三維建模技術(shù)在家具設(shè)計中的應用

蔣 星，戴向東，李 節(jié)，李 超

（中南林業(yè)科技大學家具與藝術(shù)設(shè)計學院，湖南 長沙 410004）

三維建模技術(shù)在家具設(shè)計中的應用

蔣 星，戴向東，李 節(jié)，李 超

（中南林業(yè)科技大學家具與藝術(shù)設(shè)計學院，湖南 長沙 410004）

三維建模技術(shù)如今已廣泛應用于建筑、室內(nèi)、園林景觀、工業(yè)等設(shè)計領(lǐng)域。作為新型的設(shè)計方法，傳統(tǒng)的設(shè)計方式已不能充分表達設(shè)計師的設(shè)計思路，而三維建模技術(shù)的優(yōu)勢在于它可以依照人們的思維方式進行模擬設(shè)計，以便快速有效地解決以往在二維設(shè)計中存在的眾多弊端，使設(shè)計出來的家具更加經(jīng)濟、合理、可靠，很大程度上可縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。

三維建模技術(shù)； 模擬設(shè)計；家具；應用

近幾年來，隨著CAD技術(shù)在家具設(shè)計領(lǐng)域中的廣泛應用，家具設(shè)計開始步人了現(xiàn)代化的軌道。但需要指出的是由于CAD軟件存在功能方面的局限性，不能完美地模擬出虛擬三維模型，也不能直觀的表達設(shè)計師的意圖，所以三維建模技術(shù)頗受家具設(shè)計大師們的青睞[1]。Autodesk公司的3D MAX軟件是三維建模軟件中非常優(yōu)秀的軟件之一，以下就對3D MAX在家具設(shè)計中的應用進行討論。

1 家具設(shè)計的現(xiàn)狀

現(xiàn)代家具作為21世紀一道獨特的風景線，已成為引領(lǐng)消費潮流和時尚的路標，成為全球與家電、服裝、汽車并列的四大消費產(chǎn)品之一[2]。家具設(shè)計作為家具制造業(yè)的先鋒，其核心地位已經(jīng)變得不可動搖。

傳統(tǒng)的家具設(shè)計方式以畫筆、圖板、橡皮、尺規(guī)、各種手冊等為工具[3]，其設(shè)計方法、步驟繁瑣復雜、耗費時間量大、研發(fā)周期漫長，造成了很多不必要的浪費。70年代后隨著CAD軟件技術(shù)的不斷發(fā)展完善，家具設(shè)計CAD軟件也不斷更新?lián)Q代，使家具設(shè)計的效率迅猛提升，家具產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了一次革命性的變革。但是由于CAD技術(shù)不能直觀的表達家具設(shè)計師的思想，更多的是輔助繪圖設(shè)計，設(shè)計質(zhì)量得不到根本有效的保證，便誕生了三維建模技術(shù)，如圖1所示。

2 三維建模技術(shù)在家具設(shè)計中的優(yōu)勢

三維建模技術(shù)的前身屬于三維立體畫藝術(shù)，最初的形式極為簡單并且發(fā)展緩慢，但后來隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，三維建模技術(shù)得到了不斷地完善，特別是美國Autodesk公司推出的三維建模軟件3D MAX，更使得三維建模技術(shù)迅速發(fā)展并得到廣泛應用。同時，三維建模技術(shù)在家具設(shè)計領(lǐng)域中已經(jīng)是不可缺少的重要組成部分。

圖1 家具設(shè)計方式的演變Fig.1Furniture design evolution

2.1 家具造型設(shè)計表現(xiàn)方式的新途徑

在傳統(tǒng)的家具造型實際表現(xiàn)方式中，無論是鉛筆素描結(jié)構(gòu)草圖、水彩透視效果圖還是比較精細的三視圖，都不能直觀有效地表達出設(shè)計師要表達的設(shè)計思想，然而手工制作實體模型也存在著諸多的不足，為了彌補如此多的缺陷不足，我們不得不另辟蹊徑。因此，成本低、效率高、易存儲，并且完成后極易修改的計算機三維建模技術(shù)成為家具造型設(shè)計新興的表現(xiàn)方式[4]，如圖2所示。

