工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)Keyshot渲染軟件課程的教學(xué)研究探討

王志愿

摘 要：分析目前工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)產(chǎn)品效果圖的渲染軟件及存在的問題，提出產(chǎn)品效果圖高級(jí)渲染需求的必要性，通過比較主流專業(yè)渲染軟件的特點(diǎn)，總結(jié)出渲染Keyshot在產(chǎn)品效果圖渲染軟件中的應(yīng)用優(yōu)勢，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐體會(huì)進(jìn)行探討Keyshot軟件的使用方法。

關(guān)鍵詞：渲染軟件；Keyshot；產(chǎn)品效果圖

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)廣泛的應(yīng)用，目前發(fā)展出很多工業(yè)設(shè)計(jì)三維建模軟件，例如Rhino、Solidworks、Pro/E、UG 等。但在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)上，任何一款軟件往往只是在某一個(gè)方面做得非常出色，很難同時(shí)滿足既能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品準(zhǔn)確的三維建模，又能真實(shí)、快速地進(jìn)行照片級(jí)的效果渲染兩方面的要求。[1]高效、快速、真實(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果圖需要三維建模軟件和渲染軟件相結(jié)合使用。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生可以選擇合適自己的三維軟件建模，而高質(zhì)量的效果圖往往取決于真實(shí)地渲染。目前市場上的渲染軟件有3DMAS、Vary、CINEMA4D、Keyshot，它們都有各自適合對(duì)象和渲染優(yōu)勢。綜合比較下，Keyshot是一款十分便捷的實(shí)時(shí)渲染軟件。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐體會(huì)探討和研究Keyshot軟件的使用方法。

1 教學(xué)現(xiàn)狀及問題分析

我國的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)主要設(shè)于屬工科的機(jī)械學(xué)院和文科的藝術(shù)設(shè)計(jì)類學(xué)院，無論隸屬哪種院校，產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果圖是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)想必不可少的部分。我校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)三維建模軟件是Rhino與Solidworks兩者結(jié)合使用，學(xué)生可以根據(jù)自己實(shí)際軟件技巧能力選擇建模軟件。基于NURBS的Rhino三維建模功能強(qiáng)大，界面簡介，操作簡便，曲面建模能力超群，對(duì)于準(zhǔn)確快速地表達(dá)設(shè)計(jì)創(chuàng)意有著無可比擬的優(yōu)勢。[2]Solidworks是基于Windows平臺(tái)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)，它是總結(jié)和繼承大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的軟件。它可以十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維零件造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。[3]三維模型的渲染軟件主要是Vary。Vray是一種結(jié)合了光線跟蹤和光能傳遞的渲染器，其真實(shí)的光線計(jì)算創(chuàng)建專業(yè)的照明效果。[4] 從參數(shù)可控程度來說，Vray比Keyshot要專業(yè)很多。Vray包含物理相機(jī)、紋理貼圖的變化、陰影控制、燈光的種類、渲染調(diào)整參數(shù)、輸出控制，幾乎每一個(gè)可以影響靜幀畫面的因素都是可控的，所以渲染起來相對(duì)復(fù)雜、繁瑣很多。而從最近幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，Vary渲染出圖的效果并不理想，其原因主要是Vray可控參數(shù)較多、渲染復(fù)雜、耗時(shí)較長，對(duì)學(xué)生來說相對(duì)很難掌握。

2 教學(xué)改革的措施

2.1 Keyshot渲染軟件優(yōu)勢分析

設(shè)計(jì)軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中是必不可少的部分，它能有效地輔助設(shè)計(jì)師完成造型方案設(shè)計(jì)任務(wù)，并使設(shè)計(jì)方案符合設(shè)計(jì)預(yù)期。[5]各大院校產(chǎn)品效果圖的三維建模可以選擇不同軟件，但對(duì)于渲染軟件來說，Keyshot具有很大優(yōu)勢。Keyshot意為“The Key to Amazing Shots”，是一個(gè)互動(dòng)性的光線追蹤與全域光渲染程序，無需復(fù)雜的設(shè)定即可產(chǎn)生相片般真實(shí)的3D渲染影像。[6]Keyshot比Vray相對(duì)更加實(shí)用，它渲染界面簡單、渲染速度快、效果出色，而且支持多種三維模型格式。具體優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）Keyshot界面簡潔易學(xué)。目前Keyshot軟件版本已更新到Keyshot6。Keyshot6用戶界面沿襲了Keyshot之前版本界面簡單、易操作的風(fēng)格。Keyshot6界面由窗口菜單欄、庫面板、項(xiàng)目面板、顯示功能區(qū)、顯示工具欄組成，而界面中心位置則為渲染區(qū)域。如圖1所示。目前Keyshot6軟件已有漢化版本，用戶操作起來會(huì)更加便捷。

