計算機圖像處理技術在茶具設計中的應用研究

許曉萍

（無錫城市職業(yè)技術學院基礎課部，江蘇無錫 214000）

1 茶具概述

1.1 茶具造型設計

茶具造型體現(xiàn)出立體空間的特點，茶具擁有紛繁的造型種類，可是從外觀形態(tài)分析，全部造型都是由最基本的要素構(gòu)成即點、線、面、體和空間。這些構(gòu)成要素表現(xiàn)出較強的抽象性，還體現(xiàn)出強烈的視覺效果。在茶具造型中，各個形式的端角、棱邊和線角、內(nèi)外壁等體現(xiàn)出構(gòu)成要素的特性，還有形體的起伏、銜接變化。

1.2 茶具設計原則

茶具設計應當嚴格遵守適用、美觀和經(jīng)濟的原則，這些主要是由造成構(gòu)成要素決定的。功能效用對茶具造型的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)揮了決定性作用。茶具作為日常生活匯總經(jīng)常使用的器具，必須把適用性放在第一位，在功能上與人們生活的實際需求高度相符。因為只有當造型與自身功能效用相符時，才令人產(chǎn)生造型的合用，恰當且舒適，形成潛在的心理快樂。良好的功能是造型形式美的主要因素。公共場合的茶具還應當考慮空間存儲的問題，比如摞疊形式結(jié)構(gòu)造型設計具有較強的實用性。在造型設計中應當結(jié)合使用要求明確造型的比例關系容量大小關系。

美觀是在適用基礎上需要思考的第二大原則。產(chǎn)品的造型美會令人形成很好的視覺享受。在日常過程中茶具能用到也會接觸到，即便是不使用也會出現(xiàn)在人們的視覺范圍之內(nèi)，所以茶具造型設計的基礎是美感，與人們的審美需求高度相符。

現(xiàn)代茶具除了一般使用之外，還是家庭裝飾的重要部分，茶具設計材料的使用也必須全面考慮。材料是物質(zhì)的基礎，只有了解材料掌握其工藝技術，才可以有效融合材料與技術對造型問題有效考慮，最大程度發(fā)揮材料的特點，令造型設計物盡其用，使茶具體現(xiàn)出很好的功能效用。還可以在設計過程中科學配套不同的材料，金銅和塑料等也可以令人產(chǎn)生不同的感受。設計師在設計茶具時應當從藝術角度出發(fā)，設計出大方、實用的產(chǎn)品，還要從經(jīng)濟角度分析，結(jié)合具體的生產(chǎn)水平、生產(chǎn)工藝和成本，力爭通過最小的成本獲得最佳的效益。同時對消費者的心理密切把握，了解消費時尚和市場信息。

2 計算機圖像處理技術在茶具設計中應用的特性

2.1 模擬性

引入圖像處理技術，可以提前對產(chǎn)品的樣品實行設計或虛擬設計，設計者在生產(chǎn)產(chǎn)品之前就可以預先看到產(chǎn)品的造型效果。模型體現(xiàn)出的相關數(shù)據(jù)和圖形，可以幫助設計者更加直觀的表達設計想法，不必等到產(chǎn)品模型做出來之后才了解效果。也使設計者在建模的過程中掌握產(chǎn)品每個部分的情況，隨時進行修整。

2.2 精確性

繪制出的造型可以體現(xiàn)出準確的物理角度和尺度，還可以隨時調(diào)整數(shù)據(jù)，模型可以記錄大量的信息充分保證數(shù)據(jù)的準確性。而實際產(chǎn)品可以按照這部分數(shù)據(jù)對產(chǎn)品是否符合生產(chǎn)需求進行檢驗，確保產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 高效性

利用模型能節(jié)省大量重復的設計修改工作，而修改圖形與返回歷史記錄也相對容易。在原來模型的前提下，利用點、線、面的的調(diào)節(jié)可以對壺蓋和壺身等各個部件進行變形與裁減，從而產(chǎn)生不同風格的造型。傳統(tǒng)造型設計方法是建立在產(chǎn)品模型的基礎上，當其無法達到市場需求時，必須重新進行制作。極大程度浪費了設計成本，影響了產(chǎn)品的競爭力。

