三維技術(shù)在工業(yè)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

武鄭艷

摘要：在工業(yè)事業(yè)中，工業(yè)造型設(shè)計(jì)一直是工業(yè)產(chǎn)品制造的一個重要環(huán)節(jié)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得工業(yè)造型設(shè)計(jì)方法有了新的突破。本文通過對工業(yè)造型的研究深入探討三維技術(shù)在工業(yè)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及影響。

關(guān)鍵詞：工業(yè)造型設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)三維技術(shù)

工業(yè)造型設(shè)計(jì)是以立體的工業(yè)產(chǎn)品為對象的造型設(shè)計(jì)，它是功能，結(jié)構(gòu)以及藝術(shù)創(chuàng)造等眾多因素的有機(jī)結(jié)合，立足于科學(xué)技術(shù)及藝術(shù)美學(xué)理論基礎(chǔ)之上的學(xué)科。工業(yè)造型設(shè)計(jì)是創(chuàng)造和設(shè)計(jì)出能夠滿足人們生活需求，且具備實(shí)用性以及美觀性的產(chǎn)品造型，并通過對整個產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品的功能和便利得以是能夠現(xiàn)?，F(xiàn)在工業(yè)造型設(shè)計(jì)競爭激勵，為了提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量和表現(xiàn)力，同時降低工業(yè)造型設(shè)計(jì)的價格，我們需要采用新的設(shè)計(jì)手段，傳統(tǒng)的工業(yè)造型設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的需求。而計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)造型設(shè)計(jì)更人性化，更能體現(xiàn)產(chǎn)品的性能、也更加方便、快捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。下面介紹下工業(yè)造型設(shè)計(jì)中的3D技術(shù)。

一、工業(yè)造型設(shè)計(jì)中3D技術(shù)簡介

隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展和科技創(chuàng)新，3D技術(shù)應(yīng)用而生。如今隨著3D技術(shù)的日漸普及，3D技術(shù)被許多行業(yè)和公司采用，三維軟件也越來越深受設(shè)計(jì)師的喜歡。三維技術(shù)是在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)造出一個虛構(gòu)的場景，然后設(shè)計(jì)師根據(jù)產(chǎn)品尺寸、功能以及自己的想法在這個虛構(gòu)場景中創(chuàng)建出具體的，逼真的，立體的產(chǎn)品的造型，并在計(jì)算機(jī)上對模型進(jìn)行種種測試和修改，直到滿意為止。目前有很多計(jì)算機(jī)軟件都可以進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，例如3dmax，Rhino犀牛，Aias Studio Tools，PRO/E，solidWorks。

（一）3dmax

3D MAX是一款三維動畫造型與動畫制作軟件。廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、三維動畫以及工程可視化等領(lǐng)域。3D MAX的制作流程簡潔高效，只要你的思路清晰操作會很簡便，易學(xué)。3D MAX是屬于多邊形建模工具，能夠快速方便的實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體造型創(chuàng)建，并能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行模擬運(yùn)動，減少模型的制作成本和時間，但是3dmax的尺寸精度不高，所以它適合工業(yè)造型前期的設(shè)計(jì)工作。

（二）Rhino 犀牛

是由美國Robert McNeel公司推出的一款基于NURBS為主三維建模軟件，小巧、強(qiáng)大簡單易用，快速直接。犀牛軟件包含了所有的NURBS建模功能，用它建模感覺非常流暢，所以大家經(jīng)常用它來建模，然后導(dǎo)出高精度模型給其他三維軟件使用。Rhino擅長產(chǎn)品外觀、玩具或數(shù)碼產(chǎn)品等模型創(chuàng)造。其簡單的操作方法、可視化的操作界面深受廣大設(shè)計(jì)師的歡迎。

（三）Aias Studio

Alias Studiotools軟件是目前世界上最先進(jìn)的工業(yè)造型設(shè)計(jì)軟件，提供了從草圖到效果圖，再到最終模型各個階段的設(shè)計(jì)工具。它是汽車，飛機(jī)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工具，它的精確度令一般軟件望塵莫及。但是Aias Studio運(yùn)行對機(jī)器的要求比較高操作復(fù)雜比較難學(xué)。

