毕业设计说明书（论文）中文摘要
《减速器拆装实验》是机械基础课程的一个传统的综合性实验项目，在一些高等院校都开有这一门学科。我就是在这种情形下学习的有关减速器的内容。在学习的过程中发现在减速器拆装与测量实验的教学中存在一些问题。而解决这些问题则正是本次设计所要研究的目的。
我的设计是对两套减速器进行拆装测量，同时应用Pro/E软件的高级三维建模技术，装配动画和运动仿真等功能在计算机上对两级的直齿与锥齿减速器的零件进行建模，装配与仿真，并应用Pro/E的三维模型导出二维的工程图图纸的功能以及AutoCAD 2007二维的绘图功能对两套减速器模型进行二维装配图纸的绘制的相关过程。
关键词Pro/E 减速器装配动画仿真
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title : Development of Reducer’s 3D Model Assembly
Animation and Motion Simulation
Abstract
" The experiment of reducer’s disassemble and assemble " i s a traditional comprehensive pilot project in the basic course of mechanical, it is a course retained in many institutions of higher learning. However, " The experiment of reducer’s disassemble and assemble ", there are many issues in teaching. The solution of these problems are designed to be precisely this purpose of the study.My design for disassembly is a measurement of the two sets of gear, while application of Pro/E software for advanced three-dimensional modeling, animation and motion simulation of assembly and other functions on the computer two straight bevel gear teeth and the part Modeling, assembly and simulation, and application of Pro/E three-dimensional model derived two-dimensional drawing capabilities, and AutoCAD 2007 drawing two-dimensional graphics model of the two sets of gear assembly drawing two-dimensional drawing of the relevant processes.
Keywords Pro/E reducer assembly animation simulation
目录
1 绪论 (1)
1.1 研究的背景 (1)
1.2 《减速器拆装实验》的现状分析 (1)
1.3 实验需要改革、创新 (2)
1.4 实验的创新方法分析 (2)
2 减速器的相关数据 (5)
3 减速器的3D模型的开发 (7)
3.1 减速器的概述 (7)
3.2 系统环境的介绍 (7)
3.3 计算机软件的介绍 (7)
3.4 典型零件的创建 (9)
3.5 虚拟装配 (19)
3.6 绘制二维图纸 (20)
3.7 模型爆炸图 (21)
3.8 仿真制作 (22)
结束语 (23)
致谢 (24)
参考文献 (25)
1 绪论
1.1 研究的背景
《机械设计基础》课程是有关机械专业的一门技术基础课，是学习其他有关机械知识的奠基石。而减速器拆装实验是实践课程的一个重要环节，它对实现课程教学的目标有着至关重要的作用。这个实验能够让初学机械的学生更好的掌握机械结构、了解结构设计的原则，同时也对有关《机械设计基础》的课程设计与毕业设计有很大的帮助，对增强学生的实践能力，培养学生理论联系实际的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力都起到了一定的促进作用。[1]
目前，一些高等院校有关减速器的教学内容主要包含在《机械设计课程设计》和《减速器拆装实验》中，尽管《机械设计》课程正在减少一些课时数，但有关减速器的知识依然是不可或缺的教学内容；经调查研究，各大专院校基本上都保留了《减速器拆装实验》这一传统的实验项目，然而，在实际教学之中，由于《减速器拆装实验》是一个传统实验项目因而缺乏创新内容，在促使学生全面掌握减速器相关知识方面，存在明显不足，达不到应有的教学效果。本文针对这种教学现状，运用Pro/E的3D 几何造型和运动仿真及动画功能，在计算机中实现减速器仿真拆装的创新实验项目，以便提高教学质量。[4]
1.2 《减速器拆装实验》的现状分析
1.2.1 《减速器拆装实验》的教学目的及教学内容
有许多的通用元件包含于减速器中，如轴、轴承、齿轮轴、齿轮、挡油环、密封元件、端盖等。使学生能够熟悉掌握减速器的基本结构是减速器拆装实验的基本要求和目的，了解常用减速器的用途及特点；了解减速器各零件的名称、结构、功用；了解减速器的装配关系及安装调整过程；学会减速器基本参数的测定方法；能够促进学生提高动手能力，培养理论联系实际的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，是发掘学生创新思维的重要手段。[2]
