以3ds Max為建模軟件的船舶機艙三維模型制作方法

劉鵬　胡以懷

摘要：簡要介紹了使用3dsMax三維軟件創(chuàng)建內河船發(fā)電柴油機三維模型和撥叉式舵機的拆解/組裝動畫的方法，以柴油機機體、發(fā)電機機體、冷卻水箱、吸氣濾網、機體管路、連接螺栓為建模方法為重點，簡述了3dsMax典型建模方法；以小型撥叉式舵機組裝/拆解為例簡述了3dsMax在制作機械動畫的應用。

關鍵詞：3dsMax建模；撥叉式舵機；機械拆解動畫

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）33-8056-04

隨著新的海事公約的出臺生效，對船員培訓體制以及船員自身的技術素質要求越來越高。在船員培訓過程中，輪機模擬器的評估培訓愈發(fā)重要。輪機模擬器的技術水平已成為航海院校和船員培訓機構的一項重要的硬件指標。現(xiàn)在輪機模擬器的建模已朝著三維建模方向發(fā)展，三維建模軟件主要有3dsMax、Solidworks等。3dsMax是由Autodesk公司推出的一款專業(yè)的三維場景和動畫制作軟件，由于其易操作、功能強、應用范圍廣等特點，被廣泛應用于建筑設計、影視制作、游戲制作、動漫設計、工業(yè)設計等領域。

1發(fā)電柴油機模型

如圖1、圖2所示，為一內河船發(fā)電柴油機三維模型圖片。由于此模型有3dsMax三維立體軟件制作，因此立體感比較強。

船用柴油機有二沖程機和四沖程機。一般大型船舶多使用二沖程機做為主機，四沖程機多用作發(fā)電機的原動機。此模型為四缸四沖程柴油機，由于其附帶管路較多以及機體上的附帶設備形狀不規(guī)則，因此建模方法比較冗雜，建模中使用的3dsMax命令選項比較多。建模可以大致分以下過程：

1.1柴油機機體的建模

用“創(chuàng)建”主命令面板下的“標準基本體”次命令中“長方體”選項，建立柴油機機體。機體模型的建立是十分重要的，在船舶上使用的柴油機機體上附著了其他設備，比如高壓油泵。建立的模型中各個類設備的尺寸比例要與各實物設備尺寸比例相對應，因此在建模工程中要合理的設置機體的長度、寬度和高度。機體的尺寸會直接影響其他設備的尺寸，合適的機體尺寸也會使其他設備在模型中的布局合理。

1.2發(fā)電機機體的建模

發(fā)電機機體可以用兩種方法來做。第一種是，用“圓柱體”選項創(chuàng)建發(fā)電機機體。建立起一個圓柱體后，將其轉化為可編輯多邊形（也可將其轉化成可編輯面片進行建模）。分別在可編輯多邊形下的“編輯邊”和“編輯面”狀態(tài)下下完成發(fā)電機機體的建模。在“編輯邊”狀態(tài)下主要使用的是編輯邊卷展欄下的擠出、切角和連接命令。在編輯面狀態(tài)下主要使用的是編輯多邊形卷展欄下的擠出、倒角、橋、輪廓和插入命令，集中在使用擠出和倒角命令后會發(fā)現(xiàn)新生成的面自之間的過度很僵硬，因此在執(zhí)行完這些命令之后要將新生成的面選中，在“多邊形：平滑組”卷展覽中選一個為使用的平滑組數(shù)字，將新生成的邊設為同一個平滑組，以使新生成的邊之間過度的平滑自然。

發(fā)電機建模的第二種方法是先用“圖形”次命令中功能完成。打開“圖形”次命令后使用“線”選相將發(fā)電機正面輪廓勾畫出來，使用“修改器列表”中的“車削”命令。在車削完成之后，可以用鼠標拖動車削物體的軸，來調整圓周的直徑。

1.3冷卻水箱的建模

建模對象中的水箱為一端側面弧度凸起的不規(guī)則構件，在使用3dsMax軟件建模時，若使用標準的立體圖形做基體模型，要做出側面凸起方法較為繁瑣而且，效果欠佳，因此使用發(fā)電機建模中的“線”命令建模方法進行建模。勾畫出其正面輪廓后，使用“修改器列表”中的擠出命令。在完成擠出后，在擠出參數(shù)卷展欄中設置各項參數(shù)，以獲得理想的模型。

1.4濾網的建模

濾網是網格結構，直接由線建模再渲染比較麻煩，我們使用多邊形建模的方法制作我們需要的濾網網格結構。建立一個圓柱體設置合適的高度和直徑，將高度和端面分段都設置為1，將邊數(shù)設置為72（邊數(shù)越多制作的效果越好，但考慮到計算機的內存問題，將邊數(shù)設置為72）在修改器列表欄給建立的圓柱加扭曲命令，依據實際情況設置扭曲角度（本例設置為了30°）。角度設置好后，將其塌陷，轉化為可編輯多邊形，在邊編輯狀態(tài)下選中所有的邊，使用編輯邊卷展欄下的“利用所選內容創(chuàng)建圖形”命令，在彈出的對話框里選擇“線性”，點擊確定，得到樣條線①，編輯樣條線①，在渲染命令組中在選中“矩形”命令（要先選中“在渲染中啟用”和“在視口中啟用”兩項功能，渲染才能使用），設置樣條線合適的參數(shù)，最后將其轉化為可編輯多邊形方便最終的渲染。再重新建立一個圓柱體，參數(shù)如上，將其角度設置為-30°，參照以上步驟就可得到第二個可編輯多邊形。兩個多邊形建好后使用對齊工具使兩個多邊形軸心重合，后使用“復合對象”中的“布爾”命令將兩個多邊形合成為一個多邊形。上述過程完成后，就得到了我們需要的濾網網格結構，如圖3。

