以3ds Max为建模软件的船舶机舱三维模型制作方法

刘鹏　胡以怀

摘要：简要介绍了使用3dsMax三维软件创建内河船发电柴油机三维模型和拨叉式舵机的拆解/组装动画的方法，以柴油机机体、发电机机体、冷却水箱、吸气滤网、机体管路、连接螺栓为建模方法为重点，简述了3dsMax典型建模方法；以小型拨叉式舵机组装/拆解为例简述了3dsMax在制作机械动画的应用。

关键词：3dsMax建模；拨叉式舵机；机械拆解动画

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）33-8056-04

随着新的海事公约的出台生效，对船员培训体制以及船员自身的技术素质要求越来越高。在船员培训过程中，轮机模拟器的评估培训愈发重要。轮机模拟器的技术水平已成为航海院校和船员培训机构的一项重要的硬件指标。现在轮机模拟器的建模已朝着三维建模方向发展，三维建模软件主要有3dsMax、Solidworks等。3dsMax是由Autodesk公司推出的一款专业的三维场景和动画制作软件，由于其易操作、功能强、应用范围广等特点，被广泛应用于建筑设计、影视制作、游戏制作、动漫设计、工业设计等领域。

1发电柴油机模型

如图1、图2所示，为一内河船发电柴油机三维模型图片。由于此模型有3dsMax三维立体软件制作，因此立体感比较强。

船用柴油机有二冲程机和四冲程机。一般大型船舶多使用二冲程机做为主机，四冲程机多用作发电机的原动机。此模型为四缸四冲程柴油机，由于其附带管路较多以及机体上的附带设备形状不规则，因此建模方法比较冗杂，建模中使用的3dsMax命令选项比较多。建模可以大致分以下过程：

1.1柴油机机体的建模

用“创建”主命令面板下的“标准基本体”次命令中“长方体”选项，建立柴油机机体。机体模型的建立是十分重要的，在船舶上使用的柴油机机体上附着了其他设备，比如高压油泵。建立的模型中各个类设备的尺寸比例要与各实物设备尺寸比例相对应，因此在建模工程中要合理的设置机体的长度、宽度和高度。机体的尺寸会直接影响其他设备的尺寸，合适的机体尺寸也会使其他设备在模型中的布局合理。

1.2发电机机体的建模

发电机机体可以用两种方法来做。第一种是，用“圆柱体”选项创建发电机机体。建立起一个圆柱体后，将其转化为可编辑多边形（也可将其转化成可编辑面片进行建模）。分别在可编辑多边形下的“编辑边”和“编辑面”状态下下完成发电机机体的建模。在“编辑边”状态下主要使用的是编辑边卷展栏下的挤出、切角和连接命令。在编辑面状态下主要使用的是编辑多边形卷展栏下的挤出、倒角、桥、轮廓和插入命令，集中在使用挤出和倒角命令后会发现新生成的面自之间的过度很僵硬，因此在执行完这些命令之后要将新生成的面选中，在“多边形：平滑组”卷展览中选一个为使用的平滑组数字，将新生成的边设为同一个平滑组，以使新生成的边之间过度的平滑自然。

发电机建模的第二种方法是先用“图形”次命令中功能完成。打开“图形”次命令后使用“线”选相将发电机正面轮廓勾画出来，使用“修改器列表”中的“车削”命令。在车削完成之后，可以用鼠标拖动车削物体的轴，来调整圆周的直径。

1.3冷却水箱的建模

建模对象中的水箱为一端侧面弧度凸起的不规则构件，在使用3dsMax软件建模时，若使用标准的立体图形做基体模型，要做出侧面凸起方法较为繁琐而且，效果欠佳，因此使用发电机建模中的“线”命令建模方法进行建模。勾画出其正面轮廓后，使用“修改器列表”中的挤出命令。在完成挤出后，在挤出参数卷展栏中设置各项参数，以获得理想的模型。

1.4滤网的建模

滤网是网格结构，直接由线建模再渲染比较麻烦，我们使用多边形建模的方法制作我们需要的滤网网格结构。建立一个圆柱体设置合适的高度和直径，将高度和端面分段都设置为1，将边数设置为72（边数越多制作的效果越好，但考虑到计算机的内存问题，将边数设置为72）在修改器列表栏给建立的圆柱加扭曲命令，依据实际情况设置扭曲角度（本例设置为了30°）。角度设置好后，将其塌陷，转化为可编辑多边形，在边编辑状态下选中所有的边，使用编辑边卷展栏下的“利用所选内容创建图形”命令，在弹出的对话框里选择“线性”，点击确定，得到样条线①，编辑样条线①，在渲染命令组中在选中“矩形”命令（要先选中“在渲染中启用”和“在视口中启用”两项功能，渲染才能使用），设置样条线合适的参数，最后将其转化为可编辑多边形方便最终的渲染。再重新建立一个圆柱体，参数如上，将其角度设置为-30°，参照以上步骤就可得到第二个可编辑多边形。两个多边形建好后使用对齐工具使两个多边形轴心重合，后使用“复合对象”中的“布尔”命令将两个多边形合成为一个多边形。上述过程完成后，就得到了我们需要的滤网网格结构，如图3。

