摘   要：为了促进井下辅助运输设备的改造，提高煤矿辅助运输系统的机械化程度，开发并应用了基于多媒体技术的井下辅助运输设备演示系统。在本文中，通过广泛应用三维和二维动画，以及声音效果和特效的协调，对设备结构和操作条件进行虚拟模拟，以创造真正的沉浸式体验。讨论了基于多媒体技术展示辅助交通工具的技术途径，并对方案设计的总体架构、动画模拟过程和关键能力进行了研究，为虚拟仿真技术在机电产品展示领域的推广应用提供参考。

关键词：援助运输；动画仿真；多媒体技术；3dsMAX

介绍

       为了满足现代煤炭企业对工作效率、职业安全和安全生产的要求，许多中小煤矿选择开发高效的矿井辅助运输设备，提高辅助运输系统的机械化程度，缓解效率低、辅助运输能力差的问题。为推进公司运输辅助设备的改造，与高校合作，开发应用了地下运输辅助设备演示系统软件，用于地下沟槽连续牵引车、无轨胶轮车等运输辅助设备的虚拟展示。虚拟设备场景结合多媒体技术平台和动画仿真，为用户提供身临其境、栩栩如生的体验。为了促进虚拟仿真技术在机电产品展示中的应用，本文研究并描述了模式体系结构和动画仿真设计。

1.演示系统设计

       选择系统开发平台。演示系统开发的主流技术包括视频录制、通用编程软件开发、VRML虚拟现实平台开发等。[1].鉴于本项目客户分散，网络接入条件差，项目开发预算小，富媒体信息量大，软件必须易于安装和使用，多媒体技术在Authorware开发平台上设计，用于开发[2]。整体设计使用Authorware7。0-提供流程设计和资源合成优势的软件，还需要软件支持来创建和编辑多媒体材料。为此，使用AutoCAD等绘图软件进行建模，3dsMax和F1ash进行设计仿真动画，以及其他图像处理、音频和视频编辑软件来改善材质效果。形成的设计方案的结构和关系如图1所示。在这个项目中，除了Authorware流程设计之外，最大的困难是动画仿真的设计。

2.动画模拟的设计过程

2.1动画仿真设计软件

       根据需求分析和模式规划，3dsMAX2008选自主流3D动画设计行业制作软件。该软件不仅可以提供场景数据的层次化视图、快速的场景分析和复杂的场景处理，还可以与同一公司的AutoCAD系列机械和建筑绘图软件配合使用。同时，该软件硬件要求低，支持各种格式的文件导入，并且易于使用其他软件创建的图形进行材质、照明和动画处理。虽然3D动画可以获得良好的视觉效果，但仍然存在一些问题，如组件相互遮挡、关键点难以突出、细节难以清晰表达等。因此，需要使用Macromedia af1ash飞机动画软件简化和突出一些局部问题。F1ash是矢量动画设计软件的代表，它集成了音乐、声音、动画和创新界面。两者的结合可以形成一种表达形式，其中主要场景和主要功能由3D动画表示，局部细节由2D动画补充[3]。

2.2动画模拟的设计过程

动画仿真设计过程完成了连续牵引车沿沟渠、防爆无轨胶轮车、牵引车过曲线仿真动画、Overpre的建模和全景动画显示安全绳轮和车辆在道路上行驶的现场显示。以连续式拖拉机顺槽动画制作为例，说明其制作过程：该装置由无级卷扬机、梭车、钢丝绳张紧装置、主（副）绳压轮、直轮等辅助设备组成，具有多个建模对象和复杂结构的特性。在分析设备结构后，确定三维软件建模中的梭车、绞车和绳索夹具，或将其导入三维软件以创建结构模型。对于其他附件，通过标准几何体或拉伸导入的二维图形在布尔和组合处理后生成[4]。从源代码集中、精细组合，以减少要处理的数据量。在建模和插入材料后，我们继续进行穿梭车和其他主要部件的显示动画。这一部分相对简单，重点是做好照明和镜头的使用。另一方面，建立了车辆在道路上行驶的场景动画。道路动画制作、第一路、道路施工、铁路铺设；其次，根据路面和演示需要，将大场景分为四个镜头，以从不同角度展示列车和竖井设备的动态效果。然后，摄像机将所需的设备插入到整个画面中。然后设置相机、添加灯光、设置动画、渲染场景并输出视频文件。最后，将过渡和背景图像添加到VideoPost以组装整个动画。

关键主题和设计技巧

3.1坐标系的灵活选择

       在3dsMAX中，坐标轴的方向根据坐标系的选择而改变。在转换之前，必须选择坐标系以确定轴的方向[5]。世界坐标系用于确定场景中对象的位置，项目中的大多数场景都是在该坐标系下完成的。局部坐标系用于围绕其自身的轴移动和旋转倾斜对象。由于对象与世界坐标系轴之间的角度，世界坐标系或视图坐标系的设计速度缓慢且不准确。例如，选择路线特定部分的局部坐标系以沿Y轴和Z轴移动路线，从而方便快捷地定位。在绳压轮旋转过程中，通过选择局部坐标系，轮毂可以方便地沿轴旋转。此外，使用拾取坐标系的方法也非常方便，合理使用可以快速使用局部坐标系场景中的任何对象作为另一个对象，例如，在通过记录其他对象的轨道坐标系的局部坐标系来排列无级绞车排列图时，可使绞车、加压装置和枕木等沿轨道快速移动。

