基于Creo Illustrate的三維技術(shù)插圖應用

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)計工程師規(guī)劃、設(shè)計技術(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)計思想。

隨著服務質(zhì)量的提高，技術(shù)插圖作為服務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，通過對多種來源和類型的原生CAD數(shù)據(jù)進行異構(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（服務物料清單），在此基礎(chǔ)上構(gòu)建各種圖形、序列、動畫和項列表等插圖要素，準確地表達產(chǎn)品的外觀、細節(jié)、工藝、維修和保養(yǎng)等意圖，創(chuàng)建出專業(yè)的掛圖、圖冊以及維修、保養(yǎng)、培訓與演示等類型的動畫；從產(chǎn)品技術(shù)插圖需求和Creo Illustrate軟件功能對接的角度研究三維技術(shù)插圖的創(chuàng)建技巧和應用策略，是插圖設(shè)計工程師的必備技能。

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）導入：導入原生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)：從已導入的原生CAD工程物料清單（eBOM）創(chuàng)建插圖的服務物料清單（sBOM）；（4）圖形：使用插圖工具創(chuàng)建具有不同顯示方式的多個圖形；（5）過程：使用序列、動畫工具創(chuàng)建靜態(tài)和動態(tài)過程插圖要素；（6）信息：使用項列表工具創(chuàng)建通過動態(tài)鏈接的標識，并完成插圖的零件列表；導入導出信息接口；（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)計技術(shù)插圖，從6個重要的工作要素著手：結(jié)構(gòu)、圖形、嵌件、序列、動畫和信息。工程師創(chuàng)建技術(shù)插圖時要將產(chǎn)品信息表達要點和這6個設(shè)計要素進行對接，從而用軟件工具實現(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。包括三個方面的任務。

（1）導入：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)導入，組成工程物料清單（eBOM），導入時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：對服務物料清單（sBOM）進行具體設(shè)計。可以對sBOM結(jié)構(gòu)進行節(jié)點、層次規(guī)劃，同時可以進行重命名、移動模型，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：導入多個原生CAD數(shù)據(jù)后，對于模型的裝配關(guān)系需要進行約束，如匹配、定向和定位操作，必要時要創(chuàng)建構(gòu)造坐標系作為裝配約束參照。另外需要對插入的3D符號模型進行組裝操作。

2.圖形顯示技術(shù)

圖形顯示設(shè)計是技術(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)置從四個方面進行：背景顏色及梯度、模型外觀、光照場景和圖形渲染模式。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置的坐標系軸參照、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練的ARPA語言模型轉(zhuǎn)換為特定于解碼的二進制格式[16]。為此，需要使用了工具arpa2fst、fstcompile和多個Perl腳本等一些實用工具對ARPA語言模型進行格式轉(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。其顯示屬性可獨立于圖形單獨設(shè)置。當照相機放大或縮小時，插頁仍保持原有尺寸不變。插頁還可以包含標題，提供與圖形相關(guān)的信息。

（4）分解視圖：分解方式有手動和智能兩種。使用智能分解可以從在圖形中選擇的錨點開始，沿著指定的軸和坐標系移動它們。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。可以定義分解線的起點、中間點和終點，以及它們移動的路徑和方向（圖6）。

圖5 剖切和插頁視圖

圖6　分解視圖

3.嵌件應用技術(shù)

嵌件包括注釋、符號、分解線、構(gòu)造幾何和測量等（圖7）。注釋包括自動標識和手動注釋，自動標識包括無、項號和標記。手動注釋包括項號、標記、注解與參考等。符號包括2D圖像和3D模型兩種，構(gòu)造幾何包括點、軸、線、曲線以及平面和坐標系。測量包括距離、直徑和角度。

項號可以按照頂、底、左、右對齊以及水平、豎直均勻分布。可以手動排列項號（例如順時針順序）。

圖 7　嵌件

4.序列處理技術(shù)

