（服裝設(shè)計(jì)與工程專業(yè)論文）三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究.pdf

a b s t r a c t r e c e n t l y , p e o p l ep a yd o s ea t t e n t i o nt oc o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，e s p e c i a l l yi n c o m p u t e rs t i m u l a t i o n , a n dc o m p u t e r3 dc a d b e c a u s eo f i t s r e a l i t ye f f e c t a n d p e r f e c t l ye x h i b i t e dc h a r a c t e r i s t i ca n dm o d e l i n g ，n o wc o m p u t e r - a i d e dd e s i g nb e c o m e p o p u l a ro nt e x t i l e , f a s h i o n ，a i r p l a n e ，a r c h i t e c t u r ea n d s oo n t e x t i l ei saf l e xm a t e r i a l ，w h i c hp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lf u n c t i o ni sc o m p l e x i t y , a n de x t e r n a lf o r md o e s n tl i k er i g i db o d yw h i c he x t e r n a lf o r ms t e a d y - g o i n g e x t e m a l f o r mo ft e x t i l ew i l lc h a n g ef o l l o w i n ge n v i r o n m e n t , s oi ti sv e r yh a r dt os i m u l a t e t e x t i l e ，w h i c hi sq u a l i t yl i g h ta n de a s i l ym o d e l i n g , i sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e p o p u l a ru s e di na r c h i t e c t u r e i nt h i s p a p e r , w eb r i n gf o r w a r da r ta n dm a t e r i a lt h e o r y , w h i c hb a s e do n c h a r a c t e r i s t i co ft e x t i l e a n du s i n gt h et h e o r y , w ew a n tt od e v e l o pc o m p u t e r - a i d e d d e s i g ns o f t w a r e u s i n gd e p a r t e dc o m p u t e r - a i d e dd e s i g ns o f t w a r ew es t i m u l a t es o m ea r c h i t e c t u r e p i c t u r e ，a n dt h e ns u m m a r i z ec o m p u t e r - a i d e dm e a s u r ea n df u n c t i o n a lm e t h o d n o m a t t e rw h a tm o d e l i n g , i nc a n tg e tt h e o r e m i nt h i sp a p e rw es u m m a r i z et h em o d e l i n g t h e o r e mb a s e do na r tm o d e l i n g , m a t e r i a ls c i e n c ea n dh u m a n - m a c h i n ee n g i n e e r i n g b e c a u s eo ft h ep a r t i c u l a r i t yo ft e x t i l e ，w ea d o p tm o d i f i e dm a s s s p r i n gm o d e l d e s c r i b i n gt e x t i l ep h y s i c sp a t t e r n ，w h i c hi st h et h e o r yb a s i n go fs o f t w a r ed e v e l o p i n g t h r o u g hs t u d y i n g3 dc o m p u t e r - a i d e dd e s i g nt e c h n i q u ea n ds u m m a r i z i n g3 dd e s i g n c a df u n c t i o n ，w eb r i n go u ts o f t w a r ef u n c t i o no f3 dd e s i g nc a d ，a n di n t r o d u c es o m e m a i nf u n c t i o na n di n t e r f a c e a l lo ft h e s ec a no f f e ra n a l y s i sb a s i n gt op o s t e r ns o f t w a r e d e v e l o p i n g k e y w o r d s ：3 dm o d e l i n g , a e s t h e t i ct h e o r e m ，t e x t i l e ，c o m p u t e rs t i m u l a t i o n ， f u n c t i o na n a l y s i s 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得云掛王些太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或 證書而使用過的材料。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文 中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：葛，厶簽字日期：。7 年f 月對日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解丞洼王些太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán)丞洼王些太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行 檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué) 校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名：苗0 簽字日期：口) 年月玎日 、 剔磁氫汗 簽字目期：u 年1 月糾晴 ， 學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點(diǎn) 一、理論上，結(jié)合藝術(shù)造型理論、材料學(xué)和人機(jī)工程學(xué)總結(jié)了三維 造型應(yīng)該遵循的造型法則。 二、以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，討論了建筑和設(shè)施用紡織品應(yīng)具備的性 能，以及計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)。 