《数字创意建模》课件-项目二 柔性制造车间场景建模

校企合作联合办学柔性制造车间场景建模第二节柔性制造车间场景建模介绍目录2.柔性制造车间场景建模1.知识拓展知识拓展谈到智能制造，就不得不提工业革命。在世界经济现代化的三百年里，中国丧失了三次经济现代化的机遇，也就是错过了三次工业革命的机会。前两次工业革命让中国陷入了被动挨打的局面，而第三次工业革命只赶上了末班车。如今，第四次工业革命正在萌发，中国从没有像今天这样与世界领先技术如此的接近。知识拓展改革开放以来中国教育飞速发展。理工科教育远比世界上其他的国家多，尤其是比美国、英国等发达国家更加系统与严谨。在英美等发达国家，本科以通识教育为主，学生在工程技术方面的基本训练远不及中国。而中国工科类毕业生，基本都初步具备直接参与工程技术工作的能力。中国有大量的工程技术人才储备，这是我们能搭上第四次工业革命最基础的资本。知识拓展最近十几年，中国工业界在若干领域已经取得了举世瞩目的进步，在高铁、建筑工程设备、通信、无人机等方面，不仅跨入了全球第一阵营，甚至在第一阵营里取得了领先地位。未来10年，还有望在军用、民用飞机发动机以及大客机方面取得一些突破性的进展。目前在科学技术和工业方面迅猛发展的势头，也反映在每年申请专利的数量以及工程、自然科学论文的发表数量和被引用量都进入世界第一阵营。知识拓展中国有巨大的市场。其中，汽车、高铁、特高压、输变电、发电等市场的规模都位居世界前列，而民用航空也会在不久的将来跃居世界第一。这些巨大的市场为中国参与第四次工业革命创造了前所未有的巨大优势。有优势就可以制定标准，而标准制定者往往在技术突破和工业化中占据重要优势。同时，巨大的市场也会孕育出很多大型公司。16.35%中国经济总体上仍然处在良好的较快增长势头中，与其他国家经济普遍下滑形成鲜明的对比。中国经济的增速仍然保持在6%以上，即便目前碰到了一些困难，但高新技术产业增加值的增长速度仍然高于整体经济的发展速度。知识拓展16.35%据2019年世界GDP占比数据显示，美国24.37%，中国16.35%，日本5.79%，德国4.38%，印度3.27%，英国3.22%，法国3.08%，很显然中国已是世界第二大经济体。与此密切相关的是，中国目前仍然是全球最高储蓄率的经济体，是少有的拥有巨额储蓄的经济体。资金是科学技术转变为企业发展动力的助推器，有了这一强大的助推器，任何的科学技术及应用都能够较快的落地。这次，中国必将抓住第四次工业革命，也必将引领世界潮流。知识拓展知识拓展智能制造的扩展知识我们就先讲到这里，下面我们来讲解一下“柔性制造车间”流水线生产环节的多种必需设备建模。该设备在智能化制造产业中有多种形态，是工业智造的必需设备。目录2.柔性制造车间场景建模1.知识拓展柔性制造车间场景建模通过四节课的单体模型，提取出难点模型进行重点知识讲解，使大家学会灵活运用工具命令和参数来创建出自己想要的模型。柔性制造车间场景建模课程分为:上料机建模机械手臂建模数控车床FMS-01建模数控车床FMS-02布尔运算上料机建模第3节课“上料机设备”，学习“凹陷长方体建模”、“镂空长方体建模”、“弯曲长方体建模”。机械手臂建模第4节课“机械手臂设备”，学习“软线管建模”、“异面体建模”。数控车床FMS-01建模第5节课“数控车床FMS-01设备”，学习“弧面异面体外壳建模”、“弧面拉门建模”。数控车床FMS-02布尔运算第6节课“数控车床FMS-02设备”，学习“图形布尔”、“布尔复合对象”、“ProBoolean复合对象”。校企合作联合办学柔性制造车间场景建模第三节——上料机设备建模目录2.凹陷长方体建模3.镂空长方体建模4.弯曲长方体建模5.UV拆分排布注意点1.图片分析解构重组图片分析同学们好！我们在创建上料机模型时，第一步通常会去分析上料机参考实物图片的结构和比例关系，归纳出简单几何体和复杂几何体，对复杂组合物体的结构进行拆分重组，可以使我们更为深入的了解物体的结构组成，以便于我们进行快速建模。同学们可以根据自己的思考方法灵活运用归纳大法，在以后的建模中会起到事半功倍的效果。解构重组

