毕业设计（论文）-矿物加工磨矿过程的三维建模设计与研究.doc

矿物加工磨矿过程的三维建模设计与研究摘 要：本论文以3d max为磨矿过程进行虚拟仿真 ，介绍了用3d MAX 9.0实现磨矿过程三维虚拟仿真的设计过程，叙述各设备的建模方法、动画设置以及磨矿过程仿真连接与设计，并开发了磨矿过程三维动画显示与控制的程序和界面。利用3DS MAX 9.0实现矿山选矿厂磨矿过程的三维动画设计，有其它软件无法比拟的优点，它形象逼真，能清楚地看到矿山选矿厂各设备的整体运动状况及工作原理，提供仿真的矿山设备之间的连接与装配，能够全方位地观察各设备间的装配关系，还提供各设备的结构组成，能清晰观察各零部件的运动状况和工作原理。所有的这些，在教学实验模拟和实验仿真中都可取得良好的效果。关键词：三维动画；建模；造型；计算机仿真 Abstract In this paper the grinding process for 3d Max animation simulation, introduces the realization with 3d Max 9.0 grinding process of 3d animated simulation, the design process of modeling and animation equipment and grinding process simulation connection with design, and develop the grinding process control and display of 3d animation programs and interfaces. Using the.3ds MAX 9.0 grinding process of realizing mine concentrator, the 3d animation design has the incomparable advantages to other software, image is clear, can clearly see the equipment of mine concentrator overall movement condition and working principle of the simulation, provides the connection between the mining equipment and assembly, the equipment can be observed in all the assembly relation between, also provide various equipment structure, can be observed clearly parts of movement status and work principle. All of these, simulations and experiments in experiment teaching can be achieved in the simulation of the good effect. Keywords： 3d animation; Modeling; modelling; The computer simulation摘 要：I绪论IV第1章虚拟现实中3D Max建模方法的应用11.1虚拟现实中的建模方法11.1.1虚拟现实建模的特点和要求11.1.2虚拟现实建模的发展21.2 3Ds Max的几何建模51.2.1 3DsMax简介51.2.2 3DsMax中对象的概念61.2.3 3DsMax的建模方法81.2.4材质贴图111.3 3d max在磨矿系统中的应用121.4用3D - MAX方法进行设计的三维表现13第2章 磨矿系统简介142.1溢流式球磨机构造及工作过程142.2球磨机的工作原理142.3 螺旋分级机的构造及工作过程152.3.1螺旋分级机的结构152.3.2 螺旋分级机工作原理：16第3章 设备的建模173.1 球磨机建模173.2 齿轮的建模183.3 螺旋分级机的建模193.4传动装置20第4章 设备运动的动画模拟设置214.1 齿轮筒体动画214.2 矿浆流体的动画模拟214.3 液面的泡沫的动画模拟234.4 滚球动画254.5 磨矿过程的仿真连接与设计264.6 基于 Script脚本语言的矿山选矿厂磨矿27本课题存在的问题及展望27结语28参考文献29致谢303d max 建模的一些效果图.30 绪论 在现实的生产或是学习过程中，很多时候我们对矿厂的设备，还有设备的工作原理，选矿方法等只能靠想像思维对它们进行思考了解，考虑各方面安全的原因，是不可能对设备它们很亲密的进行接触了解的，在学习过程中也一样，常常由于老师有比较强的实践能力往往理解起来是比较容易些，而对于学生来说许多还是比较陌生的，很多东西得花很长的时间，有时也未必能理解的下来，这其中原因就是，它太抽像，不够直观，学生需要进行很强的空间想像，若有种动画模拟其整个过程的话，这样可以让学习者更多的直观的去了解它 矿物加工是一个复杂的需要用各种技术建模、控制和仿真的作业过程。