應用Rhinoceros 3D軟件的陶瓷茶壺造型設計

林朝銓

(黎明職業(yè)大學 文化傳播學院,福建 泉州 362000)

Rhinoceros 3D軟件簡稱Rhino，是一個基于曲面建模的軟件，以其建模方式簡便、界面清晰、穩(wěn)定性好、針對工業(yè)設計專業(yè)等特點受到設計師的青睞[1]。不僅如此，Rhinoceros 3D軟件擁有豐富的程序插件、網(wǎng)絡共享數(shù)字資源庫、材質(zhì)庫以及配套使用的硬件設備、渲染軟件和工程軟件，便于對接3D(三維)打印以及現(xiàn)代智能化生產(chǎn)，使得設計師可以全方位地完成工作。

應用Rhinoceros 3D軟件的陶瓷茶壺造型設計，是計算機輔助建模技術在現(xiàn)代生產(chǎn)運用的實際案例。目前學術界針對Rhinoceros 3D軟件的研究主要集中在汽車等領域，特別是針對其NURBS(非均勻有理B樣條)曲線建模技術的研究較為全面深入，但針對陶瓷茶壺造型設計的研究較少。以Rhino和陶瓷作為關鍵詞檢索，相關的研究主要有何以諾[2]探討了陶瓷藝術設計教學中Rhino的應用，劉倩[3]探討了3D打印和Rhino軟件在陶瓷產(chǎn)品設計的實際案例，張廷霞[4]和饒舜[5]探討了NURBS曲線建模在陶瓷曲面上的應用；劉欣宇[6]探討了Rhino數(shù)碼板繪在釉下彩瓷設計上的應用。Rhino在建模精度和能力方面遠勝于CG(數(shù)碼化作品)軟件，并且靈活性強于CAD/CAM(計算機輔助設計/計算機輔助制造)軟件，這些特性和陶瓷茶壺造型設計的工作需求匹配度較高，值得進行深入研究。

1 茶壺造型開發(fā)設計方法

任何市場化的工業(yè)產(chǎn)品首先要滿足功能性需求。茶壺的造型設計離不開飲茶文化的影響，其造型需要滿足用戶泡茶的需要，包括防燙、合適的容量、易拿易放、易清洗、穩(wěn)定性、保溫等等。中國茶文化在理念上吸取了儒釋道三家的哲學思想，因此茶壺造型設計除了考慮泡茶的功能外，還應具備藝術審美價值。

1.1 傳統(tǒng)茶壺造型設計方法

人們廣泛使用陶瓷材料制作茶壺，相對于其他材料，陶瓷茶具在成本、實用性、美觀性等方面具有一定的優(yōu)勢。在計算機還沒有廣泛應用的年代，常用的陶瓷茶具設計方法一般有兩種。

一是由有經(jīng)驗的師傅在傳統(tǒng)器型基礎上進行個性化的調(diào)整，茶壺成型工藝往往是手工拉坯成型后再使用泥漿將壺嘴及壺把接上(見圖1，圖2)，最后上釉燒制；無需設計圖紙，主要是經(jīng)驗總結和改良，具有較強的工藝美術屬性。

圖1 茶壺拉坯 圖2 壺嘴與壺把接合

二是由專門從事造型設計的人員根據(jù)自己的意圖繪制好圖紙作為生產(chǎn)制作的依據(jù)，同時也作為生產(chǎn)資料存儲下來，其他工廠可參考圖紙生產(chǎn)出相同的產(chǎn)品[7]。具體流程為，首先由設計人員設計好圖紙，然后由模種師傅根據(jù)圖紙用石膏制作出模種[8]，接著模具師傅根據(jù)模種制作模具，最后注漿出模上釉燒制。通常圖紙有兩種，一種為平面設計圖，包含有正視圖、側視圖和俯視圖，有時候還會繪制剖視圖，一般以正視圖作為重點，圖中會標明茶具各部位的尺寸大小。另一種為三維立體圖，將茶具造型的三維立體透視造型繪制出來，其在生產(chǎn)上不常用，主要是用于評估茶具造型設計美學屬性。

1.2 現(xiàn)代茶壺造型開發(fā)設計方法

現(xiàn)代陶瓷茶具的開發(fā)設計最大的改變在于前期設計及評估階段。設計工作者可基于資源庫及自身設計能力，快速手繪表現(xiàn)設計思路；在確定完草圖方案后，可使用軟件的計算機輔助建模技術和配套的硬件將所設計產(chǎn)品的三維模型在電腦中快速呈現(xiàn)，并通過配套的渲染軟件制作出效果圖；接著團隊會評估產(chǎn)品的各項指標，利用軟件檢測模型的曲面質(zhì)量，模擬使用狀況；具體反饋經(jīng)修改確認之后，直接使用配套的3D打印設備制作模種，然后開模打樣對接智能化設備進行生產(chǎn)。

