基于3DMAX和Virtools的貨車驅動橋虛擬裝配系統開發

田 振 ，蔣 歡 ，譚曉丹 ，陳 麗

（1.河北科技大學機械工程學院，河北 石家莊 050000；2.邢臺職業技術學院，河北 邢臺054000）

貨車驅動橋虛擬裝配系統使用了Autodesk出品的3DMAX軟件進行模型的構建、渲染及面片處理等，使用法國達索公司出品的Virtools軟件進行系統的腳本設計和裝配系統搭建。3DMAX是世界上應用廣泛的三維建模、渲染工具，并且廣泛應用于游戲開發、角色動畫以及設計行業等領域，但是其在機械建模方面應用不多，多是用于機械模型的優化渲染和格式轉換，很少在其軟件本身進行建模[1]。本次研究的內容就是探索運用MAX軟件對驅動橋進行建模，并且發現和解決在建模過程中遇到的問題，本文對其一部分進行了詳細闡述。Virtool行為模塊眾多，可實現的功能也很豐富，但是在平臺搭建之處的規劃和搭建過程中找到合適的符合行為要求的模塊難度很大，并且伴隨著其具體模塊的正確使用方法的不明確，給搭建工作帶來的難度也很大[2-4]。本次對其中裝配講解文字的實現過程做了詳細的講解。

1 結構設計

貨車驅動橋虛擬裝配系統開發共分為四部份，即三維建模、模型渲染、模型導出和虛擬裝配系統搭建，如圖1所示。系統搭建涉及到總體裝配方案設計、BB功能模塊的選取、BB模塊正確的使用方法和協調搭配等，按照貨車驅動橋實際的裝配過程，設計了虛擬系統的搭建流程，具體流程如圖2所示。

圖1 設計流程圖

圖2 平臺搭建流程

利用3DMAX完成零件的建模、減面、渲染、模型導出和導入Virtools等工作。使用Virtools進行了腳本編輯，以精簡的原則進行了搭建，本次貨車驅動橋虛擬裝配系統共分為兩個腳本：界面、零件裝配，零件裝配部分共分為8個單元，如圖2所示。每個單元完成一部分零件的裝配，并且配有文字解說，鍵位交互等特征。

2 核心技術

2.1 關于3DMAX用布爾求差集經常出現空心的問題

在運用布爾或者超級布爾對車削體進行求差時會出現空心現象，形成不封閉模型，大多數情況下成型后是否封閉是不易觀察的，對后期處理造成很大麻煩。

經過探索后發現，如果形成的車削體是封閉的，兩個模型求差之后也會是封閉模型，反之則不封閉，進而出現上述問題。因此保證模型車削后閉合是解決問題的關鍵。

通過多次實踐后得出結論：樣條線編輯階段和車削軸的調整是保證車削體閉合的關鍵所在。對于樣條線來說，一共有三種樣條線的車削類型，即非封閉式線條、封閉式線條和拼湊型封閉線條三種。

針對第一種類型，如圖3（a）。拿車削形成圓柱體來說，要求的是樣條線沿X軸旋轉，但如果車削的軸沒有調整好，布爾運算后的模型如3（b）所示，顯然如上面所說沒有形成標準的閉合體，不符合建模要求。解決辦法就是在于調整好非封閉式線段的兩個末端端點對齊，一定保證好在Z軸和Y軸坐標相同（相應軸坐標相同隨模型要求改變）；第二點在于車削的軸要與兩個點的連線在同一條直線上，車削后焊接內核，最后形成一個封閉式的車削模型。

圖3 非封閉型

針對第二種類型，已經構成閉合線的來說，拿車削成環形為例。只要把車削軸調整到合適的位置，符合建模尺寸標準即可，后期布爾運算求差后不會出現空心現象，如圖4所示。

圖4 封閉環型

針對第三種類型，是屬于多個線段拼湊的封閉線。因為針對不同特點的零件模型有不同的建模方法，有時就是需要多個不同特征的線段之間通過端點來連接進行車削。此時在線條之間的連接處理不妥當的話，同樣也會出現求差后不封閉的現象。

如圖5所示，編輯產生兩條線，隨后通過捕捉使兩條線的兩個端點重合，再運用附加命令再布爾運算，同樣會出現空心現象。其實兩條線之間雖然附加成一個操作對象，但是點與點之間還沒有連接在一起，是完全獨立的兩個點，整個線屬于不閉合線條。

圖5 拼湊不封閉型

遇到這種需要連接兩個端點的情況，可以通過焊接與連接命令達到兩點真正連接的效果。第一種解決方法是先附加兩條線再調節端點位置，設置好焊接點距離范圍，點擊焊接后兩個頂點會自動移動到兩點之間的中點，完成兩點的焊接工作。另外一種方法就是連接命令，操作方式是通過鼠標按住頂點不放進行新線生成完成兩點連接。這種方法和焊接相比較有明顯的不足，因為它不是對現有頂點進行移位，而是產生新的線條進行連接，對模型整體尺寸精確性有很大影響。

2.2 腳本創建

（1）創建的腳本如圖6所示，腳本有兩個：封面設定、零件裝配。其中裝配分為八個步驟，共計八個單元，每個單元之間通過鍵位開關來控制。

圖6 腳本展示

（2）文字插入。文字插入界面就是【Text Display】與【Identity】的配合使用。第一個行為模塊如圖7（a），屬于文本展示的模塊；【Identity】是屬于一種賦值模塊，能夠賦予很多種類的參數，其特性符合要求，如圖7（b）。在每個單元的開頭處插入賦值模塊，再通過文本展示模塊接口快捷方式進行八個單元的連接，進而完成文字插入。

圖7 模塊展示

3 結束語

開發的虛擬裝配系統如圖8所示，本次設計了一款較為簡單的封面，設置而一個“開始安裝”按鈕。主體裝配部分：每一步都有裝配信息詳解和操作指導，簡單易操作。

（續下圖）

（接上圖）

圖8 系統展示

本文中開發的貨車驅動橋虛擬裝配系統具有鍵位與鼠標交互、過程講解和裝配重組等功能。解決了關于3DMAX用布爾求差集經常出現空心的問題。為后續開發其他虛擬裝配系統提供了一種方法。