本文对文献中的一些矿物加工模型进行评述。描述真实相关变量的过程模型可以很好对过程了解，有助于对过程进行定性仿真。但是，过程模型的参数多，参数估计很困难。过程控制一般最好用于正在生产的选矿厂中，对系统模型进行拟合，它适应选矿厂的可观测性、可控制性和可优化性。系统模型是一个适用于用适当的技术来设计和执行控制器的模型. 三维实体模型的建模与仿真是视景仿真的重要组成部分，也是虚拟现实系统应用的重要基础。为了给用户创建一个身临其境和形像的表达，首要条件之一是根据需要在虚拟场景中逼真地显示出客观世界中的一切对像，这些对像就称之为实体。要在三维场景中形像地表达实体，首先需要对实体对像进行建模，然后将建模结果以数据文件的形式导出，提交给仿真系统使用。 实体模型的建模是实体模型仿真中最为关键的一个环节，目前在仿真领域使用最为广泛的三维建模因软件是Multigen公司的Creator和Discreet公司的3d max软件。Creator从软件设计理念上完全针对可视化仿真应用，通过一种描述三维虚拟场景的层次化数据结构-openflight数据结构可以快捷方便地对场景内部的任意元素进行直接的编辑、修改和控制，特别适合于进行实时渲染。3d max软件是游戏建模领域使用最为广泛的软件，它操作简单，功能非常强大，使用3d max 能够生成具有高度真实感的模型，同时3d max软件还提供了对着色器的支持。设备的设计人员在对设备进行设计的时候首先要绘制透视图，更多的是反复绘制,修改并进行相应的造型设计.如今这些绘制和造型设计,及过程模拟都可以用计算机来完成.计算机绘制产品效果图，不仅几何模型和透视关系准确无误，而且能很方便地生成任意光源的阴影及任何材质的纹理及光的折射、反射效果，它比手工绘制的效果图更能真实全面地反映产品的全貌。使产品在设计阶段就能预先得知其造型效果，并可提供多种方案以供优选。使得设计、修改、定型等系列化工作容易实现。Autodok公司开发的三维绘图造型软件3DSMAX就可进行设备产品外观的造型设计及动画模拟演示. 3DSMAX在设备产品造型设计中的应用过程用3DSMAX对设备产品进行造型设计，即在计算机内建立一个模拟实际产品的复杂系统模型.它不但可以对产品进行造型设计，而且还能对其进行动态仿真，这样可以检查设计产品的零部件是否发生干涉，以便及时修改设计的零部件.首先设计者按照实物的真实尺寸或精确比例，利用3DSMAX所具有的精确的坐标系及网格捕捉功能，使用各种平面、曲面、实体、线框模型工具与布尔运算法则及其相关的编辑功能，对物体的形状及空间位置关系进行建模，初步确立设备产品的外观形状通过上述过程，用户基本上已经建立起了一个设备产品的三维系统，这时用户在视窗上可看到所建立的设备产品的轴测图.设计者可利用3DSMAX材料库中一些常用的材质来为建立好的物体赋予材质感，如黑色球墨铸铁(QT)。当需要一些特殊的材质，如铜基粉末冶金。那就需利用其特有的编辑功能来得到它.此外，还可利用其编辑贴图功能，建立具有粗糙度的材质(球墨铸铁)。为了增加一些特殊效果，还可利用其灯光、摄像机、背景设置、空气雾化等产生一个Canlera透视图。在得到了Canlera透视图后，接下来对CaITrra视图进行着色，设计者最后得到了色彩丰富的透视效果图.如果设计师对效果图不太满意，可反复修改，直到其满意为止。 IV第1章虚拟现实中3D Max建模方法的应用1.1虚拟现实中的建模方法建模方法是虚拟现实技术中最重要的技术领域，也是虚拟现实技术中的关键技术之一。正如计算机图形领域的著名学者伊万萨瑟兰所说的那样:“计算机屏幕只是一个窗口，但通过这个窗口，我们可以看见一个虚拟的世界。我们面临的挑战是如何使这个世界看起来真实、动起来真实、听起来真实、摸起来真实!”而所有这些“真实”的实现，依靠的就是建模技术。 计算机图形学是虚拟现实的奠基石，在计算机图形学中，被研究的最多的，也是最重要的研究方向之一就是建模技术。建模技术的内容十分广泛，不仅涉及数学、动力学、运动学等基础学科，同时，还涉及机器人学、机械工程学和生物机械学等应用学科。1.1.1虚拟现实建模的特点和要求 虚拟现实建模同其他图形建模系统相比有自己的特点，主要表现在以下三个方面: (l)虚拟现实中可以有非常广泛的物体，往往需要构造大量完全不同类型的物体。 (2)虚拟现实中有些物体必须有其自己的行为，其他图形建模系统往往只是构造静态的物体，即使有运动，也往往是比较简单的诸如平移或旋转等形式。 (3)虚拟现实中的物体必须能够对观察者作出反应。当观察者与物体进行交互时，物体必须以某种适当的方式作出反应，而不能忽视观察者的动作。这些建模特点给虚拟现实建模技术和软件提出了特别的需求，包括: (l)可重用性。虚拟现实中的物体是广泛的，开发一个物体的几何和行为模型往往需要花费很大的精力，如果标准模型库可重用，则可节省大量劳动。 (2)在交互时，模型应能提供某种响应，使得交互能按意图进行。 (3)在构造物体的几何结构时，必须充分考虑到是否有利于表现物体的行为。正是上述虚拟现实建模的要求，使得虚拟现实建模技术经历了一个从几何建模、运动建模、物理建模到行为建模的发展过程。1.1.2虚拟现实建模的发展一、虚拟现实中的几何建模 在虚拟现实建模技术中最先得到发展的是几何建模。几何建模处理物体的几何和形状的表示，研究图形数据结构、操纵该数据结构的算法等基本问题。几何建模描述了虚拟对象的形状(多边形、三角形、顶点和样条线)以及它们的外观(表面纹理、表面光强度和颜色)。1、虚拟对象的形状 虚拟对象的形状是由它们的三维表面确定的，三维表面可以用多种方法来描述。大多数虚拟对象的表面都是由三角形网格组成的。之所以使用三角形网格，是因为实现简便、绘制速度快，并且非常适合于几何变换和细节等级LOD优化，但是三角形网格不适合于表现非常弯曲或凹凸不平的表面。曲面的表面细节越复杂，建模时所需要的三角形数目就越多。另一种表示形状的方法是使用参数表面，它是参数样条的扩展。由于参数表面是用高阶函数来表示的，而不是描述多边形的线形函数，因此它们需要的存储空间非常小，并且能提供较好的表面光滑度。参数表面的缺点是，当表面变形时不能像多边形表面那样通过顶点操作很容易地改变其形状，而是只能通过改变表面外面的控制点的位置来改变其形状。 对象表面造型方法有很多种:包括使用工具包编辑器来创建，如OpenGL等;导入CAD文件，如使用AutoCAD或者3DSMAX等CAD软件创建对象模型后导入虚拟仿真系统中;使用特殊仪器创建，如三维数字化仪或三维扫描仪等;从现有模型数据库中购买模型等。2、对象的视觉外观 虚拟对象的形状建立是几何建模的第一步，接下来就是场景渲染，使得对象能够被看得见。对象外表的视觉外观在很大程度上取决于虚拟光源的位置以及对象的表面反射系数，另一个因素就是对象的表面纹理。 近几年来，几何建模在CAD技术中得到了广泛的应用，也为虚拟现实建模技术研究奠定了基础。但是，几何建模仅仅建立了对象的形象和外观，而不能反映对象的运动和物理特征，更不能表现对象的自主行为，即几何建模只能实现虚拟现实“看起来像”的特征，而无法实现虚拟现实的其它特征。因此，人们开始对建模技术进行进一步的探索。二、虚拟现实中的运动建模 几何建模实现了虚拟现实中的对象“看起来像”的特征后，接下来的工作就是让对象能够动起来，也就是运动建模。运动建模主要用于确定三维对象在世界坐标系中的位置，以及它们在虚拟世界中的运动，其核心是对象的坐标变换。运动建模的一个方面是改变模型的位置，即模型变换;另一个方面是设置观察世界的方式，即视点变换。将物体显示在屏幕上的过程就如一个照相的过程，模型变换相当于确定被摄物体在场景中的摆放方式，通过平移、旋转、缩放操作将物体放在合适的位置。视点变换相当于改变相机的位置和拍摄方向，以确定所要拍摄的景物或物体。视点变换和模型变换具有对偶性。可以通过视点变换将相机拉离物体，也可以通过模型变换将物体拉离相机，而这两个操作是等价的。模型变换和视点变换在图形学中统一为几何变换，两者的区别只是各自的出发点不同而已。几何变换在图形学中是通过变换矩阵来实现的，可以通过计算不同的变换矩阵，如平移、旋转、缩放矩阵来实现对象的各种几何变换，而在使用一些工具包编辑器来进行运动建模时，可以通过函数来实现，如OpenGL中通过函数glTranslate(TYPEx，T钾Ey，TYPEz)来实现平移变换，其变换矩阵是由OpenGL自动计算的，从而大大简化了建模过程。几何变换处理后，模型对象还需要经过投影变换将图像投影到二维显示窗口中，为用户提供视觉反馈。运动建模中还有一个要注意的方面就是对象运动受层次关系的制约。当对象模型具有层次结构时意味着至少可以分为两级。上一级对象称为父对象，下一级对象称为子对象。父对象的运动会被子对象复制，而子对象的运动却不会影响父对象的位置。例如:手臂可描述成由肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节、手掌、手指构成的层次结构，肘关节转动势必改变小臂、手掌的位置，而肩关节的转动又影响到大臂、小臂等。3、 虚拟现实中的物理建模 在几何建模和运动建模之后，虚拟现实建模的下一步发展是要求综合体现对象的物理特性，包括定义对象的重量、惯性、表面光滑或粗糙度、柔软度(硬的还是软的)和形状变形模式(弹性的还是塑性的)，即对象的物理建模。例如，用户用虚拟手握住一个球，如果建立了该球的物理模型.用户就能够真实地感觉到该球的重量、硬软程度等。物理建模研究的问题主要包括碰撞检测、碰撞响应、受力计算等。碰撞检测主要是确定两个(或多个)对象是否接触，可以分为近似检测和精确检测两类。近似碰撞检测又称为包围盒碰撞检测，是使用包围给定三维对象所有顶点的棱柱来进行检测。精确碰撞检测算法比较复杂，一般只有在虚拟现实应用中需要准确地知道两个对象在何处发生接触时才执行。