3ds Max渲染技術(shù)在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

刁俊琴，詹學(xué)軍

(1.安徽新華學(xué)院 動(dòng)漫學(xué)院，安徽 合肥 230088；2.安徽師范大學(xué) 美術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 241000)

3ds Max渲染技術(shù)在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

刁俊琴1，詹學(xué)軍2

(1.安徽新華學(xué)院 動(dòng)漫學(xué)院，安徽 合肥 230088；2.安徽師范大學(xué) 美術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 241000)

隨著3dsMax渲染技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，其在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也得到推廣。為了使渲染技術(shù)更好地應(yīng)用到包裝設(shè)計(jì)中，該文研究了3dsMax渲染技術(shù)在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。首先簡(jiǎn)單介紹了3dsMax及渲染技術(shù)；具體描述了其在包裝設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用；最后給出了在包裝設(shè)計(jì)中應(yīng)用的關(guān)鍵術(shù)。

3dsMax渲染技術(shù)；包裝設(shè)計(jì)；應(yīng)用

0引言

包裝設(shè)計(jì)主要由包裝裝潢設(shè)計(jì)、包裝容器設(shè)計(jì)、標(biāo)志設(shè)計(jì)、包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相對(duì)應(yīng)的廣告宣傳設(shè)計(jì)等部分組成。本文對(duì)與本研究?jī)?nèi)容緊密相連的包裝容器設(shè)計(jì)以及包裝裝潢設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。首先包裝容器設(shè)計(jì)主要用于設(shè)計(jì)包裝的固體容器，還為商品的銷售、流通以及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)提供服務(wù)；包裝裝潢設(shè)計(jì)主要由商標(biāo)、圖形、色彩以及文字等內(nèi)容進(jìn)行合理編排后形成的，而且包裝裝潢設(shè)計(jì)與包裝結(jié)構(gòu)相互依托，共同成為包裝設(shè)計(jì)的主體[1]。顯然，在研究包裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要考慮包裝材料問(wèn)題，本文著重探討將3dsMax渲染技術(shù)應(yīng)用在包裝設(shè)計(jì)中，并且詳細(xì)介紹其中的應(yīng)用細(xì)節(jié)。

13ds Max及渲染技術(shù)

1.1渲染引擎集成技術(shù)

為了幫助處理Renderman兼容渲染器與三維建模軟件的數(shù)據(jù)不對(duì)稱性，本文利用渲染引擎集成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)Renderman兼容渲染器對(duì)于三維模型環(huán)境的渲染，其渲染引擎集成技術(shù)示意圖如圖1所示。

圖1 渲染引擎集成技術(shù)

不同的建模軟件對(duì)應(yīng)著不同的解算軟件，由于建模軟件場(chǎng)景數(shù)據(jù)獲取接口和組織方式存在顯著差異，因此需要根據(jù)不同建模軟件的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)研發(fā)適用的Model To Render場(chǎng)景解算軟件[2]。當(dāng)然所有基于場(chǎng)景的建模解算軟件都可以集成在三維場(chǎng)景解算平臺(tái)。從上頁(yè)圖1中不難看出，Renderman兼容渲染器通過(guò)解算場(chǎng)景平臺(tái)可以針對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行渲染，而且建模軟件的各個(gè)三維場(chǎng)景都可以利用場(chǎng)景解算軟件輸出符合Renderman規(guī)范的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)。需要說(shuō)明的是，RIB的文件格式完全符合Renderman規(guī)范，因此本文將RIB的文件格式作為基于解算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)輸出文件，以此滿足Renderman兼容渲染器所需要的數(shù)據(jù)要求。

1.2 3ds Max軟件架構(gòu)

作為渲染引擎集成平臺(tái)的重要組成部分，3dsMax解算軟件的主要工作職責(zé)就是解算3dsMax三維場(chǎng)景，而且可以參照?qǐng)D2來(lái)完成3dsMax解算軟件的工作。如圖2所示的3dsMax解算系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖就是對(duì)于3dsMax解算系統(tǒng)功能比較形象的解釋。