2 Rhinoceros 3D建模軟件技術的運用

Rhinoceros 3D建模軟件技術的應用流程大致可劃分為四個階段：初期構思階段、造型定義階段、構思實現(xiàn)階段和原型驗證階段。根據(jù)項目需求，四個階段可循環(huán)往復，完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

2.1 初期構思階段——Rhinoceros 3D軟件布線技術

設計團隊確認設計草圖后，可使用Rhinoceros 3D軟件進行初期構思，前期主要使用的方法是Rhinoceros 3D軟件布線技術。

用戶可使用添加圖像平面命令將參考圖導入到軟件中，使用三視圖需要將正視圖、側視圖和正視圖放置在其對應的視圖中以作參考，三者在空間位置上要調(diào)整到一一對應的點位。將參考圖透明度調(diào)整至40%～60%，在此透明度下參考圖既不會因為過于清晰而影響建模時點線的構建，也不會過于模糊而看不清細節(jié)，出現(xiàn)遺漏設計細節(jié)的現(xiàn)象。調(diào)整好后使用鎖定物件命令將圖像平面鎖定，可防止鼠標誤點誤移。準備工作完成后，根據(jù)參考圖使用控制點曲線命令繪制茶壺的造型，注意曲線布線的使用技巧，盡可能使用五階6點曲線[9]并根據(jù)壺體的結構合理布線。

運用Rhinoceros 3D軟件可快速繪制茶壺的輪廓線和結構線，在形態(tài)細節(jié)上，可通過按住Ctrl+方向鍵的方式微調(diào)控制點。相對于傳統(tǒng)手工操作方法，其能夠極大縮短茶壺設計的時間，熟練掌握的工作人員只需短短幾分鐘便可以完成手工操作數(shù)小時的工作量。

2.2 造型定義階段——面的構建

在造型定義階段，主要運用Rhinoceros 3D軟件中點線成面的相關命令。茶壺壺身的構建應當在茶壺形態(tài)線條確定的基礎上進行，最開始會將壺蓋和壺身看作一個整體去構建，常用的構建命令有旋轉、放樣和單雙軌掃掠。壺身為軸對稱的茶壺可直接選取側面的曲線旋轉成型(如圖3)，重點在于把握所旋轉的曲線的形態(tài)。

圖3 茶壺主體面的構建

放樣和單雙軌掃掠成型適用于有機形態(tài)，為取得較好的曲面，往往需要嘗試不同成型方式并加以比較，運用曲面驗證工具測試并選取較為優(yōu)質(zhì)的曲面作為最終的壺身造型。完成后根據(jù)壺口的大小比例，在對應的位置用線將壺體和壺蓋分割出來，縫隙通常設置為0.1～0.2 mm。分割出壺蓋后，還需將蓋鈕的造型構建出來，操作方式與壺身構建類似，根據(jù)設計將蓋鈕形態(tài)和尺寸用線繪制出后，使用旋轉放樣等成型命令完成蓋鈕設計。

完成壺體的造型后，需要添加壺嘴及壺把的形態(tài)。壺嘴及壺把的非規(guī)則管狀形態(tài)可以使用雙軌命令完成，先使用控制點曲線畫出壺把和壺嘴的外在輪廓，注意使用最簡曲線，并且兩條曲線所對應的控制點數(shù)量以及位置基本一致，然后根據(jù)其截面大小放置好曲線的位置(如圖4)。截面通常為類圓形或橢圓形，曲線根據(jù)所選擇的視覺角度放置于四分點的兩個對應點的位置上，上下截面所對應的視覺點位相互統(tǒng)一，完成后便可使用雙軌命令，先選擇輪廓曲線作為軌跡，而后選擇對應的兩個以上截面將壺嘴和壺把的形態(tài)構建出來。完成后，可使用切割、分割或者布爾命令將面組合成一個整體(如圖5)。