圖2 手繪效果圖到電腦效果圖的轉(zhuǎn)變Fig.2Draw the result diagram to computer renderings of the change

2.2 使家具產(chǎn)品的表現(xiàn)效果更逼真、更活潑

傳統(tǒng)動的家具造型設(shè)計由于要考慮到繪畫的工作量，并且還需要設(shè)計師具備專業(yè)的色彩認識，把握色彩冷暖對比與色彩調(diào)和等方面的專業(yè)技巧，所以在設(shè)計上有很大的局限性，家具設(shè)計不能有太多的花紋，造型也不能太過復雜，對于造型精良的家具來說傳統(tǒng)的二維繪畫表現(xiàn)方法是幾乎難以實現(xiàn)。但是在計算機三維建模技術(shù)的環(huán)境下，造型的復雜程度不再有顧忌。使用計算機三維建模技術(shù)，便可以靈活多變地賦予模型材質(zhì)，通過模型渲染設(shè)置和對材質(zhì)與燈光的控制來模仿真實世界的物體，無需實體模型就可以賦予模型真實、可靠的色彩，達到照片級別的效果，并可反復地進行渲染直到滿意為止[5]。

2.3 能使家具設(shè)計達到人、機統(tǒng)一的效果

家具產(chǎn)品的造型設(shè)計不僅能影響人們對家具外觀的直接感受，而且在使用過程中還會間接性地對人產(chǎn)生心理和生理上的作用。使用計算機建模技術(shù)的優(yōu)勢在于它能夠把人機作為統(tǒng)一體來考慮進行設(shè)計，使得家具與人體功能密切配合，優(yōu)化設(shè)計程序、降低勞動消耗、改善工作環(huán)境，進而快速有效地設(shè)計出更完美的家具。

2.4 能有效地協(xié)調(diào)造型設(shè)計中形體、功能、物質(zhì)之間的關(guān)系

形體是功能要求的體現(xiàn)，功能要求又決定了形體的設(shè)計，物質(zhì)的基礎(chǔ)直接影響形體的優(yōu)劣，三者之間相互影響緊密聯(lián)系，只有協(xié)調(diào)好三者之間的關(guān)系才能更好地為家具設(shè)計服務(wù)，從而設(shè)計出精湛優(yōu)良的家具精品[6]。在計算機三維建模技術(shù)的環(huán)境下，家具設(shè)計師便可以方便快捷地在計算機上修改模型參數(shù)，減少物質(zhì)條件的局限性，再加上豐富的材質(zhì)編輯功模仿真實的質(zhì)感效果，彌補了形體上的不足。

2.5 可以激發(fā)家具設(shè)計師的創(chuàng)作靈感

按照傳統(tǒng)的手工繪畫設(shè)計方式，不僅消耗大量時間、體力和精力，并且很難進行二次修改，這就極大地限制了設(shè)計師的創(chuàng)作靈感，造成整個行業(yè)發(fā)展緩慢。但是在計算機三維建模技術(shù)的環(huán)境下，通過快速建模，便可以有效地展現(xiàn)出多種設(shè)計方案，將設(shè)計師不同風格的設(shè)計思想簡單直觀的展現(xiàn)出來。在設(shè)計的過程中，也可進行任意的創(chuàng)新修改，從三維世界的角度來觀察家具造型，確定最佳的方案。因而，這種新技術(shù)是提高設(shè)計師創(chuàng)作能力和思維的實用工具。

3 應用3D MAX 進行家具設(shè)計的前提條件

想要使用3D MAX軟件進行家具設(shè)計，前提條件就必須要求設(shè)計師具備很強的空間想象能力，能在大腦中對所設(shè)計家具的三維立體模型進行模擬，具備了這種能力在解決計算機三維建模問題上便可以游刃有余，以下是總結(jié)出來的幾個關(guān)鍵前提條件：

3.1 快速有效的材質(zhì)貼圖編輯

幾個常規(guī)操作工具：移動、旋轉(zhuǎn)、縮放、選擇、鏡像、陣列、對齊、視圖等，是設(shè)計師進行三維建模必須要掌握的基本命令，各項命令所對應的快捷鍵務(wù)必要熟記于心，這對提高建模速度來說至關(guān)重要。在3D MAX里主要是靠位圖的調(diào)整來實現(xiàn)。對于要求非常精密的家具設(shè)計，設(shè)計師可以先在PhotoShop里面對位圖進行編輯處理，生成最佳的材質(zhì)效果再進行貼圖。

