3D動畫技術在農(nóng)業(yè)機械定性中的應用

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摘要:隨著信息化技術的不斷進步，3d動畫技術取得了長足發(fā)展。在農(nóng)業(yè)機械設計分析領域，3D動畫具有先天優(yōu)勢，可以更加直觀地呈現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的設計結構，便于進行定性分析。介紹了3D動畫的應用原理、優(yōu)勢和特點，分析了3D動畫在農(nóng)業(yè)機械定性分析中的應用。

關鍵詞:3D動畫呈現(xiàn);農(nóng)業(yè)機械;定性分析

0引言

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的不斷增長，我國農(nóng)業(yè)機械設計制造行業(yè)不斷取得突破，但是在新型農(nóng)業(yè)機械的設計過程中，傳統(tǒng)的分析方法已經(jīng)不能滿足定性分析的需要。因此，近年來3D動畫呈現(xiàn)技術被引入到農(nóng)業(yè)機械定性分析工作，并取得了不錯的效果。隨著3D動畫軟件的不斷更新，越來越多的3D動畫軟件在不同的領域得到了廣泛應用，分析中使用的3D動畫軟件種類愈發(fā)豐富，功能也更為強大，在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中發(fā)揮的作用也日益重要。

13D動畫軟件介紹

1.1概念

3D動畫軟件是利用3D技術建模，同時可以對3D模型進行運動模擬的軟件。通過3D軟件的工作不僅可以將平面設計的物體三維立體化，還可以創(chuàng)造出一個立體的三維空間讓之前構建的3D模型在這一虛擬空間中進行運動模擬，并對這一過程進行分析，最終通過3D動畫進行整體呈現(xiàn)。動畫呈現(xiàn)模式更加直觀，且動畫可以對周邊環(huán)境的動態(tài)進行仿真模擬，因此，近年來3D動畫軟件在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中被廣泛應用。主要介紹了PFC3D軟件的應用，其在應用過程中可以配合SoildWorks等基于CAD的3D設計軟件，共同完成農(nóng)業(yè)機械的定性分析工作。

1.2應用原理

3D動畫軟件在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中的主要作用是利用3D動畫技術，通過動態(tài)仿真模擬來對農(nóng)業(yè)機械的實際使用過程加以分析，使農(nóng)業(yè)機械的定性分析更加貼合實際。以PFC3D軟件的工作為例，其工作原理是利用散粒體建模模擬土壤的狀態(tài)，通過對土壤模型內(nèi)部不同顆粒間的相對運動模擬得出農(nóng)業(yè)機械在使用過程中土壤的結構狀態(tài)變化，也可以通過這一動畫模擬過程得出土壤的力學變動曲線，讓農(nóng)業(yè)機械的定性分析更加準確，也可以對較為復雜的農(nóng)業(yè)機械工作過程進行分析，擴大了農(nóng)業(yè)機械定性分析的應用范圍［1］。PFC3D軟件主要是通過對周邊環(huán)境的建模及運動過程的模擬實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械工作狀態(tài)的分析，在農(nóng)業(yè)機械建模方面的能力有所欠缺，因此可以配合3D和CAD軟件如SoildWorks進行農(nóng)業(yè)機械建模，之后根據(jù)建成的農(nóng)業(yè)機械三維模型設計3D動畫中的農(nóng)業(yè)機械模型，使動畫過程可以準確模擬農(nóng)業(yè)機械的實際工作過程，利用兩類3D軟件共同完成定性分析工作。