（四）PRO/E

PRO/E是一款工程軟件，是一款基于參數(shù)化的軟件。所謂參數(shù)化就是基于數(shù)值尺寸來確定造型的。也就是說PRO/E創(chuàng)造出來的工業(yè)模型需要確定尺寸，PRO/E的約束性大，這是他的優(yōu)點(diǎn)也是他的缺點(diǎn)，不適合追求個性的工業(yè)設(shè)計(jì)師。他的最大好處是建模和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能很強(qiáng)大直接支持制造生產(chǎn)，在后期修改模型也很方便。

（五）solidworks

SolidWorks可以通過不同的設(shè)計(jì)構(gòu)思與繪制草圖來建立3D模型，它用于建立簡單和復(fù)雜的零件，裝配體、工程圖等，減少設(shè)計(jì)過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅功能強(qiáng)大，而且操作簡單方便、易學(xué)易用。

二、3D技術(shù)在工業(yè)造型上的應(yīng)用

在工業(yè)造型設(shè)計(jì)中會涉及到很多內(nèi)容，比如產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，色彩設(shè)計(jì)，美學(xué)，人機(jī)，畫面效果等，無論是在設(shè)計(jì)階段還是完善階段，用計(jì)算機(jī)3D技術(shù)表現(xiàn)產(chǎn)品造型更有優(yōu)越性。

3D建模是由三維幾何體模塊與二維圖形模塊組成。3D建模技術(shù)的使用可以最大化的表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的想法和思路，解決手工繪制不可恢復(fù)的缺陷和費(fèi)時等缺點(diǎn)，立體直觀的三維造型可以完美的展示出產(chǎn)品的功能、形狀、大小和使用價值。并且方便設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品造型問題，及時的修改造型，并可以很好的向大眾展示產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其視覺效果是二維平面圖無法比擬的。

3D材質(zhì)技術(shù)考慮到產(chǎn)品的固有色，光源色和環(huán)境色，固有色是產(chǎn)品產(chǎn)生顏色的依據(jù)，光源色和環(huán)境色是產(chǎn)品顏色產(chǎn)生變化的條件。在3D材質(zhì)技術(shù)中，產(chǎn)品的固有色主要是通過材質(zhì)編輯器來確定的，除了提供各種顏色外，還提供了各種貼圖及屬性。顏色的設(shè)計(jì)方法有兩種一種是利用三原色進(jìn)行顏色配置，即紅綠藍(lán)按不同比例進(jìn)行調(diào)整，另外一種方法是采用色彩三要素進(jìn)行組合，即按色相，明度，純度的不同配置，得到不同的色彩，配置的色彩大約為1600萬種顏色。在配合3D燈光技術(shù)可以很好的展示出模型表面的紋理、明暗及質(zhì)感。所以3D材質(zhì)技術(shù)為工業(yè)造型設(shè)計(jì)提供了一個強(qiáng)有力的工具，豐富產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高了色彩設(shè)計(jì)的效率與靈活性。

3D技術(shù)中的動畫功能可以很好的進(jìn)行人機(jī)模擬，更好的協(xié)調(diào)造型設(shè)計(jì)中功能，造型，物質(zhì)條件，客戶之間的關(guān)系，從而使產(chǎn)品與人體結(jié)合，滿足用戶的外觀感受，生理心理需求，提高生產(chǎn)效率，減輕耗損。

3D攝像機(jī)技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)者從任意角度觀察產(chǎn)品造型，取地最佳方案，完善造型，并激發(fā)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造型思維，提高設(shè)計(jì)能力。

3D渲染技術(shù)，支持實(shí)時渲染，能夠立刻看到畫面效果，方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行產(chǎn)品配色與燈光調(diào)節(jié)。真實(shí)，自然，逼真，清晰的畫面效果是手繪效果所無法比擬的。3D渲染技術(shù)可以渲染出靜態(tài)畫面，也可以渲染出動態(tài)畫面；3D渲染技術(shù)還可以渲染出平面的，立體的，手繪的，真實(shí)的，抽象的，唯美的畫面效果。

