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数字样机的效果图设计渲染详细过程讲解
--《SolidWorks2011中文版数字样机技术及其应用实例（入门与提高）》连载19
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来源: 机械工业出版社
关键字: &&&
数字样机的效果图设计渲染详细过程讲解一文是《SolidWorks 2011中文版数字样机技术及其应用实例（入门与提高）》连载19，本章介绍的内容包括效果图设计的基本知识、PhotoView360及其应用实例、生活用品效果图设计实例、机械产品效果图设计实例和建筑产品效果图设计实例。本书由机械工业出版社独家授权e-works转载，任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如需联系出版相关书籍，请联系机械工业出版社张淑谦先生，电话：010-
　 第12章 数字样机的效果图设计及其应用实例 &&& 产品效果图是向顾客展示产品，以促进营销的重要手段。特别是在产品概念设计阶段，以及与产品外形有关的造型设计中，产品效果图设计显得尤为重要。SW具有通过硬件（图形卡）和软件（PhotoView360）向用户展示渲染效果图的功能。本章介绍的内容包括效果图设计的基本知识、PhotoView360及其应用实例、生活用品效果图设计实例、机械产品效果图设计实例和建筑产品效果图设计实例。 12.1 效果图设计的基本知识及一般流程
&&& 1．图形与图像的基本概念 &&& 我们日常总是喜欢把图形图像合着说，实际上它们是有区别的。根据在计算机内部表达和生成图的方法不同，可以将我们看见的各种图分成图形和图像两大类。 &&& （1）图形 &&& 可以用数学公式描述的图称为图形，又叫矢量图。二维绘图和三维造型直接生成的图都是矢量图。这种图的精度不会因为缩放而发生变化。也就是说，与大小比例无关。图形描述信息的文件存储量较小，其文件格式为.DWG、.DXF、.SLDPRT、.SLDASM、.SLDDRW、.PRT、.ASM、.IPT、.3DS等。 &&& 本书用SW设计的三维模型和生成的二维工程图都是图形，即矢量图。 &&& SW的三维模型图形显示样式如图12-1所示。
&&& 图12-1 SW的三维模型图形显示样式 &&& SW的二维工程制图的图形显示样式如图12-2所示。图中的灰色显示选项表示尚未激活的选项。
&&& 图12-2 SW的二维工程制图的图形显示样式 分页 &&& （2）图像 &&& 图像是用渲染程序对三维模型及其背景进行渲染后获得的静态或动态画面，或者由扫描仪、数码相机、摄像机等输入设备获得的静态或动态画面，或者通过抓图软件捕获的静态或动态画面。图像是由像素点阵构成的，又叫位图，俗称图片。 &&& 图像用数字任意描述像素点、强度和颜色。图像描述信息的文件存储量较大，所描述对象在缩放过程中会损失细节或产生锯齿。也就是说，与显示的大小比例有关。在显示方面它是将对象以一定的分辨率分辨以后将每个点的色彩信息以数字化方式呈现，可直接快速在屏幕上显示。分辨率和灰度是影响显示的主要参数。这些正是与图形的不同之处。 &&& 图像适用于表现含有大量细节（如明暗变化、场景复杂、轮廓色彩丰富）的对象，如照片、效果图等，通过图像软件（如Photoshop）可进行复杂图像的处理以得到更清晰的图像或产生特殊效果。 &&& 图像分为静态图像和动态图像。 &&& 静态图像的文件格式有.BMP、.JPG、.PSD、.TIFF、.TGA、.PNG等。 &&& 动态图像，即动画（电影、视频、摄像），其文件格式有.AVI、.MPG、.GIF、.SWF等。这里讲的都是认为无声的，只有图像。 &&& 用户要观看图像只要使用通用的看静态图像的软件（如ACDSee）和看动态图像用的软件（如暴风影音）就可以了，但是要观看图形就不那么容易了。