SolidWorks結(jié)合KeyShot在工業(yè)流水線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐明昱

（沈陽(yáng)涵奕工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來(lái)越依靠高性能計(jì)算機(jī)以及各種強(qiáng)大的CAD/CAM 軟件[1]。SolidWorks 軟件在諸多領(lǐng)域例如模具制造、汽車(chē)工業(yè)、航天工業(yè)等都占據(jù)著重要的地位，它具有強(qiáng)大的建模、曲面造型、仿真等功能，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造更加的智能化、高效。但是隨著工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品的宣傳也做得越來(lái)越細(xì)致。消費(fèi)者會(huì)通過(guò)產(chǎn)品的外觀來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初步判斷[2]，這就要求對(duì)產(chǎn)品模型的渲染要達(dá)到非常逼真的效果。

1 相關(guān)軟件介紹

1.1 SolidWorks 軟件介紹

SolidWorks 軟件是美國(guó)SolidWorks 公司開(kāi)發(fā)的一款基于Windows 系統(tǒng)下的三維CAD 軟件，從1995 年開(kāi)始深受?chē)?guó)內(nèi)機(jī)械類企業(yè)高校歡迎。SolidWorks 軟件在三維建模方面應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、機(jī)械設(shè)計(jì)以及模具設(shè)計(jì)等眾多領(lǐng)域，它的操作簡(jiǎn)單，容易上手，有效提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，同時(shí)降低了制造成本。SolidWorks 擁有很多國(guó)家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，并可以運(yùn)用PDM 實(shí)現(xiàn)多人一起聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，在工作環(huán)境二次開(kāi)發(fā)方面也有很多開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口，具有參數(shù)化建模、TopDown（自頂向下）設(shè)計(jì)、DownTop（自下向上）設(shè)計(jì)等諸多功能。

1.2 KeyShot 軟件介紹

KeyShot 是The Key to Amazing Shots 的縮寫(xiě)，是一個(gè)實(shí)時(shí)性光線追蹤與渲染軟件，只需對(duì)導(dǎo)入的三維模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就可以獲得相片級(jí)的逼真渲染效果[3]。KeyShot 不僅可以渲染輸出圖片還可以輸出渲染動(dòng)畫(huà)，是一款功能強(qiáng)大而且非常好上手的渲染軟件。KeyShot 與其他的渲染軟件例如Vrav 等相比有一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)，就是它可以對(duì)3D 模型進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，即可以讓使用者在調(diào)節(jié)渲染參數(shù)的同時(shí)得到渲染的效果。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)提高渲染效率，獲得更好效果的渲染有著不容忽視的作用。

KeyShot 上手迅速，界面簡(jiǎn)潔易懂。在渲染時(shí)只需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的附材質(zhì)、選擇顏色以及選擇燈光和背景等操作就可以得到逼真的渲染效果[4]。KeyShot的出現(xiàn)讓原來(lái)需要專業(yè)人員才能進(jìn)行的渲染工作變得“簡(jiǎn)單化”。

2 使用KeyShot 對(duì)SolidWorks 建模進(jìn)行渲染

2.1 SolidWorks 建模及渲染前的處理

以某企業(yè)廠房生產(chǎn)車(chē)間流水線作為SolidWorks 建模模型的例子，介紹說(shuō)明渲染前對(duì)SolidWorks 模型的處理。由于在KeyShot 中無(wú)法識(shí)別模型的各個(gè)曲面，直接附材質(zhì)會(huì)導(dǎo)致相連的面都附上同一種材質(zhì)，所以在導(dǎo)入模型之前必須要對(duì)模型不同材質(zhì)的曲面設(shè)置不同的顏色，這樣在KeyShot 中就默認(rèn)對(duì)顏色相同的面附相同的材質(zhì)而顏色不同的面補(bǔ)不同的材質(zhì)。渲染前對(duì)SolidWorks 模型的處理如圖1 所示，渲染后SolidWorks 模型如圖2所示。

圖1 渲染前對(duì)SolidWorks 模型的處理

2.2 使用KeyShot 進(jìn)行渲染

導(dǎo)入SolidWorks 模型。在KeyShot 中選中模型進(jìn)行導(dǎo)入操作，KeyShot 可以識(shí)別多種三維建模模型的格式，其中包括.prt、.3ds 等格式。動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)軟計(jì)Maya、3DMax，工業(yè)設(shè)計(jì)軟件Rhino 以及機(jī)械設(shè)計(jì)軟件SolidWorks 等所建立的模型都可以導(dǎo)入到KeyShot 中，體現(xiàn)了KeyShot 具有強(qiáng)大兼容性。隨著KeyShot 軟件的開(kāi)發(fā)研制，其增加了SolidWorks 的外掛插件。使得SolidWorks 模型導(dǎo)入KeyShot 更加方便。模型導(dǎo)入KeyShot 中如圖3所示。