培养并提高学生的综合能力是减速器拆装实验的重要目的所在，通过实验能有效帮助学生复习和理解所学知识，并将知识系统化。由于学生缺乏实践知识，所以处理结构问题能力较差，考虑问题往往不全面，在以后的设计中往往出现定位不可靠，难装难拆、难以加工等问题。通过减速器拆装实验对轴系结构的分析，使学生熟悉和掌
题。[6]
基本目的要求如下：
（1）通过拆装实验，了解两级齿轮减速器轴和齿轮的结构；
（2）了解减速器轴上零件的定位、齿轮和轴承的润滑、密封以及各附属零件的作用；
（3）熟悉减速器的拆装和调整的方法；
（4）培养对减速器主要零件尺寸目测和测量能力。
1.2.2 《减速器拆装实验》教学中存在的问题
在以往的教学方法中老师为学生讲解一些有关减速器的知识，学生只能通过图纸了解减速器的大体结构（齿轮与轴装配的键和键槽无法窥其全貌）。而在进行拆装实验时学生仅能凭记忆对减速器进行拆装，这其中必然也存在着一些不尽人意之处，如轴承等零件实际上是拆不下来或是不允许拆解的。测量的中心距等参数也知识粗值。这样学生会觉得整个实验过程很是枯燥，在这样的氛围中学生是不可能掌握所学的知识。
还有其他的一些情况就是很多学生并不能真正的理解减速器的结构组成，从而造成他们中的一些存在只会“拆”而不会“装”的情况，导致减速器模型无法装回，甚至出现了一些学生将一些装不回去的零件乱装甚至是丢弃等情况，这样不仅达不到的实验目的，也会导致在下一组的学生无法很好地完成实验，而且也会给实验设备造成很大的损失。
还有一部分同学只是“按图索骥”，对减速器中的各个零件的具体结构和作用并不知晓，通过传统的实验教学方法，很多同学都无法真正的掌握减速器的结构和零件的用途，这样自然也就达不到教学效果。
综上所述，这样的拆装实验根本就不能达到让学生学习并将知识系统化的教学目的。[5]
1.3 实验需要改革、创新
由上述的问题可以得出一个结论，实验必须得改革。必须得创新。只有这样学生才能对轴、齿轮、轴承之间的装配和定位有很深的理解。
1.4 实验的创新方法分析
开发减速器的3D模型并与多媒体教学方式想结合。
关于多媒体教学方式的分析：随着计算机的普及，多媒体教学已经在各地高校得以应用，计算机辅助教学已经成为现代教育的重要组成部分。然而很多高校并没有在实验中利用多媒体对减速器进行虚拟装配。本次设计采用的创新方法就是利用Pro/E 软件对减速器的零件建立三维模型，在整个实验过程中可直接调用虚拟模型，教师可直接使用Pro/E软件或结合一些相关视频进行教学。利用计算机辅助教学能培养学生的思维能力和发掘学生的空间想象能力，有利于调动学生学习的积极性和主动性。利用软件在课堂上进行动态教学能够按需造型以及适时的修改模型。而Pro/E软件则为这种教学方式提供了便利。[9]
Pro/E软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真，利用Pro/E的局部放大、平移和翻转等功能，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外型与内腔、各个侧面和局部细节特征。可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使学生学习知识的过程更加清晰、生动。虚拟装拆、动画部分则使得减速器的形象生动真实，这样便能调动学生学习的积极性。
动手操作和虚拟拆装有机结合。实验中通过让学生动手来回推动输入轴和输出轴，亲身感受轴向窜动及传动过程；通过测量各齿轮齿数、中心距，计算传动比和齿轮模数；分析滚动轴承型号等，通过观察，动手感知更有利于提高学生的分析问题的能力。
实验前在Pro/E软件上构件齿轮减速器的真实结构的三维实体模型，教学中教师可以利用软件中“分解”一功能为学生讲解减速器拆卸的顺序。这样可以从各个角度展现齿轮减速器的外部结构，然后选取多个合适的角度分别展示相应零部件的拆卸过程。在学生进行减速器拆装实验时，老师交给学生拆装技巧，学生必须按照老师所说的规范进行实验，并将拆卸下的零部件规范的摆放在工具箱内，这样便于安装减速器。
对减速器轴上各个零件进行装配时，利用Pro/E软件介绍装配基准，演示如何进行传动件的固定；轴的支承、固定；轴承类型，轴承如何装配，间隙如何调整等。这样一来学生对减速器的整个装配过程、轴系零部件之间的固定、机械装置的类型和密封装置及其他减速器附件结构等都会有一个比较直观的了解。为了便于学生进行减速器的安装，了解各零件位置关系，老师可以用Pro/E软件提供的装配建模里面的爆炸视图爆炸分离出装配构件，并且将爆炸视图与装配体进行相应的转换。这样有助于学生了解减速器组成零件的相应的位置。利用虚拟模型和实物结合集中辅导学生实验中出现的问题，能大大提高教学质量。[11]
本次设计，组要的任务就是要利用Pro/E软件对减速器的组成零件进行三维建模并对减速器进行虚拟装配及动画仿真。
2 减速器的相关数据
锥减速器的有关数据如表2.1 所示。
表2.1 锥减速器
模 数 齿 数 压力角 旋转角 输入齿轮
3 26 65 3
4 齿轮2
3 26 65 40 齿轮轴
2.5 22 20 12.5 输出齿轮 2.5 87 20 12.5 由于轮系的传动比是所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值，所以锥减速器的传动比为：
i = 3.955
齿轮的分度圆直径为：
d = mz
设计时选定的电机功率10=P kw,每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）97.0=η，所以输出的轴上的功率P 为:
41.997.010η223=×==P P KW )1450(6.366955
.3114501113==×==n i n n r/min 13.2456
.36641.995500009550000333=×=×=n P T N ?mm 作用在齿轮上的力：
