)畫；（4）說明在特定環(huán)境中工作的產(chǎn)品，以進(jìn)行現(xiàn)場維修培訓(xùn)。

動(dòng)畫制作過程和一般影視制作流程類似，包括下列四個(gè)方面。

（1）創(chuàng)建：有新建和導(dǎo)入兩種方式，導(dǎo)入動(dòng)畫數(shù)據(jù)類型有機(jī)械文件（*.fra）和IPS文件（*.xml）。

（2）錄制：動(dòng)畫選項(xiàng)卡中的錄制命令組（圖9）包括實(shí)時(shí)錄制（記錄命令）和手動(dòng)錄制（捕獲命令）兩種模式，錄制對(duì)象包括內(nèi)容和照相機(jī)兩類。錄制內(nèi)容具體包括以下類型的項(xiàng)：零件、子裝配、裝配、注釋、測量、剖視圖、3D庫零件和符號(hào)。

圖9　錄制工具

（3）剪輯：軌跡和關(guān)鍵幀是動(dòng)畫的兩大關(guān)鍵要素。通過兩個(gè)命令組、兩個(gè)選項(xiàng)卡、兩個(gè)編輯器進(jìn)行剪輯操作。關(guān)鍵幀編輯器（圖10）包括軌跡樹和時(shí)間線區(qū)域。軌跡樹控制各個(gè)項(xiàng)目的軌跡事件行，時(shí)間線對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上每個(gè)事件的行為。

圖10　關(guān)鍵幀編輯器

剪輯操作通過動(dòng)畫選項(xiàng)卡下的播放、時(shí)間線控制兩個(gè)命令組、以及動(dòng)畫軌跡工具和動(dòng)畫關(guān)鍵點(diǎn)工具兩個(gè)選項(xiàng)卡進(jìn)行具體命令操作。

動(dòng)畫軌跡工具（圖11）可以完成插入關(guān)鍵幀、分割、合并事件、鏡像與反轉(zhuǎn)動(dòng)畫等操作。

圖11　動(dòng)畫軌跡工具

在時(shí)間線區(qū)域的事件內(nèi)選中關(guān)鍵點(diǎn)，右鍵菜單編輯，打開關(guān)鍵點(diǎn)編輯器（圖12），在該對(duì)話框中可以設(shè)置時(shí)間點(diǎn)、插值模式。尤其是可以調(diào)整動(dòng)畫特效的細(xì)節(jié)：飛入飛出，可以更改距離位置、可見性和時(shí)間段；淡入淡出可以更改可見性和時(shí)間段；搖動(dòng)可以更改多個(gè)距離時(shí)間段和對(duì)應(yīng)角度；脈動(dòng)可以調(diào)整比例和時(shí)間段；旋開可以更改移動(dòng)距離（相對(duì)于全局坐標(biāo)系），旋轉(zhuǎn)角度、時(shí)間段。

（4）合成：將動(dòng)畫導(dǎo)出為影片文件，基本操作步驟為：單擊動(dòng)畫→導(dǎo)出。打開將動(dòng)畫導(dǎo)出為影片對(duì)話框。鍵入影片的路徑，或者單擊瀏覽，瀏覽文件位置。選擇一種編碼格式。選擇下列各項(xiàng)值：每秒幀數(shù)、寬度、高度和鎖定縱橫比。

圖12　關(guān)鍵點(diǎn)編輯器

注意幀數(shù)和影片播放時(shí)間的確定：幀數(shù)=1+動(dòng)畫設(shè)計(jì)時(shí)間/間隔；影片播放時(shí)間=（幀數(shù)-1）/輸出幀頻。

6.信息管理技術(shù)

插圖創(chuàng)建過程中以及服務(wù)信息系統(tǒng)中引用插圖都伴隨著信息管理操作。在Creo Illustrate環(huán)境，信息管理包括：（1）細(xì)化項(xiàng)列表、查看模型繼承到插圖環(huán)境的注釋、層和屬性信息；（2）文件→信息→信息（圖13）； （3）保存、另存為、發(fā)布、將圖形另存為等文件管理操作；（4）sBOM的導(dǎo)出/導(dǎo)入，構(gòu)造幾何的保存/加載，本地化文本的導(dǎo)出/導(dǎo)入，插頁、注釋、符號(hào)和印章庫的定制與加載，動(dòng)畫影片導(dǎo)出等。

圖13　插圖文件信息

三、技術(shù)插圖規(guī)范化

創(chuàng)建專業(yè)的技術(shù)插圖需要對(duì)軟件進(jìn)行必要的客制化同時(shí)對(duì)插圖構(gòu)建流程進(jìn)行規(guī)范化。這就要求插圖設(shè)計(jì)工程師熟練掌握軟件功能的使用和界面定制、各種配置和庫的擴(kuò)展，同時(shí)深入挖掘產(chǎn)品需求，進(jìn)行具體分類，并與軟件功能進(jìn)行對(duì)接，規(guī)范化插圖構(gòu)建流程，必要時(shí)制定企業(yè)技術(shù)插圖創(chuàng)建規(guī)范。