例如，用SW设计的图形，只有SW软件或者能够直接打开SW文件格式.SLDPRT、.SLDASM、.SLDDRW的其他三维软件才可以观看，而且还会受到版本的限制。 &&& 2．效果图的基本概念 &&& 效果图是一种具有透视、色彩、质感和空间感效果的立体外观图。它能比较正确地反映产品各部分之间的尺度比例关系、结构与组合关系以及质地与肌理关系等特征，给人以形象、逼真、具体、生动的视觉艺术效果。因此，SW软件又称为逼真图像。 &&& “效果图”一词源自于建筑专业的说法，意指建筑广告里的建筑产品广告图样。后来被引申为任何产品的广告图。这类图因为经常出现在报纸、杂志等平面媒体上，所以经常将其称为“平面广告效果图”，为了对比电视、电影等立体媒体上的动画广告，有时也称为“静态效果图”。 &&& 3．渲染的基本概念 &&& 渲染的基本概念包括：着色与渲染、光与材质及色彩、光滑与反射、透明与折射等。 &&& （1）着色与渲染 &&& 着色（又翻译为上色）与渲染是两个不同的概念。 &&& 1）着色（即上色）：是一种显示方式，一般出现在三维软件系统的“显示”子菜单中（见图12-1和图12-2），采用的是一种实时显示技术，着色显示效果取决于图形显卡的档次和质量，优质的显卡可以显示纹理贴图、光源影响和阴影效果。但是无论怎样，都无法显示出反射、折射等光线追踪的效果。着色显示的图是图形，而不是图像。如果被抓图软件抓取，则所获得的图不再是图形，而是图像。 &&& 2）渲染：是基于一套完整的渲染程序计算出来的，硬件对它的影响只是一个速度问题，而不会改变渲染结果。影响结果质量的是看它是基于什么渲染程序渲染的，例如是光线跟踪，还是光能传递。渲染程序非常多，既有独立的，也有三维软件自带的。SW 2011是Mental Ray渲染引擎。 &&& （2）光与材质及色彩 &&& 光与材质是两个紧密联系的概念。 &&& 1）光：是波长为390～770nm的电磁波。这段电磁波能引起人们的色彩视觉感受，故又称为可见光谱。它是以波动形式进行直线传播的，具有波长和振幅两个因素。不同的波长产生色相差别，不同的振幅则产生同一色相的明暗差别。光在传播时有直射、反射、透射、漫射、折射等。 &&& 2）材质：简单地说，就是物体看起来是什么质地，可以看成是材料和质感的结合。在渲染程序中，它是物体表面各可视属性的结合。这些可视属性是表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些可视属性，才能让我们识别三维模型是什么做成的；也正是有了这些可视属性，计算机的三维虚拟世界才会和自然的真实世界一样五彩缤纷、变化万千。材质属性的本质是光。离开光，材质的属性就无法体现。 分页 &&& 3）色彩：是光的一种特性，通常看到的色彩是光作用于眼睛的结果。9种色彩的光―黑、白、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，如图12-3所示。当光线照射到物体上的时候，物体会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色。这些漫反射出来的光色除了会影响我们的视觉之外，还会影响到它周围的物体，这就是光能传递。当然，影响的范围不会像我们的视觉范围那么大，它要遵循光能衰减原理（见图12-4）。
&&& 图12-3 9种色彩的光及其R（红）、G（绿）、B（蓝）值