碰撞检测之后是碰撞响应，碰撞响应取决于发生碰撞的虚拟对象自身的特性以及具体应用的要求。如果发生碰撞的对象是刚性的，响应形式主要是停止运动，对象模型不需要产生变化;如果是非刚性的，一种响应形式是表面变形，当对象是使用多边形建模时，那么变形可以通过顶点操作直接进行，若使用参数表面建模，则需要通过修改表面周围控制点的位置间接地进行变形。另一种是表面切割，它是表面变形的一种极端情况，这种形式的碰撞相应会导致表面拓扑结构的变化，最靠近碰撞位置的顶点被两个新顶点取代，两个新顶点最初位于同一个位置，为了模拟表面切割的过程，这些顶点对逐渐分开。受力计算是指当用户与虚拟对象表面进行交互时，计算出应该能感觉到的反作用力，并发送到触觉显示设备，给用户提供相应的力反馈。受力计算需要考虑表面接触的类型、表面变形的类型以及对象的物理特性和运动特性，例如，不可移动的刚体(如墙)的行为与可移动的弹性对象(如橡胶球)不同，与塑性变形对象(如易拉罐)也是不同的。四、虚拟现实中的行为建模 几何建模、运动建模与物理建模相结合，可以部分实现虚拟现实“看起来真实、动起来真实”的特征，而要构造一个能够逼真地模拟现实世界的虚拟环境，还必须采用行为建模方法。行为建模处理物体的行为的描述。如果说几何建模是虚拟现实建模的基础，行为建模则真正体现出虚拟现实的特征:一个虚拟现实中的物体若没有任何行为和反应，则这个虚拟现实是孤寂的，没有生命力的，对于虚拟现实用户是没有任何意义的。 虚拟现实本质上是客观世界的仿真或折射，虚拟现实的模型则是客观世界中物体或对象的代表。而客观世界中的物体或对象除了具有表观特征如外形、质感和物理特征以外，还具有一定的自主行为或能力。例如:对一个虚拟办公室建模，办公室中有一个自动滑门、钟表、温度计、台历等。当用户进入时，滑门会自动打开，同时显示钟表、温度计、台历的变化信息，而这些虚拟对象在一定程度上与用户的动作是无关的，这就要求这些模型应该具有一定的“智能”，即自主性。因此，行为建模就是在创建模型时，要赋予模型一些“与生俱来”的行为与反应能力，并且服从一定的客观规律。 如果说几何建模、运动建模技术主要是计算机图形学的研究成果，那么，物理建模和行为建模则只能是多学科协同研究的产物。例如，要在虚拟现实和计算机仿真中建立虚拟手术系统中的各类物理和行为模型，并客观地反应出其对各种初始条件和各种外界操作的响应，就必须综合运用医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、专家系统等多个学科的研究成果。1.2 3Ds Max的几何建模 虚拟现实系统中通常需要综合运用几何建模、运动建模、物理建模和行为建模，这其中几何建模是基础，没有几何建模，其它的建模方法也就无从谈起。3DsMAX具有简单、直观的交互式几何建模方法，能够方便快捷的建立各种物体的几何模型l8，而且目前3DsMAX模型数据的导入转换技术也很成熟，可以非常容易地将模型移植到虚拟现实系统中，从而降低了虚拟现实中复杂物体建模的难度，同时还可以充分利用现有的3DsMAX模型资源快速完成虚拟现实场景中的物体建模。因此3DsMAX的应用使虚拟现实有了更多丰富和生动的模型作为原材料，在一定程度上也促进了虚拟现实系统的普及和应用。1.2.1 3DsMax简介 3DSmax是由Discreet公司开发的三维动画设计软件，也是当今运行在PC机上最畅销的三维动画和建模软件。面向对象的创作平台提供了十分友好的操作界面，使人们可以更容易地创作出专业级的三维图形和动画，其强大的建模功能、丰富多彩的动画技巧、直观简便的操作方式已深入人心。正是由于3Dsmax具有极为精彩的图形输出质量和快速的运算速度，任意的动画和广泛的特殊效果，还包括丰富的友善的开发环境，具备独特直观的建模和动画功能以及高速的图像生成能力，因此被广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域9。3DStudioMax功能特性:真正的WindowSNT设计，犯位，完全面向对象，多线程;建模、动画、渲染和合成都集中在一个界面下，易于学习;可定制的界面布局;灵活的交互式建模;最大限度的动画功能，可将任意对象形成动画;NURBS设计使动画、渲染和造型更逼真、更准确;先进的粒子系统可制作高级动画效果;符合自然规律的对象运动;行业领先的高扩展性等。1.2.2 3DsMax中对象的概念 3Dsmax之所以易学易用，是因为它提供了很多不同形状、种类和用途的基本“对象”，通过对这些“对象”进行修改和设置，就可以得到用户需要的效果。这里所说的“对象”指的是使用3Dsmax的Create(创建)菜单命令或者面板中的工具按钮创建的物体，因此又被称为“物体”。3Dsmax中可以创建的对象类型有标准几何体、扩展几何体、灯光、摄像机、二维曲线和粒子系统等，这些对象是我们构成三维场景的基本元件和制作基础，因此，了解三维设计首先要了解“对象”的概念。一、面向对象性 在3Dsmax中，绝大多数的操作只能对选中的对象进行操作，这是一定要牢记的一条基本准则。