三、結(jié)合不同造型設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)點(diǎn)，分析了三維造型軟件應(yīng)具備的 功能，并對其中的主要功能和其操作方法進(jìn)行了研究，為今后的 軟件開發(fā)打下了基礎(chǔ)。 第一章緒論 1 1 選題的意義 第一章緒論 傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程使用樣品實(shí)物來表現(xiàn)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，對每一種設(shè)計(jì)方案 都要制作實(shí)物樣品，因此存在著修改調(diào)整困難、設(shè)計(jì)周期長和成本費(fèi)用高等一系 列重大缺陷。隨著全球市場競爭的加劇，社會歷史和物質(zhì)文明的高速發(fā)展，人們 對于產(chǎn)品有了更高的要求，不但要注意舒適美觀，更講究風(fēng)格獨(dú)特。企業(yè)面l 艋著 越來越大的壓力，如何在盡可能短的時間內(nèi)，用盡可能少的成本，生產(chǎn)出質(zhì)量盡 可能高的產(chǎn)品，已成為企業(yè)生存和發(fā)展的重要問題。 產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快意味著設(shè)計(jì)部門的工作量加大。在這一前提下，設(shè)計(jì)人 員對于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率的愿望越來越迫切。而解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)之一就 是計(jì)算機(jī)三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)很容易的 展現(xiàn)了所需要的三維造型，這就能直接看到“立體”效果圖，從而滿足個性化的 需求，起到了很好的促銷和設(shè)計(jì)作用。 計(jì)算機(jī)輔助三維造型設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的圖形 終端或工作站及其軟件描述所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形狀、結(jié)構(gòu)、大小，以及模擬在光線照 射下表面的色彩、明暗和紋理等，是對造型設(shè)計(jì)信息進(jìn)行提取、組織、創(chuàng)造、加 工、處理、轉(zhuǎn)換、存貯和輸出的過程“1 。通常它所提供的描述或模型是解析的而 不是具體的，因而可以方便而經(jīng)濟(jì)的用一個模型來代替實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和處理， 無需樣品原材料和制作設(shè)備就可以立即獲得實(shí)物樣品的色彩圖像，并能對其任意 修改和調(diào)整，使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化，大幅度縮短了設(shè)計(jì)周期、降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用0 1 。 由于計(jì)算機(jī)三維技術(shù)能夠逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)模型，以立體的、有光有色的生動 畫面來表達(dá)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維，較之傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖更符合人的思維習(xí)慣與 視覺習(xí)慣，并使設(shè)計(jì)人員從本質(zhì)上減輕大量簡單、重復(fù)、繁瑣的工作量，使他們 能集中精神進(jìn)行富有創(chuàng)造性的高層次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動，因此，三維設(shè)計(jì)方式在技 術(shù)領(lǐng)域已引起極大的重視，三維設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的純二維c a d 系統(tǒng)已成為今后的發(fā) 展趨勢。 從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，人們大腦中所構(gòu)思的設(shè)計(jì)對象就是三維物體，因此，直 接用三維形式來描述設(shè)計(jì)對象是最直觀、方便省力的設(shè)計(jì)方式。使用三維設(shè)計(jì)有 如下優(yōu)勢： 三維模型比二維圖形更接近真實(shí)的對象。 第一章緒論 三維模型可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€視圖。 三維模型可生成具有真實(shí)感的渲染圖。 1 2 選題的創(chuàng)新點(diǎn) 紡織材料是一種柔性材料，本身的物理機(jī)械性能非常復(fù)雜，外形不像剛體那 樣固定不變，而是隨著外界條件的不同發(fā)生改變，因此模擬難度很大。目前對于 紡織材料的三維研究主要集中在服用懸垂模擬等方面，而對于其他領(lǐng)域的三維造 型研究卻比較少紡織材料作為一種特性比較特殊的材料質(zhì)輕、容易造型， 箕應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，特別是建筑和設(shè)施方面，如圖1 - i 德國慕尼黑體育場就是 一個很好的例子，因而對于紡織材料在其他領(lǐng)域的三維造型研究是十分有實(shí)際意 義的。 圖卜1德國慕尼黑體育場 紡織材料三維造型的研究，不僅要考慮到材料本身魄幾何外形、機(jī)械性能、 力學(xué)性能。同時對造型的研究離不開造型本身，還需要考慮到造型的復(fù)雜外形和 造型規(guī)律。因此，本課題的研究要融合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、紡織材料學(xué)、造型藝術(shù)等 多門學(xué)科的專業(yè)知識，對這一問題的研究已不僅僅是單純的學(xué)科應(yīng)用問題，更是 對科學(xué)理論的實(shí)際檢驗(yàn)與證明。 第一章緒論 1 3 論文的結(jié)構(gòu)安排 論文第二章介紹了計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的概念，并對三維c a d 造型技術(shù)的發(fā) 展、c a d 系統(tǒng)的功能進(jìn)行了簡單介紹，為后面的軟件需求分析打下了基礎(chǔ)。最后 介紹了計(jì)算機(jī)輔助三維造型的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以及目前流行的三維設(shè)計(jì) 軟件的特點(diǎn)功能等。 第三章研究了造型設(shè)計(jì)的法則。造型設(shè)計(jì)是專門解決產(chǎn)品造型的一門科學(xué)。 “美”是通過形態(tài)被人感知的，所以造型設(shè)計(jì)必須遵循形式美法則的普遍規(guī)律； 另一方面，產(chǎn)品又是為了滿足人們生活和生產(chǎn)的特定需要，并通過技術(shù)手段加工 制造出來的，所以還有必要研究技術(shù)美問題；第三，任何產(chǎn)品都與人有相關(guān)性， 要么為人所使用，要么在人所生存、生活的環(huán)境中，因此有必要對人機(jī)工程學(xué)進(jìn) 行一定的研究。 紡織材料由于自身的特點(diǎn)開始應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。