圖3 模型導(dǎo)入KeyShot 中

配置材質(zhì)和顏色。KeyShot 中自帶多種類型的材質(zhì)，包含金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)。渲染時(shí)，操作者只需用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)材質(zhì)到模型相應(yīng)的部位就可完成操作。需要改變顏色時(shí)，將鼠標(biāo)放在模型上右鍵單擊出現(xiàn)編輯材質(zhì)，點(diǎn)擊編輯材質(zhì)在選項(xiàng)卡里就可編輯顏色，如圖4 所示。

圖4 KeyShot 中配置材質(zhì)顏色

HDR 貼圖與背景選擇。KeyShot 支持HDR 環(huán)境貼圖，這能使模型上的材質(zhì)表現(xiàn)出更佳的反光效果，達(dá)到更加逼真的渲染。通過(guò)選擇比較不同的燈光，進(jìn)行及時(shí)的光影追蹤和效果處理，使用者可以比對(duì)出更優(yōu)的燈光環(huán)境，還可以選擇合適的背景貼圖模擬模型在室內(nèi)或室外的效果，配合調(diào)整HDR 就可以讓模型的渲染更加逼真，如圖5所示。

圖5 HDR 環(huán)境貼圖

進(jìn)行渲染及調(diào)整。在對(duì)模型進(jìn)行附材質(zhì)、配置顏色、HDR 貼圖以及背景選擇之后，模型的渲染操作已經(jīng)基本完成。最后對(duì)渲染輸出的圖片進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)選擇，包括分辨率、格式、打印大小和保存路徑等，再點(diǎn)擊渲染就可以得到最終的渲染圖片。

需要注意的是一旦開(kāi)啟KeyShot，計(jì)算機(jī)的CPU將達(dá)到100%。這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)非常卡頓、操作滯緩。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在渲染時(shí)可以選擇部分CPU 進(jìn)行工作，例如4 核CPU 選擇3 核進(jìn)行渲染，并且在渲染時(shí)可以選擇性能模式，減輕CPU 的負(fù)擔(dān)。

由于KeyShot 是實(shí)時(shí)渲染軟件，只要開(kāi)啟，它就會(huì)在設(shè)置的參數(shù)時(shí)間內(nèi)一直進(jìn)行渲染操作。為此可以選擇合適的渲染時(shí)間參數(shù)，既能觀察到實(shí)時(shí)渲染的效果，又不會(huì)因?yàn)镃PU 負(fù)擔(dān)過(guò)大導(dǎo)致計(jì)算機(jī)過(guò)度卡頓。選擇編輯命令，單擊首選項(xiàng)，在暫停實(shí)時(shí)渲染前的時(shí)間選項(xiàng)內(nèi)選擇合適的時(shí)間參數(shù)即可完成操作，如圖6所示。

圖6 KeyShot 渲染時(shí)間設(shè)置

另外KeyShot 的渲染效果雖然很好，但是隨著渲染像素的增高，所需要的渲染時(shí)間也會(huì)大大增加。并且有時(shí)往往需要在同一個(gè)模型上渲染出不同的外觀效果來(lái)進(jìn)行比對(duì)或者要渲染多個(gè)模型。這時(shí)如果再一張張地輸出渲染圖片就會(huì)使工作效率低下，此時(shí)可以在渲染模式中選擇添加到隊(duì)列，將每張圖的渲染任務(wù)添加到隊(duì)列，最后再選擇處理隊(duì)列。這時(shí)工作人員無(wú)需再守候在電腦前，KeyShot 會(huì)自動(dòng)渲染隊(duì)列中的任務(wù)。經(jīng)過(guò)以上的操作之后，就可以得到渲染好的圖片。

3 結(jié)束語(yǔ)

SolidWorks 作為機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，在CAD/CAM 領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用，它有效地提高了設(shè)計(jì)效率并且降低了制造成本。KeyShot 作為一款專業(yè)實(shí)時(shí)渲染軟件，可以對(duì)SolidWorks 模型進(jìn)行高效、逼真的渲染處理。如果將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既能發(fā)揮SolidWorks在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析時(shí)的強(qiáng)大功能，又能利用KeyShot的高效渲染，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和宣傳將更加高效，企業(yè)也將獲得更大的市場(chǎng)效益。