摘要：本文围绕导轨电车内装系统虚拟装配动态展示设计制作，综合考虑整体内装系统的结构和编组特点，将三维建模、三维动态展示制作与多媒体影音技术结合，一同设计出来一套内装系统组装虚拟装配动态展示的制作方案。利用 Catia 建立零组件模型，然后将模型导入 Catia Composer 进行装配动画制作，最后利用会声会影技术完成动画的后期制作。通过虚拟装配，很好的展示了内装系统中复杂产品的安装关系、结构细节，为生产组装、异地组装提供更加直观的服务。
关键词：内装系统；虚拟装配；动态展示制作；Catia Composer
近年来，随着我公司转型升级成果不断取得，导轨电车订单数量也日益增加，同时完成内装系统组装的人员数量不断增加，在生产过程中如果采用现车预装的方式，对内装系统中产品难免有一定程度的破坏，造成资源浪费，增加人力成本。另外，在组装过程中使用传统纸质文档也会造成查找困难和携带量大等诸多不便。因此，制作具有导轨电车内装系统组装信息系统的虚拟装配动态展示、三维模型浏览、电子图纸等对推进现场生产组装具有重要的现实意义。
（1）能够直观且详细地表达出内装系统中产品的信息和装配过程；
（2）大幅度节省厂房、培训人员和实习设备，降低培训成本和培训时间，减少人力物力等的资源浪费。
（3）为教学提供直观可视的标准范本，更高效地将虚拟训练转换成实际组装技能。
一、虚拟装配动态展示的功能特点
文章围绕导轨电车内装系统虚拟装配动态展示的制作，以导轨电车真实装配过程为依托，综合考虑内装系统三维建模、虚拟装配动态展示制作以及后期处理等主要环节，力求解决复杂产品虚拟装配动态展示制作过程中的一系列难题。
虚拟装配动态展示具有以下功能特点：
（1）动态展示能够真实准确地表达出导轨电车内装系统的结构信息；
（2）能够正确表达出不同零部件的组装顺序，直观真实地演示零件的安装步骤、安装路径和紧固动作[1]。
（3）用声音和文字对零部件的名称、尺寸和装配标注等做出说明，对各个零部件的装配信息做出更全面直观的表达。
二、动态展示制作方案
内装系统虚拟装配的实现是基于模型的方法建立虚拟装配环境，其中，几何模型的构建是虚拟装配环境的基础。由于我公司选用的是高精度Catia工业零件建模软件，能够完成专业、简洁、精确的工业模型绘制功能，适合内装系统零组件模型的建立。因此，在内装系统零组件的构建上选用Catia软件（注：在构建内装系统零组件时尽可能将其中的每一个细节都表达出来）。
通过Catia软件建立模型后，需要导入到Catia Composer软件进行动态展示制作。Catia Composer软件作为Catia软件的一个插件，能够直接读取Catia软件中的所有格式，并且能够直接从3D数据中能够创建相关的2D和3D产品文档，同时能够将生成的内容集成到现有的产品文档中。
通过Catia Composer生成简单的视频动态，但并不具备声效、文字标注等视频特效，要达到理想的动画效果必须对其进行专业的后期制作。而会声会影在影视制作领域中较为常用，因此本文选用该软件进行后期动画制作。内装系统虚拟装配动态展示制作过程思路见图1。
图1 虚拟装配动态制作流程思路
三、虚拟装配动态展示制作的一般过程
3.1内装系统三维模型的构建
由于通过Catia Composer制作的技术文档资料的所有数据均直接来源于3D模型，所以在使用 Catia Composer 前必须提前建立好完整的（不缺少零部件）、包含零部件属性信息（材料、重量、图号、名称等）的三维数字模型。在本文中创建的内装系统三维模型见图2。
图2 内装系统三维模型整体效果
3.2零组件颜色的设置
一般情况下，大多数的设计师在进行机械产品三维设计时往往采用三维机械设计软件默认的颜色，对于内装系统来说，其涉及的部类零组件较多，采用同一种颜色或几种相近颜色在动态展示会给人一种非常单调的感觉。根据图2的效果，在动态展示过程中就只能够靠零部件的外形轮廓进行判断，所以在应用Catia Composer前应当按照美工外观实际RGB值进行零组件颜色的设定。
设置零组件颜色主要有两种方法：
a、在三维机械设计软件中设置好每一个部类零部件的颜色，保存后再导入Catia Composer。文中地板、顶板、扶手、侧墙、门立罩等部类的颜色就是在Catia软件中直接设置完成后直接导入Catia Composer中，参见图3。