这些长方体都可以在MAX里的几何体下的标准基本体里找到相似模型，可以对它进行创建和修改，转变为自己想要的模型结构。观察图片，我们可以对上料机进行几何体归类，大致可以归为三类，分别为凹陷长方体、镂空长方体、弯曲长方体凹陷长方体镂空长方体弯曲长方体目录2.凹陷长方体建模3.镂空长方体建模4.弯曲长方体建模5.UV拆分排布注意点1.图片分析解构重组凹陷长方体建模凹陷长方体建模常用插入和挤出命令插入插入命令可以方便我们快速制作模型的内轮廓，在制作镂空、凹凸物体时很有帮助，是建模常用的几个命令之一。我们选定模型后右击转换为可编辑多边形，进入多边形编辑“面”模式（主键区，快捷键4），在视口透视图选择长方体上方的一个面。接下来进行内轮廓创建，“插入”设置按钮

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“插入数量”输入合理的参数值。挤出挤出命令也是建模常用命令之一，通常MAX里都进行“面”挤出，当然也可以“线”挤出。我们进行模型面凹陷创建，进入“编辑多边形”卷展栏

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“挤出”设置按钮

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“挤出高度”输入合理的数值。也可以右键模型，在弹出的“四元菜单”中选择“挤出”属性设置按钮，输入挤出高度值。目录2.凹陷长方体建模3.镂空长方体建模4.弯曲长方体建模5.UV拆分排布注意点1.图片分析解构重组镂空长方体建模镂空长方体建模常用顶点编辑缩放和壳修改器顶点编辑缩放在镂空物体制作的时候，通常选用

“平面”几何体，平面比体积几何体更有优势，模型修改也更为方便可控。这里需要注意的是编辑点要沿着轴向缩放。转换为“可编辑多边形”，进入“顶点”模式（主键区，快捷键1），按住Ctrl键鼠标框选第二垂直线和第四垂直线的顶点，按下R键（模型缩放）沿X轴方向水平缩放到和参照模型差不多的位置。同理，进行水平缩放。壳修改器通过添加一组朝向现有面相反方向的额外面，“壳”修改器“凝固”对象或者为对象赋予厚度，无论曲面在原始对象中的任何地方消失，边将连接内部和外部曲面。可以为内部和外部曲面、边的特性、材质ID以及边的贴图类型指定偏移距离。常用于制作体积模型。右侧命令面板，“修改”面板