&&& 图12-4 色彩是光的一种特性（3ds MAX的光能传递） &&& 4）色彩模式：用户在图形与图像制作、处理中都要用到色彩模式。色彩模式比较多，以Photoshop软件为例，其色彩模式不少于9种。下面介绍在SW中使用的两种色彩模式，外加一种印刷的色彩模式。 &&& ①RGB―三原色色彩模式。 &&& R（Red）为红色，G（Green）为绿色，B（Blue）为蓝色。红、绿、蓝这3种颜色是最原始的3种色调，简称三原色。 &&& RGB色彩模式由红、绿、蓝这3种颜色叠加而形成其他颜色，故又称为“加色模式”。在此色彩模式下，每一种颜色将单独形成一个通道。各通道上的颜色亮度分为256阶（0～255）。当R、G、B的色彩数值均为0时，调出的颜色为黑色，当R、G、B的色彩数值均为255时，调出的颜色为白色，如图12-5所示。由三原色调出的黑、白、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫9种颜色，其R、G、B值参见图12-3。
&&& 图12-5 三原色的黑、白值 分页 &&& ②HSB―人体视觉色彩模式。 &&& H（Hue）为色相，S（Saturstion）为纯度（饱和度），B（Brightness）为明度（亮度）。HSB模式就是基于H、S、B这3个要素的模式，是根据人体视觉开发的一种色彩模式。SW的色彩模式中，用V表示明亮度，即叫HSV模式。 &&& 色相就是纯色，即组成可见光谱的单一颜色。依其规格，红色为0和360，黄色为60，绿色为120，蓝色则为240。 &&& 饱和度代表色彩的纯度，当其值为0时，为灰色。黑、白色与其他灰度色彩都没有饱和度。最大饱和度就是每一种色相最纯的颜色。 &&& 明度（亮度）即色彩的明亮度，当其值为0时，为黑色。最大亮度就是色彩最鲜明的状态。HSB模式的黑、白值如图12-6所示。
&&& 图12-6 HSB模式的黑、白值 &&& ③CMYK模式―四色印刷色彩模式。 &&& C、M、Y、K分别代表印刷上使用的4种油墨色：青色（Cyan）、桃红色（Peachblow）、黄色（Yellow）、黑色（Black）。在实际应用中，前面三色很难形成真正的黑色，所以又引入了黑色。黑色用于强化暗部的色彩。CMYK模式的黑、白值如图12-7所示。
&&& 图12-7 CMYK模式的黑、白值 &&& CMYK模式为减色模式，模拟的是阳光照射物体后的反射情况。这种情况下，阳光照射到物体上时，这个物体将吸收一部分光线，并将其余的光线进行反射，反射后的光线就是我们看到的物体真实颜色，所以说是减色。因此，用CMYK模式调出的色彩比用RGB调出的色彩少得多。 &&& 因为用RGB模式调出的色彩有些已超出印刷的范围，因此在印刷一幅全彩图时，就必然会损失一部分亮度，同时比较鲜明的色彩还会失真。因此，要在打印（印刷）前在Photoshop中将RGB模式转换为CMYK印刷模式。转换的操作方法是：单击“图像”/“模式”/“CMYK色彩”命令，即可进行转换。转换会造成一些色彩损失，所以转换前宜对原件进行备份，而且不要多次转换。因为此种转换不是完全可逆的。 &&& （3）光滑与反射 &&& 光滑与反射也是一对紧密关联的概念。一个物体是否有光滑的表面，往往不需要用手去触摸，视觉就会告诉我们结果。因为光滑的物体总是会出现明显的高光，比如玻璃、瓷器、金属等；而没有明显高光的物体，通常总是比较粗糙的，比如砖头、瓦片、泥土等。其原因仍然是光线的反射作用，但是和前面固有色的漫反射方式不同，光滑的物体有一种类似镜子的效果，当物体的表面光滑到可以镜像出周围的物体的时候，它对光源的位置和颜色是非常敏感的。所以，光滑的物体表面只“镜像”出光源，这就是物体表面的高光区，它的颜色是由照射它的光源决定的（金属除外），随着物体表面光滑度的提高，对光的反射会越来越清晰。这就是在三维材质编辑中，越是光滑的物体，其高光范围越小、强度越高的原因。当高光的清晰程度接近光源本身时，物体表面通常就要呈现出另一种面貌了，这就是反射材质产生的原因，也是古人磨铜为镜的原理。 分页 &&& （4）透明与折射 &&& 透明与折射是一对紧密相关的概念。自然界的大多数物体通常会遮挡光线，当光线可以自由地穿过物体时，这个物体肯定就是透明的。这里的“穿过”不仅指光源的光线穿过透明物体，还指透明物体背后的物体反射出来的光线也要再次穿过透明物体，使我们可以看到透明物体背后的东西。由于透明物体的密度不同，光线射入后会发生偏转现象，这就是折射。比如插进水里的筷子，看起来就是弯的。不同透明物质的折射率不同。表12-1列出了几种常见透明物质的折射率（IOR），供参考。 &&& 表12-1 几种常见透明物质的折射率（IOR）