1.5管路的建模

柴油机机体上的管道很多，而且走向复杂，若是直接使用“基本几何体”功能里的“管道”命令需要给其加上多个弯曲命令才可得到想要的管道走向，但是这种方法占用的计算机内存大，而且费时费力。因此，在管道的建模上我们直接使用样条线建模方式进行管道的铺设。由于管道的走向分布在三维空间内，我们采用先在三维空间分别创立三根样条线线段，在一根样条线处在点编辑状态时将其他的两个附加上去再使用点的焊接功能将三段线段焊接在一起，即可得到图4所示管道。需要注意的是待焊接的两个点要处在焊接阀值范围内，可以通过选中待焊接的点使用主菜单栏里的移动命令或选中点按下移动命令“W”快捷键，来调整两点的相对位置。

柴油机机体上附着的其他部件的建模使用以上五种方法之一或是各种方法之间相互配合使用即可完成。

1.6连接螺栓的建模

连接螺栓建模的难点是螺纹的建模。在顶视图中建立一个无螺纹的螺栓模型，为了便于说明将圆柱部分直径设为20mm，高度设为100mm。再在顶视图中，建立一个螺旋线模型，直径1，2均设为20mm，高度设为100，圈数设为10圈。在螺旋线的起始位置点处建立一个三角形的锯齿，使用“复合对象”下的“放样”命令，其中螺旋线是放样的放样路径，三角形是放样的放样图形。完成上述步骤后，锯齿与我们常见的螺旋锯齿旋相有所不同，仔细观察发现有些部位的锯齿刨面是三角形的一条边向外，按照图6所示将“蒙皮参数”中的“倾斜”项取消打钩，即可得到图5所示螺栓。

2舵机的组装/拆解动画

2.1舵机的拆解动画

动画功能是3dsMax中非常重要的功能，使用这些功能可以创建出任何可以想到动画效果。默认状态下3dsMax设定的动画没秒播放30个画面，在动画过程中，每一个画面称为“帧”。使用3dsMax做拨叉式舵机的拆装动画是非常方便快捷的，而且由于是基于三维模型建立的动画因此效果也比较真实，对于初次接触船舶机械的学员是一门十分有效的教学方式。

先建立好拨叉式舵机主要零部件的三维模型，使用3dsMax中的“对齐”功能将建立好的三维模型按照真实的舵机配合方式组装住一起。在此舵机模型中共有24个底座固定螺母，依次底座固定螺母1至24，给底座固定螺母2至24加“位置约束”，并添加底座固定螺母1使其成为其他螺母的旋转目标，设置好后将24个底座固定螺母成组。参照底座固定螺母的设置方法，来设置12个油缸紧固螺母。

2.1.1底座紧固螺母动画

在透视图中设置拆装动画。将底座固定螺栓组打开选择螺母1，激活动画控制区的“设置关键点”按钮，将0帧设置为螺母转动的第一个关键点（转动动画的开始时间点）在“当前帧”栏内键入30，使螺母1以Z轴为旋转轴旋转720°，单击“设置关键点”按钮，将第30帧设置为转动的的二个关键点（转动动画的结束时间点），这样在播放动画时在0至30帧这段时间内螺栓将以自身的Z轴为转轴旋转720°。关闭该组，在0到30帧时间段内使用移动工具使螺母组沿Z轴由紧固位置移动至松开位置。螺母的转动动画和螺母的移动动画结合在一起将成为逼真的螺母的拆解动画。保持螺母组的选中状态，将第60帧设置为关键点，制作螺母组由机旁移动到零件存放处的动画。

2.1.2柱塞动画

柱塞拆解动画是由410帧开始至430帧结束，使用移动工具将其有安装位置移动至零部件存放处。需要特别说明的是要将410帧设置动画开始的关键点，勿将0帧错误的设置为动画开始的关键点。若将0帧设置为动画的开始关键点，则柱塞将从0帧开始运动。其他部件的拆解动画参照上面两种方法均可完成。

2.2舵机的组装动画

舵机的组装是舵机拆解的逆过程。舵机组装动画在动画帧轴上是播放是0至500帧，将组装动画反置播放即可形成舵机的拆解动画。

在透视图中，选中所有的舵机对象，打开“曲线编辑管器”，在“模式”菜单将“轨迹视图”设置为“摄影表”模式，单击“修改子树”按钮，使“关键点”窗口以关键点方式显示，在“时间”工具栏选择“选择时间”按钮，选择舵机的所有动画层，单击“反转时间”按钮，时间将反转，播放动画舵机将从图8所示零部件状态自动组装成图7所示的组合状态。

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