Rhino軟件在游艇造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃技+林燦彬+李達(dá)富+呂鴻冠

一、引言

商游艇是一種水上領(lǐng)域的娛樂(lè)型高級(jí)消費(fèi)品。它集海上航行、日常居家、外出觀光和休閑娛樂(lè)等功能于一身，滿足個(gè)人及家庭享受生活的需要。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，游艇逐步成為高收入群體新的休閑娛樂(lè)產(chǎn)品。

游艇的造型有別于普通船舶，由于極強(qiáng)的功能性及受社會(huì)意識(shí)形態(tài)的影響，游艇具有復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)和強(qiáng)烈的象征意義。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，以及人們賞美水平的日益提高，游艇的造型設(shè)計(jì)越來(lái)越受到人們的重視，它關(guān)乎一個(gè)品牌的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、能夠提升企業(yè)的產(chǎn)品形象并增加產(chǎn)品的附加值。本文對(duì)游艇外觀的造型進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，介紹了 CAS（計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)）的意義，并以造型設(shè)計(jì)軟件 Rhino為例，講述該軟件在游艇造型中的應(yīng)用。

二、CAS簡(jiǎn)介

作為 CAD/CAE/CAM后的一項(xiàng)革新技術(shù)，CAS是借助 3D軟件對(duì)產(chǎn)品的三維造型進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，用于前期評(píng)審、造型精化，以及各種前期可行性分析的一種設(shè)計(jì)。

CAS技術(shù)經(jīng)過(guò)上世紀(jì) 90年代至今 20多年的探索，改變了傳統(tǒng)造型設(shè)計(jì)中的以手工繪圖、塑造油泥模型的歷史，使造型設(shè)計(jì)進(jìn)入?yún)?shù)化、變量化設(shè)計(jì)階段，為實(shí)體模型向產(chǎn)品模型的轉(zhuǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)隨著并行工程、CIMS技術(shù)、虛擬制造等設(shè)計(jì)模式的發(fā)展，設(shè)計(jì)師從繁瑣的設(shè)計(jì)流程中解脫出來(lái) ，從而有更多的時(shí)間和精力完善構(gòu)思和設(shè)計(jì) ，大大地提高了工作效率和質(zhì)量。

三、Rhino在游艇造型中的應(yīng)用

Rhino是美國(guó) RobertMcNeel&Assoc公司旗下的 3D造型軟件，以其友好的界面、小體積、效果逼真，光滑的曲面等優(yōu)點(diǎn)贏得了眾多的用戶，它整合了 3dsMax與 Softimage的模型功能部分，對(duì) 3DNURBS模型有極大的優(yōu)化效果，它廣泛應(yīng)用于在工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制作等相關(guān)領(lǐng)域。

如今的軟件模擬技術(shù)已近完善，可以利用強(qiáng)大的Rhino軟件進(jìn)行三維仿真建模與實(shí)物模型制作。在三維建模和制作效果圖時(shí)，利用了強(qiáng)大的基于 NURBS曲面建模軟件Rhino進(jìn)行建模，可以制作出符合造型設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)預(yù)想的圓滑曲面，并且曲面間的過(guò)渡光滑流暢，設(shè)計(jì)師甚至可以在電腦上直觀地觀看效果并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，大大的提高了工作效率，同時(shí) Rhino的模型文件可以導(dǎo)入到其他工程軟件以及 3dsMax中，使得游艇設(shè)計(jì)工作能夠多階段同步進(jìn)行，并且設(shè)計(jì)工作更加精確。對(duì)以下基于造型設(shè)計(jì)軟件 Rhino在游艇造型中的應(yīng)用，作簡(jiǎn)單的介紹。

1.型線導(dǎo)入

先用 AutoCAD繪制標(biāo)準(zhǔn)尺度的各向視圖，參考工程技術(shù)規(guī)范，對(duì)游艇的層高，駕駛視線，室外沙發(fā)，樓梯設(shè)計(jì)等的設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)人機(jī)工程學(xué)中大量的理論依據(jù)和科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出適合游艇的人機(jī)參數(shù)，使得游艇更加人性化，保證圖紙的準(zhǔn)確性，為三維建模提供依據(jù)。再將其文件導(dǎo)入 Rhino軟件中，進(jìn)行各個(gè)視圖的對(duì)準(zhǔn)，確保比例正確。圖 1、圖 2是游艇尺寸參照的母型船視圖。

2.繪制大型曲面

在這個(gè)步驟中，基于 Rhino軟件的精簡(jiǎn)建模思路，進(jìn)行曲線繪制時(shí)考慮其精簡(jiǎn)性，先在各個(gè)視圖對(duì)齊曲面相應(yīng)的曲線，利用 Loft、Sweep1和 Sweep2等命令，繪制出游艇的主要曲面。

一開(kāi)始看到模型這么復(fù)雜可能會(huì)對(duì)我們心理造成一定的壓力，因此可以將復(fù)雜的游艇模型先分為上中下 3個(gè)部分，把大的建模問(wèn)題分解為幾個(gè)小建模問(wèn)題，逐個(gè)攻破，根據(jù)自己的時(shí)間安排各個(gè)部位的建模，這樣可以有效地增強(qiáng)我們的信心，如圖 3所示。

由于各個(gè)命令建成的曲面還未組合成實(shí)體，后面舷窗的部分需要使用實(shí)體布爾運(yùn)算的命令才可以繪制出來(lái)，因此，需要對(duì)各個(gè)曲面進(jìn)行組合，這個(gè)命令在犀牛建模中經(jīng)常被使用到。如下圖，先點(diǎn)擊鼠標(biāo)中間，打開(kāi)預(yù)設(shè)好經(jīng)常使用到的命令，點(diǎn)擊組合命令，按照左上角的提示進(jìn)行操作，逐個(gè)點(diǎn)擊想要組合的面，最后鼠標(biāo)右鍵或按 Enter鍵進(jìn)行確定，如圖 4所示。