圖2 3ds Max解算系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖

3dsMax解算系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：場(chǎng)景元素解算模塊、格式輸出模塊以及特征信息抽取模塊等，其中關(guān)于場(chǎng)景元素解算模塊和特征信息抽取模塊的說(shuō)明將在后面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

23ds Max在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3dsMax軟件是一個(gè)非常優(yōu)秀的三維圖像處理軟件，而且在制作物體模型時(shí)，3dsMax在模型材質(zhì)渲染方面具有很大的優(yōu)勢(shì)[3]。此外，3dsMax軟件在制作模型方面也同樣具有較強(qiáng)的收縮彈性，因此可以利用該軟件來(lái)解決與包裝結(jié)構(gòu)相關(guān)的問(wèn)題。值得重視的是，3dsMax軟件還在完成復(fù)雜動(dòng)畫方面體現(xiàn)出較好的功能性，因此設(shè)計(jì)人員可以利用該軟件的光線追蹤技術(shù)以及渲染技術(shù)來(lái)展示產(chǎn)品的材質(zhì)，從而達(dá)到理想的包裝設(shè)計(jì)效果。

2.1燈光渲染

燈光渲染技術(shù)是3dsMax軟件模擬自然光照所用到的重要技術(shù)，甚至可以成為3dsMax軟件的核心功能。設(shè)計(jì)人員可以利用冷色調(diào)的金屬材質(zhì)來(lái)包裝產(chǎn)品，而且其金屬性能夠形成明顯的明暗對(duì)比，因此借助3dsMax軟件的燈光渲染技術(shù)就可以借助高光位和暗部來(lái)渲染出產(chǎn)品的形象[4]。在本文的設(shè)計(jì)案例中，金屬材質(zhì)的渲染已經(jīng)成為不可分割的部分，總之，利用3dsMax的燈光渲染技術(shù)就可以制造出理想的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)效果。

在具體的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可以利用3dsMax的燈光渲染技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)的燈光效果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在不同場(chǎng)景的展現(xiàn)模式，從而展現(xiàn)出產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的多樣性。比如在功能軟件實(shí)現(xiàn)方面，Omini的功能是模擬太空的陽(yáng)光或者燭光的光照模式，TargetSpot功能是模擬手電筒式的光照模式，DirectionalLight功能是模擬自然界平行太陽(yáng)光的光照模式。設(shè)計(jì)人員還可以通過(guò)調(diào)整燈光的形狀、強(qiáng)弱、相對(duì)位置、光線比例以及影子邊緣的柔度等方式來(lái)加強(qiáng)燈光渲染的效果。

2.2光線追蹤

如果需要利用3dsMax軟件表現(xiàn)透明和半透明的產(chǎn)品陰影時(shí)，還可以使用光線追蹤技術(shù)來(lái)追蹤陰影。具體來(lái)講，利用光線追蹤渲染技術(shù)追蹤物體表面的射線，而射線會(huì)通過(guò)一個(gè)對(duì)象表面反射到另一個(gè)對(duì)象表面，直到在特定場(chǎng)景中消失為止；光線追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從某個(gè)觀察點(diǎn)到表面的射線矢量表示，如果反射面為一個(gè)鏡面，則會(huì)出現(xiàn)輔助射線被反射，從而顯示出反射光的可見(jiàn)部分；如果射線遇到一個(gè)鏡面，又會(huì)被反射直到被非鏡面吸收或者彈出特定場(chǎng)景為止。上述就是典型的基于重反射原理的光線追蹤原理，而渲染出來(lái)的效果也是極其真實(shí)。

33ds Max在包裝設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1特征信息抽取技術(shù)

