3D动画技术在农业机械定性中的应用
摘要:随着信息化技术的不断进步，3D动画技术取得了长足发展。在农业机械设计分析领域，3D动画具有先天优势，可以更加直观地呈现农业机械的设计结构，便于进行定性分析。介绍了3D动画的应用原理、优势和特点，分析了3D动画在农业机械定性分析中的应用。
关键词:3D动画呈现;农业机械;定性分析
0引言
随着农业生产需求的不断增长，我国农业机械设计制造行业不断取得突破，但是在新型农业机械的设计过程中，传统的分析方法已经不能满足定性分析的需要。因此，近年来3D动画呈现技术被引入到农业机械定性分析工作，并取得了不错的效果。随着3D动画软件的不断更新，越来越多的3D动画软件在不同的领域得到了广泛应用，分析中使用的3D动画软件种类愈发丰富，功能也更为强大，在农业机械定性分析工作中发挥的作用也日益重要。
13D动画软件介绍
1.1概念
3D动画软件是利用3D技术建模，同时可以对3D模型进行运动模拟的软件。通过3D软件的工作不仅可以将平面设计的物体三维立体化，还可以创造出一个立体的三维空间让之前构建的3D模型在这一虚拟空间中进行运动模拟，并对这一过程进行分析，最终通过3D动画进行整体呈现。动画呈现模式更加直观，且动画可以对周边环境的动态进行仿真模拟，因此，近年来3D动画软件在农业机械定性分析工作中被广泛应用。主要介绍了PFC3D软件的应用，其在应用过程中可以配合SoildWorks等基于CAD的3D设计软件，共同完成农业机械的定性分析工作。
1.2应用原理
3D动画软件在农业机械定性分析工作中的主要作用是利用3D动画技术，通过动态仿真模拟来对农业机械的实际使用过程加以分析，使农业机械的定性分析更加贴合实际。以PFC3D软件的工作为例，其工作原理是利用散粒体建模模拟土壤的状态，通过对土壤模型内部不同颗粒间的相对运动模拟得出农业机械在使用过程中土壤的结构状态变化，也可以通过这一动画模拟过程得出土壤的力学变动曲线，让农业机械的定性分析更加准确，也可以对较为复杂的农业机械工作过程进行分析，扩大了农业机械定性分析的应用范围［1］。PFC3D软件主要是通过对周边环境的建模及运动过程的模拟实现对农业机械工作状态的分析，在农业机械建模方面的能力有所欠缺，因此可以配合3D和CAD软件如SoildWorks进行农业机械建模，之后根据建成的农业机械三维模型设计3D动画中的农业机械模型，使动画过程可以准确模拟农业机械的实际工作过程，利用两类3D软件共同完成定性分析工作。
1.3优势及特点
传统农业机械定性分析，往往是采用实际操作农业机械的方法进行定性分析，不仅会浪费人力物力，实际操作环境也较为单一，不能实现对于不同土壤环境下农业机械的定性分析，分析结果具有片面性。而使用了3D动画软件进行农业机械的定性分析不仅可以省去实际操作的步骤，还可以利用软件对于多种土壤条件进行分别建模，让定性分析工作更加全面。传统农业机械定性分析，在农业机械实际运行过后，不能直接得到具体的土壤变化数据，如在进行播种及犁地过程模拟分析时，分析人员只能通过土层状态的变化，利用经验对这一过程进行还原分析，结果不够精准。使用3D动画软件利用3D动画呈现进行农业机械定性分析时，可以利用软件内部的数据分析系统直接获取土壤的力学状态变化，并对变化数据进行记录与分析，最终得到农业机械工作过程的土壤力学参数变化曲线，让分析数据更加客观，也便于分析人员进行接下来的定性分析工作［2］。通过3D动画呈现的方式进行农业机械定性分析还有一个巨大的优势就是在模拟过程中便可以对农业机械的结构进行调整，可以为后期的农业机械改良工作提供参考。在传统的农业机械定性分析工作中，只能对已有的农业机械进行分析，在农业机械设计人员进行改良后需要等待机械升级完成才能进行再次的测试，不仅延长了定性分析的时间，反复地机械改进也会增加生产厂家的成本。但是利用3D动画软件进行农业机械的定性分析，在得到分析结果后设计人员做出的改动可以直接通过三维建模加以实现，有效缩短了农业机械的定性分析时间，另外在定性分析时也可以对农业机械模型进行微调，为农业机械的设计提供参考依据，便于设计人员更好地完成农业机械设计工作。
23D动画软件的应用
2.1模型构建