3.2建模方法的选择

       三维动画建模的关键是选择合适的方法。首先，应该清楚的是，3dsMAX是一种艺术展示工具，而不是绘图软件。为了获得工业质量零件，可以在专业绘图软件中创建飞机模型，然后使用3dsMAX建模工具生成。其次，应根据情况记录和评估多边形、镶嵌面和NURBS等建模方法的特性。最后，建模对象的多边形和节点数量将对计算负载产生很大影响，因此不应寻求过高的精度。不应创建曲面和节点，而应使用贴图对渲染的不可见部分进行建模，以减少一些不必要的细节。以无级绞车齿轮啮合建模为例，在AutoCAD中绘制了绞车大齿轮的轮廓，并将其导入3dMax环境。旋转中心和节距由传动参数决定。齿廓的顶点与层次区域中的旋转中心相适应，所有齿轮齿廓都是使用旋转阵列函数生成的。然后通过布尔运算对轮毂进行建模，并选择合适的几何形状和齿形。对于小齿轮的建模，可以使用一种简单的方法将近似的单个轮齿直接挤出到3dsMAX中，然后通过旋转阵列获得整个齿形。在动画设计状态下，可以通过根据传动比调整速度来实现齿啮合动画。

3.3材料、纹理和照明的实施

       在材质编辑器中进行材质设置。标准材料适用于大多数情况，可以是通过调整阴影中的颜色、灯光中的颜色、灯光中的颜色和其他参数进行调整。在项目设计中，在确定材质的颜色后，高光和环境光会添加到大多数对象中。根据材料的特性，使用各种光和阴影模式来相应地调整反射范围、强度、模糊度、不透明度等参数，以达到所需的效果。除了通道选择和参数设置外，还根据界面指定地图坐标。地图应该在建模后创建，以防止坐标被破坏。通过单击“漫反射贴图”（diffuse map）通道，可以将井墙等复合对象插入到凹凸通道中，并且两个通道的值都会因emrelief而增加，加上街道场景的贴图坐标。它可以显著降低纹理创建的难度和数据处理量，并创建逼真的效果。照明中的标准光源不适合渲染。对于钻孔等大型场景，除了剖面照明，三角形照明通常用于剖面照明或自定义照明方案，以创建特殊效果。照明应用需要高度的美学基础。在项目设计中，物体被放置在暗光下，阴影和反射被用来突出真实场景，以掩盖工程师艺术设计的缺陷。

3.4摄像机和镜头设置

       相机是动画的核心元素。创建摄影机路径可以通过为摄影机设置关键帧或在场景中绘制路径并将其指定给更易于控制和平滑设置动画的摄影机和摄影机目标来实现。如果直接为相机指定路径，则仅限于该路径。调整位置可以很容易地破坏运动特性，并在链接到虚拟对象时创建更逼真的效果。因此，通常使用样条曲线沿摄影机移动方向绘制路径，然后创建虚拟对象作为摄影机、摄影机目标和路径的介质。对于较大的场景，请使用多个镜头从多个角度查看移动的对象。例如，无级绞车动画使用四个镜头从远处显示列车运行场景、后跟踪（自由摄像头连接到列车）、前跟踪和前视图（从目标摄像头固定拍摄）。无轨胶轮车是用来反映其在波浪路面上的行驶状况，具有5个镜头和多个视角。在局部动画（如超压绳轮）中，由于几次拍摄的时间较短，变换变得过于频繁。可以进行单独的路径设置，摄像头可以连接到以路径为边界的虚拟对象上，并且可以调整路径分离，以实现从不同角度观察牵引运动和打开和关闭绳轮的效果。

3.5完成渲染和后期制作

       创建场景后，应渲染图像以创建动画或效果图。如果计算机硬件配置不高，渲染时间会过长，需要重新处理错误。检查分段渲染和部分预览的方法，即将动画分割为几个部分，预览片段的效果，然后在验证其正确性后使用空闲时间进行渲染。分布式网络渲染或云渲染也可以缩短渲染时间，并在意外中断消除后恢复进程的原始渲染[6]。分段渲染后，必须集中合成每次录制的视频文件。VideoPost软件可用于将渲染场景事件作为图像输入事件排队。增加或编辑场景事件的范围可以创建各种效果，例如汽车超载绳轮，以及可以在慢动作中使用的曲线效果。

4.结论

       该项目的实施实践了三维动画与二维动画融合的模拟形式，检验了三维动画演示操作的步骤和关键能力，验证了基于多媒体技术表示机电设备主体结构和工作状态的技术途径。采用纯软件技术和简单设备改善虚拟用户体验的方法，可以有效满足分散在城乡的中小煤矿推广先进采矿设备的要求。缺点是参数由开发人员预定义，不能根据用户选择的设备型号进行动态调整，这也是进一步研究的方向。

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