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三维建模中Shapr3D软件的应用

2021-08-05 424 上传者：管理员

摘要：三维建模是工程技术中的一个重要过程，在化工设备的制造与研发中具有十分重要的作用。在高等教育工科基础课程中，它是一门重要的必修课。该课程是绘制和理解工程图的的一门学科。针对学习者在学习机械制图时读图及画图的困难，引入Shapr3D软件，利用其便捷强大的造型设计功能，结合实例，设计直观的教学模型素材，有效地引导学习者由易到难逐步掌握使用该软件的方法和技巧。

关键词：
Shapr3D
三维建模
便携工作
工程技术
教学模型
计算机软件
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三维建模往往需要通过复杂的三维建模软件和强大的计算机硬件来进行，对一般用户而言，三维建模在专业技术和基础软硬件上，都具有较高门槛的领域，万像素的超广角摄像头和突破性的LiDAR激光雷达扫描仪，提供了尖端的深度感知能力，通过iPadOS操作系统，苹果为iPad提供了触控板支持，完全重新设计了对iPad的trackpad支持。一系列的软硬件升级，为Shapr3D软件在iPad上的各种功能实现提供了极佳的基础。[1]

三维CAD软件是现代化产品开发和设计过程中的基本工具，是加强创新能力和提升设计效率的重要保证。随着科技的进步，开发与商用的三维CAD软件品类繁多。人们常用的三维CAD软件包括：CATIA、SolidWorks、PRO/E和UG等。CATIA以强大的曲面设计功能著称，在汽车、造船、航空航天等领域享有很高声誉。SolidWorks具有功能强大、易学易用和技术创新的三大特征，使得其成为领先的、主流的三维CAD解决方案。PRO/E软件是美国公司PTC推出的新一代CAD/CAE/CAM软件，具有基于特征、全参数、全相关、单一数据库等特点，在机械、电子、玩具等行业得到了广泛的应用。UG软件是美国UGS公司开发的一个优秀的机械CAD/CAE/CAM一体化高端软件优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框、表面功能结合在一起，其不仅具有强大的造型功能与分析功能，同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工等。[2,3,4,5]

iPadPencil是苹果公司2015年发布的智能触控电容笔，拥有压力传感器，最新款的设备延迟时间从原先的20毫秒减少到9毫秒，在iPad平板电脑上的书写绘制手感更佳。

通过iPad平台，结合新的硬件iPadPencil，Shapr3D软件让复杂的三维建模操作回归到纸笔时代，使设计过程更加简洁直接。

1、软件介绍及使用方法

Shapr3D于2016年3月在AppStore上线，是一款直接3D建模工具。与同类型的设计类软件相比，Shapr3D是首款在iPadPro上运行的3D建模软件，它结合了西门子Parasolid建模引擎和HOOPS交换，可以在应用程序中进行实体建模和数据转换，将移动CAD体验提升到一个崭新的水平，为工程师和设计师们提供了在平板电脑上进行复杂3D建模的可能性。

Shapr3D是iPadOS系统上一款专业的3D建模App，主要搭配iPadPro与ApplePencil使用，它的特点是易学、方便与专业。我们可以使用它可以在几分钟内就可以把草图上的想法变成设计图。

Shapr3D是快速且精确的三维模型创建工具。主要用于由工程、工业设计、产品设计师、珠宝商、3D爱好者和建筑师。相对于其他的3D建模软件学习相比较在成本上非常低，它有易用的设计界面，从入门到制作简单的模型不到15分钟。

Shapr3d在格式上与AutoCAD，SolidWorks等软件兼容，可以导入IGES、XT等文件，当模型制作完成后可以导出IGES、STL、XT等格式的文件。建模引擎与SolidWorks，西门子NX，SolidEdge一样，当建模完成后可以直接输出到3D打印机进行打印。

Shapr3D与多数3D建模软件相同，都是有XYZ三个轴，从而帮助我们定义设计模型的三维方向上的长宽高等具体数据。我们可以先在x轴和y轴组成的平面上画出3D模型的底座，从而进一步后续的设计操作。值得一提的是，Shapr3D并非是粗略的建模工具，在精度上Shapr3D可以精确到小数点十位之后，另外我们也可以精确的设定两组线条之间的角度。底座形状画好后我们就可以拉出z轴的高度，从而创建出一个简单的3D模型，之后在这个基础上我们可以继续对模型进行更复杂的设定与修改。一般的使用过程如下，