圖4 壺把曲線調(diào)整 圖5 壺身與壺把拼合

2.3 構思實現(xiàn)階段——面片實體化及細節(jié)優(yōu)化

由于Rhinoceros 3D建模軟件的特性，此時得到的模型還只是面片而非實體，因此需要使用曲面偏移或者殼等工具將面片模型實體化，通常厚度為2～4 mm，應根據(jù)茶壺的制作工藝選擇合適的厚度。實體化前還需要進行細節(jié)的調(diào)整，如壺嘴與壺蓋口這些關鍵的部位，壺嘴的形態(tài)需滿足茶壺出水收水的要求，壺蓋口需要注意匹配壺蓋，并且設計出合適的卡口，使壺蓋密閉性良好又不會過緊。細節(jié)調(diào)整可運用Rhinoceros 3D建模軟件的調(diào)點技術，使用控制點命令將曲面的控制點打開，根據(jù)設計需要在三維空間中調(diào)整曲面的控制點，曲面會根據(jù)控制點位置的改變而發(fā)生相應的變化。

經(jīng)驗豐富的使用者可通過此技術豐富模型的細節(jié)，完成造型的調(diào)整和優(yōu)化，最終實現(xiàn)設計方向和構思轉化。完成的實體使用Keyshot(實時光線追蹤渲染程序)或者VRay(一款高質(zhì)量渲染軟件)等與Rhinoceros 3D建模軟件配套的渲染工具可在電腦中模擬出茶壺產(chǎn)品的真實效果。

2.4 原型驗證階段——配套3D打樣

模型實體化將設計構思實現(xiàn)后，下一階段進行原型驗證。使用配套的3D打印設備制作初代原型，Rhinoceros 3D建模軟件可實現(xiàn)快速轉換，根據(jù)項目需求的不同調(diào)整打印的比例尺寸和質(zhì)量。

在預算較低的情況下，可采用熔融堆積成型方式的機器，成本較低，但同時精度也較低，制造的模型會看到明顯的紋路。在預算充足的情況下，可采用光固化成型的機器，模型精度較高，并且可根據(jù)工藝需求直接打印出模種，作為翻模使用。在評估3D打印原型樣品后，便可對接工廠并制作實樣，進一步驗證成果。Rhinoceros 3D建模軟件擁有多種格式的轉換功能，不僅僅可以轉換3D打印所使用的格式——stl格式，在對接工廠方面，也可以導出符合AutoCAD( Autodesk公司的計算機輔助設計軟件)、ProE(美國參數(shù)技術公司PTC旗下的CAD/CAM/CAE一體化三維軟件)等工程軟件的格式，有助于提高茶壺模型樣品制作對接工作的精確性和效率。

3 Rhinoceros 3D建模軟件技術的優(yōu)缺點

Rhinoceros 3D建模軟件在茶具造型開發(fā)設計中的運用，使原本需要多個師傅配合的工作只需要一個設計人員就可完成，可極大地節(jié)省前期開發(fā)成本。同時，按照規(guī)范的設計流程，可一步步進行測試檢驗，能有效規(guī)避風險。在空間上，工作場所也不必設在工廠附近，可實現(xiàn)異地配合。另外，基于Rhinoceros 3D建模軟件的配套軟硬件和資源庫，設計人員可快速地使用計算機數(shù)據(jù)可視化技術模擬出產(chǎn)品的實物效果，能夠制作出媲美照片的效果圖，可多角度展示產(chǎn)品的造型。

然而，相較于傳統(tǒng)方法，Rhinoceros 3D建模軟件技術也存在一定的不足。由于過于依賴計算機，陶瓷茶具造型會偏向于一種參數(shù)化的形態(tài)，缺乏原有的手工特色。并且，在一些諸如壺口與壺嘴的細節(jié)處理上，由于造型細微而考究，需要工匠使用工具手工調(diào)整出最合適的形態(tài)。隨著使用配套的3D打印及智能化生產(chǎn)設備，快速制作實體驗證設計，上述缺點可逐步改善。

4 結 論

在現(xiàn)代陶瓷茶壺設計流程中，應用Rhinoceros 3D軟件，通過初期構思—造型定義—構思實現(xiàn)—原型驗證的工作流程，有助于加快茶壺模型制作速度，縮短茶壺造型設計的工作時間，拓寬工作空間的限制，特別是經(jīng)過縝密設計形成極致曲率，可顯著提升設計的茶壺曲面質(zhì)量。盡管在一些細節(jié)的處理上相較于傳統(tǒng)手工藝，缺少手工味和自由度；且在電腦顯示中人的體量感相較于現(xiàn)實實體略有偏差，細節(jié)的把控容易出現(xiàn)微小偏差，但通過配套的機器設備進行原型驗證可以逐步改善其缺點。

綜上所述，Rhinoceros 3D軟件有推廣應用的價值，可優(yōu)化原有茶壺造型的開發(fā)，節(jié)約人工成本，提高效率。