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一、三維模型輕量化流程

1.三維模型在Inventor里面的輕量化方法

（1）抑制特征處理。抑制特征功能既可以對(duì)零件模型特征進(jìn)行抑制，還可以對(duì)裝配部件進(jìn)行抑制。對(duì)裝配體內(nèi)部不可見(jiàn)的部分進(jìn)行抑制特征處理，使零件模型從裝配體中移除，這樣能有效減小零部件文件大小，節(jié)省內(nèi)存使用空間。

（2）造型終止處理。有些零部件的倒角、倒圓、退刀槽以及螺紋等模型特征是可以不帶入到裝配中的。在瀏覽器中，將造型終止拖到這些模型特征的前面，這些特征就會(huì)被過(guò)濾出來(lái)。

（3）零件的不可見(jiàn)處理。經(jīng)過(guò)不可見(jiàn)處理的模型仍然存在于裝配之中，內(nèi)存仍然加載該模型，只是把不可見(jiàn)的模型隱藏掉了，這樣可以節(jié)約顯存空間，提高文件打開(kāi)和文件更新速度。

2.三維模型在Pro/ENGINEER中的輕量化方法

（1）零件的隱含。隱含就是把某個(gè)零件或者特征暫時(shí)放到回收站，不在內(nèi)存中，但是可以從回收站中恢復(fù)，受父子關(guān)系的約束。

（2）零件的隱藏。經(jīng)過(guò)隱藏的零部件，依然存在于裝配之中，內(nèi)存仍然加載該模型，不受父子關(guān)系的約束。在SolidWorks、Inventor和Pro/ENGINEER三款參數(shù)化軟件中各自相應(yīng)的輕量化操作命令如表1所示。工程軟件減少模型個(gè)數(shù)，內(nèi)存加載減少模型個(gè)數(shù)，內(nèi)存不加載簡(jiǎn)化零部件SolidWorks隱藏壓縮簡(jiǎn)化配置Inventor不可見(jiàn)抑制特征造型終止Pro/ENGINEER隱藏隱含由表1可知，在SolidWorks、Inventor和Pro/ENGINEER三款參數(shù)化軟件中，從減少模型個(gè)數(shù)和簡(jiǎn)化零部件兩個(gè)角度，對(duì)三維模型運(yùn)用各自相對(duì)應(yīng)的命令，使其在參數(shù)化軟件中進(jìn)行第一次輕量化，然后再通過(guò)各自相應(yīng)的方法導(dǎo)入3dsMax中進(jìn)行第二次輕量化。

二、第一次輕量化后的模型導(dǎo)入3dsMax的方法

參數(shù)化軟件中的模型是不能直接導(dǎo)入3dsMax中的，需要通過(guò)轉(zhuǎn)化為中性文件格式再導(dǎo)入3dsMax中進(jìn)行編輯處理。

1.將SolidWorks模型導(dǎo)入3dsMax的方法

（1）stl格式文件。將SolidWorks文件轉(zhuǎn)化為stl格式文件，此方法適用于導(dǎo)入單個(gè)零件。如需導(dǎo)入裝配體，則需將裝配體保存為stl格式文件后，再將每個(gè)零件一一導(dǎo)入，比較繁瑣。

（2）igs格式文件。將SolidWorks文件轉(zhuǎn)化為igs格式文件。igs格式文件較小，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別面無(wú)法轉(zhuǎn)換，或者是導(dǎo)入3dsMax中出現(xiàn)多面和少面的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)換誤差較大。

（3）wrl格式文件。將SolidWorks文件轉(zhuǎn)化為wrl格式文件，可以將裝配體中的多個(gè)零部件同時(shí)導(dǎo)入3dsMax中，方便快捷。（4）stp格式文件。將SolidWorks文件先轉(zhuǎn)化為stp格式文件，再導(dǎo)入Rhino中另存為3ds格式，最后導(dǎo)入3dsMax中。使用這種方法得到的模型，面比較完好，少有破面出現(xiàn)。

2.將Inventor模型導(dǎo)入3dsMax的方法將模型文件保存為ipt格式文件，然后用Inventor和3dsMax的接口，直接輸入3dsMax，這樣導(dǎo)入的模型比較完美，不會(huì)有破面。