在3dsMax軟件應(yīng)用過(guò)程中，位于節(jié)點(diǎn)圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著一個(gè)對(duì)象，而且對(duì)應(yīng)關(guān)系一般為一一對(duì)應(yīng)，其節(jié)點(diǎn)圖呈現(xiàn)為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)[5]。為此，本文利用DFS算法實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)的遍歷。具體遍歷過(guò)程為：首先利用Interface::GetRootNode()函數(shù)來(lái)獲取根節(jié)點(diǎn)參數(shù)，并以此作為DFS算法的初始參數(shù)；接著調(diào)用INode::GetChildNode()函數(shù)來(lái)獲取子節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，以此得到遍歷過(guò)程中的所有節(jié)點(diǎn)；然后利用INode::GetObjectNode()來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)象指針。需要說(shuō)明的是，3dsMax軟件中的貼圖和材質(zhì)不能成為單獨(dú)對(duì)象，因此利用DFS算法無(wú)法通過(guò)遍歷算法獲取到材質(zhì)和貼圖等數(shù)據(jù)，但是可以獲取到所需的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、材質(zhì)、顏色以及轉(zhuǎn)換矩陣等參數(shù)。

在三維場(chǎng)景中，使用的對(duì)象主要分為攝像機(jī)對(duì)象、光源對(duì)象以及幾何對(duì)象等。當(dāng)創(chuàng)建Job List時(shí)，本文會(huì)根據(jù)對(duì)象的屬性來(lái)抉擇如何創(chuàng)建。為了區(qū)別使用對(duì)象類型，本文從對(duì)象對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)入手，當(dāng)遍歷節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以利用INode::EvalWordState()來(lái)獲取當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，接著利用函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為對(duì)象類，然后利用Object::SuperClassId()函數(shù)來(lái)獲取對(duì)象，其中SuperClassID函數(shù)是區(qū)別對(duì)象的重要工具。需要說(shuō)明的是，ClassID是對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)，其類型對(duì)應(yīng)的是對(duì)象的類型，比如點(diǎn)光源類型或者聚光燈類型等；SuperClassID為父類對(duì)象的ID，這是區(qū)分對(duì)象的重要標(biāo)準(zhǔn)，比如幾何對(duì)象和光源對(duì)象等。舉例來(lái)講，CASMERAse CLASS_ID為攝像機(jī)對(duì)象的標(biāo)識(shí)；LIGHT CLASS ID為光源對(duì)象標(biāo)識(shí)；SHAPE CLASS ID和GEOMOJECT CLASS ID分別為圖形對(duì)象標(biāo)識(shí)和幾何體對(duì)象標(biāo)識(shí)，都從屬于幾何對(duì)象的范疇。

3.2場(chǎng)景元素解算

Job List和Hash Table是在經(jīng)過(guò)場(chǎng)景數(shù)據(jù)處理后得到的，其中Job List專門存儲(chǔ)RIB文件，而Hash Table專門存儲(chǔ)場(chǎng)景對(duì)象。這部分功能就是將場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并得到基于RiLib函數(shù)的各種參數(shù)。

下面詳細(xì)介紹RIB應(yīng)用流程，首先匹配Frame主模塊信息，這部分功能為連接和匹配圖像質(zhì)量控制信息、圖像輸出信息、攝像機(jī)控制信息以及文件信息等，在渲染控制面板中可以讀取到上述大部分信息，而攝像機(jī)控制信息只能在攝像機(jī)對(duì)象中進(jìn)行抽取和匹配。RIB的模塊命令解釋如下：

FrameBegin命令表示為幀模塊開(kāi)始，而FrameEnd命令表示為幀模塊結(jié)束；Format命令可以設(shè)置渲染圖片的水平和垂直方向的像素高寬比和分辨率等參數(shù)；Projection命令表示為將攝像機(jī)坐標(biāo)系映射到屏幕坐標(biāo)系，從而完整地將渲染圖片映射到屏幕上，其映射方式主要有透視和正交等；ScreenWindow命令專門在平面上設(shè)定了一個(gè)四邊形，而四邊形對(duì)應(yīng)的范圍專門為顯示區(qū)域；Shutter命令可以設(shè)定攝像機(jī)的開(kāi)關(guān)時(shí)間；Clipping命令為基于視線方向的遠(yuǎn)近裁剪區(qū)域；Transform命令可以選取轉(zhuǎn)換矩陣，該轉(zhuǎn)換矩陣主要描述兩個(gè)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系以及PRS轉(zhuǎn)換信息(即平移、旋轉(zhuǎn)和放縮信息)。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，可以將所有的圖形變換歸納為平移、旋轉(zhuǎn)和放縮等操作，而這些操作都可以利用轉(zhuǎn)換矩陣實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)要描述轉(zhuǎn)換算法，本文利用4×4矩陣來(lái)表示圖形的轉(zhuǎn)換信息，也稱為轉(zhuǎn)換矩陣。本文可以非常簡(jiǎn)單構(gòu)造存儲(chǔ)變換信息所需的變換矩陣，而且還可以構(gòu)造基于PRS轉(zhuǎn)換信息的轉(zhuǎn)換矩陣，具體的4×4轉(zhuǎn)換矩陣示意圖如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)換矩陣