28.678
13.2452223=×==d T F t N （圆周力） 58.1740
cos 65tan 28.6βcos αtan =×==n t r F F N （径向力） 27.540tan 28.6βtan =×==t a F F N （轴向力）
所以各齿轮的分度圆按表格顺序依次为： 78 ，78 , 55 , 217.5 (单位：mm)； 锥斜减速器运动仿真的参数：选取的转速为30 deg/sec ，转动时间为 8 s 。
直减速器的有关数据如表 2.2 所示。
表2.2 直斜减速器
模数 齿数 压力角 旋转角 输入齿轮
2.5 20 20 12.5 齿轮2
2.5 69 20 12.5 齿轮轴
2.5 20 20 12.5 输出齿轮 3 67 20 12.5 由上述数据可以计算出直减速器的传动比为：
i = 11.5575
有上述数据得出个齿轮的分度圆直径按表格顺序依次为：50 , 172.5 , 50 ，201 (单位mm)。
设计时选定的电机的功率与锥减速器选定功率相同P=10kw, 每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）97.0=η，所以输出的轴上的功率P 为:
41.997.010η223=×==P P KW
)1450(46.1255575
.11114501113==×==n i n n r/min 29.71646
.12541.995500009550000333=×=×=n P T N ?mm 作用在齿轮上的力：
3.85
.17229.7162223=×==d T F t N （圆周力） 09.35
.12cos 20tan 3.8βcos αtan =×==n t r F F N （径向力） 84.15.12tan 3.8βtan =×==t a F F N （轴向力）
运动仿真的有关参数：选取的转速为 5 deg/sec ，转动的时间为 12 s 。
3 减速器的3D模型的开发
3.1 减速器的概述
减速器顾名思义就是一种减速的器件，是一种动力传达机构，利用齿轮的齿数不同，将马达的回转数降低到所要的回转数，在减速的过程中会产生较大转矩的机构。
减速机的作用：
（1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比（不能超出减速器额定扭矩）。
（2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。
3.2 系统环境的介绍
（1）实验设备：两台实验用的两级齿轮减速器；
（2）计算机及相关硬件：CPU P4 1.7G以上；内存256MB以上；硬盘80GB等；
（3）计算机软件：Pro/E，AutoCAD 2007。【9】
3.3 计算机软件的介绍
3.3.1 Pro/E应用软件的相关介绍
图 3.1 Pro/E软件的启动界面
Pro/E三维机械设计软件是一款高品质的、易学易用的三维CAD系统软件。
启动界面如图3.1所示。Pro/E软件具有三大特点：强大的曲面功能、技术创新、参数功能强大。这三大优点使得Pro/E成为领先的、主流的三维CAD解决方案。Pro/E 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。如果Pro/E的工程图弄好模板与保存好相关设置，那以后画工程图就直接导入模版与设置文件，这样就是的设计师在设计的过程中能够更加的快捷。【15】
以下为大家介绍Pro/E的诸多功能：
（1）绘制二维图纸
绘制二维图纸是Pro/E软件的最基本的技术，是在软件中使用直线、圆弧等草绘命令绘制形状和尺寸精度的几何图形。二维图纸绘制贯穿了整个零件建模的过程，无论是3D建模、工程图的创建，还是2D组装示意图的创建，都是以草绘为基础。
（2）实体零件的建模
实体类零件的建模是Pro/E软件重要的组成部分之一。而实体零件的建模需要基准点、基准面、基准轴、基准曲面等基准特征。在这些基准特征的基础上才能开始实体特征建模，如拉伸特征、旋转特征、旋转扫描特征等。其次还有孔特征、壳特征、筋特征等工程特征建模。建模完成之后可通过特征的操作与编辑这一功能对模型进行修改使得模型更加的完善。
（3）曲面特征建模
曲面特征是现代产品工业设计中不可或缺的特征。曲面特征是一种没有质量和厚度等物理属性的几何特征，它提供了非常弹性化的方式来建立单一曲面，然后将单一曲面集成为完整且没有间隙的曲面组，最后将曲面组转化为实体。
曲面特征建模分为曲面建立和曲面编辑两大功能。
（4）工程图的生成
通过Pro/E软件的这一功能用户可以很方便地将三维模型生成所需的二维模型，生成的工程图与模型之间依然保持着参数化的关联性。在转化的过程中可以生成各类剖视图，如全剖视图、半剖视图、局部剖视图等。转化成二维图纸还可以对图纸进行快速的标注。这样使得制造人员在制造的过程中能够清楚地知道加工零件的尺寸，还有零件的表面粗糙度。
（5）零件装配
零件装配功能可以使零件装配成整体的机构，使得零件更加的形象。这一功能是通过一些装配约束将零件结合在一起。通过Pro/E软件的装配功能还可以将机构分解，形成一个爆炸效果图。让用户明白机构中每个零件的位置。【10】
（6）Pro/NC加工
通过Pro/NC加工可以很快的输出编辑的程序，让繁琐的编程变的简单快捷。Pro/NC加工包含平面铣削、轮廓铣削、体积块铣削、曲面铣削、孔加工、轨迹加工等。
3.3.2 AutoCAD 2007 应用软件的相关介绍
AutoCAD 的绘图功能很是强大，所以很多设计师都会用其绘制图纸，在加工车间工人师傅们使用的图纸也基本上是AutoCAD的图纸。
下面是AutoCAD的基本功能：
（1）绘制与编辑图形