利用3D动画呈现进行农业机械定性分析时，3D建模过程主要分为两个阶段。首先是对农业机械的建模，目前在农业机械定性分析工作中常用的3D动画软件例如PFC3D，并非基于CAD技术开发，因此仅仅通过单一的软件难以进行农业机械的准确建模。目前在农业机械设计工作中，基于CAD的3D软件被广泛应用，此类软件可以轻易实现农业机械的建模。而后农业机械定性分析人员需要将在SoildWorks等软件中构建好的3D模型导入到3D动画软件之中，这一过程可以根据农业机械的实际使用状态对模型进行简化，但要确保其可以准确反映农业机械工作中的实际状态。在对农业机械三维模型进行简化转换时，需要总结其力学特性变化规律，在对简化模型进行微调时系统软件可以及时确定微调后的农业机械力学特性，确保定性分析结果的准确性。在农业机械建模完成之后，3D动画软件还需要对土壤环境进行建模。以PFC软件为例，在进行土壤建模时主要是利用微小的土壤颗粒实现对于土壤状态的模拟，在这一过程中不同土壤颗粒间的受力关系较为简单，受力均符合牛顿第二定律，在受力发生改变时状态也会相应发生变化［3］。
2.2动态分析与测试
3D建模完成之后，便可以利用3D动画软件模拟农业机械的工作状态，并通过3D动画形式加以呈现，完成农业机械的定性分析工作。由于对土壤受力状态的模拟技术还不完善，因此利用3D动画软件进行的农业机械定性分析主要集中于犁面过程及压实过程的受力分析，对于播种也有一定的指导作用。在进行农业机械动态分析之前，需要对机械及土壤的力学参数进行设定，其中农业机械的力学参数设定在CAD模型转换时已经完成，因此分析人员只需要对土壤的状态参数进行设置［4］。最后只需要根据农业机械的实际工作状态设计其在3D动画中的运动方式及运动轨迹，便可以对其进行定性分析。分析人员可以通过3D动画直观地观察土壤状态的改变，同时通过信息处理软件可以得到土壤在这一过程中单位力学参数数据，最后经过软件分析得到力学特性变化曲线。除了对农业机械运行过程中的土壤受力状态进行分析之外，使用3D动画技术可以及时发现农业机械设计过程中存在的问题并加以解决。运用传统的3D建模技术虽然可以将设计图上的设计立体化，但是对静态模型的分析只能优化设计尺寸等参数，不能真正结合农业机械的工作实际进行设计的优化。而使用SoildWorks等3D动画软件便可以实现对于农业机械运行状态的模拟，设计人员可以全面了解农业机械运行过程中内部各零件的工作状态，便于发现潜在的设计问题并加以调整。同时在3D动画软件中可以对农业机械不同的运行环境进行模拟，3D动画技术人员可以通过环境的设定，模拟不同地形及气候条件。设计人员可以了解不同环境下农业机械的运行状态的变化趋势，对于农业机械的整体运行状态进行定性分析［5］。随着信息化技术的不断发展，目前在农业机械3D动画模拟过程中也可以使用数据库技术，数据库中可以储存不同的农业机械模型及环境数据，在模拟中不仅可以节省大量的建模时间，还可以在进行农业机械设计调整时直接调取相应结构数据，节省调整时间并为设计人员提供更丰富的选择，便于设计人员进行方案的优化。
3结束语
随着农业生产技术的不断升级，对于农业机械的要求也是与日俱增，对农业机械设计提出了更高的要求，农业机械定性分析工作也需要进行升级。近年来，PFC3D等3D动画软件被引入到农业机械定性分析之中，通过3D动画的呈现，分析工作更加直观并节约了成本，可以对多种土壤条件进行模拟，并得到力学特性变化曲线，同时可以对整体运行状况进行模拟分析，让定性分析工作更加全面精确，更好地助力了农业机械设计制造行业的发展。
参考文献
［1］赵春龙，杨传华，周海波，等．PFC3D软件在农业机械定性分析上的应用［J］．现代化农业，2015(8):66-67．
［2］石晓梅．CAD三维技术在农业机械设计中的应用［J］．湖南农机，2014，41(1):50-51．
［3］冷坚．计算机辅助技术在农业机械设计中的应用［J］．北京农业，2014(30):240．
［4］贾毕清，韩绿化．SolidWorks软件在农业机械机构创新设计中的应用［J］．农业科技与装备，2017(6):12-14．
［5］孙思文，高凤娇．面向农业机械产业化的三维检测系统研究［J］．黑龙江科学，2015，6(4):33，53．
作者：朱羚玮 单位：西安欧亚学院
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