在具體的圖像渲染過(guò)程中，坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，比如局部坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系等都可以利用轉(zhuǎn)換矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3dsMax軟件應(yīng)用的坐標(biāo)系為右手系，而Renderman體系應(yīng)用的坐標(biāo)系為左手系。另外，由3dsMax軟件開(kāi)發(fā)工具包得到的轉(zhuǎn)換矩陣為類型的矩陣，而且都是基于行向量；由體系規(guī)定的轉(zhuǎn)換矩陣為4×3類型的矩陣，而且都是基于列向量，其中3dsMax軟件設(shè)計(jì)的思路為節(jié)約存儲(chǔ)空間，因此舍去了最后一列(0,0,0,1)，但是在具體轉(zhuǎn)換計(jì)算中又會(huì)將舍去的最后一列添加進(jìn)來(lái)，從而得到4×4類型的矩陣，然后將4×4類型矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置后就得到所需的轉(zhuǎn)換矩陣了。

4結(jié)論

3dsMax將技術(shù)應(yīng)用在包裝設(shè)計(jì)中，不僅使產(chǎn)品的包裝效果更加立體，能夠?qū)崿F(xiàn)多維展示，而且還可以利用燈光渲染技術(shù)以及光纖追蹤技術(shù)來(lái)展現(xiàn)產(chǎn)品包裝材質(zhì)，從而讓包裝設(shè)計(jì)有了更好的展示效果。設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)意和構(gòu)思是需要功能強(qiáng)大和人性化的軟件給予支持，而3dsMax軟件能夠很好地配合設(shè)計(jì)人員，該軟件不僅能夠保持設(shè)計(jì)產(chǎn)品的真實(shí)性，而且還可以多維展示包裝效果。3dsMax軟件能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品詳細(xì)講解，幫助客戶更好地了解產(chǎn)品包裝的材質(zhì)和內(nèi)在結(jié)構(gòu)，從而讓產(chǎn)品得到更好的展示。

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(責(zé)任編輯：高 堅(jiān))

On the Application of 3ds Max Rendering Technology in Package Design

Diao Junqin1, Zhan Xuejun2

(1.Institute of Animation, Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China;2. Academy of Fine Arts, Anhui Normal University, Hefei 241000, China)

Since the 3ds Max rendering technology is more and more widely applied, it is spread in the field of package design. In order to make it better applied in the field of package design, this paper makes a study on the application of 3ds Max rendering technology in package design. Firstly, it makes an introduction to the 3ds Max rendering technology. Secondly, it makes a description of specific applications of this technology. Finally, it provides some key techniques of application in package design.

3ds Max rendering technology; Package design; Application

2017-03-30

安徽新華學(xué)院質(zhì)量工程教改課程(2014jgkcx16)階段性成果之一

TP391.41

A

1673-8535(2017)03-0035-05

刁俊琴(1981)，女，安徽蕪湖人，安徽新華學(xué)院動(dòng)漫學(xué)院副教授，碩士，安徽師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院訪問(wèn)學(xué)者,主要研究方向：環(huán)境設(shè)計(jì)。

詹學(xué)軍(1965-)，男，安徽蕪湖人，安徽師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院教授，研究生，主要研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)。