第四章紡織結(jié)構(gòu)材料 在建筑和設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用，在簡述膜結(jié)構(gòu)材料優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了紡織結(jié)構(gòu) 材料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及發(fā)展前景，并分析了建筑和設(shè)施用紡織 品的主要織物性能力學(xué)、光學(xué)等，最后通過實(shí)例圖片，按照不同結(jié)構(gòu)建筑應(yīng) 用織物的角度，研究了建筑和設(shè)施用紡織品的材料和應(yīng)用。 第五章在介紹質(zhì)子一彈簧模型的發(fā)展基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)典的質(zhì)子一彈簧模型， 將織物離散成四邊域質(zhì)子一彈簧模型。由于經(jīng)典的質(zhì)子一彈簧模型欠缺材料特性 的考慮，對于織物的仿真存在缺陷。本文在經(jīng)典的質(zhì)子彈簧模型基礎(chǔ)上引入了 紡織材料特性，采用改進(jìn)的質(zhì)子一彈簧模型。 第六章在對三維計(jì)算機(jī)造型技術(shù)的了解和掌握基礎(chǔ)上，提出了三維造型設(shè)計(jì) 軟件應(yīng)具備的軟件功能，并介紹了其中的主要功能操作，以及操作界面。 第七章結(jié)論部分總結(jié)了課題的研究工作及主要的不足，并對今后的研究方向 提出了意見。 最后在附錄部分是利用金頂針服裝設(shè)計(jì)軟件模擬的建筑和設(shè)施用紡織品三 維效果圖。 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 2 1 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì) 2 1 1 造型設(shè)計(jì) 2 1 1 1 造型設(shè)計(jì)的概念 設(shè)計(jì)是自遠(yuǎn)古就存在的。設(shè)計(jì)作為人類生物性與社會性的生存方式，其淵源 是伴隨“制造工具的人”的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。當(dāng)遠(yuǎn)古的人們用一塊石頭砸向另一塊 石頭以便打造出具有某種功能的工具時，設(shè)計(jì)便已悄然產(chǎn)生了。設(shè)計(jì)其實(shí)就是人 類把自己的意識加在自然界用以創(chuàng)造人類文明的一種廣泛的活動。對設(shè)計(jì)本身的 認(rèn)識及設(shè)計(jì)學(xué)科的建立，則是2 0 世紀(jì)以來的產(chǎn)物( 圖2 - 1 ) 。 原始社會 重委固墨垡絲竺塑塹墊，囤 業(yè)革命前匡圃型：塑旦豎區(qū)碑困 工業(yè)革命后匝塑圈蔓豎立珥至衛(wèi)些翹 圖2 - i 所謂造型設(shè)計(jì)不是單純的外形設(shè)計(jì)，而是更為廣泛的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造活動，它不 僅包括形態(tài)的藝術(shù)性設(shè)計(jì)，而且包括與實(shí)現(xiàn)形態(tài)及實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能的材料、結(jié)構(gòu)、 構(gòu)造、工藝等方面的技術(shù)性設(shè)計(jì)。在整個設(shè)計(jì)過程中，形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料、工藝 與使用功能的統(tǒng)一，與人的心理、生理相協(xié)調(diào)，將始終是研究和解決的主要內(nèi)容。 造型設(shè)計(jì)是工程技術(shù)與美學(xué)藝術(shù)相結(jié)合的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。它在充分考慮 結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)的同時，還需要考慮產(chǎn)品與社會、產(chǎn)品與人的心理和生理相關(guān)的文 化要素；對于現(xiàn)代的造型設(shè)計(jì)來講，還必須強(qiáng)調(diào)形態(tài)與功能、形態(tài)與材料、結(jié)構(gòu)、 工藝相統(tǒng)一而產(chǎn)生的使用價值。 設(shè)計(jì)源于社會的物質(zhì)生產(chǎn)，是與人們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)的。從原始的器 物造型到現(xiàn)代的工業(yè)產(chǎn)品造型，人們都是按照不同時期的技術(shù)條件、生活水平和 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 審美觀念創(chuàng)造各類不同的生產(chǎn)、生活用品。隨著社會物質(zhì)生活和文化生活水平的 不斷提高，設(shè)計(jì)已經(jīng)深入到人們生活，工作、生產(chǎn)、勞動的每個角落。從家庭日 用品、家用電器到各類生產(chǎn)設(shè)備、儀表儀器以及公共環(huán)境中的各類交通工具、公 共設(shè)施等，都涉及到造型設(shè)計(jì)。 2 i ，1 2 造型設(shè)計(jì)的基本要素 造型，是基于功能的總體布局、結(jié)構(gòu)、金屬工藝等與造型設(shè)計(jì)之間創(chuàng)造性勞 動的結(jié)合。它需要多工種、各種工藝的共同協(xié)作，通過多種造型手法，理想的表 達(dá)其藝術(shù)形象，歸結(jié)為一個完美的外觀造型。因此，影響造型的因素是很多的， 只有調(diào)動一切造型手段，才能創(chuàng)造出較為完美的產(chǎn)品形象。 功能、造型形象以及物質(zhì)技術(shù)條件是構(gòu)成造型設(shè)計(jì)的基本要素。這三者是有 機(jī)結(jié)合的，其中功能是設(shè)計(jì)的目的，造型形象是功能的具體表現(xiàn)形式，物質(zhì)技術(shù) 條件是實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。 功能是指產(chǎn)品具有特定的用途或作用，它是根據(jù)人的需求來設(shè)計(jì)的。功能具 有雙重性，即物質(zhì)和精神兩個方面，物質(zhì)功能是基本方面，精神功能是對基本功 能的補(bǔ)充和完善。物質(zhì)功能包括技術(shù)功能和使用功能。精神功能包括審美功能和 象征功能。審美功能指造型形象通過人的感官傳遞給入的一種心理感受；象征功 能是造型形象所代表的時代特征及顯示一定意義的作用。 造型形象是為了實(shí)現(xiàn)一定的目的所采取的結(jié)構(gòu)或方式，是具備特定功能的實(shí) 體形態(tài)，其中包括色彩和材料等多種形式要素。造型形象是為功能服務(wù)的，必須 體現(xiàn)功能，有助于功能的發(fā)揮，而不是對功能進(jìn)行阻礙。 物質(zhì)功能和精神功能決定著形態(tài)和造型手段。不同類型的產(chǎn)品，其物質(zhì)功能 和精神功能會有不同的側(cè)重，但是它們的造型形象必須符合功能的要求，不同的 功能需要不同的形態(tài)與之褶適應(yīng)。此外，在某種程度上，造委形象也具有相對的 獨(dú)立性。從藝術(shù)性設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，造型形象有其自身的形式法則和規(guī)律，并不 受功能的制約，因?yàn)楣δ艿慕Y(jié)構(gòu)形式，并不能構(gòu)成形象的全部內(nèi)容，因此造型形 象的創(chuàng)造性才得以充分的發(fā)揮。 各種材料、技術(shù)和設(shè)備是實(shí)現(xiàn)功能和形象的基礎(chǔ)，了解和掌握當(dāng)代最新科學(xué) 技術(shù)和研究成果，是創(chuàng)造和設(shè)計(jì)的重要條件之一。 