AutoCAD的“绘图”菜单中包含有丰富的绘图命令，通过软件可以绘制直线、圆、矩形、多边形、椭圆等基本图形，也可以将绘制的图形转换为面域，对其进行填充。通过软件中的修改功能可以对所绘的图纸进行修改，是的绘图变的简单快捷。AutoCAD 二维图纸上尺寸标注都很清晰设计师可以通过其他的软件轻易地将二维图纸变成三维模型。使用“绘图”、“建模”命令中的子命令，用户可以很方便地绘制圆柱体、球体、长方体等基本实体。同时如果再结合“修改”菜单中的相关命令，便可以绘制出各种各样的复杂三维图形。
（2）标注图形尺寸
尺寸标注是向图形中添加测量注释的过程，是整个绘图过程中不可缺少的一步。AutoCAD软件可以通过使用“标注”菜单中的快速标注等功能将图纸上的零件尺寸标出，使用编辑命令可以在图形的各个方向上创建各种类型的标注，也可以标注出零件表面的粗糙度等要求。标注显示了对象的测量值，对象之间的距离、角度，或者特征与指定原点的距离。在AutoCAD中有线性、半径和角度3种基本的标注类型，可以进行水平、垂直、对齐、旋转、坐标、基线或连续等标注。此外，还可以进行引线标注、公差标注。标注的对象可以是二维图形也可以是三维图形。
（3）渲染三维图形
在AutoCAD中，可以运用雾化、光源和材质，将模型渲染为具有真实感的图像。
（4）输出与打印图形
AutoCAD所绘图纸可以通过不同样式的绘图仪或打印机输出，还能可以通过不同的格式图形导入AutoCAD。【16】
3.4 典型零件的创建
减速器的零件包含有下箱体、箱盖、轴、轴承、齿轮、端盖、螺钉、螺栓、螺母、油塞、油封、挡油环、垫片、销、键、油标等。
3.4.1 直齿、斜齿齿轮的三维造型
和动力，齿轮传动的优点是功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等，由于齿轮属于常用件所以有相当一部分参数已经标准化，就如本节开篇所列。【11】
本次设计以斜齿为主，因此，本文就以斜齿为例进行建模,过程如图3.2所示。
斜齿轮的建模分析：【12】
（1）输入参数、关系式，创建齿轮基本圆；
（2）创建渐开线；
（3）创建扫描轨迹；
（4）创建扫描混合截面；
（5）创建第一个轮齿；
（6）阵列轮齿。
图3.2 渐开线斜齿圆柱齿轮建模分析
斜齿轮的建模过程
输入基本参数和关系式
（1）单击“”，在对弹出的话框中输入文件名“hecial_gear”,然后点击；
（2)在主菜单上点击“工具”→“参数”，系统会弹出一个“参数”对话框，如图3.3所示。
图3.3 参数对话框
（3
）在“参数”对话框中点击添加按钮“”，可以发现“参数”对话框增加
了一行，依次输入所需参数的名称、值、和说明。需要输入的参数如表3.1所示。
表3.1 创建齿轮参数
名称值说明名称值说明
Mn 2.5 法面模
数
HA ___ 齿顶高
Z 87 齿数HF ___ 齿根高
ALPHA 20 压力角X 0 变位系
数BETA 12.5 螺旋角 D ___ 分度圆
直径
B 48 齿轮宽
度DB ___ 基圆直
径
HAX 1.0 齿顶高
系数DA ___ 齿顶圆
直径
CX 0.25 顶系系
数DF ___ 齿根圆
直径
图3.4 “参数”对话框
（4）在主菜单上依次点击“工具”→“关系”，系统会弹出“关系”对话框，如图3.5所示。
（5）将齿轮的分度圆直径的关系、基圆直径的关系、齿根圆直径的关系和齿顶圆直径的关系输入“关系”对话框中。由这些关系式，系统会自动生成如表3.2所示的未指定参数的值。输入的关系式如下：
齿轮基本关系式
f
f b a
a n n
a f n
a a h d d d d h d d z m d m x c h h m x h h ×=×=×+=×=×+=×+=2cos 2cos /)()(α
α
完成后的“关系”对话框如图3.5所示。
图3.5 “关系”对话框
创建齿轮基本圆
（1）在工具栏内点击按钮“”，系统会弹出“草绘”对话框。
（2）选择“FRONT”面作为草绘基准平面，选取“RIGHT”面作为参考的平面，参考方向为向“右”，如图3.6所示。点击【草绘】。
图3.6 “草绘”对话框
（3）在草绘界面以系统提供的原点为圆心，绘制四个圆，并且标注圆的直径尺
寸，如图3.7所示。在工具栏内点击按钮“”，完成草图绘制。
图3.7 绘制二维草图
（4）用关系式来控制圆的大小。在模型中右击刚刚创建的草图，在弹出的快捷菜单中点击选取“编辑”。
（5）在主菜单上按顺序点击 “工具”→ “关系”，系统会弹出关系对话框，如图
3.8所示。
（6）在“关系”对话框中输入如下的尺寸关系：
齿轮基本圆关系式：
a d D =0
b d D =1
f d D =2
d D =3
其中0D 、1D 、2D 、3D 为圆的直径尺寸代号，尺寸代号的不同视具体情况而定。a d 、b d 、f d 、d 为用户自定义的参数，即为齿顶圆直径、基圆直径、齿根圆直径、分度圆直径。通过该关系式即可创建分度圆。
图3.8 “关系”对话框
创建渐开线
（1）依次在主菜单上点击“插入”→“模型基准”→“曲线”，或者在工具栏上点击按钮“”，系统会弹出“曲线选项”菜单管理器，如图3.9所示。
图3.9 “曲线选项”菜单管理器
（2）在“曲线选项”菜单管理器上依次点击“从方程”→“完成”，最后弹出“得到坐标系”菜单管理器。
（3）在草绘界面点击选取系统坐标系为曲线的坐标系，会弹出“设置坐标类型”菜单管理器。
（4）在“设置坐标类型”菜单管理器中点击 “笛卡尔”，系统会弹出一个记事
本窗口。
（5）在弹出的记事本窗口中输入曲线方程，如下： 0
cos sin sin cos 2
/2
/=×=×+=×=×=××==z s y y s x x r y r x t r p s d r c c i b α
α
α
α
（6）保存数据并退出记事本，完成后的曲线将如图3.10所示。
图3.10 完成后的渐开线
通过镜像渐开线的方法创造出多个渐开线如图3.11所示。
广东工业大学华立学院 本科毕业设计（论文） 玩具四驱车三维建模及动画仿真 系部机电工程学部 专业机械设计制造及其自动化 班级 09机械4班 学号 12010904033 学生姓名邹明珍 指导教师周艳琼 2013年06月