但是，在理解对象时一定要与“操作对象”的概念区别开来，所谓“操作对象，是指当前操作的目标，比如对视图进行设置，那么视图就是“当前所操作的对象”，而不是软件提供的基本“对象”。二、对象参数化 3Dsmax允许用户对“基本对象”的形状、尺寸、强度等参数进行改变，这是就需要通过修改面板的卷展栏来设置相关参数，如果选择的对象不同，显示的参数也不同。例如，当在场景中选择己经创建好的长方体，就会在修改面板中看到其对应参数，用户可以在参数栏中直接添加数据，或者通过增减按钮来改变对象参数的数值，这样，长方体就会在视图中发生相应的改变了，这就是对象参数化给我们带来的便捷。三、主对象与次对象 三维软件处理方法方法究其的根本是采用对空间点的编辑来完成的。这些空间点具有不同的三维坐标，并按照一定的规律进行组合连接，从而形成线、面、体，最终构成一个个模型实体，这些模型实体通常被称为“主对象”，构成模型的空间点都被称为次对象点，由3个相邻且相互连接的空间点构成的面片被称为三角形次对象面:由4个相邻且相互连接的空间点构成的面片被称为四边形次对象面:由2个相邻且相互连接的空间点构成的线被称为线次物体。因此，次对象是构成主对象的单元。如创建一个人头模型时，整个人头模型就是一个主对象，当进入其顶点次对象层级时，就会看到该主对象是由很多的蓝色次对象顶点组成的，而其中的次对象边和次对象面都是由次对象顶点连接而成的。 通常主对象的精细程度依赖于次对象的数目和位置，因此，用户修改对象参数主要就是调节次对象的位置和数目来改变主对象的性质。在三维制作中，在保证主对象形状不变的情况下，会让其次对象尽量地少，以加快对象在视图中的显示速度和渲染处理速度，这种操作叫做“模型优化”，这也是每个三维制作者都应该注意的问题。当然，如果当前主对象的状态并不是用户需要的最终模型效果，还要对其进行弯曲等修改，那么就一定要保证有足够多的次物体数量，这样才能得到比较理想的效果。四、对象的创建与修改对象的创建过程是调用软件程序中设置好的对象到三维场景中的过程，因为从场景上看对象是从无到有的，因此形象的称为“创建”。在3Dsmax中，用户可以通过鼠标来完成对象的创建过程。选择创建命令的途径有4种，即创建菜单、创建面板、快捷工具栏、脚本语言编辑，以满足不同用户的使用习惯。修改是通过3Dsmax软件中的编辑修改器对对象的外形、次对象数目等参数进行修改，从而得到更加复杂的模型效果的过程，因为在3Dsmax中的模型主要是通过修改得到的，通常又称为修改建模。五、对象属性 对象参数修改主要是改变对象的形状和尺寸，实际上我们在制作过程中还要了解物体更多的信息，这些信息主要是在对象属性对话框中得以实现的。使用鼠标右击对象，在弹出的快捷菜单中选择objeetProperties(对象属性)命令，打开Objeetproperties对话框，即可获取对象的各种属性信息。1.2.3 3DsMax的建模方法 建模，顾名思义，就是构建模型，目的是完成设计目标物体的外观制作，因此，在场景中创建对象是建模，对对象进行修改和合成也是建模。建模是制作三维场景的第一步，也是学习三维设计必须要掌握的一项基本技能，不能快速而准确的制作出设计目标物体的模型效果，那么，其他的效果都将没有意义l2。现实世界事物林林总总，它们在3DSMAX中的建模方法也各有不同，并且它依个人的观察能力和操作习惯而大不相同，应该说没有统一的建模标准，本节旨在根据本人在学习中的理解和归纳，对不同事物一般和常规的建模方法进行简要的介绍。一、基础形建模 这种建模方式可以直接通过命令面板中的按钮来创建模型，并可以精确地对对象外形进行编辑。直接创建的三维对象具有规则的外形、标准的编辑参数，所以称为最基础的建模方法。基础形建模包括基本几何体、扩展几何体和样条型，这几类基础形包括许多较为常见的几何体和样条型，如立方体、球体、线、矩形、圆、多边形等等。二、复合对象建模 由于现实生活中存在的物体几乎都是具有各种复杂形状的形体，这样就远远超出了基础形建模的制作能力。因此在3DSMax中出现了复合对象这一概念，即通过把两个或更多的对象组合成一个对象来生成各种复杂的对象，前面所讲述的几何体和样条型则都可作为复合对象的资源来使用。复合对象的种类共有10种，主要介绍其中最有代表性的“布尔”和“放样”两种复合对象类型。 1、Boolean“布尔”建模方法。用来将两个造型物体进行Boolean合成，合成方法有union，subtraction，诚erseetion和eut四种，前三种相当于数学中的并、差、交，其效果分别如图所示。ut方法所获得的布尔对象为裁切对象的切片对象。如果需要使用布尔运算产生的模型为薄片状的对象时(如剪纸、包裹等)，通常使用这种布尔操作。图2.1各种布尔建模效果 2、foft放样建模用于在一段路径上具有一致截面或有少数截面的情况。在绘制这类模型时要求绘出截面形状和截面的走样路径的二维线形，进行foft放样可得到最终目标。如果路径上有几种不同的截面时，需要在路径的不同百分比处分别进行二维截面的采样，两截面之间的过渡将会自动进行插值生成。