&&& 4．光源与阴影 &&& （1）自然界的光源 &&& 自然界始终充满着光线，即使在漆黑的夜晚也会有微弱的光线照射着周围的环境，有的时候是月光或星光，如果没有月光和星光，至少还会有天空和云层的散射光线存在，所以绝对的黑暗是不存在的，即使有，也只是一种假象，如图12-8所示。
&&& 图12-8 自然界始终充满着光线 &&& 自然界的光线照射有直射光照和间接光照两种方式。我们将这两种光统称为入射光。虽然它们产生的光照效果不同，但都是来自太阳的光线。 &&& （2）自然光源和人工光源 &&& 1）自然光源有太阳、月亮、星空、闪电，甚至还有萤火虫。 &&& 2）人工光源主要是电灯，如白炽灯、荧光灯、聚光灯、节能灯等。 &&& （3）漫反射与镜面反射 &&& 根据材质的不同，光线的反射分为漫反射与镜面反射两种形式。粗糙表面的光线反射是漫反射（无高光区），而光滑表面的光线反射是镜面反射（有高光区），如图12-9所示。
&&& 图12-9 3种不同类型的材质（木头、金属、透明体） 分页 &&& （4）渲染软件的光源类型 &&& 渲染软件的光源类型有点光源、线光源、面光源、体积光源、环境光源和天空光源等。下面仅介绍在三维软件中常使用的几种光源。 &&& 1）点光源可以细分为白炽灯、聚光灯和太阳光。白炽灯的光线从某一点开始，向各个方向等量发射，如图12-10所示。聚光灯和白炽灯最大的不同是有一个限制光线照射范围的角度（不超过180°），而且它的照射区还分为聚光区和衰减区，如图12-11所示。太阳光发射出来的光线可以近似看成彼此之间是平行的，故又称为平行光，因为太阳是一个巨大的天然“电灯泡”，虽然照射效果与白炽灯截然不同，但还是把它归为点光源，如图12-12所示。
&&& 图12-10 Point光源（白炽灯）的照射效果
&&& 图12-11 Spot光源（聚光灯）的照射效果
&&& 图12-12 Directional光源（太阳光）的照射效果 分页 &&& 2)天空光源可以看成一个巨大的球形体积光源，不过我们都处在这个光源的内部，而且总是只能看到球形体积光源的上半部分，也就是倒扣过来的“锅”。这样看来，它是一个反的白炽灯光源，光线从四面八方向内部的一个点发射，如图12-13所示。
&&& 图12-13 Air光源（天空光源）的照射效果 &&& 3）环境光源：现实空间中的每一个物体其实都受到来自四面八方的反射光线的影响，为了模拟这种效果，就产生了环境光源，如图12-14所示。
&&& 图12-14 外界环境光源的照射效果 &&& （5）阴影 &&& 1）阴影的含义：指在光源的有效照射范围内，没有被照射部分形成的影像。因为当光源照射到物体上时，会增加照射区域的亮度，而物体的背光面和被物体遮挡住的地方由于没有接受到光源的照射，所以依然是环境色。在通常情况下，环境光源总是低于主光源的亮度，明暗间对比就形成了阴影。由此，我们知道阴影应该体现环境色的特点，而不是单纯的黑色，如图12-15和图12-16所示。两图中的阴影颜色就不是黑色，而是和环境色一致。
&&& 图12-15 边缘非常清晰的本影（采样范围为2）
&&& 图12-16 边缘处有明显的半影（采样范围为20） 分页 &&& 2）本影：物体被聚光灯这类点光源照射产生的边缘非常清晰的阴影即为本影，参见图12-17。
