基于3DMAX和Virtools的货车驱动桥虚拟装配系统开发

田 振 ，蒋 欢 ，谭晓丹 ，陈 丽

（1.河北科技大学机械工程学院，河北 石家庄 050000；2.邢台职业技术学院，河北 邢台054000）

货车驱动桥虚拟装配系统使用了Autodesk出品的3DMAX软件进行模型的构建、渲染及面片处理等，使用法国达索公司出品的Virtools软件进行系统的脚本设计和装配系统搭建。3DMAX是世界上应用广泛的三维建模、渲染工具，并且广泛应用于游戏开发、角色动画以及设计行业等领域，但是其在机械建模方面应用不多，多是用于机械模型的优化渲染和格式转换，很少在其软件本身进行建模[1]。本次研究的内容就是探索运用MAX软件对驱动桥进行建模，并且发现和解决在建模过程中遇到的问题，本文对其一部分进行了详细阐述。Virtool行为模块众多，可实现的功能也很丰富，但是在平台搭建之处的规划和搭建过程中找到合适的符合行为要求的模块难度很大，并且伴随着其具体模块的正确使用方法的不明确，给搭建工作带来的难度也很大[2-4]。本次对其中装配讲解文字的实现过程做了详细的讲解。

1 结构设计

货车驱动桥虚拟装配系统开发共分为四部份，即三维建模、模型渲染、模型导出和虚拟装配系统搭建，如图1所示。系统搭建涉及到总体装配方案设计、BB功能模块的选取、BB模块正确的使用方法和协调搭配等，按照货车驱动桥实际的装配过程，设计了虚拟系统的搭建流程，具体流程如图2所示。

图1 设计流程图

图2 平台搭建流程

利用3DMAX完成零件的建模、减面、渲染、模型导出和导入Virtools等工作。使用Virtools进行了脚本编辑，以精简的原则进行了搭建，本次货车驱动桥虚拟装配系统共分为两个脚本：界面、零件装配，零件装配部分共分为8个单元，如图2所示。每个单元完成一部分零件的装配，并且配有文字解说，键位交互等特征。

2 核心技术

2.1 关于3DMAX用布尔求差集经常出现空心的问题

在运用布尔或者超级布尔对车削体进行求差时会出现空心现象，形成不封闭模型，大多数情况下成型后是否封闭是不易观察的，对后期处理造成很大麻烦。

经过探索后发现，如果形成的车削体是封闭的，两个模型求差之后也会是封闭模型，反之则不封闭，进而出现上述问题。因此保证模型车削后闭合是解决问题的关键。

通过多次实践后得出结论：样条线编辑阶段和车削轴的调整是保证车削体闭合的关键所在。对于样条线来说，一共有三种样条线的车削类型，即非封闭式线条、封闭式线条和拼凑型封闭线条三种。

针对第一种类型，如图3（a）。拿车削形成圆柱体来说，要求的是样条线沿X轴旋转，但如果车削的轴没有调整好，布尔运算后的模型如3（b）所示，显然如上面所说没有形成标准的闭合体，不符合建模要求。解决办法就是在于调整好非封闭式线段的两个末端端点对齐，一定保证好在Z轴和Y轴坐标相同（相应轴坐标相同随模型要求改变）；第二点在于车削的轴要与两个点的连线在同一条直线上，车削后焊接内核，最后形成一个封闭式的车削模型。

图3 非封闭型

针对第二种类型，已经构成闭合线的来说，拿车削成环形为例。只要把车削轴调整到合适的位置，符合建模尺寸标准即可，后期布尔运算求差后不会出现空心现象，如图4所示。

图4 封闭环型

针对第三种类型，是属于多个线段拼凑的封闭线。因为针对不同特点的零件模型有不同的建模方法，有时就是需要多个不同特征的线段之间通过端点来连接进行车削。此时在线条之间的连接处理不妥当的话，同样也会出现求差后不封闭的现象。

如图5所示，编辑产生两条线，随后通过捕捉使两条线的两个端点重合，再运用附加命令再布尔运算，同样会出现空心现象。其实两条线之间虽然附加成一个操作对象，但是点与点之间还没有连接在一起，是完全独立的两个点，整个线属于不闭合线条。

图5 拼凑不封闭型

遇到这种需要连接两个端点的情况，可以通过焊接与连接命令达到两点真正连接的效果。第一种解决方法是先附加两条线再调节端点位置，设置好焊接点距离范围，点击焊接后两个顶点会自动移动到两点之间的中点，完成两点的焊接工作。另外一种方法就是连接命令，操作方式是通过鼠标按住顶点不放进行新线生成完成两点连接。这种方法和焊接相比较有明显的不足，因为它不是对现有顶点进行移位，而是产生新的线条进行连接，对模型整体尺寸精确性有很大影响。

2.2 脚本创建

（1）创建的脚本如图6所示，脚本有两个：封面设定、零件装配。其中装配分为八个步骤，共计八个单元，每个单元之间通过键位开关来控制。

图6 脚本展示

（2）文字插入。文字插入界面就是【Text Display】与【Identity】的配合使用。第一个行为模块如图7（a），属于文本展示的模块；【Identity】是属于一种赋值模块，能够赋予很多种类的参数，其特性符合要求，如图7（b）。在每个单元的开头处插入赋值模块，再通过文本展示模块接口快捷方式进行八个单元的连接，进而完成文字插入。

图7 模块展示

3 结束语

开发的虚拟装配系统如图8所示，本次设计了一款较为简单的封面，设置而一个“开始安装”按钮。主体装配部分：每一步都有装配信息详解和操作指导，简单易操作。

（续下图）

（接上图）

图8 系统展示

本文中开发的货车驱动桥虚拟装配系统具有键位与鼠标交互、过程讲解和装配重组等功能。解决了关于3DMAX用布尔求差集经常出现空心的问题。为后续开发其他虚拟装配系统提供了一种方法。