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“修改器列表”下拉选项里选择“壳”命令，在“参数”列表里进行灵活设置。目录2.凹陷长方体建模3.镂空长方体建模4.弯曲长方体建模5.UV拆分排布注意点1.图片分析解构重组弯曲长方体建模弯曲体模型建模常用封口和挤出命令封口与挤出观察图片，带有弧度弯曲的链条我们可以通过“圆环”几何体来进行快速制作，需要注意的是在圆环“边数”更改后再“旋转”一定角度后，有可能会出现模型“平滑组”混乱问题，需要重新分配模型平滑组。进入可编辑多边形“边界”命令（主键区，快捷键3），选定缺口面的边界，在右侧命令面板里的编辑界面点击“封口”，接下来对这两个面进行“挤出”操作。平滑组丢失平滑组定义了是否使用边缘清晰或平滑的曲面渲染曲面。平滑组是为对象的曲面或通道指定的数目。每个面或面片均可以包含任意数量的平滑组，但最多不能超过32个。如果两个面或面片共享一条边并且共享同一个平滑组，它们将被渲染为平滑曲面。如果它们没有共用相同的平滑组，它们之间的边缘将作为角点进行渲染。透视图观察，我们发现曲面有明显的硬边，需要重新分配模型平滑组。通过可编辑多边形（多边形/元素）或者编辑网格修改器里的“平滑修改器”，可以手动更改或设置指定平滑组时所用阈值的动画。目录2.凹陷长方体建模3.镂空长方体建模4.弯曲长方体建模5.UV拆分排布注意点1.图片分析解构重组UV拆分排布注意点上料机模型制作完成后，将会对模型的UV进行拆解。我们在拆分UV时要注意，模型UV不能超出棋盘格外，否则我们在后面绘制模型贴图时就会出现问题；另外一点需要注意的就是UV尽可能的填满棋盘格内空白多余的地方。这是在拆分排布UV时需要注意的两个点。最终效果展示校企合作联合办学柔性制造车间场景建模第四节——机械手臂设备建模目录2.软线管建模3.异面体建模1.图片分析解构重组图片分析同学们好！今天我们来学习柔性制造车间机械手臂的模型创建，为了便于理解和学习我们选取难点模型进行讲解。仔细观察机械手臂参考图，我们对复杂几何体进行拆分归类重组，通过对比分析机械抓手和软管、线管在模型创建中难度较大，用标准基本体建模不易控制且耗时多效率低。有没有简单的办法呢？当然有，这时候我们就要用到Max图形下的“样条线”工具和几何体下的“复合图形”工具。解构重组

