三维建模和动画仿真技术在自动化集装箱码头设计中的应用

     随着集装箱船舶逐步向大型化方向发展及港口集装箱吞吐量持续增长，越来越多的码头
采用自动化设备来提高作业效率和降低成本。

[1]上海振华重工（集团）股份有限公司早在

2006 年就开始研发绿色环保、低碳节能、安全可靠、效率较高的自动化集装箱码头解决方案。
由于自动化集装箱码头工程复杂且造价较高，仅依靠传统的平面图纸和文字说明往往使人
难以直观理解其工作流程和原理，并且可能因设计疏漏造成重大经济损失。本文以厦门远海
自动化集装箱码头项目为例，介绍三维建模和动画仿真技术在自动化集装箱码头设计中的
应用，以期提高自动化集装箱码头设计的科学性。

 

　　

1　软件选择 

　　

Inventor 是美国 Autodesk 公司推出的一款三维可视化实体模拟软件，能够方便快捷地

创建和验证完整的数字样机，可用于建模、装配等工作。

3ds　Max 是 Autodesk 公司研发的

三维动画制作和渲染软件，具有通用性好、方便易学、价格低廉、扩展性强等优点，是目前较
为流行的同类软件之一。本文所述的自动化集装箱码头三维建模和动画仿真基于

Windows

操作系统，三维建模由

Inventor 软件完成，三维动画制作由 3ds　Max 软件完成，动画后期

制作由

After　Effects 后期特效软件和 Premiere　Pro 非线性编辑软件完成。 

　　

2　模型创建及导入 

　　自动化集装箱码头设备众多，这些设备的三维模型需要利用

Inventor 软件分别创建。本

项目创建的模型包括集装箱船舶、桥吊、内集卡、自动导引车、自动导引车伴侣、轨道吊、铁路
吊、码头地形等。

 

　　模型创建完成后，需要导入

3ds　Max 软件中以构建场景模型。在 3ds　Max 软件中，

依次选择

“应用程序”菜单→“导入”选项→“选择要导入的文件 ”对话框→“文件类型”→

“Autodesk　Inventor（*.IPT；*.IAM）”，将建好的模型逐个导入。导入模型时应当根据具
体情况选择适当的选项，以确保模型精度及

Z 轴方向正确（见图 1）。设备模型全部导入后，

按方案布置图将模型放置在相应位置，形成自动化集装箱码头总体三维模型（见图

2）。 

　　

3　材质及灯光设置 

　　对模型进行材质、纹理贴图是关键步骤之一。为增强码头整体效果的真实性，要根据业
主的要求，利用材质编辑器赋予模型相应的颜色、材质。一般情况下不要求对材质进行做旧
处理，只要根据业主提供的色标调出相应的颜色，再调整高光级别及光泽度参数即可。此外，
对港徽铭牌、集装箱材质等进行贴图处理，并利用

3ds　Max 软件的 UV 纹理编辑器进行对

位和编辑，配合整体模型达到最好的效果。

 

　　本项目使用

mr　Sun 和 mr　Sky 设置灯光参数，能够精确渲染日光场景，实现较真实

的光照阴影效果（见图

3）。 

　　

4　脚本设计 

　　本项目需要动画演示

7 种作业工况，分别为卸船、装船、堆场移箱、堆场接力、集卡装卸、

特殊箱装卸、边装边卸等，每种作业工况均要制定详细的动画脚本。卸船作业的动画脚本见
表

1。 

　　

5　动画设置 

　　

3ds　Max 软件设置运动的方法有关键帧法、变形法和关节法等，技术动画一般采用关

键帧法和关节法。该软件中几乎所有参数都可以创建关键帧，而机械运动和受物理规律制约
的运动仅需少数关键帧就能使画面栩栩如生。

 

　　本项目采用关键帧法进行动画设置。为便于设置动画关键帧，对设备及其零部件按所在
位置关系分组，并用

“选择链接”和“打断链接”的命令建立物体之间的层级关系，定义父物

体和子物体，形成动作关联性，使子物体跟随父物体运动。需要注意的是，集装箱分别跟随