&&& 图12-17 用光能传递渲染的虚影 &&& 3）半影：物体被体积光源照射产生的比本影颜色淡的阴影即为半影。一般三维软件没有体积光源。前面图12-16是用3ds MAX中的阴影贴图参数之采样范围来模拟的。当采样范围设为10左右时，就会有较明显的边缘半影，中间深色部分为本影。当采样范围设为2以下，则看上去，好像只有本影（实际有少量半影）。伴有半影的阴影更接近实际。 &&& 4）虚影：虚影与半影有许多相似之处，但是它不等于半影。因为半影是光源在自身条件下形成的一种阴影类型，而虚影与照射它的光源没有直接关系，产生并影响它的是来自环境的散射光线，也就是光能传递产生的光线，它使得原本生硬的阴影变得活泼起来。如图12-17所示。仔细比较图12-17与图12-16会发现，虚影要比半影更柔和、真实而亮丽。 &&& 5）光效：光源除了因为照明而产生明与暗、光与影之外，还会出现许多光学特效。光学特效的使用，除了可以强化图像的真实感之外，也会为画面增添不少情趣，如图12-18和图12-19所示。
&&& 图12-18 大气体积光特效
&&& 图12-19 镜头效果 &&& （6）光源的设置原则 &&& 如果表现对象不同，应用领域不同，则光源的设置原则也不同。对于产品效果图来说，应服从如下原则。 &&& 1）显示需要原则：满足显示需要是照明的首要目的，也是照明的基础。显示会告诉我们图像中有什么，是什么，进而知道它是什么颜色，什么质感…… &&& 2）造型需要原则：同样一个物体在同一个光源照射下，角度不一样使我们对造型的感觉也不一样。比如，左侧部分比右侧部分看上去显得稍为厚一点，这种视觉上的差异完全是由灯光的照射角度不同引起的。 &&& 可以说，造型的需要是建立在显示需要的基础上的。它们都应该成为布置光源需要遵守的原则，如图12-20所示。
&&& 图12-20 光源要满足显示和造型的需要 分页
&&& 计算机辅助效果图设计的一般流程是：设想构思→三维建模→材质编辑与贴图→光源与摄影机设置→环境与效果设置→渲染与输出→图像编辑与处理。从视觉传播的角度来说，可以将这种流程分为两个阶段：前期建模和后期编辑。按照使用软件的不同，可以将“设想构思→三维建模→材质编辑与贴图→光源与摄影机设置→环境设置与控制→渲染”看成是前期建模，使用三维设计软件完成；而后期编辑就剩下“图像编辑与处理”，使用平面设计软件完成。按照图的类别不同，则前期建模就是围绕创建图形文件的“设想构思→三维建模”，后期编辑就是进行图像文件编辑处理的“材质编辑与贴图→光源与摄影机设置→环境与效果设置→渲染→图像编辑与处理”，如图12-21所示。
&&& 图12-21 效果图设计的流程图 &&& 下面按照后一种阶段划分进行介绍。 &&& 1．前期建模 &&& （1）设想构思 &&& 这是效果图设计的第一步，即设想构思三维模型的大概模样和周围环境，以及要达到什么效果。 &&& （2）三维建模 &&& 这一阶段的工作需要由机械、建筑、电子等行业的专业人员使用专用的三维设计软件才能完成。 &&& 2．后期编辑 &&& 编辑材质与贴图→设置光源与摄影机→设置背景、环境与效果→渲染与输出→图像编辑与处理 &&& （1）材质编辑与贴图 &&& 材质即材料的质地，它本身具有丰富的编辑特性。材质可以包括贴图，但是贴图不能包含材质。例如，在3ds Max里有一般材质和高级材质。 &&& 贴图是一种包含空间方位的图像。矢量图不能用做贴图。贴图操作需要用“贴图坐标”，它也有三轴方向，为了与一般的XYZ坐标相区别，特用UVW表示与XYZ三轴对应的方向。 分页 &&& 材质库即集合材质与贴图文件（.mat）的数据库，其结构如图12-22所示。