Max图形下的样条线有着强大功能，配合几何体下的标准基本体，可以制作出超复杂的异面体，是Max建模里必须掌握的技能之一。观察图片，我们可以对机械手臂的复杂结构进行划分归类，分别为软线管、机械抓手软线管机械抓手目录2.软线管建模3.异面体建模1.图片分析解构重组软线管建模软线管建模常用样条线和放样命令电管、水管、电线、绳子等都可以运用这种方法进行快速建模图形样条线图形是一个由一条或多条曲线或直线组成的对象。图形是常用作其他对象组件的2D和3D直线以及直线组。大多数默认的图形都是由样条线组成。使用这些样条线图形，可以执行下列操作：原样渲染；生成平面和薄的3D曲面；定义放样组件，如路径和图形，并拟合曲线；生成旋转的挤出和曲面；定义运动路径。3dsMax提供多种基本样条线图形对象、两种类型的NURBS曲线以及5种扩展样条线。因此，可以使用鼠标或通过键盘输入快速创建这些图形，然后将其组合，以便形成复合图形。基本样条线可以转化为可编辑样条线对象。可编辑样条线包含各种控件，用于直接操纵自身及其子对象。例如，在“顶点”子对象层级，可以移动顶点和调整其Bezier控制柄。使用可编辑样条线，可以创建没有基本样条线选项规则但比其形式更加自由的图形。将样条线转化为可编辑样条线时，将无法调整其创建参数，或对其设置动画。闭合路径与顶点类型有时候我们要对组合图形样条线进行挤出操作，在多条组合“线”型路径的情况下要先合并多条路径，然后再焊接各自相邻路径的顶点形成闭合路径，否则组合线型路径在做“挤出”或“壳”命令时“面”会出现问题。样条线的顶点类型可以分为：Bezier角点：带有不连续的切线控制柄的不可调整的顶点，用于创建锐角转角。线段离开转角时的曲率是由切线控制柄的方向和量级设置的。Bezier：带有锁定连续切线控制柄的不可调解的顶点，用于创建平滑曲线。顶点处的曲率由切线控制柄的方向和量级确定。角：创建锐角转角的不可调整的顶点。平滑：创建平滑连续曲线的不可调整的顶点。平滑顶点处的曲率是由相邻顶点的间距决定的。样条线顶点属于Bezier或“Bezier角点”类型，可以移动和旋转控制柄，进而影响在顶点联接的任何线段的形状。可以使用切线复制或粘贴操作在顶点之间复制和粘贴控制柄。也可以使用四元菜单重置控制柄或在不同类型之间切换。选择顶点后，四元菜单中始终有切线类型可用。放样放样对象是沿着第三个轴挤出的二维图形。从两个或多个现有样条线对象中创建放样对象。这些样条线之一会作为路径。其余的样条线会作为放样对象的横截面或图形。沿着路径排列图形时，3dsMax会在图形之间生成曲面。创建放样对象之后，可以添加并替换横截面图形或替换路径。也可以更改或设置路径和图形的参数动画。另一种方法是使用“修改”面板的“变形”卷展栏来增加复杂度。放样是3dsmax建模中非常实用的一个命令，灵活运用该命令可以帮助我们高效建立很多模型。目录2.软线管建模3.异面体建模1.图片分析解构重组异面体建模异面体建模常用样条线、附加、焊接和壳命令配合几何体建模，可以创造出千变万化的模型附加允许您将场景中的另一个样条线附加到所选样条线。单击要附加到当前选定的样条线对象的对象。您要附加到的对象也必须是样条线。附加对象时，两个对象的材质可以采用下列方式进行组合：如果正在附加的对象尚未分配到材质，将会继承与其连接的对象的材质。同样，如果要附加到的对象没有材质，将继承要附加的对象的材质。如果两个对象都有材质，生成的新材质是包含输入材质的“多维/子对象”材质。此时，将会显示一个对话框，其中提供了三种组合对象材质和材质ID的方法。附加的形状将丢失它们作为独立形状时的标识，并且带有以下结果：附加的形状将丢失对其创建参数的所有访问。例如，一旦将某个圆附加到某个正方形后，便无法返回并更改圆的半径参数。附加的形状的修改器堆栈将塌陷。应用于附加形状的任何编辑、修改器和动画将在当前帧冻结。焊接样条线端点焊接包含“自动焊接”和“焊接”两个命令，启用“自动焊接”后，会自动焊接在与同一样条线的另一个端点的阈值距离内放置和移动的端点顶点。此功能可以在对象层级和所有子对象层级使用。阈值距离微调器是一个近似设置，用于控制在自动焊接顶点之前，顶点可以与另一个顶点接近的程度。默认值为6.0。端点自动焊接一般不常用。手动“焊接”，将两个端点顶点或同一样条线中的两个相邻顶点转化为一个顶点。移近两个端点顶点或两个相邻顶点，选择两个顶点，然后单击“焊接”。如果这两个顶点在由“焊接阈值”微调器（按钮的右侧）设置的单位距离内，将转化为一个顶点。您可以焊接选择的一组顶点，只要每对顶点在阈值范围内。样条线体积生成闭合样条线生成体积模型时，通常有三种方法：给样条线增加挤出修改器。平滑组少部分混乱（见紫色图），解决方法是回到样条线顶点编辑模式，修改顶点类型为Bezier或者为平滑即可使模型平滑组正常显示。把样条线转换为可编辑多边形进入面层级挤出。平滑组大部分丢失（见蓝色图），可编辑多边形不受样条线的顶点类型限制，解决方法是进入可编辑多边形“面”模式重新分配平滑组。给封闭样条线增加一个“壳”修改器。模型平滑组正常显示无混乱。（见黄色图）注意：样条线选择不同的顶点类型将决定生成后的多边形模型平滑组是否丢失混乱。最终效果展示校企合作联合办学柔性制造车间场景建模第五节——数控车床FMS-01设备建模目录2.弧面异体外壳建模3.弧面拉门建模1.图片分析解构重组图片分析仔细观察数控车床FMS-01设备参考图，运用前面所学的知识对设备的复杂几何体进行拆分归类重组，通过对比分析设备的外壳呈弧度不规则几何体模型，其它的组合则是简单的几何体堆叠组合，拉门弧度和外壳弧度相匹配，在Max里任何带有弧度的复杂模型都可以用图形下的“样条线”工具和几何体下的“复合图形”工具进行快速建模。解构重组

