《三维实体构型设计》大作业.doc

三维实体构型设计课程 Case Study基于Autodesk inventor的人体结构模拟姓名xxx学号09011002摘要：本文通过人体模型的制作，描述了用autodesk inventor软件制作三维模型的方法和效果 ，以及三维人体模型的整体渲染。关键词： 三维模型制作 渲染引言：人体拥有十分精密的结构及较多的自由度，针对人体结构设计有关的医疗设备及机械产品一直都是商业的热点。本文通过autodesk inventor软件对人体各个部分，包括头，颈部，四肢，躯干四个部分进行三维建模。三维建模后的人体模型具有较多的自由度，人体关节可以自由运动，精确地模拟人的关节运动。1设计目的：本学期学习了Inventor 软件，掌握了用Inventor软件进行三维建模的一些基本知识，并对三维建模软件产生了浓厚的兴趣。我又系统自学Autodesk Inventor 软件中的其他功能。并将该软件的装配和制作动画等优质的功能用与完成本次的case study，以作为对本学期课程学习的拓展和延伸。本Case Study通过用Inventor对人体结构进行三维建模，当人体的一个结构发生运动后其余结构也发生相应的运动，以此来反映人体的各个关节的运动。人体结构的整体模型渲染后如下图所示： 图 整体 2设计方案人体模型的制作需要建立在对人体结构的了解的基础上。通过查阅资料已经对自身的实践观察，我把人体分为了十五个基本单元：(1)脸部 (2)眼部 (3)耳部 (4)颈部 (5) 臀股部 (6)腹部 (7)腰部 (8) 胸部(9)大腿 (10)小腿 (11)脚部 (12)肩部 (13)上臂 （14）小臂 （15）手部其次用九个关节将人体的各个基本单元连接起来。（1）颈部关节 （2）肩部关节 （3）上臂部关节 （4）手指关节 （5）腰部关节 （6）大腿部关节 （7）小腿部关节 （8）脚关节对各个基本结构单元和各个关节进行具体建模，以完成整体的构造。通过对人体某个结构施加一定大小的力后其余关节也会发生相应的运动。3制作过程：（1）对人体的各个结构进行建模。本文对人体的各个主要结构头部、胸部作较详细的介绍：图 头部构造所用到的特征有：1.拉伸 2.旋转 3.镜像 4.凸雕图 胸部构造所用到的特征有：1.拉伸 2.倒圆角 3.旋转 8(2)使用“装配约束”将人体的各个结构装配起来使之构成一个整体图 装配（3）在人体模型的各个基本单元上施加力的作用使得各个基本单元得以运动。图 运动过程4.设计的技术难点：（1）人体各个基本单元的结构设计 要想做出美观的人体模型，就必须保证人体的各个部分的尺寸比例协调得当。我通过以下两个方面搜集资料，获得了比较合适的人体比例数据。A. 上互联网查阅有关资料。在网上搜集资料进行总结后可得以下结论：a) 从头顶到脚跟可以把人体八等分。b) 男性肩的宽度占头长的二倍又三分之一。c) 从正面、侧面和背面三个方位描绘人体时，应注意比较肩部、臀部和腿肚的宽度。d) 两乳头之间的距离是 一个头宽。e) 腰部宽度略小于一个头长。f) 腕恰垂于大腿根平面稍下，双肘约居脐的水平线上。g) 双膝正好在人体四分之一稍上。h) 双肩居于头顶向下六分之一距离的平面上。B. 通过测量自己的身体获得数据我以自己的一个手掌为单位，估算了自己的身体各个部分的长度。a) 头部的长度约为1.5个手掌的长度b) 颈部长度约为1个手掌的长度。c) 胸腹部的长度约为3个手掌的长度，胸腹部的宽度约为2个手掌的长度。d) 手臂的长度约为4个手掌的长度。e) 大腿的长度约为3.5个手掌的长度，小腿的长度约为3个手掌的长度。f) 脚的长度约为1.5个手掌的长度，脚的宽度约为0.5个手掌的长度。（2）对人体的运动进行模拟。要能够实现人体各个关节的运动就必须使用Autodesk Inventor 中的装配功能，这是Inventor所难以操作的。我们在课堂上所学的只是对零件的设计，但是各个零件之间运动关系的实现就必须要通过零件之间的装配关系得以实现。通过在该模型上的应用，我掌握了各个约束的添加操作，终于使得机器人人体的各个关节能够发生相对的运动。如图所示，机器人头部的底部有一个圆形的凹槽。所以可以设计一个球形轴承使得轴承的中心与头部的凹槽中心相重合。再将球形轴承的底部通过插入约束将球轴承与机器人的下一个身体零件相配合。从而达到多个零件装配到一起的作用。头部和身体进行装配后的效果图如下图所示。图 其中所用到的约束有：（1）配合约束：使得两个零件的中心相重合。（2）插入约束：使得两个回转面的中心轴线相重合，并且端面重合。其余的各个零件如大腿和小腿的连接。上手臂和下手臂的连接以及下手臂与手指的连接均采用以上方法。图 5.创新点（1）通过网上搜集资料以及实地测量对人体的各个结构比例进行了测量，然后设计出各个符合人体比例的零件。（2）用三维软件的装配约束使得各个零部件之间能够发生相对运动，对课上所学的用Inventor 设计静态模型的知识进行了进一步的扩展和衍生，发挥了自己的自主学习以及创新能力。（3）为了模拟人体各个关节的运动，运用Autodesk Inventor中的动画功能制作出了一段动画。（4）利用Autodesk inventor中的studio功能对机器人表面赋材质，并进行渲染。6.总结从小我就对机器人抱有浓厚的兴趣，通过这学期课程的学习，我掌握了三维建模的一些知识，激发了我对三维建模的兴趣。在设计过程中我遇到了很多的困难，但是我坚持了下来，通过自己的努力探索解决了很多的问题。感谢这次三维实体构型设计的课程使我的三维建模能力以及自我探索学习能力得到了提升！纵观整个设计过程，我发现还有以下方面的不足：（1） 仅仅能够反映人体关节的相对运动，关节构造的细节还不够细致。（2） 没有很好的解决各个零件发生相对运动时发生的运动干涉问题。课后我会对这些问题进行进一步的研究和解决。7.后记后