1.3優(yōu)勢及特點

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械定性分析，往往是采用實際操作農(nóng)業(yè)機械的方法進行定性分析，不僅會浪費人力物力，實際操作環(huán)境也較為單一，不能實現(xiàn)對于不同土壤環(huán)境下農(nóng)業(yè)機械的定性分析，分析結果具有片面性。而使用了3D動畫軟件進行農(nóng)業(yè)機械的定性分析不僅可以省去實際操作的步驟，還可以利用軟件對于多種土壤條件進行分別建模，讓定性分析工作更加全面。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械定性分析，在農(nóng)業(yè)機械實際運行過后，不能直接得到具體的土壤變化數(shù)據(jù)，如在進行播種及犁地過程模擬分析時，分析人員只能通過土層狀態(tài)的變化，利用經(jīng)驗對這一過程進行還原分析，結果不夠精準。使用3D動畫軟件利用3D動畫呈現(xiàn)進行農(nóng)業(yè)機械定性分析時，可以利用軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)直接獲取土壤的力學狀態(tài)變化，并對變化數(shù)據(jù)進行記錄與分析，最終得到農(nóng)業(yè)機械工作過程的土壤力學參數(shù)變化曲線，讓分析數(shù)據(jù)更加客觀，也便于分析人員進行接下來的定性分析工作［2］。通過3D動畫呈現(xiàn)的方式進行農(nóng)業(yè)機械定性分析還有一個巨大的優(yōu)勢就是在模擬過程中便可以對農(nóng)業(yè)機械的結構進行調(diào)整，可以為后期的農(nóng)業(yè)機械改良工作提供參考。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中，只能對已有的農(nóng)業(yè)機械進行分析，在農(nóng)業(yè)機械設計人員進行改良后需要等待機械升級完成才能進行再次的測試，不僅延長了定性分析的時間，反復地機械改進也會增加生產(chǎn)廠家的成本。但是利用3D動畫軟件進行農(nóng)業(yè)機械的定性分析，在得到分析結果后設計人員做出的改動可以直接通過三維建模加以實現(xiàn)，有效縮短了農(nóng)業(yè)機械的定性分析時間，另外在定性分析時也可以對農(nóng)業(yè)機械模型進行微調(diào)，為農(nóng)業(yè)機械的設計提供參考依據(jù)，便于設計人員更好地完成農(nóng)業(yè)機械設計工作。

23D動畫軟件的應用

2.1模型構建

利用3D動畫呈現(xiàn)進行農(nóng)業(yè)機械定性分析時，3D建模過程主要分為兩個階段。首先是對農(nóng)業(yè)機械的建模，目前在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中常用的3D動畫軟件例如PFC3D，并非基于CAD技術開發(fā)，因此僅僅通過單一的軟件難以進行農(nóng)業(yè)機械的準確建模。目前在農(nóng)業(yè)機械設計工作中，基于CAD的3D軟件被廣泛應用，此類軟件可以輕易實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的建模。而后農(nóng)業(yè)機械定性分析人員需要將在SoildWorks等軟件中構建好的3D模型導入到3D動畫軟件之中，這一過程可以根據(jù)農(nóng)業(yè)機械的實際使用狀態(tài)對模型進行簡化，但要確保其可以準確反映農(nóng)業(yè)機械工作中的實際狀態(tài)。在對農(nóng)業(yè)機械三維模型進行簡化轉換時，需要總結其力學特性變化規(guī)律，在對簡化模型進行微調(diào)時系統(tǒng)軟件可以及時確定微調(diào)后的農(nóng)業(yè)機械力學特性，確保定性分析結果的準確性。在農(nóng)業(yè)機械建模完成之后，3D動畫軟件還需要對土壤環(huán)境進行建模。以PFC軟件為例，在進行土壤建模時主要是利用微小的土壤顆粒實現(xiàn)對于土壤狀態(tài)的模擬，在這一過程中不同土壤顆粒間的受力關系較為簡單，受力均符合牛頓第二定律，在受力發(fā)生改變時狀態(tài)也會相應發(fā)生變化［3］。