3.將Pro/ENGINEER模型導(dǎo)入3dsMax的方法

（1）stl格式文件。將Pro/ENGINEER中的模型文件另存為stl格式文件，再導(dǎo)入3dsMax中。在導(dǎo)入3dsMax時(shí)，可能遇到曲面的法向相反的情況，需要在3dsMax中調(diào)節(jié)曲面的法向量。

（2）obj格式文件。將Pro/ENGINEER中的模型文件另存為obj格式文件，再導(dǎo)入3dsMax中。導(dǎo)入3dsMax后，模型表面通常會(huì)有折痕，渲染后折痕依然存在。

（3）stp格式文件。將Pro/ENGINEER中的模型文件另存為stp格式文件，再導(dǎo)入Rhino中轉(zhuǎn)存為3ds格式。這種方法需要調(diào)節(jié)面片數(shù)量，最后導(dǎo)入3dsMax中，得到的模型幾乎沒(méi)有破面，比較光滑。將SolidWorks、Inventor和Pro/ENGINEER三款參數(shù)化軟件中的三維模型導(dǎo)入3dsMax的方法以及各個(gè)方法的特點(diǎn)如表2所示。四、三維模型在3dsMax中的輕量化中性文件導(dǎo)入3dsMax后，在將模型轉(zhuǎn)化為線框顯示模式時(shí)，會(huì)明顯看到三維模型的三角面數(shù)很多，這樣會(huì)占用大量的內(nèi)存，增加數(shù)據(jù)的計(jì)算量。對(duì)模型進(jìn)行編輯和修改時(shí)，場(chǎng)景變化會(huì)隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)滯后，大大降低了設(shè)計(jì)的效率，因此需要對(duì)三維模型在3dsMax里面進(jìn)行進(jìn)一步的輕量化。在3dsMax里面主要可以從精簡(jiǎn)模型個(gè)數(shù)，精簡(jiǎn)模型面數(shù)，使用紋理貼圖來(lái)替代三維建模三個(gè)角度來(lái)對(duì)三維模型進(jìn)行輕量化。

1.精簡(jiǎn)模型個(gè)數(shù)

相同材質(zhì)的模型進(jìn)行合并。把場(chǎng)景中具有相同材質(zhì)的模型分別賦予材質(zhì)后，獨(dú)立調(diào)整它們的UVW貼圖，再對(duì)其進(jìn)行合并或者塌陷。但如果模型相隔很遠(yuǎn)就不要將其進(jìn)行合并，否則會(huì)影響運(yùn)行速度。

2.精簡(jiǎn)模型面數(shù)

（1）批處理ProOptimizer。ProOptimizer技術(shù)可用于同時(shí)優(yōu)化多個(gè)場(chǎng)景文件，它可以減少對(duì)象中的頂點(diǎn)數(shù)（且因此減少面數(shù)）并保持對(duì)象的外觀，其選項(xiàng)可用于維護(hù)優(yōu)化模型中的材質(zhì)、貼圖和頂點(diǎn)顏色信息。模型經(jīng)過(guò)ProOptimizer處理后，減少了場(chǎng)景的內(nèi)存要求，因模型的面數(shù)變少而簡(jiǎn)化了模型，提高了3dsMax視圖操作顯示的速度，并縮短了渲染時(shí)間。

（2）使用減面插件Polygoncruncher。Polygoncruncher減面插件的主要功能是對(duì)模型進(jìn)行面數(shù)精簡(jiǎn)，在保證結(jié)構(gòu)正常的情況下，盡量減少模型的多邊形數(shù)量。在高優(yōu)化比的情況下不損失細(xì)節(jié)，還可以保留原模型的紋理信息、節(jié)點(diǎn)色和多邊形對(duì)稱(chēng)等。

（3）刪除不可見(jiàn)的面

對(duì)模型進(jìn)行輕量化時(shí)，對(duì)于看不見(jiàn)的面應(yīng)予以刪除。如模型之間的重疊面、模型底部看不見(jiàn)的面及物體之間的相交面等，通過(guò)刪除這些面，可以降低整個(gè)場(chǎng)景的面數(shù)，提高交互場(chǎng)景的運(yùn)行速度。