（2）Keyshot VR技術(shù)新穎。VR（Virtual Reality），即虛擬現(xiàn)實(shí)，簡稱VR。使用KeyShotVR，可以創(chuàng)建高品質(zhì)、支持觸摸、3D渲染的內(nèi)容。用戶使用鼠標(biāo)或手指觸摸功能的設(shè)備就可以查看其內(nèi)容，也可以發(fā)布到網(wǎng)站，點(diǎn)擊后產(chǎn)品效果圖會(huì)進(jìn)行360度全方位的查看。如圖2所示。

（3）Keyshot 動(dòng)畫制作便捷。Keyshot 軟件3.0以上的版本就可以制作簡單的動(dòng)畫效果，而3DMAS、Maya、Vary等比較大型的3D軟件，動(dòng)畫制作起來都非常復(fù)雜。Keyshot通過移動(dòng)模型或者模型的部分來制作動(dòng)畫效果，而不是使用傳統(tǒng)的關(guān)鍵幀系統(tǒng)，模型或者模型都能使用多種轉(zhuǎn)換，所有的轉(zhuǎn)換都將呈現(xiàn)在時(shí)間軸上。這些轉(zhuǎn)換都可以交互移動(dòng)，并在時(shí)間軸上縮放和調(diào)整動(dòng)畫時(shí)間。

（4）Keyshot HDR環(huán)境照明逼真。Keyshot通過全局光照射方式來對(duì)模型進(jìn)行渲染，可以渲染出非常逼真的金屬效果和材質(zhì)的皮膚紋理，其主要是依靠HDR高動(dòng)態(tài)范圍貼圖來模擬環(huán)境光從而達(dá)到比較真實(shí)的畫面效果，并且它是實(shí)時(shí)演算效果，尤其是對(duì)金屬材質(zhì)的汽車表面和輪船模型。對(duì)于照片級(jí)別的高精度效果的呈現(xiàn)，并不需要詳細(xì)參數(shù)的調(diào)整和耗費(fèi)太長的時(shí)間，只需要點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的某一個(gè)按鈕，就可以智能化的運(yùn)算出結(jié)果。Keyshot自帶HDR編輯器，可以通過簡單的方式來調(diào)整照明環(huán)境。HDR light studio 是Keyshot的插件，是一款專業(yè)級(jí)高動(dòng)態(tài)范圍3D渲染軟件HDR制作軟件，能夠創(chuàng)建HDRI高動(dòng)態(tài)范圍照明圖。HDR light studio比HDR環(huán)境照明渲染得更加專業(yè)，其缺點(diǎn)就是參數(shù)較多且是英文版本，需要多次使用才能體驗(yàn)HDR light studio的高質(zhì)量渲染效果。

2.2 教學(xué)改革措施

通過以上對(duì)Keyshot渲染軟件的優(yōu)勢分析，現(xiàn)階段就工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)來說，Keyshot渲染軟件課程的開設(shè)是十分必要的，而三維建模軟件與Keyshot渲染軟件結(jié)合使用是渲染高質(zhì)量的效果圖極佳選擇。三維軟件里建好的模型，導(dǎo)入到Keyshot中來，簡單賦予三維模型材質(zhì)、顏色、環(huán)境光、背景就可以渲染出圖，從而可以在整體上看出模型的效果；如果模型有問題，再次回到三維軟件修正即可。而相對(duì)Vary來說，一旦渲染出圖，效果不佳，再次返回三維建模就會(huì)復(fù)雜很多，許多可控參數(shù)要重新設(shè)置。