三、编辑修改器建模 仅仅依靠对象的参数化编辑很难实现复杂三维形体的创建，这时可以通过使用“修改”命令面板中的编辑修改器对几何体对象进行深入编辑，生成较为复杂的模型。3Dsmax提供了非常丰富的编辑修改器，常用的包括旋转、挤出、弯曲、压缩、扭曲等等，将这些修改器配合起来使用可以创建出任何形状的模型，下面以旋转为例简要介绍。旋转用于具有中心轴对称的物体如各种陶器，以及大部分的水果等等。这类模型的外型往往比较简单，可以方便地使用line工具绘出对称截面，而后加入lathe(旋转)修改器可得到三维实体，有些还需加入特殊变形，以更加真实地表现现实的效果。下图就是绘制酒杯的截面，通过lathe(旋转)修改器得到的酒杯三维模型。图2.2通过截面旋转建模效果四、多边形建模 多边形建模适于创建形状规则、无曲面的对象。它的思想是用小平面来模拟曲面，做出各种形状的三维物体。小平面可以是三角形、矩形或其他多边形，但实际中多是三角形或矩形。 使用多边形建模可以先创建基本的几何体，再根据要求使用编辑修改器调整物体形状，或通过布尔运算、放样、曲面片造型组合物体来制作虚拟现实的场景和物体。因此在多边形建模中包括了基础形建模、复合对象建模和编辑修改器建模的各种方法，不仅如此，多边形建模还是3Dsmax中最基础的基于次对象创建模型的方法，对于可编辑多边形对象，它包括了Vertex(节点)、Edge(边)、Border(边界)、polygon(多边形面)和Element(元素)5种次对象模式，所以多边形建模方法对次对象的控制将更为精确。多边形建模的主要优点是简单、方便和快速，但它难以生成光滑的曲面。故多边形建模技术适合于构造具有规则形状的物体，如大部分的人造物体，目前在建筑效果图，游戏的角色建模中大多数使用多边形建模。缺点是如果多边形对象中的细节表现需要很多的面的话，随着面数的增加，系统的计算量也随之增加，性能就会下降。这意味着在创建多边形模型时要注意，就是不能为每件事物都建立过多的细节。五、面片建模 面片，即Bezie:(贝塞尔)面片的简称，是MAX提供的另一种表面建模技术。面片不是通过面来构造，而是利用边界定义的，这意味着边界的位置及它们的方向决定着面片的内部形式，而且Bezie:技术使得面内部的区域变得光滑。当创建较为光滑不规则曲面或用于动画的角色模型时，使用多边形建模会受到诸多限制，因为若使用多边形建模实现光滑效果，需要使用更多的面，将会影响系统的运行速度，这时可以使用面片建模方法来创建模型，面片模形的最大好处就在于用较少的控制点就可以表示出很光滑，更与轮廓相符的曲面，尤其是在角色动画的模型创建中，较少的控制点将使模型更易于控制。六、NURBUS曲面建模NURBs是Non一UniformRationalB一Splines(非均匀有理B样条曲线)的缩写，是计算机图形学的一个数学概念，NURBS建模技术是近年来三维建模最主要的建模方法之一，其中Non一Uniform(非均匀)意味着不同控制节点对NURBS曲面或曲线的影响力权重是可以不同的，所以NURBS适于创建光滑的、复杂的、细节逼真的模型。它的表面是由一系列曲线及控制点确定的，编辑能力根据使用的表面或曲线的类型而有所不同。与面片建模相比，它能更有效率计算和模拟曲面，能渲染出可以说是天衣无缝的平滑曲面。NURBUS曲面建模的弱点是通常适用于制作较为复杂的模型，如果模型比较简单，反而需要比其他方法更多的面来拟合，另外不太适合用来创建带有尖锐拐角的模型。3DSmax中的建模方法是多种多样的。建模时使用不同的方法，得到的结果也可能是无穷的，理解和掌握每一种方法的工作原理以及该方法的长处与不足，将会有助于在设计时作出恰当的选择l3l。而且通常对于现实中的复杂物体来说，它们往往由多个相同或不同的部分组成，要完全最终的目标模型，就需要综合利用各种建模方法创建各自的对象，同时还利用各种不同的坐标轴，使用旋转、移动、放缩、对齐、阵列等各种常用工具，并通过切换各个视图多方位地来进行组合操作，最后才能组成一个完整的目标模型。1.2.4材质贴图 在真实的世界中，物体都是由一些材料构成的，这些材料都有不同的颜色、花纹、光洁度以及透明度等外观属性。在3Dsmax中，使用材质与贴图来模拟材料的外观属性，用于增强模型的真实感和感染力。 材质实际上是对象对光线的反射或折射的反映，物体的颜色、质感、透光性、自发光、纹理等都可以由材质来表现，简单的说就是用来表现物体表面视觉效果特征的光学特征设置。常用的光学特征有环境色、散射、透明度、反光强度等。而贴图则是用事先编辑好的二维图片来代替材质的某些光学特征，比如最常用的是应用位图来代替物体表面散射光的区域，从而产生物体表面的纹理效果。下图可以直观的表现出有无材质贴图时物体模型的真实感之间的差异。图1.2.4有无材质贴图时物体模型对比1.3 3d max在磨矿系统中的应用 磨矿系统是选矿厂重要组成之一, 因此在进行选矿厂设计过程中设备的布置或在矿物加工业教学活动中演示不同型号磨矿机、螺旋分级机结构及工作原理是非常重要的。