(1) Shapr3D可以使用内置的各种工具，十分方便的在iPad上面进行模型的建立，首先使用电子笔绘制模型的基础底面。

(2) 然后就可以使用拉伸工具调整模型的高度，shapr3d是一款可以十分精确的建模软件，我们可以直接输入具体数值进行模型调整。类似3Dmax，在使用Shapr3D的时候，我们可以选择面、边、点作为对象进行编辑，从而进行各类细致调整。

(3) 在模型的面上，我们可以继续创建面，之后就可以拉伸对应的面，从而制作出来模型的层次感。

(4) 将大致模型建立完成后，我们就可以对模型进行上色等处理，也可以使用双手对模型进行旋转、放大缩小，更加方便全面的观察模型。

Shapr3D的技术堆栈和软件将桌面CAD工具的超强功能、iPad的移动性和触摸屏，以及ApplePencil自然流畅的控制功能有机地结合在了一起。所以其具有以下优势，

(1) 搭载了经过实践检验的Siemens几何Parasolid建模内核和D-Cubed草图引擎。与其他CAD软件的导入/导出格式兼容，支持导出高分辨率X＿T、STEP、STL、OBJ、2DDXF、2DDWG和USDZ格式文件。

(2) 支持导入SLDPRT、SLDASM、STL、STEP、IGES、X＿T、2DDXF、2DDWG、JPG和PNG格式文件。

(3) 提供了离线功能和本地存储，适用于所有iPadPro、iPadAir2及更高版本以及所有适配iPadPencil的平板电脑。

(4) 专为iPadPencil设计的移动建模体验，并针对最新的iPadOS键鼠功能进行了鼠标键盘的适配。

2、实例

由于智能触控笔iPadPencil的引入，再加上手指的使用，可以对三维建模过程中的绘图和移动进行分类，从而提高工作效率。在Shapr3D软件中，一般用笔进行模型的设计，而手指则负责零件在三维空间中的移动、旋转和缩放。以下通过简单实例，来介绍Shapr3D软件的基本操作。模型如图1所示。

设置好单位，在右下方确保所有捕捉引导线均已开启。在右上方选择前视图，然后可以开始绘制草图。一根手指可以转动模型，两根手指平移和捏放可以进行移动和缩放。封闭的草图会填充浅蓝色，这表示其可以转变成3D实体，如图2所示。

接下来，通过拉伸切割和倒圆角得到下一步的模型草图，如图3所示，相关操作均可通过iPadPencil方便快捷地得到实现。

最后，绘制模型底座，并对所有的棱角处进行倒圆角的操作，得到所要求的模型，如图4所示。

3、结语

苹果最新的iPadPro借助史诗级的深度感应LiDAR扫描仪，超越了标准计算功能。LiDAR全称为“LightDetectionandRanging”，LiDAR的工作原理是通过测量光触及物体并反射回来所需的时间，来确定距离。其主要由激光发射器和光波接收器两部分组成，发射器通过发射出激光，在接触到测量物体后，激光被反射回来。反射回来的光波被接收器捕获，然后LiDAR系统会通过计算光线从射出到接收这个过程的时间，从而获得LiDAR与物体之间的距离。Shapr3D紧随其后，通过将LiDAR传感器的扫描结果与ParasolidConvergentModeling相结合，超级灵敏的扫描仪功能使该设备的功能远远超出了标准笔记本电脑的功能。

此外，Shapr3D中还有社区功能，方便开发者进行交流，并有完整的标准件图库供使用者快速调用。

当然，Shapr3D作为一款最近才开发出来的软件，由于iPadOS平台的局限性，还是存在一些不足的，如渲染能力不够等，但随着软件的进一步优化，一定能获得更加长远的进步，并在iPad日趋普及的高校学生中成为主流三维设计软件。

参考文献:

[1]Shapr3D,不用计算机也能三维建模[J].智能制造,2019(07):61-62.

[2]丁刚.利用NX软件助力机械制图教学[J].中国教育技术装备,2019(14):29-30.

[3]兰雅雷.三维CAD技术在机械制图教学中的应用探讨[J].才智,2017(26):151.

[4]刘美珍.三维CAD技术在机械制图教学中的应用[J].中国现代教育装备,2013(23).44-45.

[5]严惠娥,亿珍珍,杜淑幸.三维CAD软件辅助工程制图教学探索[J].中国电子教育,2010(04):50-52.

文章来源：范轶.Shapr3D软件在三维建模中的应用[J].电子测试,2021(15):133-134+126.