摘要 本次设计是基于solidworks 2010版本来进行四驱车的三维建模和工作状态的动画仿真的,其主要目的是为了开拓广大的玩具市场和满足爱车一族的珍藏喜好,。 本毕业设计主要内容是按真四驱车缩小对四驱车进行仿真设计造型,因考虑成本且实现运动和仿真，本设计简化了其结构而设计的四轮驱动模型车。本设计的材料选用塑料，以便减轻车子的负载和降低成本。把原本的动力源发动机改为电机驱动，通过简单的齿轮传动，改变运动方向和速度，使得轮轴的旋转，从而带动车轮的旋转，让车子运动起来，以达对真四驱车的运动仿真。最后一个部份则是对本次设计中所遇到的问题和解决方案进行的总结。 关键词：solidworks，三维建模，仿真，四驱车
Abstract This design of which main purpose is to develop the toy market and satisfy the collection of motorists preferences, is based on solidworks 2010 version, feeder of the bottled embryo, 3d modeling and stimulation of the status of the animation. The main content of the graduation design is to design simulation modelling according to narrowing the raider buggies. Because of considering cost and realizing the simulation of motions, the design simplifies the structure and designs the four-wheel drive model car. The material selection of this design is plastic , so as to reduce the load and the cost of the car. The motor drive is instead of the source power engine. Through a simple gear transmission, changing the direction and speed of the car, making the rotation of the shaft, so that it can drive the rotation of the wheel, let the car move, and achieve the movement simulation of the true buggies .The last part is summarizing about the problems encountered and the solutions in this design. Keywords: solidworks , 3d modeling , simulation, four-wheel drive
摘要：随着科学技术的不断进步，在很多工程建筑和很多的媒体技术中，三维建模和三维动画的仿真技术被人们广泛运用，本文就三维建模和三维动画仿真技术的概念特点等进行分别介绍，集体研究。 关键词：三维建模；三维动画；仿真技术 中图分类号：j218.7 文献标识码：ａ文章编号：1005-5312（2012）17-0043-01 一、关于三维建模 （一）三维模型 所谓的三维模型就是一个物体用三维的多边形表示出来，然后用计算机或者其他的设备用视频的形式进行显示。现实的物体可以使在现实世界里存在的实际物体，也可以是设计者虚构出的，总之就是不管是有的没得，只要是能想出来的都能用三维模型表示出来。 （二）三维建模的应用范围 三维建模在现在这个科技发展迅猛的时代已经被运用在各个领域，其中在视频游戏中，三维建模是作为计算机和视频游戏中的资源被运用，而在医疗行业中，三维建模被使用于器官的制作模型等，在电影电视行业中，他们被用于特技手段和活动的人物制作，在建筑业中，三维建模用来展示所要表达的建筑物和地貌风景等。 （三）三维建模的方法 1、软件建模 现在市场上有很多比较先进的建模软件，比如3dmax、maya、autocad等等，这些软件的共性是用一些较基本的几何体，如长方体、正方体、立方体和球体等，构建一系列的平移、旋转、拉伸和一些较复杂的几何场景来实现的。能够用团建来进行三维建模的主要是屋里建模、几何建模和行为建模等等，而其中尤几何建模的创建和描述是三维建模之间的重点。 2、仪器设备测量建模 三维建模中重要的工具就是三维扫描仪，又被叫做三维数字化仪。这种仪器能够将现实世界中的彩色努力提的信息快速的转换成计算机能够识别和处理的数字信号，并且能够为三维建模实现数字化提供了有效的方法。 3、图像或者视频建模 在现在的计算机图形学的研究领域，用图像或者是视频来进行三维建模是很多学者比较感兴趣的，这种方法同那些比较传统的建模方法相比，具有很多特别的优势，比如，用图像或者视频创建的模型会比别的方法更加真实和自然，并且，运用这种方法创建模型会变得更方便，速度也会大大提升。质量和速度的提高，是图像或视频建模最大的特色。 二、关于三维动画的仿真技术 （一）动画 借用人的视觉暂留原理，一系列的静态图像播出之后，会在人的视网膜上留下动态的效果，而利用计算机设计的动画效果，就是用计算机中比较高效的图像处理的功能，用一连串的关键帧来对物体的关键时刻进行描述，准确的几率物体关键时刻的位置结构和其他的参数，并且自动的形成中间的图像，然后创建出一幅流畅的画面。 （二）三维动画的的仿真应用 三维动画的仿真技术能够将真实的物体模拟成一个虚拟的动画，但是这个动画会产生一定的价值。三维动画的真实和精确，可操作性，三维动画在教育、军事、建筑和医学、娱乐等领域都有很大的发展性。 在影视制作方面，三维动画能够制作出比较有创意的特效和3d动画，还能够制作出精良的后期效果和特效动画，应用这项技术，吸引了越来越多人的眼球，得到很多客户的青睐，剧中的爆炸，烟雾，下雨和光效还有撞车，变形和很绚丽的片头片尾等等的出现，都得益于