物質(zhì)技術(shù)條件與功能和造型形象之問也具有不確定關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)同一功能可 以選擇不同的材科，技術(shù)和工藝，如木椅和鋼管椅的基本功能相同，但實(shí)現(xiàn)功能 的物質(zhì)技術(shù)條件不同。同時，除基本功能外，木椅和鋼管椅所表現(xiàn)的精神功能和 造型形象卻不盡相同。 綜上所述，造型設(shè)計(jì)的三個基本要素( 見圖2 - 2 ) 是互楣影響、互相制約和 互相促進(jìn)的，只有三者有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計(jì)，才能充分體現(xiàn)出現(xiàn)代設(shè)計(jì)的實(shí)用性、 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 藝術(shù)性和科學(xué)性。 圖2 - 2 造型設(shè)計(jì)的三要素 2 1 2 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的概念和意義 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步及設(shè)計(jì)人員的參與，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā) 生變化的最為重要的標(biāo)志，無論在設(shè)計(jì)觀念上，還是在設(shè)計(jì)方法及程序上都為設(shè) 計(jì)帶來了全新的理念。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，簡稱c a d ) 是由計(jì)算機(jī)來完成 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)計(jì)算、幾何分析、產(chǎn)品模擬、圖紙繪制、編制技術(shù)文件等工作 ”1 。c a d 技術(shù)的研究始于5 0 年代后期，最初c a d 技術(shù)僅是二維計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)， 即c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ，是一種被動的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助三維造 型設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的圖形終端或工作站及其軟件 描述所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形狀、結(jié)構(gòu)、大小以及模擬在光線照射下表面的色彩、明暗和 紋理等，它以提高效率、增強(qiáng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可靠性、適應(yīng)信息化社會的生產(chǎn)方 式為目的。 計(jì)算機(jī)進(jìn)入到設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，取代了設(shè)計(jì)師的部分工作。根據(jù)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)上的 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 特點(diǎn)，多用于完成設(shè)計(jì)工作中的理性分析、信息存儲、建模表現(xiàn)等任務(wù)。這就使 我們真正的進(jìn)入三維立體化設(shè)計(jì)，任何細(xì)節(jié)在計(jì)算機(jī)面前都能詳盡的展現(xiàn)在設(shè)計(jì) 師面前，并能在任意角度和位置進(jìn)行調(diào)整，在形態(tài)、色彩、肌理、比例、尺度等 方面可以做適時的變動。 在以計(jì)算機(jī)為代表的信息化時代，其自身的特點(diǎn)給現(xiàn)代設(shè)計(jì)帶來了新的風(fēng) 格、新的語言。一方面，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)模仿了許多傳統(tǒng)工具的特點(diǎn)，使人們的 經(jīng)驗(yàn)得以延續(xù)；其進(jìn)一步的發(fā)展又使計(jì)算機(jī)擁有了自己特有的嶄新工具與表達(dá)手 段，如動畫技術(shù)的發(fā)展，不僅可以模擬真實(shí)的景物環(huán)境，更可以在景物中穿梭， 甚至進(jìn)入到物體中，尋找出獨(dú)特的視角和表現(xiàn)效果；同時還可以感受到傳統(tǒng)工具 所無法帶來的人與圖像之問的交互性。再者。由于計(jì)算機(jī)擁有強(qiáng)大的造型功能， 不僅能模擬復(fù)雜的空間曲面，還可對多個形體進(jìn)行連接、打散，從而使其創(chuàng)造的 形體更加多樣化。 2 1 3 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)軟件中的圖形技術(shù) 雖然各種c a d 軟件各有特點(diǎn)，但其基本的原理大同小異。c a d 造型過程可分 為兩大部分：建模和渲染嘲。 2 1 3 1 c a d 系統(tǒng)的建模 三維建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了線框造型、曲面造型、實(shí)體造型和特征造型4 個 階段舊，由于線框造型功能有限，麗特征造型尚處于進(jìn)一步的研究中，因此，現(xiàn) 有的c a d c a m 軟件均采用曲面造型和實(shí)體造型這兩種方式。 1 線框造型 線框造型( 圖2 3 ) 是c a d c a m 技術(shù)發(fā)展過程中最早使用的三維模型，這種模 型表示的是物體的棱邊，由構(gòu)成物體的一組頂點(diǎn)和邊組成，其中邊可以使曲線， 如圓弧、二次曲線、b 樣條曲線和b e z i e r 曲線。線框模型的計(jì)算機(jī)表示包括兩方 面的信息，一類是幾何信息，記錄各頂點(diǎn)的坐標(biāo)值；另一類是拓?fù)湫畔?，記錄?義每條邊的兩個端點(diǎn)，可用于進(jìn)行基本的形體操作，如繪圖、平移和旋轉(zhuǎn)等。其 功能有限，存在嚴(yán)重缺陷，如表示的圖形不能進(jìn)行無體積和特性計(jì)算、不便于消 隱、不能滿足表面特性的組合，缺乏邊與面、面與體之間關(guān)系的信息，在對模型 的分析與制造方面存在很大的局限性。 2 曲面造型 曲面造型又叫表面造型，它在線框模型的基礎(chǔ)上添加了面的信息，利用曲面 模型，就可以對物體做剖面、消隱并獲得n c 加工所需要的表面信息等。對一些復(fù) 雜的物體表面，如汽車車身和模具型體面等自由曲面，不能利用基本立體要素( 如 第二章計(jì)舞機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 棱柱、棱錐、球、一般回轉(zhuǎn)體和有界平面等) 進(jìn)行描述，必須根據(jù)自由曲線和自 由曲面的理論進(jìn)行計(jì)算目前曲面多采用n u r b s 樣條( 非均勻有理b ) 表達(dá)。 圖2 3 線框造型圖2 - 4 實(shí)體造型 3 實(shí)體造型 實(shí)體造型( 圖2 - 4 ) 是以立方體、圓柱體、球體、錐體和環(huán)狀體等多種基本 體素為單位元素，經(jīng)拼合或布爾運(yùn)算，生成所需要的幾何形體。這些形體具有完 整的幾何信息，是真實(shí)而唯一的三維物體。所以，實(shí)體造型包括兩部分，即體素 定義和描述，以及體素間的布爾運(yùn)算( 并、交、差) 。