Simcenter STAR-CCM+ Screenplay可视化动画制作案例

前言

Screenplay是Simcenter STAR-CCM + 2019.2（v14.04）版本的新功能，这是软件集成的动画制作工具，可让您更好的讲述模拟中的故事。

动画   screenplay功能制作的汽车尘土污染模拟动画

 Screenplay中使用的基础技术称为关键帧动画（keyframeanimation），关键帧定义了选定时间点的场景属性。渲染动画时，Simcenter STAR-CCM +会在连续关键帧之间插入平滑过渡。

screenplay支持用于后处理对象的许多属性的关键帧，例如scenes,displayers, derived parts, cameras, and transforms。可视编辑器（visual editor）可帮助您使用拖放技术创建动画。

下面使用一个汽车外气动模拟的案例一步一步的详细说明设置screenplay的步骤。此模拟为汽车外气动的稳态模拟。最终得到的动画如下图所示：

动画    screenplay功能制作的汽车外气动模拟动画

在这个案例中的操作步骤、截图使用STAR-CCM+ 2019.2版本。

 操作流程

在本案例中，使用scenes > ScreenPlay Scene作为动画的视图。在本视图下的displayers作为动画的关键帧，其显示内容如下表所示：

在动画中我们需要实现如下功能：

• 动画总时长20秒

• 前后轮在20秒的动画内旋转运动

• 0~3秒，10~20秒的时间内实现视角的变换

• 3~10秒的时间，车体的几何从前到后渐次隐藏显示，而车体的压力云图从前到后渐次显示出来

• 5~20秒的时间内，流线动画显示

在tools > Screenplays上右键点击，选择New，在弹出的窗口中选择 Existing Scene> ScreenPlay Scene。在该节点下多了一个名为“Screenplay 1”的节点，用于设置动画的参数。在视图下部多了一个编辑器窗口，用于编辑动画参数。

 

 1.      设置车轮旋转

本外气动是稳态模拟，车轮采用MRF模型，车轮是静止的。这里为了更加符合真实的场景，把轮毂设置为旋转运动。涉及到的displayer > geometry front rim / geometry front rim。

在tools > Transforms下预先设置了2个rotation，分别表示前、后轮的旋转运动。分别设置displayer > geometry front rim / geometry front rim的transform属性值为 front-wheel、rear-wheel的运动。

分别将tools > Transforms下的2个运动front-wheel/rear-wheel鼠标左键拖到screenplay的编辑窗口，则在Screenplay 1下多了2个节点“Action 1”和“Action 2”，重命名为“front_wheel_rotation”和“rear_wheel_rotation”。设置这2个动作的参数如下：

• Time = 0; Duration = 20;

• front_wheel_rotation: Simple Transform 1

• Coordinate System: Front_Tire

• Rotation Angle: 0 radian

• Rotation origin: [0, 0, 0]

• Rotation Axis: [0, 0 , 1]

• Translation: [0, 0, 0]

• Scale: [1, 1, 1]

• front_wheel_rotation: Simple Transform 2

• Coordinate System: Front_Tire

• Rotation Angle: 100 radian

• Rotation origin: [0, 0, 0]

• Rotation Axis: [0, 0 , 1]

• Translation: [0, 0, 0]

• Scale: [1, 1, 1]

• rear_wheel_rotation: Simple Transform 1

• Coordinate System: Rear_Tire

• Rotation Angle: 0 radian

• Rotation origin: [0, 0, 0]

• Rotation Axis: [0, 0 , 1]

• Translation: [0, 0, 0]

• Scale: [1, 1, 1]

• rear_wheel_rotation: Simple Transform 2

• Coordinate System: Rear_Tire

• Rotation Angle: 100 radian

• Rotation origin: [0, 0, 0]

• Rotation Axis: [0, 0 , 1]

• Translation: [0, 0, 0]

• Scale: [1, 1, 1]

设置完成后，点击screenplay编辑窗口上部的播放按钮，即可得到车轮旋转的动画。

得到的车轮旋转动画如下：

 