2.4 效益性

模型在對形體準確表現(xiàn)的同時，這些設計數(shù)據(jù)還可以向加工、制造部門完整傳輸，緊密聯(lián)系了設計和制造環(huán)節(jié)，并行的工作方法提升了新產(chǎn)品投產(chǎn)速度，一定程度上加快了生產(chǎn)速度。再者，造型建模不但使設計者表達了自己的設計思想，還可以幫助消費者看清產(chǎn)品的立體效果，這也是企業(yè)獲得效益的重點。

如上述所講，將計算機圖像處理技術在茶具設計中應用具有一定的難度，很多茶具生產(chǎn)者尚未形成使用先進技術的意識，依然采取傳統(tǒng)設計方法對茶具進行設計。大部分從事茶具設計的工作人員，雖然擁有茶具工藝卻無法熟練使用計算機圖像處理技術，而熟練操作計算機的人員卻不懂茶具設計，進一步造成了茶具和計算機的分離。

3 計算機圖像處理技術在茶具建模中的應用

構(gòu)建模型的整體思想是將茶具作為一個實體進行處理，再編輯模型，進一步產(chǎn)生壺嘴、壺把甚至壺蓋等形狀，具體步驟如下：首先，先按照整個茶壺或茶具外形尺寸構(gòu)建一個基本毛坯模型。比如長方形或圓形。其次，細化編輯基本模型，形成不同的部分形狀。比如結(jié)合壺嘴具體位置，有效明確壺嘴拉伸部位，若面的大小不符合要求，應當在插入面對邊和點進行編輯。最后通過細化和光滑處理整個模型，通過渲染得到實體最終模型。

3.1 車削建模

車削命令是中心軸對稱物體建模制作的主要方法。車削編輯是制作一個二維的曲面作為截面，之后利用一個旋轉(zhuǎn)軸獲得三維造型的建模方法。在繪制曲線時，必須靈活運用與區(qū)分拐角點、光滑點、貝茲曲線等。

3.2 復合對象建模

復合對象建模通常包括了放樣、變形與布爾運算等內(nèi)容。結(jié)合茶具的相關特點，這一輪廓包括壺蓋、壺體、圈足、壺底和壺把、壺嘴細節(jié)部位，茶杯涉及了杯和把，任何一個部分都可以認為是由一個延伸界面產(chǎn)生的。

3.2.1 放樣原理

放樣操作屬于一種十分高級的拉伸：放樣應當設計科學的路徑與截面，也就是將二維圖像成功轉(zhuǎn)變?yōu)槿S橫截面，結(jié)合合理的路徑，形成三維模型。

以3dsmax為例，放樣操作步驟如下：

（1）繪制路徑與截面；

（2）選擇截面圖形，在復合建模中開展Loft操作再通過路徑拾取從而獲得相應的圖形，在磨合模型中借助于Loft操作拾取形狀進一步獲得截面。

（3）多截面放樣：首先，采取合理的方法積極放樣；其次，在參數(shù)欄中對Path數(shù)值不斷改變，也就是截取界面位置，再一次拾取新的截面。

（4）Loft放樣過程：茶壺輪廓包括幾部分，之后利用布爾預算變形等對茶壺的基本輪廓進行編輯。

首先，準確繪制路徑與截面。這是構(gòu)建放樣物體的重要基礎，同時也是產(chǎn)生三維造型的基本前提。在繪制二維圖像的過程中，必須對分段數(shù)的位置合理思考。分段數(shù)具體是清晰描述曲線分割的段數(shù)。此外，還可以劃分路徑和截面，針對路徑，段表示著放置截面的數(shù)量，段數(shù)越多，沿著路徑放置的截面也越多和越密。對截面來講，段數(shù)代表著等分截面的周長，段數(shù)越大，越可以細分截面圖形。