（4）重建簡(jiǎn)模。對(duì)于三角面數(shù)量較多的簡(jiǎn)單模型，重新建立簡(jiǎn)模通常比在一個(gè)精模的基礎(chǔ)上修改的速度快，要盡量創(chuàng)建視覺(jué)真實(shí)且多邊形數(shù)量又不多的模型。

（5）減少模型分段數(shù)。在重建簡(jiǎn)模時(shí)，網(wǎng)格的分布要合理，平直的結(jié)構(gòu)要使用較少的網(wǎng)格分段數(shù)，在創(chuàng)建如長(zhǎng)方體，圓柱體等模型的過(guò)程中，確定不需要對(duì)它們的表面進(jìn)行異性編輯時(shí)，可以減少它們截面上的分段數(shù)。例如，在創(chuàng)建圓柱體時(shí)，默認(rèn)創(chuàng)建的圓柱，其段數(shù)是5×1×18，即其高度分段為5，截面分段為1，邊數(shù)為18，則總面數(shù)為216。在不做其它編輯修改的情況下，有些段數(shù)的存在是沒(méi)有意義的，這時(shí)可以對(duì)物體的高度段數(shù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，修改后的段數(shù)為1×1×18，則其總面數(shù)精簡(jiǎn)為72個(gè)，而模型效果并不會(huì)因此而受到太大的影響，如圖2所示。在建立圓形時(shí)，如果不是在近處觀看，用六邊形代替就可以了，如果再遠(yuǎn)甚至可以用一個(gè)方形來(lái)替代。

（6）二維圖形轉(zhuǎn)三維模型的面數(shù)精簡(jiǎn)?！蚨S圖形經(jīng)過(guò)放樣產(chǎn)生的三維模型面數(shù)精簡(jiǎn)。由二維圖形經(jīng)過(guò)放樣產(chǎn)生三維模型的輕量化過(guò)程，需從放樣的路徑及截面著手進(jìn)行，在保證視覺(jué)效果不受太大影響的情況下，適度減小放樣物體的形狀步幅和路徑步幅參數(shù)，以達(dá)到精簡(jiǎn)放樣物體面數(shù)的目的?！虻孛鎰?chuàng)建及精簡(jiǎn)。制作室外地面時(shí)，建議不要用二維的Line畫(huà)一個(gè)封閉的區(qū)域，然后通過(guò)Extrude為0得到一個(gè)地面。可以對(duì)封閉的二維曲線直接添加UVWMapping編輯器，得到的模型面數(shù)比直接添加Extrude編輯器并設(shè)置Amount為0得到的模型面數(shù)少的多。所以在建模時(shí)，要注意選擇恰當(dāng)?shù)慕７绞健?/p>

3.使用貼圖替代三維建模

（1）占畫(huà)面比例相對(duì)較小的物體用貼圖來(lái)表現(xiàn)。在3dsMax場(chǎng)景中建立模型時(shí)，類(lèi)似于窗框、欄桿和柵欄等這些細(xì)長(zhǎng)的物體，以及距離主體對(duì)象較遠(yuǎn)的物體，占畫(huà)面的比例相對(duì)較小，將其建模只會(huì)增加當(dāng)前場(chǎng)景文件的模型數(shù)量，因此對(duì)于類(lèi)似這些細(xì)長(zhǎng)條型的物體以及遠(yuǎn)方的物體可以利用貼圖來(lái)表現(xiàn)。這樣不僅減少了數(shù)據(jù)計(jì)算量，同時(shí)其效果也較細(xì)膩，真實(shí)感也較強(qiáng)。例如，為了表現(xiàn)場(chǎng)景遠(yuǎn)方的一座高樓大廈，用兩個(gè)互相垂直的矩形加上貼圖就可以達(dá)到比較理想的效果了。如果要求更高，可以用三個(gè)面按三棱柱的形狀來(lái)排列，再為每個(gè)面貼上紋理貼圖，這樣的視覺(jué)效果對(duì)于要求不高的仿真模型而言，是可以滿(mǎn)足逼真度的。