随着计算机及软件的高速发展, 应用计算机描述设备结构和工作原理提供了广阔的应用空间, 从而推动磨机、分级机设备动画技术的发展, 许多学者已经在该领域研究中取得了许多宝贵的成果,如: 应用矩阵对磨机、分级机零件结构特征进行描述和采用Flash 、CAD 技术描述选矿厂设备工作原理等。以往在绘制磨机和分级机图时, 传统的手绘图工作量大、速度慢、易出错, 每次都要耗费大量时间, 进行大量的重复劳动。手绘设计效果图的制作完全依赖于人, 要求制作人员要有较高的绘画水平和敏感的尺度把握, 因而受主观性的影响较大。再加上设计人员往往受自身透视感的影响, 对二维空间不能完全准确地把握, 很容易产生偏差、变形, 严重的还会导致作图失误。应用3DS - MAX 软件制作磨机、分级机机械结构模型时, 由于3DS - MAX 软件提供了准确的视角、标度参照和大量的捕捉工具, 其提供的二维空间表现了准确的透视效果, 并且三维空间由坐标系来度量直观准确, 因而在制作出的设计图中, 物体与场景、物体与物体之间的关系都很精确、真实。3DS- MAX 软件还提供了功能强大的素材库、贴图编辑器, 使用它能够设置生成非常真实的质感和色彩。设计软件为效果图插入的配景往往就是真实的照片, 这更加为设计效果图增添了真实的氛围。传统的手绘设计图制作完成后就定形了, 只能使用一次, 如果要对设计图进行修改或换个视角或比例来表现设计意图和效果, 就必须重新进行绘制, 这直接影响了设计周期。使用3DS - MAX 软件来制作设计效果图就可以很好地解决这个问题。需要修改时, 制作人员可以在原场景文件的基础上直接进行修改。对于换视角和比例的要求只需对原场景切换视角或缩放后再渲染就可以了。这样, 就使得设计效果图具有了重用性, 大大地缩短了设计效果图的制作周期 。笔者通过对磨机、分级机零件结构组成情况的分析,运用3DS - MAX 软件和数据库技术建立一个能生成磨机、分级机零件结构模型的造型函数库, 可通过程序方式或人机交互方式进行磨机、分级机设计方案的三维造型, 对磨矿工作过程进行模拟。1.4用3D - MAX方法进行设计的三维表现通过运用3DS - MAX 大型三维设计软件可以实现新设计的磨机、分级机设计方案的三维造型。利用3D Studio Max 软件则可以磨机的机械构造、磨机运转情况进行模拟演示, 从而使我们了解它的机械构造、工作原理、运转情况等更加清晰。第2章 磨矿系统简介2.1溢流式球磨机构造及工作过程 溢流型球磨机，是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。可以粉碎各种硬度的矿石，可用于粗磨也可用于细磨。球磨机广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可 磨性物料进行干式或湿式粉磨。 溢式球磨机结构简单，在中空轴颈衬套的内表面装有反螺旋叶片，可将矿浆中溢出的小球和粗矿块返回磨机内，管理和检修都比较方便，作业率比较高，通常适用于磨矿粒度要求较细的工艺流程。 溢流型球磨机的磨碎产物是经排矿中空轴颈自由溢出。为此，筒体内矿浆的水平必须高于排矿轴颈最低母线的水平，故有时又称为高矿浆液面磨矿机。排料不如格子型球磨顺畅，有时造成已达到磨矿细度的矿粒不能及时排出而继续遭到钢球的冲击、淹没作用，导致磨矿机生产率不高和产品出现“过粉碎”现象。但溢流型球磨机的构造简单，操作维护方便，而且产品较细，常用于细磨矿，即磨矿细度于0.2mm 的情况或者两端连续磨矿 溢式球磨机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，溢式球磨机。 溢式球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。本机运转平稳，工作可靠。2.2球磨机的工作原理 球磨机的磨矿作业是在球磨机简体内进行的，筒体内装有磨矿介质。磨矿介质随着球磨机筒体的旋转而被带到一定的高度后，由于介质的自重而下落,装在筒体内的矿石就受到介质冲击力的作用；另一方面由于磨矿介质在筒体内沿筒体轴心的公转与自转，在磨矿介质之间及其与筒体接触区又产生对矿石的挤压和磨剥力，从而将矿石磨碎。 由于球磨机钢球与球磨机筒体之间有摩擦力，当筒体旋转时，钢球即被带起并升到一定高度，由于钢球本身的重力作用，最后沿一定的轨道下落。在区域内（钢球被带上）的钢球受到两种力的作用：一为筒体旋转时自切线方向施于钢球的作用力；另一为与钢球直径相对称一面而与上述作用力相反的力，这个作用力的产生是由于钢球本身自重而向下滑动所引起的。 因此，上述两种作用力，对于任何一个钢球都会构成一对力偶。并且由于球磨机钢球是被挤压在筒体与相邻钢球的中间，所以力偶会使钢球彼此之间都存在大小不等的摩擦阻力，因而各层钢球将随筒体轴心作公转运动（当然，各层球并不与筒体有同步速率，同时各层钢球的公转速度也不一样）。在区域内钢球自上落下抛落，因而在区域里对筒体内的矿石发生强烈的冲击破碎作用。