三维建模及运动仿真 Pro/Engineer 软件集产品的三维造型设计、加工、分析、仿真及绘图等功能于一体，是一套使用方便、参数化造型精确的软件，其强大的造型功能及仿真分析功能受到众多工程人员的青睐。本节将采用Pro/E 软件，完成少齿数齿轮传动机构中所有零件的参数化建模，并对少齿数齿轮减速器进行虚拟装配，在此基础上，对传动机构进行运动仿真。 3.1 齿轮的参数化建模 3.1.1 零件分析 齿轮建模的操作步骤如下： (1)添加齿轮设计参数 (2)添加齿轮关系式 (3)创建齿轮的齿廓曲线 (4)创建螺旋线方程 (5)实体生成： 1)创建螺旋线线方程 2)）拉伸 3)）阵列 3.1.2 绘制齿轮 (1)新建文件： 启动PROE Wildfire4.0，单击工具栏新建工具，或单击菜单“文件/新建”。出现如图3.1所示对话框。选择系统默认“零件”，子类型“实体”方式，“名称”栏中输入“canshuhuachilun ”，同时注意关闭“使用缺省模板”。选择公制模板mmns-part-solid ，如图3.2所示，然后单击“确定”。 (2)创建齿轮程序。 选择菜单栏“工具/程序”命令，出现如图3.3所示对话框。单击“编辑设计”， 依次添加齿轮设计参数及初始值，添加完毕单击“确定”。选择工具菜单“工具/程序”命令，出现如图3.4信息窗口，在其中输入程序如下： Y0=(1/4)*PI*MT+XT*MT*TAN(α t) Xc=(HANX+CNX-XN)*MN-ρ
Yc=(1/4)*PI*MT+HANX*MN*TAN(αt)+ρ*COS(αt) (3)添加齿轮四个圆的关系式。 1)选择“插入/模型基准/ 草绘”特征工具，或单击工具栏 草绘命令，出现如图3.5所示对话框。单击“草绘”确认，进入二维草绘模式如图3.6所示。
三维机械仿真动画 三维机械仿真动画是动画产业的一项新领域，它是把三维动画与传统机械结合而成，采用三维动画技术模拟机械的外形、材质、零部件和内部构造，把机械的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等一系列真实的事物以动态视频的形式演示出来。模具的工作原理、工程机械的生产过程、机器的拆分组装、流水线设备的运作流程、系统型设备的运转方式、产品的使用方法等所有工业机械产品的运转类型都可通过演示动画的形式展现出来。 在展会现场，同类产品信息混杂难以凸显竞争优势。那么，商家利用三维机械仿真动画这种动画和实物相结合的方式来展示自己的产品，无疑会在同行业竞争中占领优势，将客户的眼球吸引过来。产品在销售过程中，离不开销售人员的讲解，不过再好的产品只靠语言来表达也不能让一位理智的客户将腰包打开，如果通过三维机械仿真动画的形式将产品清晰、直观的展示给客户，再配以销售人员的耐心讲解，让客户深入的了解产品，商家要提高产品的销售几率将不是问题。在客户购买产品时，送给客户一份该产品运转的演示动画。如若产品出现小问题，客户通过演示动画便可自己解决，即可以减少因产品停用照成的客户的损失，也可降低销售方售后的人力成本，一举多得。工业产品都是创新成果，要申请专利和国家的奖项，需要详细的申报资料，而工业仿
真动画能够非常直观、清晰的将产品的特点展现出来，让审核者很快的了解产品的详情，从而加快申报的进度。 三维机械仿真动画以新颖的视频形式，将产品的优势全方位的介绍给客户，使客户对产品记忆深刻。其以轻便的视频文件格式携带，使得销售人员可以随时随地为客户展示产品。制作三维仿真动画时，技术人员只需参照设计方案即可将产品各项功能的特性逼真直观地制作成动画形式，并能随时做出灵活修改，从而节省实物样品制造和修改的巨大成本。在产品售后阶段，三维机械仿真动画既可指导实际生产，也可作为客户使用产品时的操作指南。 随着时代的发展，企业将产品制作成三维机械仿真动画来进行宣传，已经成为企业销售产品的一个明智的策略。 Sunny
十大三维动画制作软件 《侏罗纪公园》、《第五元素》、《泰坦尼克号》《终结者3》这些电影想必大家都看过了吧，我们为这些影片中令人惊叹的特技镜头所打动，当我们看着那些异常逼真的恐龙、巨大无比的泰坦尼克号时，可曾想到是什么创造了这些令人难以置信的视觉效果？其实幕后的英雄是众多的三维动画制作软件和视频特技制作软件。好莱坞的电脑特技艺术家们正是借助这些非凡的软件，把他们的想象发挥到极限，也带给了我们无比震撼和美妙的视觉享受。 实际上，实现电脑视觉特技可以说是电脑软件和硬件的一大难题，因为这需要非常强大的软件和能提供高超运算能力的硬件平台。所以这项工作可以说是在高科技电影中花费最大也最费时的一项工作，并且需要大量的专业高级技术人才。要知道《泰坦尼克号》中光是视频特技部分的花费就是2500万美元。 在电脑影视特技的领域中，SGI可以说是无人不知，其所生产的SGI超级图形工作站可算是最好的3D与视觉特技的硬件平台，它提供给创作人员异常强大的图形工作能力，具有超级的实时反馈，可以让工作人员以最快的速度进行创作。Softimage XSI、MAY A、Flint 等软件在SGI平台上可以发挥最好的性能。虽然现在PC平台也已入侵视频制作的领域，但是SGI依然是视频领域高端运用的绝对主力选手。 光有超强的硬件平台还不够，电影电视中那些逼真的形象还是得靠各种各样的超级3D 图像软件来实现。这些特技软件每年的全世界销售额在20亿美元以上。而且各专业厂商都有自己特定的优势产品和用户群，所以形成了群雄争天下的局面。Softimage、Alias/Wavefront这些家喻户晓的软件更可以说是割据一方，各有特点。