三維技術在工業造型設計中的應用研究

武鄭艷

摘要：在工業事業中，工業造型設計一直是工業產品制造的一個重要環節。伴隨著科學技術的提高以及計算機技術的不斷發展，使得工業造型設計方法有了新的突破。本文通過對工業造型的研究深入探討三維技術在工業造型設計中的應用及影響。

關鍵詞：工業造型設計；計算機三維技術

工業造型設計是以立體的工業產品為對象的造型設計，它是功能，結構以及藝術創造等眾多因素的有機結合，立足于科學技術及藝術美學理論基礎之上的學科。工業造型設計是創造和設計出能夠滿足人們生活需求，且具備實用性以及美觀性的產品造型，并通過對整個產品的造型設計，使產品的功能和便利得以是能夠現。現在工業造型設計競爭激勵，為了提高產品設計的質量和表現力，同時降低工業造型設計的價格，我們需要采用新的設計手段，傳統的工業造型設計方法已經無法滿足現代工業設計的需求。而計算機三維技術的應用，使得工業造型設計更人性化，更能體現產品的性能、也更加方便、快捷、經濟、環保。下面介紹下工業造型設計中的3D技術。

一、工業造型設計中3D技術簡介

隨著計算機軟件、硬件技術的迅速發展和科技創新，3D技術應用而生。如今隨著3D技術的日漸普及，3D技術被許多行業和公司采用，三維軟件也越來越深受設計師的喜歡。三維技術是在計算機中創造出一個虛構的場景，然后設計師根據產品尺寸、功能以及自己的想法在這個虛構場景中創建出具體的，逼真的，立體的產品的造型，并在計算機上對模型進行種種測試和修改，直到滿意為止。目前有很多計算機軟件都可以進行工業產品造型設計，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。廣泛應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、三維動畫以及工程可視化等領域。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。3D MAX是屬于多邊形建模工具，能夠快速方便的實現三維實體造型創建，并能夠對模型進行模擬運動，減少模型的制作成本和時間，但是3dmax的尺寸精度不高，所以它適合工業造型前期的設計工作。

（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，所以大家經常用它來建模，然后導出高精度模型給其他三維軟件使用。Rhino擅長產品外觀、玩具或數碼產品等模型創造。其簡單的操作方法、可視化的操作界面深受廣大設計師的歡迎。

（三）Aias Studio

Alias Studiotools軟件是目前世界上最先進的工業造型設計軟件，提供了從草圖到效果圖，再到最終模型各個階段的設計工具。它是汽車，飛機等行業標準設計工具，它的精確度令一般軟件望塵莫及。但是Aias Studio運行對機器的要求比較高操作復雜比較難學。

（四）PRO/E

PRO/E是一款工程軟件，是一款基于參數化的軟件。所謂參數化就是基于數值尺寸來確定造型的。也就是說PRO/E創造出來的工業模型需要確定尺寸，PRO/E的約束性大，這是他的優點也是他的缺點，不適合追求個性的工業設計師。他的最大好處是建模和結構設計的功能很強大直接支持制造生產，在后期修改模型也很方便。

（五）solidworks

SolidWorks可以通過不同的設計構思與繪制草圖來建立3D模型，它用于建立簡單和復雜的零件，裝配體、工程圖等，減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅功能強大，而且操作簡單方便、易學易用。

二、3D技術在工業造型上的應用

在工業造型設計中會涉及到很多內容，比如產品造型設計，色彩設計，美學，人機，畫面效果等，無論是在設計階段還是完善階段，用計算機3D技術表現產品造型更有優越性。

3D建模是由三維幾何體模塊與二維圖形模塊組成。3D建模技術的使用可以最大化的表現設計師的想法和思路，解決手工繪制不可恢復的缺陷和費時等缺點，立體直觀的三維造型可以完美的展示出產品的功能、形狀、大小和使用價值。并且方便設計者發現產品造型問題，及時的修改造型，并可以很好的向大眾展示產品內部結構，其視覺效果是二維平面圖無法比擬的。

3D材質技術考慮到產品的固有色，光源色和環境色，固有色是產品產生顏色的依據，光源色和環境色是產品顏色產生變化的條件。在3D材質技術中，產品的固有色主要是通過材質編輯器來確定的，除了提供各種顏色外，還提供了各種貼圖及屬性。顏色的設計方法有兩種一種是利用三原色進行顏色配置，即紅綠藍按不同比例進行調整，另外一種方法是采用色彩三要素進行組合，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燈光技術可以很好的展示出模型表面的紋理、明暗及質感。所以3D材質技術為工業造型設計提供了一個強有力的工具，豐富產品設計，提高了色彩設計的效率與靈活性。

3D技術中的動畫功能可以很好的進行人機模擬，更好的協調造型設計中功能，造型，物質條件，客戶之間的關系，從而使產品與人體結合，滿足用戶的外觀感受，生理心理需求，提高生產效率，減輕耗損。

3D攝像機技術，可以讓設計者從任意角度觀察產品造型，取地最佳方案，完善造型，并激發設計師的創造型思維，提高設計能力。

3D渲染技術，支持實時渲染，能夠立刻看到畫面效果，方便設計師進行產品配色與燈光調節。真實，自然，逼真，清晰的畫面效果是手繪效果所無法比擬的。3D渲染技術可以渲染出靜態畫面，也可以渲染出動態畫面；3D渲染技術還可以渲染出平面的，立體的，手繪的，真實的，抽象的，唯美的畫面效果。

三、3D技術對工業造型的影響

（一）3D技術對工業產品的設計表現及創新起到了重要作用。

（二）快速生產大批高質量的工業產品，降低工業價格同時保證產品的銷售及創新。

（三）很好的表現設計師的設計想法與思路，解決手繪效果圖的缺陷及耗時。

（四）色彩設計逼真，產品造型生動，著色方案可以反復試驗調整修改。

（五）豐富產品設計提高效率，減輕體力耗時。

（六）便于設計師更好的發揮，預見性好，操作更方便。

四、案例

以家居造型設計為例，說明三維技術在工業造型設計中的使用情況。

家居造型設計是應用點線面體色彩質感等各種要素，結合美學原理，將家居設計得更加美觀，賦予藝術性。用3D技術表現家居造型，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行組合拼裝，然后貼圖打光，渲染輸出。

對于外形規則簡單的家居零部件（桌子，椅子，床，柜子，沙發，機械，機箱等）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行編輯修改，這是很有效的造型手段。

對于不規則、復雜造型的家具設計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建模等多種創建家具的方法。下面的書柜設計如圖4-1所示，為了給人耳目一新的感覺書柜的造型設計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，設計產品造型。這個造型活潑醒目、時尚前衛、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出實體效果，能很好的表現出設計師的藝術構思與設計意圖，而且快捷方便有效。

圖4-1來源網上的書柜造型設計

五、結語

從上面的案例可以看出，三維技術其強大功能不僅改變產品設計手段，還改變了傳統產品造型的思維方式。傳統造型依靠設計師自身的經驗及知識，通過手繪及樣品模型方式進行創造，抑制設計師想象力及創作意識。而三維技術的便捷性，快速性以及經濟性使得設計師的靈感和個性得到發揮和展現，提高了工業產品的實用性和可靠性。產品造型周期縮短及風格豐富化，以此獲得產品更為經濟、合理，個性，美觀，有效，實用。

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