这一节课将运用到前面所学的所有知识，是对所学知识再巩固教学，以及灵活应用所学知识的系统训练，另外也将学习新命令的使用。我们对数控车床FMS-01设备的复杂结构进行拆分归类，分别为弧面异体外壳、弧面拉门。弧面异体外壳弧面拉门目录2.弧面异体外壳建模3.弧面拉门建模1.图片分析解构重组弧面异体外壳建模弧面异体外壳建模常用样条线、挤出、壳命令，对于不规则截面创建涉及到“图形合并”命令图形合并使用“图形合并”来创建包含网格对象和一个或多个图形的复合对象。这些图形嵌入在网格中（将更改边与面的模式），或从网格中消失。简单来说就是“图形样条线”可以投射到多边形模型上，在制作不规则复杂走势的切面模型时很有帮助。选择“图形合并”可以将字母、文本图形与模型网格合并。在拾取图形时沿图形局部负Z轴方向投射到网格对象上，图形可沿不同方向投射。只需再次单击“拾取图形”，然后拾取另一图形。将图形应用于网格中，有下列几种模式饼切：切去网格对象曲面外部的图形。合并：将图形与网格对象曲面合并。反转：反转“饼切”或“合并”效果。使用“饼切”按钮此效果明显。禁用“反转”时，图形在网格对象中是一个孔洞。启用“反转”时，图形是实心的而网格消失。使用“合并”时，使用“反转”将反转选中的子对象网格。例如，如果合并一个圆并应用“面提取”，当禁用“反转”时将提取圆环区域，当启用“反转”时，提取除圆环区域之外所有图形。目录2.弧面异体外壳建模3.弧面拉门建模1.图片分析解构重组弧面拉门建模弧面拉门建模常用样条线、放样命令，配合“分离”“倒角”可以制作分体模型凹面效果分离仅限于“顶点”“面”“多边形”“元素”层级将选定子对象作为单独的对象或元素进行分离。同时也会分离所有附加到子对象的面。显示对话框，提示您输入新对象的名称。该对话框具有“作为克隆对象分离”选项，可以复制面，但不能将其移动。将分离面移到新位置时，将会在原始对象中留下一个孔洞。倒角仅限于“面”“多边形”“元素”层级如果鼠标光标位于选定面上，将会更改为“倒角”光标。选定多个面时，如果拖动任何一个面，将会均匀地倒角所有的选定面。激活“倒角”按钮时，可以依次拖动其他面，使其倒角。再次单击“倒角”或右键单击，以便结束操作。最终效果展示校企合作联合办学柔性制造车间场景建模第六节——数控车床FMS-02设备建模目录2.图形布尔3.布尔复合对象1.图片分析4.ProBoolean复合对象图片分析观察数控车床FMS-02设备参考图，运用前面所学知识，我们提取复杂结构的“主轴卡盘”进行讲解。“主轴卡盘”由打孔圆柱、不规则打孔几何体构成，本节课将单独讲解Max的“布尔运算”在不规则打孔几何体上的运用。布尔运算在Max里很少有人能真正掌握其使用技巧，它就像一匹待驯服的野马，驾驭难度较大，一旦掌握绝对会对你的建模速度有质的提升。然而很多人对布尔运算嗤之以鼻，甚至排斥布尔运算，一方面是需要掌握的知识点多学习难度大，另一方面是布尔操作有时会产生奇怪或异常的结果，使建模结果不可控制，最使人头疼的问题是运算会导致模型布线出现混乱，打乱原有模型的布线走势。在我看来这些问题都不是问题，方法总比困难多，只要勤加练习，熟练掌握布尔运算的原理和使用技巧，您一定会爱上它的强大。布尔运算布尔操作是对建模工具箱的强有力的补充；“布尔”按钮位于“创建”面板上的“复合对象”列表中；该按钮允许您对对象执行连接、相减、相交和剪切操作。温馨提示：在执行布尔操作之前，应该先保存场景或使用“编辑”“暂存”。这样一来，如果对象不按预期显示，可以快速恢复。Max里的布尔运算，分为“图形布尔”、“布尔复合对象”、“ProBoolean