然而让人苦恼的是，这些工作站级的软件原来都是只能运行在SGI的超级图形工作站上的，而一台SGI工作站的价格在数万到数十万美元，可以说是巨额投资，这也相对制约了这些软件的普及，使它们成为少量专业人员的工具。这一状况直到软件业的巨人——Microsoft染指3D 动画业才得到了彻底的改变。1994年，Microsoft公司以1.3亿美元的巨资收购了Softimage公司，使其成为Microsoft公司的全资子公司。随后便推出了Softimage 3D for NT版，这也标志着高端图形软件开始进入PC的大家庭，可以说是视频特技软件业的一颗原子弹。这之后各软件厂商也赶紧推出他们自己软件的NT版，因为他们知道PC平台有价格低、发展迅速的优势，必定有大量的用户将转向PC平台，况且如果不紧跟Microsoft的脚步，必将被淘汰。SGI 公司看到这种情形也不示弱，于1995年将Alias研究公司和Wavefront公司收购，顺势推出了最新的3D动画软件——MAY A。现在基本上各种高端图形软件都有了各自的NT版，如Softimage 3D、MAY A、Houdini、Effect等。许多从事图像特技的公司也纷纷开始使用价格低廉的PC平台从事设计工作，只把最复杂的部分放在SGI的工作站上来制作。 虽然现在Microsoft公司已将Softimage公司卖出，但是Microsoft公司在这场革命中所扮演的领导者角色却是不容质疑，下面我们就为大家介绍一下现在国外流行的各种3D与视觉特技软件。这些软件都可以运行在PC平台上。 一、Avid Softimage XSI －超強3D动画制作工具 作为全球最著名的数字媒体开发、生产企业，A VID公司于2001年底在中国市场赢得中央电视台三维动画网络系统重要一标，A VID将帮助中央电视台建成中国第一个大规模的
三维工业仿真动画的作用 三维工业仿真动画的作用 三维工业仿真动画是指利用三维制作及后期处理软件模拟机械的外形、材质、零部件和内部构造，把机械的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等系列真实的事物以动态视频的形式演示出来的展品动画展示形式。那么三维工业仿真动画的作用有哪些呢，一起来看看！ 1.增加客户购买信心 借助于三维工业仿真动画，同时设备的检修保养、故障判断维护教程也可直接交付给客户，这样既可以强化技术储备保证设备良好运行，以便捷的途径进行保养维修，又可以增加客户购买的信心，同时也间接的体现了公司的品价值，可以成为企业良好的宣传工具。 2.便于携带，宣传有效 相比于携带型工具去展会等进行宣传，三维工业仿真动画不仅利于携带，而且还能将无法携带的设备或者生产流水线进行演示。同时可以层次分明的划分重点，有利用参观真更好地了解产品以及项目。 3.增加项目招投标的命中率 投标些工程项目，设备配套等都需要完整充分解释产品特性，优势，采用三维工业仿真动画制作产品的原理、结构等能在短时间内让客户明白产品的优势。给客户留下深刻的印象，从而增加中标的几率。 4.降低风险，提成交率 三维工业仿真动画根据机械设计图纸将机械的形状、功能等逼真地模拟出来，既可通过视频指导生产和销售人员培训，又可代替实物样品作为市场调查，了解客户对新设计产品的反馈，降低新品开发风险，提成交率。 5.员工教学，维护设备 三维工业仿真动画不仅仅是为客户提供的充分了解公司特性的便捷，同时也为公司对于员工教学、保养维护设备、提供客户必要的后期增值服务外，对于企业数字展厅接待客户和其他相关人员参观也提供了个可以直接互动企业核心产品的机会，而且还是在不损坏设备和保障安全的情况下。 现如今，信息技术与快节奏的'生活方式，让文字或者图片展示的信息，都已经无法满足顾客的需求，而三维工业仿真动画则能够以数分钟的产品视频的方式，让客户在轻松愉快的环境下，边观看视频边听讲解，能够更好的把握产品的信息。目前，很多型的机械设备企业以及产品制作非常精密的行业都在采用此种方法进行推广，程度上避免了对于产品来回携带所造成的损坏。
太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台的设计与实现 0 引言 太阳帆航天器是一种在深空探测和星际航行等领域极具潜力的新型航天器，利用太阳光压产生持续推力，给航天器提供持续动力，本身无需携带大量的燃料，因此在深空探测和星际航行等航天领域具有广阔的应用前景，近年来受到国际航天界的广泛关注。 美国宇航局(NASA)、日本宇航局(JAXA)、欧洲航天局(ESA)等多个世界研究机构正在研制利用太阳帆航天器进行推进任务(如Pole Site、Geosail、Geostorm等)，但是，离利用太阳帆进行深空探测及星际航行还有一定的距离，还有一系列的关键技术需要攻克。针对太阳帆航天器进行一次太空航行任务，需要高额的成本，本文提供了一种经济且有效的方式，研究并开发了一套三维可视化仿真平台，利用仿真平台模拟太阳帆航天器的飞行情况，为实际太阳帆航天器飞行提供一定的参考。 截止目前，未发现有关太阳帆航天器可视化仿真平台的文献。本文利用C++6.0、Multigen Creator/Vega、及MATLAB等软件相结合搭建了一个太阳帆三维动画可视化仿真平台。利用视点控制及多通道多视点技术分别在不同的通道中观察太阳帆的飞行轨迹及姿态变化;通过VC++与MATLAB的交互编程，利用MAT文件的仿真数据驱动多个物体同时移动;利用Vega和OpenGL混合编程，实现了飞行轨迹及姿态信息实时显示的功能。 1 太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台总体设计 三维动画可视化仿真系统主要由太空飞行仿真场景及视景仿真模型两大部分构成。飞行仿真场景是指太阳帆所飞行的具体环境;视景仿真模型是指太阳帆航天器的具体结构模型。 