材質(zhì)貼圖大致可以分為兩類，第一類是表現(xiàn)家具面材表面圖案花紋的二維貼圖，此貼圖對于貼圖的圖案紋理要求十分嚴格，要求每一個子細胞圖案跟其他子細胞圖案做到無縫拼貼。第二類是表現(xiàn)家具面材凹凸肌理的三維貼圖，此類貼圖本身并非三維立體，而是靠3D MAX的凹凸調(diào)整來實現(xiàn)，設(shè)計師根據(jù)家具材質(zhì)的需要調(diào)整凹凸參數(shù)值，一般情況下凹凸值調(diào)為20便可。

3.2 整形和調(diào)整基本幾何體的基礎(chǔ)工具修改器

一般常用到的修改器有:編輯多邊形、編輯法線、編輯網(wǎng)格、擠壓、倒角、優(yōu)化等等，同樣掌握這些常用的修改器對設(shè)計師提高設(shè)計速度來說非常關(guān)鍵。

修改器的類型有很多，主要包括有:網(wǎng)絡(luò)選擇修改器、多邊形選擇修改器、面片選擇修改器、樣條曲線編輯修改器、網(wǎng)格編輯修改器、優(yōu)化修改器、UV坐標修改器、UVW貼圖修改器、材質(zhì)修改器等等，每項修改器對應的不同的修改命令。設(shè)計師需要對各項修改器都十分熟悉，在設(shè)計過程中才不至于出現(xiàn)手忙腳亂的局面，耽誤總體設(shè)計進程。

3.3 燈光的合理運用

在家具設(shè)計中合理的燈光營造，能夠非常恰當?shù)谋磉_出一種基調(diào)，對于整個設(shè)計的外觀效果至關(guān)重要。燈光有助于表達一種情感，來引導觀眾的眼睛尋找特定位置。在燈光的設(shè)計中，我們一般用“三點照明法”，即主光、輔助光、背光。主光作為主光源提供整體照明，輔助光作為副光源烘托整體氣氛，背光同樣也作為副光源起到點綴作用。經(jīng)驗豐富的設(shè)計師能夠快速有效地把握好各個光源之間的關(guān)系，對于初學者來說這是一個難點，需要靜下心來慢慢去調(diào)試，積累經(jīng)驗，穩(wěn)住腳才能設(shè)計出不朽的作品。

4 三維建模技術(shù)在家具設(shè)計中的應用

在Autodesk CAD軟件中繪制好三視圖之后，我們便可以在3D MAX中進行建模編輯了，如圖3所示流程

圖3 家具設(shè)計在3D MAX中的應用流程Fig.3Furniture design in the 3D MAX application fl ow chart

如圖4所示，在3D MAX建模完成以后，需要用到的是材質(zhì)編輯器，它可以方便快捷的對家具設(shè)計的色彩、貼圖、自發(fā)光、透明、凹凸、反射/折射參數(shù)進行修改控制，以達到設(shè)計的最終效果。為了得到理想的家具設(shè)計效果圖必須對環(huán)境進行必要的編輯處理，主要有光源(包括環(huán)境光、閃光燈、聚光燈)、背景設(shè)置、照相機安裝等，處理完畢后就可進行效果渲染，并得到一幅精美的家具設(shè)計圖。在表現(xiàn)家具的結(jié)構(gòu)特別是連接件時可以用一些透明的材質(zhì)，方便觀察。但需要注意的是使用3D Max創(chuàng)建模型前，需要系統(tǒng)單位進行合理的設(shè)置，這樣可以保證創(chuàng)建的模型與現(xiàn)實世界中的物體尺寸保持一致，根據(jù)個人不同的習慣可將單位設(shè)置為毫米、厘米或英寸等。