复合对象”目录2.图形布尔3.布尔复合对象1.图片分析4.ProBoolean

复合对象图形布尔使用图形布尔并通过布尔运算将样条线组合到新图形中。图形布尔可用于组合样条线的任意组合，包括闭合和打开的样条线。还可以使用接缝控件动态对布尔交集进行切角或圆角化。运算对象参数并集合并两个图形。几何体的相交部分或重叠部分会被丢弃。应用了“并集”的运算对象在视口中显示时会以绿色标出其轮廓。相交使两个原始图形共同的重叠体积相交。剩余几何体会被丢弃。应用了“相交”的运算对象在视口中显示时会以黄色标出其轮廓。减去

从基础（最初选定）图形中移除相交的部分。此运算有时也称为差集。应用了“相减”的运算对象在视口中显示时会以蓝色标出其轮廓。运算对象参数对称差分应用相交的反向操作，剪切出图形之间的差集。例如，如果有两个分别名为A和B的运算对象，并对B应用对称差集，则生成的运算是A减B组合B减A。应用了“对称差集”的运算对象在视口中显示时会以青绿色标出其轮廓。合并查找两个图形之间的所有交集并将其合并到一个组合图形中，此时在每个交点处切割样条线。在将复杂图形转换为可编辑样条线后，您希望采用其他方式重新集合它们，这是对其进行操纵的好方法。应用了“合并”的运算对象在视口中显示时会以紫色标出其轮廓。A、B相交处顶点被切割断开，A、B可以自由控制各自断开的顶点。附加与可编辑样条线中的“附加”运算类似，组合两个运算对象的图形，但对交集不执行任何计算。应用了“附加”的运算对象在视口中显示时会以橙色标出其轮廓。A、B相互独立。运算对象参数插入从运算对象A（当前结果）减去运算对象B（新添加的运算对象）的边界图形，运算对象B的图形不受此运算的影响。应用了“插入”的运算对象在视口中显示时会以红色标出其轮廓。盖印通过在两条样条线交叉的每个相交点处插入一个结来优化运算对象相交边。这与针对可编辑样条线的分段运算中的“优化”运算类似。在禁用此选项的情况下进行运算时，会在相交点处切割（断开）线段。切面执行指定的布尔运算，但不将运算对象添加到最终图形中。此选项用于剪切出特定图形。提示：对某个操作对象启用“切面”也会将该选项应用于“操作对象”列表中该操作对象下面的任何操作对象。要删除不需要的裁切，您可以将启用了“切面”的操作对象拖动到列表底部。目录2.图形布尔3.布尔复合对象1.图片分析4.ProBoolean

复合对象布尔复合对象布尔对象可以通过对两个或更多对象执行布尔操作，将其合并到单个网格中。也可以使用ProBoolean创建复合对象，它有备用的工作流和一些其他选项。但是，对于大多数用途，新的双精度布尔算法提供了精确装配复合对象的最强大、最直观的方法。运算对象参数并集结合两个对象的体积。几何体的相交部分或重叠部分会被丢弃。应用了“并集”的操作对象在视口中显示时会以绿色标出其轮廓。交集使两个原始对象共同的重叠体积相交。剩余几何体会被丢弃。应用了“相交”的操作对象在视口中显示时会以黄色标出其轮廓。差集从基础（最初选定）对象移除相交的体积。该操作也称为“差集”。应用了“差集”的操作对象在视口中显示时会以蓝色标出其轮廓。运算对象参数合并使两个网格相交并组合，而不移除任何原始多边形。在相交对象的位置创建新边。对于需要有选择地移除网格的某些部分的情况，这可能很有用。应用了“合并”的操作对象在视口中显示时会以紫色标出其轮廓。附加将多个对象合并成一个对象，而不影响各对象的拓扑；各对象实质上是复合对象中的独立元素。应用了“附加”的操作对象在视口中显示时会以橙色标出其轮廓。插入从操作对象A（当前结果）减去操作对象B（新添加的操作对象