實(shí)體造型技術(shù)在實(shí)體模型 c a d 、實(shí)體機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、物性計(jì)算、三維形體的有限元分析、運(yùn)動學(xué)分析、 建筑物分析、空問布置、n c 計(jì)算、部件裝配、機(jī)器人、電影動畫與特技等方面得 到廣泛的應(yīng)用。 4 特征造型 特征造型是面向c o c a m 繼承的、向生產(chǎn)過程提供全面完整的產(chǎn)品信息的造 型方法，它不僅包括產(chǎn)品的幾何信息，更包含了產(chǎn)品的特征信息。所謂特征是指 產(chǎn)品描述的信息的集合，主要包括形狀特征、精度特征、技術(shù)特征和材料特征。 以特征為基礎(chǔ)的造型方法是c a d 建模方法的一個里程碑，它可以充分提供制 造所需要的幾何數(shù)據(jù)，從而可用于制造可行性方案的評價、功能分析，過程選擇、 工藝過程設(shè)計(jì)等。把設(shè)計(jì)過程和生產(chǎn)過程緊密結(jié)合。有良好的發(fā)展前景。 2 1 3 2 c a d 系統(tǒng)的渲染 當(dāng)數(shù)字的三維模型建立后，接下來第二步工作就是渲染。渲染大致可分為以 下幾步工作，即定義攝像機(jī)、定義燈光和定義材質(zhì)和進(jìn)行渲染計(jì)算。 跟實(shí)際的攝像機(jī)一樣，電腦模擬的攝像機(jī)的主要參數(shù)是鏡頭焦距的大小，改 變焦距可以獲得不同的視野。移動攝像機(jī)可方便的選擇合適的觀察角度。 光影的模擬是產(chǎn)生場景真實(shí)感的重要手段，精心設(shè)計(jì)的燈光效果無疑會使場 景更生動，更富表現(xiàn)力。計(jì)算機(jī)里燈光的類型一般有點(diǎn)光、管狀光、聚光、平行 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 光等。 定義三維模型表面的材質(zhì)效果可以產(chǎn)生逼真的質(zhì)感及表面肌理圖案，在材質(zhì) 編輯模塊中，可通過改變材質(zhì)的顏色、紋理、反光特性、透明特性、發(fā)光特性、 反射特性等來模擬現(xiàn)實(shí)生活中的各種材質(zhì)。貼圖是表達(dá)木材、石材、織物或皮革 等有豐富紋理或圖案表面的材質(zhì)的重要手段，同時也是在初始設(shè)計(jì)階段，在不喪 失太多細(xì)節(jié)的前提下一個有效的降低模型復(fù)雜度，以達(dá)到快速造型的很有用的工 具，比如：凹凸貼圖能很快模擬物體表面的凹槽或小突起的效果。 前面的工作都完成以后，就可以進(jìn)行靜態(tài)圖像的渲染工作，產(chǎn)生真實(shí)感的虛 擬圖像。 如有需要可進(jìn)一步生成動畫，以進(jìn)行功能仿真和使用狀態(tài)的研究，還可以結(jié) 合影視編輯軟件生成演示影片，使人對產(chǎn)品的使用過程有真實(shí)的感受。 2 1 3 3 c a d 系統(tǒng)的組成及功能 c a d 系統(tǒng)一般由數(shù)值計(jì)算與處理、交互繪圖與圖形輸入輸出、存儲和管理設(shè) 計(jì)制造信息的工程數(shù)據(jù)庫三大模塊組成，其主要功能包括： 造型功能。 強(qiáng)大的圖形處理功能，包括繪圖、編輯、圖形輸入輸出和真實(shí)感圖形渲 染等。 有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。 三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)的分析與仿真。 提供二次開發(fā)工具，以適應(yīng)不同行業(yè)、不同情況的需要。 數(shù)據(jù)管理能力，以產(chǎn)品為中心對設(shè)計(jì)信息和與之相關(guān)的信息進(jìn)行綜合管 理，提高設(shè)計(jì)部門總體效率。 方便的數(shù)據(jù)交換功能，提供通用的文件格式轉(zhuǎn)換接口，達(dá)到自動檢索、 快速存取、不同系統(tǒng)甸傳輸與交換的目的 現(xiàn)代c a d 系統(tǒng)中采用了許多先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。 如： 基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 草圖器功能。 n u r b s 曲面的構(gòu)造技術(shù)。 相關(guān)性設(shè)計(jì)。 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 2 2 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的歷史、現(xiàn)狀與展望 2 2 1 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的歷史與現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的歷史，基本上就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的歷史。計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展起來的“1 自從第一臺電子計(jì)算 機(jī)e n i a c ( e l e c t r o n i cn u m e r i c a li n t e g r a t o ra n dc a l c u l a t o r ) 在1 9 4 5 年問 世以來，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程、產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個階 段： 2 0 世紀(jì)4 0 年代末至5 0 年代末是孕育、形成階段計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ) 的起源可追溯到5 0 年代中期，當(dāng)時美國麻省理工學(xué)院( m i t ) 開始實(shí)施a p t ( a u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m e dt o o l s 刀具控制自動編程系統(tǒng)) 的開發(fā)計(jì)劃，該 計(jì)劃設(shè)想將設(shè)計(jì)圖樣直接轉(zhuǎn)化成n c 紙帶，最后由于各種原因未能完成，但卻促 進(jìn)了計(jì)算機(jī)繪圖的出現(xiàn)與發(fā)展。此時期少數(shù)大公司，如美國通用電氣公司曾用于 進(jìn)行變壓器、電動機(jī)等的設(shè)計(jì)計(jì)算。 5 0 年代末至6 0 年代中、后期是成長階段。1 9 5 9 年1 2 月，麻省理工學(xué)院首 先提出c a d 概念。1 9 6 3 年，麻省理工學(xué)院的研究生i e s u t h e r l a n d 在美國計(jì)算 機(jī)聯(lián)合會年會上宣讀了題為“s k e t c h p a d 一人機(jī)交互系統(tǒng)”的論文，闡述了交 互式圖形技術(shù)的基本概念與原理，為計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 7 0 年代以后進(jìn)入開發(fā)應(yīng)用階段。7 0 年代初期，美國的h p p l i n c o m 公司開發(fā) 了一個完整的c a d 系統(tǒng)。7 0 年代后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵顯示器，開 發(fā)了手動游標(biāo)、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備。c a d 技術(shù)開始實(shí)用化， 從二維的電路設(shè)計(jì)到三維的飛機(jī)、汽車的設(shè)計(jì)。 8 0 年代中期以后是c a d 向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化方向的發(fā)展時期。