AutoDesk公司在設(shè)計3D MAX軟件之初就預留了與Auto CAD的轉(zhuǎn)換接口，以便將Auto CAD DWG格式文件直接導入進行編輯。在3D MAX的四個視口中可以直觀的對家具的三視圖進行觀察，既彌補了Auoto CAD軟件的功能性不足，又直觀的表達出了設(shè)計師的意圖，方便設(shè)計師制圖觀察。對于最后渲染出圖，3D MAX也同樣進行了優(yōu)化，設(shè)計師可根據(jù)不同級別要求的設(shè)計進行變相的渲染出圖。

圖4 3D MAX材質(zhì)編輯器Fig.4 3D MAX material editor

AutoDesk 3D MAX在不斷地更新推出新的版本，至今已經(jīng)更新到2013版。不管是作為資深設(shè)計師還是初學者來說都要保持與時俱進，適應新時代發(fā)展的需要，不要總抱著老款的軟件不放，而不去嘗試更新的版本。如此循環(huán)守舊的結(jié)果必將會被時代所拋棄，成為舊時代的棄嬰。

家具設(shè)計是一門綜合性的學科，它包含著豐富的理論知識，扎實的技術(shù)支持，而三維建模技術(shù)只不過是其中的冰山一角。想要真正成為一名優(yōu)秀的家具設(shè)計師，就必須全面發(fā)展自己的綜合素質(zhì)，全面懂得設(shè)計技術(shù)和設(shè)計理論，兩者缺一不可。

5 小 結(jié)

三維建模技術(shù)與家具設(shè)計傳統(tǒng)方式相比，具有表現(xiàn)效果更逼真、更活波，能使家具設(shè)計達到人、機統(tǒng)一的效果，能有效地協(xié)調(diào)造型設(shè)計中形體、功能、物質(zhì)之間的關(guān)系，能更好的激發(fā)家具設(shè)計師的創(chuàng)作靈感等諸多特點。如今，三維建模技術(shù)在家具設(shè)計中的融合已成為家具設(shè)計的必然發(fā)展方向，是設(shè)計師必不可缺少的實用工具。家具制造行業(yè)具有鮮明的傳統(tǒng)加工特點，在家具設(shè)計中的應用將大大減少在設(shè)計過程中的錯誤，縮短開發(fā)周期，增強產(chǎn)品的競爭力。

[1] 楊 陵.3DS與家具設(shè)計[J].西北林學院學報,1997,(2):82-85.

[2] 胡景初.世界現(xiàn)代家具發(fā)展史[M].第1版.北京中央編譯出版社,2005

[3] 楊 陵.家具現(xiàn)代設(shè)計方法初探[J].西北林學院學報, 2000,(2):61-63.

[4] 李錫蓉,陳 磊,徐人平.計算機三維建模技術(shù)在工業(yè)造型設(shè)計中的應用[J].昆明理工大學學報,2001,(8):61-63.

[5] 蔣 星.數(shù)碼媒體在藝術(shù)設(shè)計中的應用研究[J].家具與室內(nèi)裝飾,2011,(12):94-95.

[6] 劉 舸,劉子川,馬 英.基于TopSolid的簡化家具裝配幾何界面設(shè)計[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(1):171-175.

[7] 楊 毅,戴向東,黃艷麗.清水混凝土裝飾元素在室內(nèi)設(shè)計中的應用研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(3):192-197.

3D modeling techniques in furniture design

JIANG Xing, DAI Xiang-dong, LI Jie, LI Chao
(School of Furniture And Art Design,Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004,Hunan,China)

s: Nowadays the technology of three-dimensional modeling have been widely applied to the designing field such as architecture, indoor, garden designing and industry. As a new-type method of designing, traditional way can not express enough the thinking of designer, but the technology of three-dimensional modeling have a superiority that it can design simulated with people’s mode of thinking, and that in order to solve the abuses in traditional two-dimensional designing. By this method, the designed furniture are more economical, more reasonable and more reliable, as well as reducing the development cycle in great level.

three-dimensional;modeling techniques analog sesign;furniture;application

S771.3

A

1673-923X(2012)09-0149-04

2012-07-16

中南林業(yè)科技大學青年基金項目(2011QY012）

蔣 星（1985-），男,湖南長沙人,碩士研究生,研究方向為室內(nèi)環(huán)境設(shè)計

戴向東（1967-），男,湖南南縣人，教授，博士，研究方向為家具與室內(nèi)設(shè)計

[本文編校：吳 毅]