序列是一系列的圖解、動畫步驟（圖8），例如汽車的拆卸過程。一個圖形可包含一個序列。如果一個圖形包含了一個序列，則圖形窗口的右上角會出現(xiàn)一個標題框。而主面板處，該圖形的縮略圖中會出現(xiàn)一個小標題框。使用“序列”功能區(qū)選項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：動畫3D圖形、帶關(guān)聯(lián)標記的注釋和符號、名稱和說明文本以及步驟確認（開或關(guān)）。序列可以進行的操作：添加并移動步驟、在步驟中創(chuàng)建動畫、將信息添加到步驟與編輯步驟動畫和信息。

圖8　創(chuàng)建序列步驟

5.動畫制作技術(shù)

動畫是動態(tài)的三維技術(shù)插圖，使用動畫可以執(zhí)行下列用途：（1）說明裝配操作，如果已完成概念設(shè)計，但未完成機械部件，則可將主體拖動到不同位置，然后截取快照來創(chuàng)建動畫；（2）創(chuàng)建裝配或拆卸序列動畫；（3）創(chuàng)建維護序列，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畫；（4）說明在特定環(huán)境中工作的產(chǎn)品，以進行現(xiàn)場維修培訓。

動畫制作過程和一般影視制作流程類似，包括下列四個方面。

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

（2）錄制：動畫選項卡中的錄制命令組（圖9）包括實時錄制（記錄命令）和手動錄制（捕獲命令）兩種模式，錄制對象包括內(nèi)容和照相機兩類。錄制內(nèi)容具體包括以下類型的項：零件、子裝配、裝配、注釋、測量、剖視圖、3D庫零件和符號。

圖9　錄制工具

（3）剪輯：軌跡和關(guān)鍵幀是動畫的兩大關(guān)鍵要素。通過兩個命令組、兩個選項卡、兩個編輯器進行剪輯操作。關(guān)鍵幀編輯器（圖10）包括軌跡樹和時間線區(qū)域。軌跡樹控制各個項目的軌跡事件行，時間線對應時間節(jié)點上每個事件的行為。

圖10　關(guān)鍵幀編輯器

剪輯操作通過動畫選項卡下的播放、時間線控制兩個命令組、以及動畫軌跡工具和動畫關(guān)鍵點工具兩個選項卡進行具體命令操作。

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

圖11　動畫軌跡工具

在時間線區(qū)域的事件內(nèi)選中關(guān)鍵點，右鍵菜單編輯，打開關(guān)鍵點編輯器（圖12），在該對話框中可以設(shè)置時間點、插值模式。尤其是可以調(diào)整動畫特效的細節(jié)：飛入飛出，可以更改距離位置、可見性和時間段；淡入淡出可以更改可見性和時間段；搖動可以更改多個距離時間段和對應角度；脈動可以調(diào)整比例和時間段；旋開可以更改移動距離（相對于全局坐標系），旋轉(zhuǎn)角度、時間段。

（4）合成：將動畫導出為影片文件，基本操作步驟為：單擊動畫→導出。打開將動畫導出為影片對話框。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。選擇下列各項值：每秒幀數(shù)、寬度、高度和鎖定縱橫比。

圖12　關(guān)鍵點編輯器

注意幀數(shù)和影片播放時間的確定：幀數(shù)=1+動畫設(shè)計時間/間隔；影片播放時間=（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）細化項列表、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的導出/導入，構(gòu)造幾何的保存/加載，本地化文本的導出/導入，插頁、注釋、符號和印章庫的定制與加載，動畫影片導出等。

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)插圖需要對軟件進行必要的客制化同時對插圖構(gòu)建流程進行規(guī)范化。這就要求插圖設(shè)計工程師熟練掌握軟件功能的使用和界面定制、各種配置和庫的擴展，同時深入挖掘產(chǎn)品需求，進行具體分類，并與軟件功能進行對接，規(guī)范化插圖構(gòu)建流程，必要時制定企業(yè)技術(shù)插圖創(chuàng)建規(guī)范。