1.5管路的建模

柴油機機體上的管道很多，而且走向復雜，若是直接使用“基本幾何體”功能里的“管道”命令需要給其加上多個彎曲命令才可得到想要的管道走向，但是這種方法占用的計算機內存大，而且費時費力。因此，在管道的建模上我們直接使用樣條線建模方式進行管道的鋪設。由于管道的走向分布在三維空間內，我們采用先在三維空間分別創(chuàng)立三根樣條線線段，在一根樣條線處在點編輯狀態(tài)時將其他的兩個附加上去再使用點的焊接功能將三段線段焊接在一起，即可得到圖4所示管道。需要注意的是待焊接的兩個點要處在焊接閥值范圍內，可以通過選中待焊接的點使用主菜單欄里的移動命令或選中點按下移動命令“W”快捷鍵，來調整兩點的相對位置。

柴油機機體上附著的其他部件的建模使用以上五種方法之一或是各種方法之間相互配合使用即可完成。

1.6連接螺栓的建模

連接螺栓建模的難點是螺紋的建模。在頂視圖中建立一個無螺紋的螺栓模型，為了便于說明將圓柱部分直徑設為20mm，高度設為100mm。再在頂視圖中，建立一個螺旋線模型，直徑1，2均設為20mm，高度設為100，圈數(shù)設為10圈。在螺旋線的起始位置點處建立一個三角形的鋸齒，使用“復合對象”下的“放樣”命令，其中螺旋線是放樣的放樣路徑，三角形是放樣的放樣圖形。完成上述步驟后，鋸齒與我們常見的螺旋鋸齒旋相有所不同，仔細觀察發(fā)現(xiàn)有些部位的鋸齒刨面是三角形的一條邊向外，按照圖6所示將“蒙皮參數(shù)”中的“傾斜”項取消打鉤，即可得到圖5所示螺栓。

2舵機的組裝/拆解動畫

2.1舵機的拆解動畫

動畫功能是3dsMax中非常重要的功能，使用這些功能可以創(chuàng)建出任何可以想到動畫效果。默認狀態(tài)下3dsMax設定的動畫沒秒播放30個畫面，在動畫過程中，每一個畫面稱為“幀”。使用3dsMax做撥叉式舵機的拆裝動畫是非常方便快捷的，而且由于是基于三維模型建立的動畫因此效果也比較真實，對于初次接觸船舶機械的學員是一門十分有效的教學方式。

先建立好撥叉式舵機主要零部件的三維模型，使用3dsMax中的“對齊”功能將建立好的三維模型按照真實的舵機配合方式組裝住一起。在此舵機模型中共有24個底座固定螺母，依次底座固定螺母1至24，給底座固定螺母2至24加“位置約束”，并添加底座固定螺母1使其成為其他螺母的旋轉目標，設置好后將24個底座固定螺母成組。參照底座固定螺母的設置方法，來設置12個油缸緊固螺母。

2.1.1底座緊固螺母動畫

在透視圖中設置拆裝動畫。將底座固定螺栓組打開選擇螺母1，激活動畫控制區(qū)的“設置關鍵點”按鈕，將0幀設置為螺母轉動的第一個關鍵點（轉動動畫的開始時間點）在“當前幀”欄內鍵入30，使螺母1以Z軸為旋轉軸旋轉720°，單擊“設置關鍵點”按鈕，將第30幀設置為轉動的的二個關鍵點（轉動動畫的結束時間點），這樣在播放動畫時在0至30幀這段時間內螺栓將以自身的Z軸為轉軸旋轉720°。關閉該組，在0到30幀時間段內使用移動工具使螺母組沿Z軸由緊固位置移動至松開位置。螺母的轉動動畫和螺母的移動動畫結合在一起將成為逼真的螺母的拆解動畫。保持螺母組的選中狀態(tài)，將第60幀設置為關鍵點，制作螺母組由機旁移動到零件存放處的動畫。

2.1.2柱塞動畫

柱塞拆解動畫是由410幀開始至430幀結束，使用移動工具將其有安裝位置移動至零部件存放處。需要特別說明的是要將410幀設置動畫開始的關鍵點，勿將0幀錯誤的設置為動畫開始的關鍵點。若將0幀設置為動畫的開始關鍵點，則柱塞將從0幀開始運動。其他部件的拆解動畫參照上面兩種方法均可完成。

2.2舵機的組裝動畫

舵機的組裝是舵機拆解的逆過程。舵機組裝動畫在動畫幀軸上是播放是0至500幀，將組裝動畫反置播放即可形成舵機的拆解動畫。

在透視圖中，選中所有的舵機對象，打開“曲線編輯管器”，在“模式”菜單將“軌跡視圖”設置為“攝影表”模式，單擊“修改子樹”按鈕，使“關鍵點”窗口以關鍵點方式顯示，在“時間”工具欄選擇“選擇時間”按鈕，選擇舵機的所有動畫層，單擊“反轉時間”按鈕，時間將反轉，播放動畫舵機將從圖8所示零部件狀態(tài)自動組裝成圖7所示的組合狀態(tài)。

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