基于游艇的造型，采取從下層船底到上層建筑的建模順序，先將游艇的船底建出來(lái)，銜接好各個(gè)曲面，在渲染模式下觀察其曲面的質(zhì)量，如圖 5所示。

3.駕駛層的建模

與剛剛的建模方法一樣，也是結(jié)合 Rhino軟件的建模工具特點(diǎn)，采用合適的建模命令，對(duì)上層的駕駛層進(jìn)行建模，大曲面采用精簡(jiǎn)曲面，在轉(zhuǎn)角的曲面，考慮其各個(gè)曲面的光滑銜接，利用網(wǎng)面 Patch命令繪制，繼續(xù)完善游艇的大造型，如圖 6所示。

4.后部船阱區(qū)建模

細(xì)節(jié)部位的建模，如扶手，跳水甲板等，參考現(xiàn)有的游艇產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行造型改良設(shè)計(jì)，如圖 7所示。

游艇桅桿的建模比較考究畫(huà)線的能力，對(duì)線條的走勢(shì)比較注重，先用曲線工具依次改各個(gè)視圖畫(huà)好線條，再根據(jù)現(xiàn)有欄桿管材的直徑用命令生成有厚度的實(shí)體。如圖 8和 9所示。

5.飛橋甲板的建模

結(jié)合自己的設(shè)計(jì)點(diǎn)，圍繞人機(jī)工學(xué)的尺寸，繼續(xù)完善飛橋甲板的細(xì)節(jié)，加入駕駛臺(tái)、組合沙發(fā)、座椅和通信設(shè)備等部件，這部分的建模比較考驗(yàn)?zāi)托?，可以在各個(gè)視圖用畫(huà)線拉伸（Pause）命令以及旋轉(zhuǎn)（Revolve）得出不錯(cuò)的結(jié)果，先在側(cè)視圖畫(huà)好剖面線，再利用旋轉(zhuǎn)成形的命令生成通訊設(shè)備的實(shí)體，如到此為止模型已經(jīng)很大了，占用的 CPU對(duì)電腦運(yùn)行已經(jīng)有點(diǎn)壓力，可能不利于后面工作的進(jìn)行，尤其是當(dāng)只想對(duì)某一部件進(jìn)行更改是，在各個(gè)視圖都不好觀察，于是可以利用下面的這個(gè)隱藏未選中模型隱藏的命令，對(duì)沒(méi)選中的部件進(jìn)行隱藏，提高建模的效率。如圖 13～ 15所示。

6.其他部件造型的生成

進(jìn)一步增加游艇的細(xì)節(jié)，如舷窗，天窗，樓梯，家具等，Rhino提供了支持包括 igs、step、dwg、dxf和 3ds等在內(nèi)的多種輸入格式，當(dāng)然，如果必須全部都要在 Rhino中建模，只要時(shí)間允許，Rhino的強(qiáng)大建模功能也完全可以滿足使用者的要求。如圖 16所示。

游艇上的不同部位，不同的部件擁有不同的材質(zhì)，有木材，玻璃，塑料鋼材等，在犀牛中將游艇的模型建好后還需對(duì)相同材質(zhì)的部件進(jìn)行圖層的分類，以及更改圖層的顏色和名稱，以便在導(dǎo)入渲染軟件中進(jìn)行渲染時(shí)清楚分辨各個(gè)部位的材質(zhì)。如圖 17、18所示。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)游艇的造型設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，游艇的外觀、質(zhì)量、工藝水平的好壞顯得越來(lái)越重要，這決定了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在游艇造型設(shè)計(jì)中將成為主流。同時(shí)，游艇的設(shè)計(jì)普遍采用在原有船型或者圖形的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改與創(chuàng)新的母型船改造法，而 Rhino軟件的應(yīng)用正好能滿足游艇造型設(shè)計(jì)的這些需要。

運(yùn)用 Rhino軟件，采用合理的建模思路，可以得到精度高、表面連續(xù)性高，同時(shí)符合造型設(shè)計(jì)師預(yù)期要求的游艇模型。Rhino軟件作為工業(yè)設(shè)計(jì)師尤其在游艇造型設(shè)計(jì)中必備的造型軟件，其強(qiáng)大的建模功能深受設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)，在前期的設(shè)計(jì)中，其建模的思路和功能符合設(shè)計(jì)師的三維邏輯思維。在后期的效果圖展示中，可以無(wú)縫銜接 Keyshot渲染軟件，進(jìn)行更加真實(shí)直觀的表達(dá)，用于最終的方案展示，而且，Rhino建模軟件還可以組裝非常多的插件，進(jìn)行游艇船體結(jié)構(gòu)的有限元分析，其收集的數(shù)據(jù)有相當(dāng)大的科研作用。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，根據(jù)最終定型的游艇設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行船舶工程及工藝設(shè)計(jì)，需要船體、輪機(jī)、電器及舾裝等多個(gè)領(lǐng)域的工程師協(xié)同設(shè)計(jì)，繪制整套工程圖，然后送至船舶主管部門(mén)審核。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)師，工程師密切合作，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)方案進(jìn)行修改，提升游艇的品質(zhì)。同其它龐大而昂貴的 3D造型軟件相比，Rhino價(jià)廉物美的特點(diǎn)比較適合目前中國(guó)游艇制造企業(yè)的現(xiàn)狀。IM