計(jì)算 機(jī)圖形學(xué)得到了進(jìn)一步發(fā)展，不但解決了二維圖形處理中各方面的理論問題和三 維圖形中的三維旋轉(zhuǎn)、各種透視、消去隱藏線等問題，而且還在三維幾何造型、 自由曲面等理論方面有了重大突破。 近年來，由于個人計(jì)算機(jī)性能的迅速提高，已具有較強(qiáng)的圖形處理能力和支 持多處理機(jī)并行處理的能力。在三維造型軟件的開發(fā)上，發(fā)展也相當(dāng)迅速，3 d s m a x 、r h i n o 等專業(yè)的三維建模軟件紛紛出臺8 0 年還處于理論研究的三維幾何 造型n u r b s 曲面造型己進(jìn)入實(shí)際運(yùn)用階段“。 2 2 2 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的展望 綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在短短的幾十年問取得了巨大的成就，從當(dāng) 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 初被純粹用作“計(jì)算”的計(jì)算機(jī)，至今已在影響著各個領(lǐng)域，并且成為各個領(lǐng)域 必不可少的輔助工具，它為人類的生產(chǎn)和生活帶來了“無限”的便利，創(chuàng)造了巨 大的效益。對于現(xiàn)代設(shè)計(jì)來說，計(jì)算機(jī)已經(jīng)取代傳統(tǒng)的筆和紙，成為普遍的新的 設(shè)計(jì)工具，全面影響著設(shè)計(jì)的觀念與方法。 1 人與計(jì)算機(jī)的互動 人與計(jì)算機(jī)的互動是指計(jì)算機(jī)通過合理的人機(jī)界面展示，把設(shè)計(jì)師與計(jì)算機(jī) 聯(lián)系起來，達(dá)到最大方便與高效的可能，從而使計(jì)算機(jī)達(dá)到人性化要求的一種概 念。 虛擬現(xiàn)實(shí)( v r ) 技術(shù)的發(fā)展，使設(shè)計(jì)中的虛擬現(xiàn)實(shí)成為可能，設(shè)計(jì)師可以通 過模擬人眼的v r 頭戴跟蹤設(shè)備( 刪d ) 和交互式的傳感數(shù)據(jù)手套，以及三維鼠標(biāo) 等輔助設(shè)備獲取信息，去感受模型的各種感覺，達(dá)到虛擬逼真的效果蜘產(chǎn)品的 生產(chǎn)工藝過程和檢驗(yàn)也可以通過計(jì)算機(jī)模擬出來，以這種虛擬產(chǎn)品開發(fā)的方法設(shè) 計(jì)產(chǎn)品，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性、減少了盲目性，真正起到了人機(jī)互動。 2 “無墻設(shè)計(jì)室塒” “無墻設(shè)計(jì)室”的建立，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在 設(shè)計(jì)過程中，不通國家、不同地區(qū)的設(shè)計(jì)師可通過網(wǎng)絡(luò)，直接進(jìn)行設(shè)計(jì)信息的交 流，展現(xiàn)各自的設(shè)計(jì)方案和構(gòu)思意圖，從而可以直接參與討論各方的設(shè)計(jì)構(gòu)想， 尋找靈感，互相合作。從某種意義上講，這種跨越不同國家、不同地區(qū)的設(shè)計(jì)環(huán) 境構(gòu)成了一個虛擬而又廣闊的“無墻設(shè)計(jì)室”。 “無墻設(shè)計(jì)室”概念的引入以及將來的廣泛應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)師可以從網(wǎng)絡(luò)中 搜尋信息資源來創(chuàng)意，從昂貴而又復(fù)雜的前期調(diào)查分析、信息處理中脫離出來。 同時傳統(tǒng)意義上的辦公室，也將成為一個虛擬的空間，減少了距離的局限。目前， 美國、日本以及歐洲等地的公司建立的設(shè)計(jì)中心已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上廣泛的開展設(shè)計(jì)合 作。通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，使處在不同國家的設(shè)計(jì)師形成了一個局域網(wǎng)。 2 3 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件介紹 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，針對不同的用戶及不同產(chǎn)品的造型法則，各大 公司相繼推出了各種檔次的計(jì)算機(jī)圖形軟件，如表2 - i 所示，為設(shè)計(jì)師提供了適 合自身?xiàng)l件的各種軟件，大大提高了計(jì)算機(jī)的普及程度和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的水 平。 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 表2 一l 各種計(jì)算機(jī)圖形軟件功能分類 目的低檔組合中檔組合高檔組合 f r e e h a n d 1 1 l u s t r a t e r 二維繪圖 3 d3 dp a i n t c o r e d r a w p h o t o s h o p a 1 i a s r h i n o s l o i d e d g e 三維曲面建模p r o d 3 d s m a x s o l i d w o r k s c a t i a p h o t o w o r k sp h o t o r e n d e r 渲染 b m r t f l a m i n g o l i g h t s c a p e r a n d e r m a n 動畫 3 d s m a x s o f t l m a g em a y a a 1 i a s u g p r o e s l o i d e d g e 工程設(shè)計(jì) a u t o c a d m d ti - d e a s s o l i d w o r k s c a t i a 表2 - i 所列的中、高，低檔軟件，并不是嚴(yán)格意義上的劃分，在很多設(shè)計(jì)的 實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)自身的特色，通常在計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)流程中將這些軟件在 不同階段混合使用。 下面介紹現(xiàn)階段使用最為普及的計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)軟件，從中可以更好的 了解造型設(shè)計(jì)軟件的功能。 1 3 d s m a x 3 d ss t u d i om a x ( 3 d s 姒x ) 是在p c 機(jī)上最流行的三維建模及動畫制作軟件， 它集實(shí)體造型、著色渲染、動畫制作于一體，強(qiáng)調(diào)空間感和視覺效果，不注重精 確性。廣泛應(yīng)用于建筑和室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、廣告設(shè)計(jì)、影視特技制 作、三維游戲開發(fā)等領(lǐng)域。但是作為計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，主要是取 其三維立體建模、場景燈光、材質(zhì)編輯和渲染等功能，并以其方便的操作和出色 的效果，深受廣大設(shè)計(jì)師的喜愛。 3 d ss t u d i om a x 制作流程包括建模、材質(zhì)貼圖、動畫設(shè)計(jì)、場景渲染、后 期處理等幾個環(huán)節(jié)。其中后期處理工作( 效果調(diào)整、拼裝組合和打印輸出) 通常 借助于二維圖像處理軟件p h o t o s h o p 完成。