（2）復(fù)雜造型用貼圖來(lái)代替。在3dsMax場(chǎng)景建立模型的過(guò)程中，遇到類(lèi)似于植物、裝飾物以及浮雕效果等造型復(fù)雜的物體時(shí)，有效使用貼圖來(lái)代替其三維建?？梢怨?jié)約場(chǎng)景模型面數(shù)，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。對(duì)于這些復(fù)雜造型的物體，可以用面片來(lái)代替其三維建模，然后用貼圖來(lái)表現(xiàn)其復(fù)雜造型結(jié)構(gòu)。如表現(xiàn)大量的環(huán)境綠化問(wèn)題，如果每棵樹(shù)、每朵花和每顆草都用模型來(lái)表現(xiàn)的話，場(chǎng)景里的模型面數(shù)將會(huì)是一個(gè)極其龐大的數(shù)字，可以利用貼圖貼在面片模型的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。以草坪貼圖代替草坪三維建模為例，在用Plane命令創(chuàng)建好平面對(duì)象后，打開(kāi)材質(zhì)編輯器，選擇一個(gè)材質(zhì)球，將草坪貼圖賦予材質(zhì)球后，調(diào)整好相關(guān)參數(shù)，再將材質(zhì)球指定給建好的平面對(duì)象，最后渲染。

三、應(yīng)用實(shí)例

1.輕量化前以SolidWorks軟件中某大型機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)臂系統(tǒng)為例，先將其在軟件中直接另存為stp格式文件，然后將其導(dǎo)入Rhino中，再轉(zhuǎn)存為3ds格式文件，最后導(dǎo)入3dsMax中，測(cè)得其三角面數(shù)為2831391，初始載入時(shí)間為55s，場(chǎng)景變化隨著鼠標(biāo)移動(dòng)滯后4s。

2.輕量化后先在SolidWorks軟件中，對(duì)其內(nèi)部不可見(jiàn)的零部件、涉及到技術(shù)保密的零部件和表面極其微小的螺釘?shù)攘悴考M(jìn)行壓縮、簡(jiǎn)化配置等相關(guān)操作，對(duì)模型進(jìn)行第一次輕量化。將模型文件另存為stp格式文件，然后將其導(dǎo)入Rhino中，再轉(zhuǎn)存為3ds格式文件，最后導(dǎo)入3dsMax中。對(duì)于導(dǎo)入3dsMax后的模型文件，首先對(duì)具有相同材質(zhì)的模型進(jìn)行合并，比如處于轉(zhuǎn)臂支撐系統(tǒng)上的較大的螺母螺釘?shù)取Ｈ缓筮\(yùn)用批處理ProOptimizer對(duì)臂架等相關(guān)零部件進(jìn)行減面操作，再對(duì)較簡(jiǎn)單的蒙皮主件等模型進(jìn)行重建簡(jiǎn)模等相關(guān)操作。得到輕量化后的模型，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得其三角面數(shù)為614940，初始載入時(shí)間減少為10s且場(chǎng)景變化不會(huì)滯后鼠標(biāo)移動(dòng)，效果如圖6所示。輕量化前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

四、結(jié)語(yǔ)

以三款常用的參數(shù)化軟件SolidWorks、Inventor和Pro/ENGINEER為例，主要從基于減少模型個(gè)數(shù)和簡(jiǎn)化零部件兩個(gè)角度出發(fā)，提出了在三款軟件中進(jìn)行第一次輕量化的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析出，三款軟件各自以不同的中性文件格式導(dǎo)入3dsMax方法的特點(diǎn)，對(duì)于SolidWorks和Pro/ENGINEER中的三維模型，使用第三方軟件Rhino存為3ds格式導(dǎo)入3dsMax，效率和質(zhì)量更高。對(duì)于經(jīng)過(guò)第一次輕量化后導(dǎo)入3dsMax中的模型，從精簡(jiǎn)模型個(gè)數(shù)、精簡(jiǎn)模型面數(shù)以及使用紋理貼圖代替三維建模三個(gè)角度出發(fā)，運(yùn)用相關(guān)的方法對(duì)模型進(jìn)行第二次輕量化，得到相對(duì)精簡(jiǎn)的模型，從而減少了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)計(jì)算量，提高了在三維造型軟件中進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)的效率。

作者：陳治宇干靜安鵬鋮鄭越梅單位：四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院四川大學(xué)藝術(shù)學(xué)院