图3 在Catia 中设置颜色
b、将建立的三维模型直接导入到 Catia Composer中，然后在软件环境中设定每一个角色（注：角色为Catia Composer中的专用术语，每一个零部件均可以看成是一个角色）的颜色，如图4所示。
3.3选择集的创建
选择集是 Catia Composer中的专业术语，可以是一个角色也可以是多个角色的组合，目的是在制作技术文档时便于选择角色，通过属性设置可使被选择的角色，即选择集内的所有角色具有相同的属性信息。在内装系统动态展示制作过程中创建有不同的选择集，在每一个选择集中均包含不同数量的几何角色。图5所示是在动态展示制作过程中所创建的一部分选择集。
图4 在 Catia Composer中设置颜色
图5 不同部类的选择集
3.4内装系统虚拟装配动态展示制作
导轨电车整车内装系统由Mc1、T1、Tp、Mc2四个编组组成，如果对每一个编组都进行内装系统虚拟装配动态展示制作，工作量是非常巨大的。考虑到内装系统各部件的安装模块和结构相似，主要是各个零部件的尺寸不同。本文以Mc1动车编组内装系统虚拟装配为例，因为内装系统各部类零组件的装配关系和组装顺序是一样的，所以当完成动车编组内装系统的装配动态展示制作后，理论上就可以完成整个编组的虚拟装配动态展示过程，这样势必会起到事半功倍的效果。
具体的实现过程为：（1）将创建好的基础几何模型导入到Catia Composer软件中，此时的模型是在Catia中装配完成的，也是进行虚拟装配动态展示制作的最终成果。（2）为了区分内装系统不同部类，应对其不同部类零组件角色进行配置不同的颜色。（3）为方便对不同部类零组件角色的统一管理，创建不同部类选择集。（4）对每一部类预先进行倒置组装，创建不同部类在不同位置时的安装位置视图。（5）对创建的选择集选择需安装的部类并隐藏其他部类，然后时间轴面板区域（见图6）进行位置关键帧、属性关键帧等关键帧的记录并确定其最终位置。（6）按照内装系统组装车间的实际组装工况，根据地板骨架→地板→墙板骨架→墙板→风道+顶板骨架→端部顶板→司机室后端墙→顶板→司机室内饰→扶手→灯的安装顺序对不同部类零组件进行虚拟装配组装。在动态展示制作过程中要有建立父子层级关系的思想。将一个物体连接到另一个物体上，可以建立一个父子关系，当变换作用在父物体上的同时，也通过链接关系将变化传输给子物体。（7）待Mc1动车编组完成虚拟装配后，就可以以此为模板，对T1拖车编组中尺寸有差异的零部件进行替换、添加或者删除，很快完成拖车虚拟动态装配动态展示的制作。（8）对制作完成不同部类零组件的虚拟装配成果输出不同时长AVI格式的文件，为后期视频合成做好准备。
图6 不同部类组装时间轴关键帧
3.5动态展示制作合成技术
将不同部类动态展示制作输出的AVI文件，利用会声会影软件进行合成，同时在视频适当的位置添加文字注释和声音讲解，这样就能够完成导轨电车内装系统组装的动态展示。
结束语
本文以导轨电车项目为依托，提出了内装系统虚拟装配动态展示的制作方案，分了内装系统虚拟装配动态展示的制作思路，阐述了基于Catia的内装系统三维建模技术、基于Catia Composer的虚拟装配动态展示制作过程以及基于会声会影视频动态展示的后期合成制作过程，制作形成的成果最终集成与内装系统多媒体信息系统中。其设计思路不仅适用于内装系统的虚拟装配动态展示，还可以对其他复杂部件系统的虚拟装配提供借鉴。
参考文献：
[1]吴青，樊娜，郭希斌，等. 3DVIA Composer——快速制作产品技术文档的利器[J]. 轻工科技，2011，27（12）：78-79.
[2]米小珍，苍松，金燕，等. 动车组转向架检修系统中虚拟装配动画设计与实现[J]. 铁路计算机应用，2010，19（5）：27-31.
论文作者:孙晓晨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/13
标签：内装论文; 动态论文; 系统论文; 部类论文; 零组件论文; 模型论文; 导轨论文; 《基层建设》2018年第10期论文;