3 Keyshot渲染使用方法

3.1 導(dǎo)入3D模型

首先導(dǎo)入需渲染的3D模型，設(shè)置方向，是否貼合地面等。導(dǎo)入時(shí)需要注意不能有中文路徑，否則無法導(dǎo)入。

3.2 賦予材質(zhì)

導(dǎo)入之后，為模型的每個(gè)部位附著相應(yīng)的材質(zhì)。點(diǎn)擊庫，然后選擇一個(gè)材質(zhì)拖入到模型相應(yīng)位置。如果賦予模型其中一個(gè)部位材質(zhì)，其他部位也相應(yīng)變化，則需右鍵點(diǎn)擊，取消鏈接材質(zhì)。對(duì)庫面板材質(zhì)不滿意，可以在項(xiàng)目面板進(jìn)行相應(yīng)材質(zhì)的參數(shù)調(diào)節(jié)。模型的顏色也可通過項(xiàng)目面板調(diào)節(jié)，具體要看所需材質(zhì)的屬性特征。

3.3 調(diào)節(jié)燈光

Keyshot自帶HDR環(huán)境光，在庫面板環(huán)境控制按鈕下。環(huán)境光分室內(nèi)、室外、工作室三種。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的環(huán)境拖至右邊渲染頁面窗口即可。也可對(duì)已選擇的環(huán)境光進(jìn)行編輯，具體操作在項(xiàng)目面板環(huán)境控制按鈕里執(zhí)行。此外，也可安裝HDR light studio 插件，自主定義燈光參數(shù)。HDR light studio 插件制作好的高動(dòng)態(tài)范圍照明光也可以保存到庫面板的環(huán)境光下，以便下次使用。

3.4 選擇背景

產(chǎn)品渲染后選擇合適的背景襯托，更多的背景可以從網(wǎng)上搜索下載。背景的選擇可以在庫面板或者項(xiàng)目面板環(huán)境控制按鈕下的背景屬性里選擇。

3.5 選擇紋理

紋理關(guān)系到產(chǎn)品的外觀與手感，按需選擇。庫面板中包含各種紋理，將所選紋理拖至右邊零件上，會(huì)彈出窗口讓我們選擇，色彩、凹凸、透明度等。每種選擇表示不同的效果。

3.6 進(jìn)行渲染

以上步驟準(zhǔn)備就緒，可以開始渲染。渲染的圖片將自動(dòng)保存在Keyshot 6 Resources里。如果沒有渲染完成，也可先將文件保存成可再次編輯的Bip格式。

4 結(jié)語

產(chǎn)品渲染是虛擬現(xiàn)實(shí)中展示產(chǎn)品外觀特點(diǎn)的有效方法。[7]三維建模軟件自帶渲染器雖然操作方便但渲染效果質(zhì)量低 ，3DMAS、Vary、CINEMA4D專業(yè)渲染器效果逼真但操作復(fù)雜，學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)掌握。Keyshot渲染軟件實(shí)時(shí)、簡單、效果佳，滿足了工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品渲染效果圖的要求。采用三維建模軟件與Keyshot渲染軟件結(jié)合使用，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品構(gòu)想的極佳選擇。目前Keyshot6版本可以更好、更快的渲染室內(nèi)光照，新的材質(zhì)節(jié)點(diǎn)連接也將材質(zhì)調(diào)整提升到新的高度，已經(jīng)可以支持簡單材質(zhì)動(dòng)畫功能，還支持面級(jí)別的材質(zhì)賦予，這將大大提高Keyshot渲染效果圖的質(zhì)量。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)Keyshot渲染軟件課程，旨在學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)更真實(shí)地表達(dá)設(shè)計(jì)創(chuàng)意。從目前的教學(xué)實(shí)踐結(jié)果來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程后，工業(yè)產(chǎn)品效果圖渲染質(zhì)量有明顯提升。設(shè)計(jì)構(gòu)想優(yōu)良表現(xiàn)極大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)課程的興趣，因此現(xiàn)階段開設(shè)Keyshot渲染軟件課程是非常必要和有效的。

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