另外，存為3 d s ，d x f 和d w g 格式的 a u t o c a d 圖形可在3 d ss t u d i om a x 中倒入。 2 m a y a m a y a 集成了a l i a s w a v e f r o n t 最先進(jìn)的動畫及數(shù)字效果技術(shù)。不僅包括一 般三維和視覺效果制作的功能，而且還與最先進(jìn)的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā) 渲染、運(yùn)動匹配技術(shù)結(jié)合。m a y a 可在w i n d o w sn t 與s g ii r i x 操作系統(tǒng)上運(yùn)行。 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 在目前市場上用來進(jìn)行數(shù)字和三維制作的工具中，m a y a 是首選鰓決方案。 m a y a 已在全世界廣泛應(yīng)用于影視、視頻、游戲、商業(yè)產(chǎn)品、寬帶、本地化 娛樂、高端廣播、多種圖形運(yùn)用、 吖、，、模擬仿真等領(lǐng)域，其杰出性能都巧妙的 集成在一個整體的工作環(huán)境中，給用戶以最優(yōu)化的產(chǎn)品性能。 3 a u t o c a d a u t o c a d 是a u t o d e s k 公司開發(fā)的，用途最為廣泛的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。 a u t o c a d 的功能非常健全，使用容易，用戶一旦學(xué)會了程序命令和菜單結(jié)構(gòu)，就 很快的完成了手工所不能完成或是干起來非?，嵥榈墓ぷ?。 另外，a u t o c a d 的性能由龐大的第三方的工作而得到進(jìn)一步增強(qiáng)。a u t o c a d 自身只提供了一些程序，使特殊的用戶能對基本的a u t o c a d 迸行改造工作。目前， 國內(nèi)的許多機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)的中文版專業(yè)軟件的內(nèi)核都是a u t o c a d 。 a u t o c a d 最大的優(yōu)勢是繪制工程制圖。除此而外，a u t o c a d 三維建模的能力 也相當(dāng)強(qiáng)，除了雙曲面、倒角難做外，構(gòu)建任何形體都很方便。a u t o c a d 還有一 個特點(diǎn)就是具有廣泛的兼容性，其文件格式除本身的d n g 外，d x f 格式幾乎是所 有軟件都能接受的通用格式，為設(shè)計(jì)師在混合使用軟件時，提供了廣泛的交流性。 4 r h i n o c e r o s ( r h i n o ) r h i n o c e r o s ( r h i n o ) 是全世界第一套將n u r b s 曲面引進(jìn)w i n d o w s 操作系統(tǒng) 的3 d 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)軟件。由于價格低廉、系統(tǒng)要求不高、建模能力強(qiáng)、 易于操作等優(yōu)異性，讓金世界的3 dc a d c a i d 使用者有很大的震撼 r h i n o 是以n u r b s 為主要構(gòu)架的三維模型軟件，因此在曲面造型特別是自由 雙曲面造型上有異常強(qiáng)大的功能，幾乎能做出我們在造型設(shè)計(jì)中所碰到的任何曲 面。 r h i n o 在渲染( r e n d e r ) 方面的功能不夠理想，但其較強(qiáng)的兼容性，可將模 型輸出到其它的c a d 軟件中去完成。所以設(shè)計(jì)師在使用r h i n o 時，在渲染上一般 和3 d s m a x 等軟件配合使用。 5 a 1 i a s a l i a sd e s i g ns t u d i o ( a l i a s ) 是一套十分專業(yè)的工業(yè)設(shè)計(jì)與模擬動畫的軟 件，由加拿大a l i a s - w a v e f r o n t 公司開發(fā)。 a l i a s 在工業(yè)設(shè)計(jì)、動畫、雕塑、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，居于主導(dǎo)地 位已經(jīng)十余年了，在此期間，a l i a s 經(jīng)過許多大的變革，例如線性變革，由 b - s p l i n e 到當(dāng)前的n u r b s ；界面的改變，從文字晃面到圖表界面。 在工程設(shè)計(jì)上，它擅長表達(dá)概念階段的造型設(shè)計(jì)，讓設(shè)計(jì)者能夠快速的將構(gòu) 想的草圖，以逼真的三維模型呈現(xiàn)在眼前。另外，a l i a s 是一套以曲面模型 ( s u r f a c em o d e l ) 為基礎(chǔ)的軟件，用戶在設(shè)計(jì)過程中，不必局限于傳統(tǒng)的實(shí)體 第二章計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)概論 模型在參考面的設(shè)置。用戶的創(chuàng)意造型隨著意念走，輕松的利用計(jì)算機(jī)建立的三 維模型發(fā)揮出個人創(chuàng)意。 6 p h o t o s h o p p h o t o s h o p 是專業(yè)圖像處理軟件，通過三維設(shè)計(jì)軟件的場景渲染輸出后，對 細(xì)節(jié)補(bǔ)充或是色彩調(diào)整等工作，基本上可在該軟件中完成。 第三章造型設(shè)計(jì)基本法則 第三章造型設(shè)計(jì)基本法則 3 1 設(shè)計(jì)美的構(gòu)成要素 當(dāng)代人們生活方式的一大特點(diǎn)就是對生活質(zhì)量的重視。生活質(zhì)量包括的方面 很多，但核心的東西可說是美。隨著生活水平的提高，本屬于功能性的消費(fèi)，越 來越多的滲透進(jìn)審美性的內(nèi)涵，有的功能性的需求甚至降低到次要地位，而審美 性的需求上升到首要地位。 i 體量 產(chǎn)品的物質(zhì)功能是形成產(chǎn)品體量大小的根本依據(jù)，體量分布與組合的結(jié)果， 將派生出多種形體，形成不同方案，并構(gòu)成不同的造型。因此，在造型上，體量 的分布與組合會直接影響產(chǎn)品的基本形狀和風(fēng)格，是造型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 一般來說，結(jié)構(gòu)對稱的形狀如同對稱的平面圖形一樣，具有端正、莊重、穩(wěn) 固的性格。在進(jìn)行立體設(shè)計(jì)時要有變化的因素，以求得在整個形體對稱結(jié)構(gòu)的前 提下，產(chǎn)生變化、豐富、活躍生動的美。結(jié)構(gòu)不對稱的造型，在進(jìn)行體量的組合 時，首先要考慮符合實(shí)際均衡的要求，以保證造型的穩(wěn)定。 體量的組合要避免單調(diào)和雜亂，大體積的單調(diào)組合和小體積的多體量的雜亂 拼湊都不符合形式美的要求，必須力求用最緊湊的空間、簡潔而又有個性的形體 來表達(dá)產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)的特征。另外，設(shè)計(jì)時還應(yīng)該注意體量的大小、虛實(shí)的 對比以及主從、韻律的安排，以創(chuàng)造統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的造型。 2 形態(tài) 自從人類社會產(chǎn)生以來，人類所需要的各種產(chǎn)品造型的形態(tài)隨著生產(chǎn)力的不 斷發(fā)展而不斷地改變著。在這漫長的演變過程中，人類所創(chuàng)造的產(chǎn)品可分為四種 形態(tài)：原始形態(tài)、模仿的自然形態(tài)、概括的自然形態(tài)、抽象幾何形態(tài)“川。 