三、3D技術(shù)對工業(yè)造型的影響

（一）3D技術(shù)對工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)表現(xiàn)及創(chuàng)新起到了重要作用。

（二）快速生產(chǎn)大批高質(zhì)量的工業(yè)產(chǎn)品，降低工業(yè)價格同時保證產(chǎn)品的銷售及創(chuàng)新。

（三）很好的表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)想法與思路，解決手繪效果圖的缺陷及耗時。

（四）色彩設(shè)計(jì)逼真，產(chǎn)品造型生動，著色方案可以反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整修改。

（五）豐富產(chǎn)品設(shè)計(jì)提高效率，減輕體力耗時。

（六）便于設(shè)計(jì)師更好的發(fā)揮，預(yù)見性好，操作更方便。

四、案例

以家居造型設(shè)計(jì)為例，說明三維技術(shù)在工業(yè)造型設(shè)計(jì)中的使用情況。

家居造型設(shè)計(jì)是應(yīng)用點(diǎn)線面體色彩質(zhì)感等各種要素，結(jié)合美學(xué)原理，將家居設(shè)計(jì)得更加美觀，賦予藝術(shù)性。用3D技術(shù)表現(xiàn)家居造型，就是采用軟件中的造型和修改編輯工具將家居的各個零部件制作出來進(jìn)行組合拼裝，然后貼圖打光，渲染輸出。

對于外形規(guī)則簡單的家居零部件（桌子，椅子，床，柜子，沙發(fā)，機(jī)械，機(jī)箱等）可以使用各種幾何體組成，如果模型不可以用幾何體一次生成，我們可以使用修改器中的命令或布爾命令來對幾何形體進(jìn)行編輯修改，這是很有效的造型手段。

對于不規(guī)則、復(fù)雜造型的家具設(shè)計(jì)我們可以繪制家具的二維封閉剖面圖形，在通過二維修改器命令擠出，倒角，倒角剖面，車削，放樣等生成三維模型。而且除此之外還有多邊形編輯，面片建模，NURBS建模等多種創(chuàng)建家具的方法。下面的書柜設(shè)計(jì)如圖4-1所示，為了給人耳目一新的感覺書柜的造型設(shè)計(jì)采用了流線型或圓弧造型，利用幾何造型與線條的搭配，圖形之間的對比，設(shè)計(jì)產(chǎn)品造型。這個造型活潑醒目、時尚前衛(wèi)、個性鮮明，并賦予家具外觀不同的肌理效果，使家具充滿動感與魅力，引起人們的購買欲望。這個案例適合用線條命令制作，配合輪廓命令和修改器的擠出命令可以很快的表現(xiàn)出實(shí)體效果，能很好的表現(xiàn)出設(shè)計(jì)師的藝術(shù)構(gòu)思與設(shè)計(jì)意圖，而且快捷方便有效。

圖4-1來源網(wǎng)上的書柜造型設(shè)計(jì)

五、結(jié)語

從上面的案例可以看出，三維技術(shù)其強(qiáng)大功能不僅改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段，還改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品造型的思維方式。傳統(tǒng)造型依靠設(shè)計(jì)師自身的經(jīng)驗(yàn)及知識，通過手繪及樣品模型方式進(jìn)行創(chuàng)造，抑制設(shè)計(jì)師想象力及創(chuàng)作意識。而三維技術(shù)的便捷性，快速性以及經(jīng)濟(jì)性使得設(shè)計(jì)師的靈感和個性得到發(fā)揮和展現(xiàn)，提高了工業(yè)產(chǎn)品的實(shí)用性和可靠性。產(chǎn)品造型周期縮短及風(fēng)格豐富化，以此獲得產(chǎn)品更為經(jīng)濟(jì)、合理，個性，美觀，有效，實(shí)用。

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