&&& 图12-22 材质库 &&& 由此图可见，贴图是最下层的工作。用户不能直接将图像贴在立体图形上，要执行贴图，就必须通过材质。 &&& （2）光源（灯光）与摄影机（相机）设置 &&& 12.1.1节讲到了光源的一些问题。这里概述的是3ds Max的相机命令。 &&& 3ds Max的相机命令分为“目标”和“自由”两种。 &&& 1）目标相机。目标相机设置：以给定一个目标点与相机位置的方式来显示Camera视窗，并依镜头所视，显示于Camera视窗中。 &&& 2）自由相机。自由相机设置：以先随意给定一个相机位置，再去旋转或移动相机镜头的方式来显示Camera视窗，并依镜头所视，显示于Camera视窗中。 &&& 当三维模型很大时，可以一次设置几组不同角度的相机，以便在视窗中快速地切换各种不同的观察点。 &&& （3）环境与效果设置 &&& 在3ds Max中，选择环境命令，即进入环境与效果设置窗口。在该窗口的“环境”选项卡中可以设置背景颜色、背景贴图、整体光源颜色和强度阶层数、光影颜色、自动曝光控制、是否处理背景和环境贴图、是否设定曝光颜色、光线密度值，以及大气环境效果等。其中大气环境效果包括火焰效果、雾效果、体积（质量）雾效果、体积灯效果。在该窗口的“效果”选项卡中可以设置镜头效果、模糊、亮度与对比度、色彩平衡、景深、文件输出、胶片颗粒、运动模糊。 &&& （4）渲染与输出 &&& 渲染就是为“化好妆”，布置好周围环境的三维模型“拍彩照”。不过，在3ds Max里面还不能马上“按快门”。还需要为渲染作最后一番设置才行。比如，高级照明设置，包括光跟踪器、光能传递等。若选择光跟踪器，则要进一步设置光跟踪器全局参数。若选择光能传递，则要进一步设置光能传递处理参数。 &&& 一切准备好之后，就是进行渲染了。渲染并不真的像“按快门”那样，“咔嚓”一声就行了，而是要花时间，少则几分钟，多则几小时，甚至几天，用户需要有耐心。 &&& 渲染以后，还有视频输出。这是3ds Max特有的，用户可以将当前渲染的画面（图像）组合成好几种不同形式的图像文件或动画文件。 &&& （5）图像编辑与处理 &&& 进行图像编辑处理是Photoshop软件的长项。3ds Max渲染的图有静态的，也有动态的。Photoshop软件只能编辑处理静态的渲染图像。除了用滤镜添加一些新的特效外，还可以对人物、车辆、花草等图像进行合成处理。显然，人物、车辆、花草等对象，在三维建模中是很难达到逼真效果的，通过数码摄影，然后在Photoshop中与渲染的图像进行合成，既逼真，又省事。渲染的动态画面，要和其他动态画面，甚至音频文件合成并编辑，则要用Premiere、Combustion等软件才行。
责任编辑：刘谊萍产品数字化样机
&一、为什么提出产品数字化样机&&&&历经“九五”期间CAD应用工程的推广，我国二维CAD的普及取得了明显的效益，但是，在三维CAD应用方面带仍然比较薄弱。在经济全球化的大环境下，提高我国制造业的国际竞争力是当务之急，尤其在加入WTO之后，传统的产品开发方式无法迅速响应日益变化的市场需求。特别是基于二维CAD的设计过程，只是甩掉了绘图板，对二维图形信息进行了处理，而不能直观地得到三维实体产品模型，进行产品的结构设计、强度设计、外形设计以及优化设计。&&&&CAD从二维绘图到三维设计，产生了质的飞跃，如何应用好三维CAD软件，如何处理好二维与三维的关系，不仅仅关系到设计方式的表达，还将决定企业产品开发模式。设计经验、设计资料、标准体系、设计规范基于二维还是三维积累，将直接关系到企业产品的系列化和可持续发展；变形设计（参数化、尺寸驱动）的能力，产品模型的建立，产品综合信息的管理模式，产品设计过程的控制方式等也不是简单的二维软件能够处理的，必须建立在三维实体造型基础之上。&&&&因此，从设计和管理两方面分析考虑，企业应通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。基于这种思想，一种全新的设计模式和开发体系也应运而生DD产品数字化样机，它将二维图纸表达的设计构思演变成基于三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），建立起企业数字化设计平台。&&&&二、什么是产品数字化样机&&&&产品数字化样机即产品虚拟样机，是基于三维CAD的产物。与二维CAD相比，三维开发设计模式具有无与比拟的优势。