構(gòu)成產(chǎn)品外觀的線、面、體等形態(tài)要素具有各種不同的形狀，如方圓、扁厚、 高低、寬窄、粗細(xì)、幾何形與非幾何形等，大多數(shù)產(chǎn)品的基本形態(tài)是由點(diǎn)、線、 面結(jié)合所產(chǎn)生的綜合視覺效果。點(diǎn)的集中、線的延長、面的重量和體積等特征， 如果將它們巧妙的結(jié)合起來，可以表現(xiàn)出豐富多彩的視覺魅力。 形態(tài)的統(tǒng)一，就是將造型繁復(fù)的變化轉(zhuǎn)化為高度的統(tǒng)一，形成簡潔的外觀。 獲得形態(tài)的統(tǒng)一感有兩個主要方法：一是將所有次要部分去陪襯某一主要部分； 二是統(tǒng)一產(chǎn)品的各組成部分在形狀和細(xì)部上保持相互協(xié)調(diào)。 3 線型 造型物的線形包括視向線和實(shí)在線兩大類。 第三章造型設(shè)計(jì)基本法則 視向線指的是造型物的輪廓線。由于觀察造型物的視線方向不是固定不變 的，因而造型物的輪廓線隨著視線方向的變化而不同。因此，用視向線來稱呼隨 著觀察角度不同而變化的輪廓線。 實(shí)在線指的是裝飾線、分割線等。這些都是客觀存在的線。 線型是造型藝術(shù)中一種富有表現(xiàn)力的藝術(shù)表現(xiàn)手段。線型設(shè)計(jì)直接影響造型 的質(zhì)量及外觀的藝術(shù)效果。因此，無論是建筑物還是各種工業(yè)產(chǎn)品都很重視線型 的處理。不同的線型，決定著造型物不同的基本性格，同時體現(xiàn)出造型物的形式 美。線型的選擇應(yīng)該與產(chǎn)品的物質(zhì)功能相適應(yīng)；應(yīng)考慮各種線型的性格特征，使 之與人的心理需求相適應(yīng)；還要考慮整個產(chǎn)品的形式美。 4 方向與空間 造型設(shè)計(jì)中，常常采用方向的對比或空間的安排，以豐富產(chǎn)品的外觀形象。 方向與空闖的安排，同樣必須建立在對產(chǎn)品功能的正確理解與對材料、結(jié)構(gòu)的確 切表達(dá)的基礎(chǔ)上。 方向是指形體形狀的方向，即水平與垂直、陡與緩、同向與反向、敞開與緊 閉、動與靜等?？臻g是指前與后、上與下、左與右、淺近與深遠(yuǎn)、平坦與凹凸、 虛與實(shí)等。由于人們會進(jìn)行各種聯(lián)想，對上述情況常常有明顯不同的感受，因而 空間和方向功能對于造型的藝術(shù)表現(xiàn)力也起著重要的作用。 5 色彩 造型設(shè)計(jì)主要有兩個方面：一是形態(tài)的設(shè)計(jì)；二是色彩設(shè)計(jì)。雖然色彩是依 附子形體的，但是色彩比形體對人更具有吸弓i 力。色彩在造型中具有先聲奪入的 藝術(shù)魅力。根據(jù)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明：人們在看物體時，最初2 0 s 內(nèi)，色彩的成分占 8 0 ：2 m i n 后，色彩占6 0 ；5 m i n 后，色彩、形體各占5 0 ，以后這種狀態(tài)就將 持續(xù)下去。 產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)，總的要求是使產(chǎn)品的物質(zhì)功能、使用環(huán)境與人們的心理產(chǎn) 生統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的感覺。顯示功能是色彩設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，如調(diào)和使人寧靜，對比 使人興奮，太亮使人疲勞，太暗使人沉悶等。色彩設(shè)計(jì)總的要求必須與產(chǎn)品的物 質(zhì)功能、使用場所等各種因素統(tǒng)一起來，在人們的心理中產(chǎn)生統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的感覺。 在產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意色彩配合應(yīng)有“色彩主調(diào)”，避免色相、明度、 純度的過于近似及色彩面積的對等。且色相不宜太多，一般以二到三種為宜。除 此而外，色彩設(shè)計(jì)時應(yīng)注意產(chǎn)品與使用環(huán)境、民族風(fēng)俗、地理氣候條件保持一定 的適應(yīng)關(guān)系。 6 材質(zhì) 造型是由材料、結(jié)構(gòu)、工藝等物質(zhì)技術(shù)條件構(gòu)成的。在造型處理上，一定要 體現(xiàn)構(gòu)成產(chǎn)品的材料本身所特有的美學(xué)因素，體現(xiàn)材料運(yùn)用的科學(xué)性，發(fā)揮材科 第三章造型設(shè)計(jì)基本法則 或涂料的處理、色彩，觸感等方面的藝術(shù)表現(xiàn)力，求得外觀造型中形、色、質(zhì)的 完美統(tǒng)一。 在造型過程中，能否合理的運(yùn)用材料，充分發(fā)揮材料的質(zhì)地美，不僅是現(xiàn)代 工業(yè)生產(chǎn)中工藝水平高低的體現(xiàn)，而且也是現(xiàn)代審美觀念的反映。 質(zhì)感是產(chǎn)品形式美的重要體現(xiàn)之一，指的是物質(zhì)表面的質(zhì)地，即粗糙還是光 滑，租框還是驚喜，堅(jiān)硬還是柔軟，交錯還是條理，下沉還是漂浮，金屬還是非 金屬等。材料質(zhì)感的表現(xiàn)往往與色彩運(yùn)用相互依存。如本來從心理上認(rèn)為沉悶、 陰暗的黑色，如將其表面處理成皮革紋理，則給人以莊重、親切感。 3 2 形式美法則 形式與美學(xué)有著極為密切的聯(lián)系，美的根源表現(xiàn)在潛在心理與外在形式的協(xié) 調(diào)統(tǒng)一，美的形式原理基礎(chǔ)是整個形態(tài)所呈現(xiàn)的各種構(gòu)成關(guān)系是否具有美的感 覺。一件產(chǎn)品如果具有莢的形式，就能馬上吸引人的視覺，喚起人們的美感而產(chǎn) 生愉悅的心理。形式不美，無法使人得到審美的愉悅，也妨礙內(nèi)容的表達(dá)及人們 對內(nèi)容的接受。因此，在造型設(shè)計(jì)的時候應(yīng)遵循美學(xué)原則，最大可能的增加美感 效能。 多樣統(tǒng)一是形式美的總規(guī)律“”。其它的美都要統(tǒng)一在這個總規(guī)律下面。多樣 統(tǒng)一是指造型的各個部分之間要有一個共同的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)奏，使人感到整個藝 術(shù)作品內(nèi)部既有變化與差異，又是一個統(tǒng)一的整體。它也指多樣的美學(xué)法則在美 的創(chuàng)造中綜合統(tǒng)的運(yùn)用。多樣統(tǒng)一是任何優(yōu)秀藝術(shù)作品所必須遵循的一個共同 原則，它是美學(xué)的基本規(guī)律，美學(xué)的辯證法。多樣統(tǒng)一，是在統(tǒng)一中求變化，在 變化中求統(tǒng)一。多樣統(tǒng)一的和諧美，是藝術(shù)美的關(guān)鍵。美的形式法則如下； 1 主從與重點(diǎn) 任何藝術(shù)上的感受都必須具有統(tǒng)一性，這早已是一條公認(rèn)的藝術(shù)原則。為了 加強(qiáng)藝術(shù)作品整體的完整統(tǒng)一性，各組成部分應(yīng)該有主與從的區(qū)別，重點(diǎn)與一般 的區(qū)別。所謂“圭”，即主體部位或主要功能部位，對設(shè)計(jì)來說，是表現(xiàn)的重點(diǎn) 部分。一般來說這部分是加工部分、主操作部分，是人的觀察中心。而“從”則 是非主要功能部位，是局部、次要的部分。主從關(guān)系非常密切，沒有從也無所謂 主。一個完整狀態(tài)的構(gòu)成，必然在整體上表現(xiàn)主導(dǎo)與從屬，并由此派生出整體與 局部的關(guān)系。 主從關(guān)系是整體與局部的構(gòu)成法則。具體表現(xiàn)在設(shè)計(jì)中的主題與副主題，