其次，放樣生成造型物體。可以通過兩種方法設計放樣造型，一種是選取路徑，再拾取形狀；另一種是先確定截面，再選擇路徑，這兩種方法產(chǎn)生相同的模型。

當需要利用模型將截面圖形放置在放樣物體上時，即采取多重放樣方法時，必須在指定截面放置路徑，可以通過路徑參數(shù)的百分比積極確定，在不同路徑插入不同的截面。選取多個圖形可以利用路徑參數(shù)下路徑步數(shù)的上一個圖形和下一個圖形。放樣獲得物體基本造型之后，可以順利過渡為平面截面。

3.2.2 施加變形

（1）變形修飾器

變形修飾器是修改放樣物體的修改器，當確定一個放樣物體之后，在修改命令面板中可以獲得變形卷展欄。

縮放變形是指在X、Y軸路徑上實行縮放；扭轉(zhuǎn)變形是指在X、Y軸上實行扭轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)變形是指在路徑Z軸實行旋轉(zhuǎn)；倒角變形可以形成倒角，一般大量應用在路徑兩端，容易在狹窄的拐彎位置產(chǎn)生尖銳的放射定點，對表面造成一定的破壞。傾斜變形可以促使模型垂直旋轉(zhuǎn)于x、y軸。通?？梢栽谄坡窂侥Ｐ蜕蠎脙A斜模型，產(chǎn)生其他方法無法構(gòu)建的對象；擬合變形，在x、y軸路徑上完成擬合三視圖放樣，對一般放樣方法進行有效的補充。其原理是將一個放樣物體置于X軸平面和Y軸平面上，由于擠壓和限制這兩個圖形會形成全新的模型，可以在某一軸上單獨進行擬合。

以縮放變形為例說明如何縮放圓管縮放對象成為壺體。對放樣對象圓管積極明確，進入變形子菜單之后開始縮放操作，打開變形對話框，單擊均衡按鈕，促使X軸和Y軸都利用相同的曲線，之后單擊插入角點，向?qū)υ捒虻那€插入需要調(diào)整曲面輪廓的點。

（2）FFD變形工具

FFD還可以稱之為自由形式的變形工具。其并非是基礎建模的內(nèi)部編輯命令，而是在建模過程中一個易于操作的模型工具。“自由形式變形工具”修改器的工作原理是通過調(diào)整控制點不斷改變物體造型，這些控制點可以自主進行設定。根據(jù)物體復雜情況與編輯要求對控制點的數(shù)目隨意增減，在X、Y、Z軸三方面設定相應的控制點，進一步有效配合物體三個方面的尺寸和形態(tài)。FFD變形工具的任何控制點都可以有效掌控茶具表面形態(tài)，要想有效修改茶具局部造型，可以采取FFD變形工具編輯控制點。

比如相對簡單的茶杯，單擊選擇茶杯，在修改命令下將FFD類型賦予茶杯。在FFD變形工具的子菜單編輯控制點子物體狀態(tài)。移動、縮放局部控制點進行操作，直到模型達到模型的具體要求。

（3）布爾運算

三維物體的形成并不是通過一個簡單的原始模型加工就能實現(xiàn)，復雜的形狀要求更加合理的編輯原始模型，比如剪切、挖孔、添加其他形態(tài)等。對于一部分茶具來講，可以利用布爾運算獲得凹凸形狀。

在3dsmax中，兩個物體疊加產(chǎn)生的計算都可以認為是布爾運算，其可以通過交集、并集、差集等相關操作，對基本幾何形體有效組合，快速創(chuàng)造出非有機體對象。經(jīng)過一系列運算產(chǎn)生布爾物體，其也可以認為是參數(shù)化的物體。

實行布爾運算時，要求參加運算的物體表面必須完整；統(tǒng)一法線方向，不能隨意翻轉(zhuǎn)物體表面的法線，否則會發(fā)生無法估計的結(jié)果；要求物體表面沒有重疊的元素，也就是在物體表面或內(nèi)部沒有利用次物體集中編輯，修改命令遺留的線段；若操作物體存在著相交，布爾運算無法發(fā)揮應有的作用，最好在表面復雜程度近似的模型之間開展布爾操作。