2.      视角的变化

在该步骤中，我们来设置视角的变化。鼠标左键妥当ScreenPlay Scene > Attributes > View节点至Screenplay编辑窗口，Screenplay 1下多了一个名为“Action 1”的动作，重命名为“View 1”。默认状态下，存在2个视角的节点。

首先设置该动作的存续时间3秒

• Time: 0

• Duration: 3

通过鼠标操作，将车体视角显示在远处，然后右键点击View 1 > Scene View > 0.00: Scene View 1，选择Apply Current Value，将当前视角定义为第一个视角。然后将车体拉近，右键点击View 1 > Scene View > 1.00: Scene View 2，选择Apply Current Value，将当前视角定义为第二个视角。

重复上述建立视角动作的步骤，建立第二个视角动作View 2。右键点击View 2 > Scene View，选择New Keyframe，增加视角的时间控制。点击两次，增加两个关键帧。设置View2动作的存续时间10~20秒。

• Time : 10

• Duration: 10

以此设置4个关键帧的时间位置（position）为0.0（第10秒）、0.25（第12.5秒）、0.5（第15秒）、1.0（第20秒）。

按照上面同样的设置不同关键帧视角的方式，依次设置4个视角的位置，如下图所示：

 

3.      隐藏车体几何，显示车体的压力系数云图

在该步骤中，我们让车体的几何渐进隐藏，同时渐进显示车体表面的压力系数。

选择ScreenPlay Scene > Attributes > Clip Planes >Plane 1 > Origin，鼠标左键拖往screenplay编辑区域，新增名为“Action 1”的动作，重命名为“Clip geometry body”。

 

设置Clip geometry body动作的存续时间为3~10秒，参数如下：

• Time: 3; Duration: 7

• Orgian

• 0.00:  value=[-1.0, 0.0, 0.0] m,m,m

• 1.00:  value=[4.2, 0.0, 0.0] m,m,m

同样的方法，设置一个新的动作“Clip cp”，使得displays > cp在3~3.2秒时间内，Opacity从0.0到1.0。选择ScreenPlay Scene > Displayers > cp > Opacity，鼠标左键拖往screenplay编辑区域，新增名为“Action 1”的动作，重命名为“Clip cp”。

动作的存续时间设置参数如下：

• Time = 0.0; Duration = 20

关键帧的设置如下：

• 0.00： value=0.0

• 0.15: value=0.0

• 0.16: value=1.0

• 1.00: value=1.0

4.      显示流线动画

流线在初始的时候是隐藏的（透明显示），首先需要将流线显示出来。选择ScreenPlay Scene > displayers > Streamline 1> Opacity，鼠标左键拖至screenplay的编辑区域，新建一个执行动作，重命名为“streanline”。设置动作存续时间为0~20秒。

设置关键帧参数如下：

• 0.00: Position: 0.0; Value: 0.0

• 0.25: Position: 0.25; Value: 0.0

• 0.26: Position: 0.26; Value: 1.0

• 1.0: Position: 1.0; Value: 1.0

选择ScreenPlay Scene > Attributes > Scene animation，鼠标左键拖至screenplay的编辑区域“streamline”，新的执行动作就存在于之前的节点下。设置动作存续时间为0~20秒。

设置关键帧参数如下：

• 0.00: Position: 0.0; Value: 0.0

• 1.0: Position: 1.0; Value: 5.0

结语

创作动画是一项艰巨且可能耗时的任务。与导演控制电影的制作一样，您需要计划故事板，提取解决方案内容并控制事件的交互。但是，即使是简单的编剧设置（例如求解历史记录扫描和摄像机平移相结合）也可能具有很大的价值，并且是朝着涉及多个displayer的更复杂可视化迈出的一步。Screenplay提供的动画制作功能使仿真工程师可以更好的展示模拟的结果。

（来源：公众号STAR CCM Online，作者：范俊磊）

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