2.2動態(tài)分析與測試

3D建模完成之后，便可以利用3D動畫軟件模擬農(nóng)業(yè)機械的工作狀態(tài)，并通過3D動畫形式加以呈現(xiàn)，完成農(nóng)業(yè)機械的定性分析工作。由于對土壤受力狀態(tài)的模擬技術還不完善，因此利用3D動畫軟件進行的農(nóng)業(yè)機械定性分析主要集中于犁面過程及壓實過程的受力分析，對于播種也有一定的指導作用。在進行農(nóng)業(yè)機械動態(tài)分析之前，需要對機械及土壤的力學參數(shù)進行設定，其中農(nóng)業(yè)機械的力學參數(shù)設定在CAD模型轉換時已經(jīng)完成，因此分析人員只需要對土壤的狀態(tài)參數(shù)進行設置［4］。最后只需要根據(jù)農(nóng)業(yè)機械的實際工作狀態(tài)設計其在3D動畫中的運動方式及運動軌跡，便可以對其進行定性分析。分析人員可以通過3D動畫直觀地觀察土壤狀態(tài)的改變，同時通過信息處理軟件可以得到土壤在這一過程中單位力學參數(shù)數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過軟件分析得到力學特性變化曲線。除了對農(nóng)業(yè)機械運行過程中的土壤受力狀態(tài)進行分析之外，使用3D動畫技術可以及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設計過程中存在的問題并加以解決。運用傳統(tǒng)的3D建模技術雖然可以將設計圖上的設計立體化，但是對靜態(tài)模型的分析只能優(yōu)化設計尺寸等參數(shù)，不能真正結合農(nóng)業(yè)機械的工作實際進行設計的優(yōu)化。而使用SoildWorks等3D動畫軟件便可以實現(xiàn)對于農(nóng)業(yè)機械運行狀態(tài)的模擬，設計人員可以全面了解農(nóng)業(yè)機械運行過程中內(nèi)部各零件的工作狀態(tài)，便于發(fā)現(xiàn)潛在的設計問題并加以調(diào)整。同時在3D動畫軟件中可以對農(nóng)業(yè)機械不同的運行環(huán)境進行模擬，3D動畫技術人員可以通過環(huán)境的設定，模擬不同地形及氣候條件。設計人員可以了解不同環(huán)境下農(nóng)業(yè)機械的運行狀態(tài)的變化趨勢，對于農(nóng)業(yè)機械的整體運行狀態(tài)進行定性分析［5］。隨著信息化技術的不斷發(fā)展，目前在農(nóng)業(yè)機械3D動畫模擬過程中也可以使用數(shù)據(jù)庫技術，數(shù)據(jù)庫中可以儲存不同的農(nóng)業(yè)機械模型及環(huán)境數(shù)據(jù)，在模擬中不僅可以節(jié)省大量的建模時間，還可以在進行農(nóng)業(yè)機械設計調(diào)整時直接調(diào)取相應結構數(shù)據(jù)，節(jié)省調(diào)整時間并為設計人員提供更豐富的選擇，便于設計人員進行方案的優(yōu)化。

3結束語

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的不斷升級，對于農(nóng)業(yè)機械的要求也是與日俱增，對農(nóng)業(yè)機械設計提出了更高的要求，農(nóng)業(yè)機械定性分析工作也需要進行升級。近年來，PFC3D等3D動畫軟件被引入到農(nóng)業(yè)機械定性分析之中，通過3D動畫的呈現(xiàn)，分析工作更加直觀并節(jié)約了成本，可以對多種土壤條件進行模擬，并得到力學特性變化曲線，同時可以對整體運行狀況進行模擬分析，讓定性分析工作更加全面精確，更好地助力了農(nóng)業(yè)機械設計制造行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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［3］冷堅．計算機輔助技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用［J］．北京農(nóng)業(yè)，2014(30):240．

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［5］孫思文，高鳳嬌．面向農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)化的三維檢測系統(tǒng)研究［J］．黑龍江科學，2015，6(4):33，53．

作者：朱羚瑋 單位：西安歐亞學院