&&&&1、 三维CAD可视化程度高、形象直观、设计效率高，能为企业数字化提供完整的设计、工艺和制造信息。&&&&2、 三维CAD可以更加准确地表达技术人员的设计意图，使设计过程更加符合设计习惯和思维方式，从而使技术人员更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示。&&&&3、 三维CAD系统具有高级曲面造型工具，能够构造各种复杂的产品形状。&&&&4、 实现产品的装配设计，进行干涉检查、运动仿真。&&&&5、 进行产品结构分析和各种物理特性计算。&&&&6、 产品的三维模型可以直接通过投影自动生成二维工程图。各视图之间完全相关，当三维模型修改时，二维工程图可以自动完成更新；同时，设计结果也可以为后续设计模块，如工程分析、数控加工等应用，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。&&&&7、 携带产品综合信息。&&&&三维CAD是产品样机的基石，但产品样机绝不仅仅是计算机内部所有零部件的装配组合，一个完整的产品虚拟样机应包含如下几个内容：&&&&1、所有零部件的三维CAD模型及各级装配体。三维模型应参数化、适合于变形设计、适合于部件模块化。&&&&2、与三维CAD模型相关联的二维工程图。&&&&3、三维装配体适合运动结构分析、有限元分析、优化设计分析。&&&&4、形成基于三维CAD的PDM结构体系。&&&&5、从虚拟样机制作过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。&&&&6、虚拟样机的制作过程就是基于三维CAD的产品开发体系建立的过程。&&&&7、三维整机的检测与试验。&&&&三、如何建立产品数字化样机&&&&建立产品样机也就是建立以三维CAD为基础的设计开发体系，产品样机的建立过程是一个循序渐进的过程。&&&&初期：应以三维CAD（例如SolidEdge、UG等）为设计平台，建立典型产品的全参数化三维实体模型，进行干涉和碰撞检查、装配规划等。包括由三维模型转化建立完全关联的二维工程图；建立描述产品的物理数据，如基本属性、明细表信息等，为PDM管理提供基础数据。&&&&中期：建立基于三维模型的产品分析、加工及管理过程，进行产品的运动和动力学分析，了解运动构件工作时的运动协调关系、运动范围、可能的运动干涉、产品动力学性能、强度和刚度等；实现虚拟加工，对加工工艺进行模拟，以检验产品设计的合理性、可加工性，加工方法、机床和工艺参数的选用，以及加工过程中可能出现的加工缺陷，为CAM提供数据模型。并且通过PDM系统实现产品开发过程管理，在一个设计周期内跟踪所有设计事务和数据的活动，并为设计进程的自动管理提供必要的支持。&&&&远期：通过虚拟样机显示产品的外观、内部结构、装配和维修过程、使用方法、工作过程、工作性能等。有关人员可以浏览产品的图形与非图形数据，充分发挥三维模型的作用。如利用具有真实效果的产品结果显示和效果配置功能的效果图，可来探测、确定各类用户对产品规格、性能、外观等的需求，实现用户驱动、用户定制；在互连网上发布需要的配套零部件，获得供应商的电子数据，进行电子模装，验证产品的正确性；自动地在互连网上轻松地实现自助服务和主动服务等。&&&&此外，合作伙伴的选择也非常重要，依靠企业现有的资源力量，往往无法独立完成整个产品样机的建立工作。因此，可以选择一家技术雄厚、知识丰富、有类似项目经验的合作方，通过数字化虚拟样机的建立、实施，帮助企业能够建立起一套基于三维CAD的产品开发体系，实现设计模式的转变，提高产品创新能力，加快产品推向市场的周期。同时进行人才培养、技术储备，全面提升产品设计水平。作者：华特软件 魏松
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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