本文首先利用Creator建立太空环境飞行仿真场景(太空环境)和太阳帆航天器的结构视景仿真模型(flt文件);接着利采用Vega提供的Lynx工具将flt文件导入相应的场景中，然后，进行一系列的初始化工作，并将其储存为应用程序定义文件(ADF)文件;最后，通过MATLAB 计算各个时刻太阳帆的飞行轨迹和姿态数据，并通过载入模型对象的位置及姿态数据，完成对太阳帆的飞行轨迹和姿态变化的三维可视化仿真。 2 仿真软件平台环境和开发中的关键技术 2.1 在Visual C++环境下Vega应用程序的开发 Windows平台上Vega应用程序的开发，利用MFC框架开发程序能够有效地应用Vega函数库，可以极大程度地减小程序开发的工作量。本文采用基于MFC开发Vega应用程序。 2.2 三维动画场景和模型的建立 Multigen Creator是一款专业化的建模软件工具，可以有效地创建交互式实时应用的三维模型及场景。本文利用Creator建立太空环境模型和太阳帆航天器的结构模型。太阳帆航天器的结构主要包括大面积帆膜、支撑机构及中心控制机构等其它附属机构，模型的正面视
[空间］173 一、引言 近年来计算机三维动画特效领域发展迅猛，在众多模拟对象中，流体以其特有的高自由度和另类审美价值占据了重要位置。大尺度流体模拟、流体混合与相变、流固耦合等复杂运动形式一直都是三维中的挑战性课题。 大尺度流体模拟中不仅要展现大尺度流体正确的体量关系，更要实现如泡沫、水雾、飞溅等细节的构建。运用流体动力学模拟软件Realflow 下的Hybrido 混合式大尺度液体求解系统，使用网格流体与粒子流体相结合的新解算方法来快速模拟真实的大尺度流体运动，实现电影级别的大规模流体效果。 二、大尺度流体解算方法Hybrido 系统 Next Limit 公司出品的流体动力学模拟软件是一款独立特效软件，建立在流体动态计算技术上的物理粒子系统。在RealFlow5中引入网格流体解算器的新系统。 网格流体解算器Hybrido 作为一个全 三维动画中的大尺度流体仿真模拟表现 徐 莉 戴冬妮 新的复杂大型水体解算的方法，它结合了grid-based 与 particle-based 的手法，既能实现复杂大尺度核心流体运动效果，还能自动创建和控制飞溅浪花、泡沫、烟雾等细节效果，运用上百万个粒子实现流体大场景特效惊人的画面，如海洋与翻滚的波浪、大型洪水、汹涌海浪冲击峭壁岩石等。 三、海水冲刷岩石仿真模拟研究 (一) 建立核心流体 进行海浪冲刷岩石场景模拟时，核心流体体现在两方面，有深度的海面和海浪。核心流体模拟的前提就是不需要精确到细节的大量粒子，使用Hybrido 系统，它将整个场景限定在一个空间范围内，给大尺度流体的模拟设定Domain ，网格流体可以快速的模拟大尺度范围下的液体流动的状态，grid domain 的分辨率区别于传统的分辨率，只会间接地影响粒子数目，越高的分辨率，仿真就会越细致精确。 液体中水是具有代表性的，液体的基本特性是易流动性、不易压缩等向的连 DOI:10.16364/https://www.doczj.com/doc/b32327262.html,11-4907/j.2016.03.043
三维可视化与虚拟仿真 姓名：任伟杰 班级：测绘111班 学号：201116059115 任课老师：陈杰 时间：2014-06-13
内容摘要 三维动画是指使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称3D动画，是近年来随着计算机技术的迅猛发展而产生的一项新兴技术。在3D技术日趋成熟的今天，3D动画已广泛应用于日常生活中的各行各业，如建筑，室内设计，影视动画，游戏动画等。而因应这一技术而诞生的一款功能强大的3D制作软件，它就是3Ds max，随着该软件版本的不断更新升级，在软件内部算法和功能上与低版本比较有了明显的提高，使它成为了一个巨大的三维动画创作平台。 由于3DsMAX的出现，这几年做三维和学三维的人日益增多，三维动画的制作已不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利，三维平台的趋势已由高端过渡到低端。本文将通过对3D动画短片的制作过程的详细的介绍，其中主要介绍在3Dsmax中街道动画的制作，从而了解基本的动画制作知识，掌握运用3ds max进行动画创作的技巧。
目录 一对于三维动画设计的认知 (4) （一）什么是三维动画 (4) （二）三维动画发展史 (4) （三）使3D Max 制作三维动画的优势 (5) 二三维动画的具体制作方法 (7) （一）前期准备 (7) （二）片段的制作 (8) （三）后期制作 (10) （四）三维动画短片实例制作分析 (10) 三三维动画的发展前景 (17)
四总结 (18) 五致谢 (17) 一对于三维动画设计的认知 （一）什么是三维动画 三维动画是指通过使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称之为3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新技术。它是摄影艺术、布景设计，及舞台灯光的合理布置等等的各种艺术与技术的集合体。与此同时三维动画的设计制作需要更多的艺术功底和创造力。一个好的三维动画，它除了要求制作者要有较好的空间感与艺术感外，还有就是必须能够很好的运用各种三维动画的制作软件。因此三维动画的设计与制作是一个涉及范围很广的技术，也可以说它就是一件艺术和技术紧密相结合的工作。所以在以前就只有专业的三维动画制作者才能够制作的出来。 （二）三维动画发展史 综观三维动画的发展历程，从1995年的初始阶段到2004年开始的全盛时期三维平台的趋势由高端过渡到低端，不再需要几十万的工作站，一般家庭电脑就可以做出专业的三维作品，三维动画制作的收费也日趋合理，想当年20000块/秒的天价（广告级标版）到现在500元/秒都有人做，三维建筑、室内效果图也下降了很多，想靠做三维发大财已成为虚拟的幻境。国内电影业不景气，外国大片