2.3 螺旋分级机的构造及工作过程2.3.1螺旋分级机的结构 螺旋分级机的结构如图2.3.1所示，分级槽2呈倾斜安置，倾角一般为1218.5，槽的底部为半圆形。矿浆从槽的中间部位进料口7给入，在分级槽下端的分级带完成分级。细粒级经槽子下端的溢流堰溢流排出口9排走。粗粒级产物在分级带沉降，然后由螺旋1将其运至槽子上端的沉砂排出口10排出机外。螺旋安装在中空主轴3上，主轴两端由轴承4支承，轴的上端设有传动装置5，轴的下端置于提升机构之内，必要时可调节螺旋在槽内的高度。 图2.3.1连续不断的给入矿浆，则溢流与沉砂也就连续分别排出。分级机与磨机组成闭路，分级机的沉砂经溜槽进入磨矿机再磨。 螺旋分级机广泛适用于选矿厂中与球磨机配成闭路循环程分程分流矿沙，螺旋分级机或用在重力选矿厂中来分级矿砂和细泥，及金属选矿流程中对矿浆进行粒度分级，及洗矿作业中的脱泥、脱水等作业。螺旋分级机具有结构简单、工作可靠、操作方便等特点。 2.3.2 螺旋分级机工作原理：螺旋分级机是借助于固体粒大小不同，比重不同，因而在液体中的沉降速度不同的原理，细矿粒浮游在水中成溢流出，粗矿粒沉于槽底。由螺旋推向上部排出，来进行机械分级的一种分级设备，能把磨机内磨出的料粉级于过滤，然后把粗料利用螺旋片旋片旋入磨机进料口，把过滤出的细料从溢流管子排出。该机底座采用槽钢，机体采用钢板焊接而成。螺旋轴的入水头、轴头、采用生铁套，耐磨耐用，提升装置分电动和手动两种。 第3章 设备的建模 磨矿过程，主要由皮带运输机、球磨机、水力旋流器等组成。以下分别对各设备进行建模设计。皮带运输机主要由皮带、滚轴和支架托辊等组成。两滚轴部分用命令Cylinder图3.1来实现，皮带运输机的皮带部分可以用命令线与圆最后通过挤出再添加一个壳图3.2的命令来实现。图3.2图3.13.1 球磨机建模 球磨机主要由轴承、进料口、出料口、简体和齿轮所构成。轴承又主要由下轴承座、轴承盖、下轴瓦及螺栓组成。下轴承座主要是通过Box图3.1.1和Cvlinder图3.1.2命令建模并通过布尔运算来实现；轴承盖要先通过二维曲线编辑出它的截面图，然后再经过Extrude拉伸编辑才可实现；下轴瓦，由于它的截面形状为两段半圆弧，可仿照下轴承座的方法实现；进料口与出料口及筒体可以先建个圆柱体图3.1.3，图3.1.2.图3.1.11调节线段把出料口及进料口的部份分开来，对出料口进行编辑运用放缩工具把面放缩成锥形，再通过拉伸工具拉出一定的长度做为与轴承的支撑面，再进行拉伸步骤实现出料口模型的制作图3.1.4，图3.1.4图3.1.3此时可能做的出封口处会成为没有一定的厚度感，所以必须对封口处再进行编辑，选择封口处的外轮面对它进行挤出动作就可以了。同样的道理做出进料口的模型，此时筒体的建模告一定的段落图3.1.5。图3.1.53.2 齿轮的建模 齿轮的建模先把齿的横截面做出图3.2.1，然后运用挤出命令挤出一定的厚度图3.2.2，图3.2.2图3.2.1紧接着建个圆把圆的圆心对齐与筒体，选用阵列工具图3.2.3把齿的横截面在圆上进行复制，运用阵列工具之前先把齿的轴心固定到圆上，进入阵列操作面板选择旋转，设置在Z轴上360度图3.2.4复制一维复制30个图3.2.5图3.2.4图3.2.5图3.2.3此时就形成了齿的结构，点击其中一个进行附加把其它的都附加起来成为一个主体图3.2.6，其它的一些细节的部份可以运用同样的道理对它进行建模，最后把筒体，出料口，进料口，齿轮都附加在一起成为一个整体图3.2.7，图3.2.7图3.2.6接下来对它们进行材质的编辑，选用一个材质球调节它的漫反射颜色调节为桔红图3.2.8色，调节其高光及光泽度为适当的值图3.2.9，为场景设置灯光，调节灯光的强度，放置摄像机，最后进行渲染图10。图3.2.8图3.2.9图3.2.10其它的一些物体的建模方法类似在这里就不一一概述了。3.3 螺旋分级机的建模 螺旋分级机的建模，首先先建个圆柱体设置其为半圆图3.3.1，将其转化为可编辑多边形，运用缩放工具将此时的半圆调节成一定的形状做为螺旋分级机的机身部分，进入边对象编辑调节边调出溢流堰，及提升装置的形状图3.3.2，螺旋分级机的槽部份算是完成了。图3.3.1图3.3.2对螺旋的建模，进入线面板选用螺旋线拉出一线螺旋线设置它的参数，完成后将线转化成可以编辑样条线图3.3.3，选择线对它进行缩放缩小一定的数值，然后把这两条线附加在一起，进入编辑面板通过挤出工具使它挤出一定的厚度，中心轴可以直接选用一根圆柱体就可以了，适当的调节其值，把螺旋安放在适当的位置，最后选用材质，赋予材质图3.3.4。图3.3.4图3.3.3此外，还必须对管子系统、水泥支架、电动机、水泵、水池等建模。其它细节部份方法相似。3.4传动装置 传动部分简单分为减速箱、联轴器、大、小齿轮传动。如图3.3.4和3.3.5所示。减速箱、联轴器、然后再通过小齿轮和大齿轮的啮合完成进一步的减速。其中小齿轮直接通过联轴器和减速箱相连，大齿轮嵌在筒体上。图3.3.4减速箱示意图第4章 设备运动的动画模拟设置 动画的实现主要分为三部分：齿轮筒体动画