以下利用3dsmax實例對布爾運算應用詳細說明。建立一個充滿韻味的茶壺，可以將橢圓作為基本形體，通過平面幾何體布爾中差集類型積極實行切割，在實施布爾運算的過程中，必須對物體的分段數(shù)全面考慮，若段數(shù)較少，物體在剪切時會產(chǎn)生粗糙的剪切邊。

4 茶具局部造型處理

4.1 表面黏度過渡

在制作茶具制品的過程中泥漿黏結(jié)部件可以圓滑的連接釉面，若在建模過程中簡單的穿插各個部件，就會形成生硬的感覺，不能充分體現(xiàn)出茶具的自身特點。

Nurbs建?？梢杂行н^濾倒角一部分規(guī)則與不規(guī)則形狀的曲面。比如Maya，Nurbs體現(xiàn)出的曲面倒角作用。通常利用圓邊斜角連接壺體與部件，這一命令也是使用頻率最高的，還可以利用默認設置。選擇倒角的兩個曲面，相應獲得曲線倒角，還可以順利進入輸出選項同時利用操作手柄對初級半徑與次級半徑進行很好的調(diào)整。在3dsmax建模中實體建模時常會用到連接命令，它的主要作用是在超過兩個物體對應的刪除面上構(gòu)建表面，把它們焊接在一塊形成光滑的過渡。針對獨立建模完成的杯體和杯把之間通過連接復合命令進行黏結(jié)。可以利用控制每個物體的連接交叉部分的段數(shù)與張力數(shù)值條件連接對象。

4.2 邊緣強化以及倒邊倒角

當利用多邊形實體建模時，這類建模方式自由性極高，可是我們并不需要這種相對僵硬的形體表面，因此在形體塑造中可以選擇加入一個光滑命令，相應的會對邊緣有效柔化，針對一些需要制造棱角的茶具，可以通過邊緣法解決這一不足，即在需要強調(diào)邊緣的位置，創(chuàng)造出一條或數(shù)條邊緣，實施光滑命令之后有效固定與強化了邊緣。進入模型邊子菜單下采用迅速切割與切割命令在近距離邊緣線內(nèi)實行線切割，最終獲得較硬輪廓線的模型。

對于處理茶具邊緣線，除了邊緣強化，還可以采取倒角或倒角命令。在多邊形的點層級與邊層級都存在著倒角，這個命令相當于擠壓過程中只是左右移動鼠標分解點或邊的效果從而達到轉(zhuǎn)折過渡的目的。

5 結(jié)語

計算機圖像處理技術在茶具造型設計中的應用是在科學技術快速發(fā)展、提升產(chǎn)品市場競爭力、傳統(tǒng)設計方法出現(xiàn)大量不足的情況下出現(xiàn)的，計算機圖像處理技術不但在理論上，并且在實踐上也體現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿?。在模型?gòu)建方面都是傳統(tǒng)設計方法無法實現(xiàn)的。當前在發(fā)達國家，計算機圖像處理技術已經(jīng)廣泛應用在茶具設計領域并且獲得了巨大的經(jīng)濟效益，有效縮短了開發(fā)新產(chǎn)品所需的時間。在茶具造型設計的過程中，圖像建模技術已經(jīng)成功取代了傳統(tǒng)造型方法，逐步提高了茶具模型的準確度。伴隨著計算機圖像處理技術在茶具設計的普及應用，計算機輔助茶具產(chǎn)品設計已經(jīng)成為一種趨勢。采取建模設計，為茶具的創(chuàng)新提供了一個重要的技術平臺，也為研發(fā)新產(chǎn)品提供了全新的技術手段。

[1]鄧世蘭.建模技術在茶具造型中的應用分析[J].陶瓷科學與藝術，2013(1):14-17.

[2]李丹，劉莉，劉玉璟.計算機虛擬技術在陶瓷包裝設計中的應用[J].中國包裝工業(yè)，2013(6):66-66.