CATIA三维机械模型的动画设计

随着许多三维软件的发展，创建三维模型的技术得到了广泛的应用，提高了装配过程的可视性和准确性，在大型产品的设计中尤为重要。CATIA软件是法国达索公司开发的全套3DCAD/CAM/CAE集成软件，已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、机械制造等领域。在CATIA建模的基础上，重要的是生成可以在Windows环境下独立运行而不需要软件环境的动画，在模型运动测试、干涉检查和产品发布中发挥重要作用。

2模型的建立

动画需要用CATIA软件建立完整的模型，而为了动画的美观，需要赋予模型材质、颜色等属性并进行渲染。模型中有运动要求的元件应具有装配关系，不能设计为同一零件。当然，在同一个模型中，产品也可以相互移动。

3动画制作

CATIA模型的动画有三种设计思路，即录像机、DMU—DigitalMockup和3DVIAcomposer软件的应用。对于CATIA模型，这三种方法是最简单有效的。

3.1录像机

在CATIA环境下，可以通过工具-图像-视频的操作打开录像机，将设计师的操作以电影格式记录在屏幕上，并自动生成AVI格式的动画。

3.2电子原型技术(DMU—数字模型)

数字模型(DMU—DigitalMockup)是CATIA自己的运动模拟模块。通过该模块中的DMUkinematics功能，可以对装配模型进行仿真、分析和模拟，同时可以生成AVI格式的动画。设计思想是利用各组件之间的约束关系，逐级传递驱动部件的运动，实现整个机构的动作。首先，在装配设计模块中建立完整的装配约束。然后切换到DigitalMockup模块的DMUkinematics功能，开始定义机制。使用装配约束变换(assembly constraint transformation)，将装配约束变换为旋转关节，因为装配约束已经定义，采用自动变换。第三步是定义驱动器。选择合适的部件作为初始动作机构，设置动作参数，驱动与动作相关的部件传递相应的动作，形成完整的动作。第四步，可以用simulation做机构仿真和动画。当然，也可以在DMUkinematics模块中直接定义运动约束关系的运算，而不是约束变换。

3.3使用3DVIAcomposer软件

以上两种方法都是利用CATIA自身的功能来实现动画。事实上，达索公司开发了一款软件——3D viacomposer，专门利用3D数据创建透视图和动画，与CATIA软件有很好的无缝接口。catia模型可以直接在3DVIAcomposer上打开和编辑，3d via composer可以作为CATIA动画的扩展软件。有两种设计思路:(1)使用view-create view操作，将视图区域的模型以照片的形式保存，通过照片生成动画。该视图包含视图区域中的视角方向、模型属性和所有可见零件。根据要播放的图片顺序，依次创建几个视图，然后将创建的视图作为帧拖入时间轴区域，选择播放速度合适的时间间隔。软件会自动填充帧间的连续动作，最后将文件保存为AVI格式生成动画。(2)通过在时间轴上直接创建关键帧来生成动画。关键帧是动画的基本单位，每个关键帧对应动画的相应动作。3DVIAcomposer包含三个关键帧，可以记录模型的位置、属性、透视、方向和特征。根据动画播放速度和每张图片的停顿时间，选择合适的时间间隔设置关键帧，并将文件保存为AVI格式生成动画。

4三种方法的比较

录像机简单易学，但表现力较弱，生成的动画显示效果有限。它只是如实记录了设计者在屏幕上的每一步操作，所以多用于简单的组装、视角旋转和用DMU模块制作动画。DMU模块在动画中的优势在于具有运动仿真的功能，可以完整真实的展现机构间的运动传递关系，方便干涉检查，通过驱动创建运动自动完成所有运动动作，无需人为干预。缺点是对模型约束关系有严格的要求，即运动副的完整性和有效性。对于大规模装配模型，约束多，容易因约束关系不完整、不恰当而报错，无法生成整个运动的动画结果。DMU模块要求正确选择驱动程序，驱动程序从初始动作到最终动作的传递过程是基于严格的数学映射，反之亦然。3DVIAcomposer的优势在于其专业的动画功能，在展示模型的装配关系、爆炸视图、突出细节方面有很强的表现力。缺点是相对于CATIA环境，修改模型比较麻烦。建议在CATIA环境下修改模型，在3DVIAcomposer环境下更新相应的几何图形和字符。DMU模块和3DVIAcomposer在生成动画时要选择合理的压缩程序和压缩比，既能防止不必要的软件错误，又能兼顾文件大小和画面质量。