三維建模技術在家具設計中的應用

蔣 星，戴向東，李 節，李 超

（中南林業科技大學家具與藝術設計學院，湖南 長沙 410004）

三維建模技術在家具設計中的應用

蔣 星，戴向東，李 節，李 超

（中南林業科技大學家具與藝術設計學院，湖南 長沙 410004）

三維建模技術如今已廣泛應用于建筑、室內、園林景觀、工業等設計領域。作為新型的設計方法，傳統的設計方式已不能充分表達設計師的設計思路，而三維建模技術的優勢在于它可以依照人們的思維方式進行模擬設計，以便快速有效地解決以往在二維設計中存在的眾多弊端，使設計出來的家具更加經濟、合理、可靠，很大程度上可縮短新產品的開發周期。

三維建模技術； 模擬設計；家具；應用

近幾年來，隨著CAD技術在家具設計領域中的廣泛應用，家具設計開始步人了現代化的軌道。但需要指出的是由于CAD軟件存在功能方面的局限性，不能完美地模擬出虛擬三維模型，也不能直觀的表達設計師的意圖，所以三維建模技術頗受家具設計大師們的青睞[1]。Autodesk公司的3D MAX軟件是三維建模軟件中非常優秀的軟件之一，以下就對3D MAX在家具設計中的應用進行討論。

1 家具設計的現狀

現代家具作為21世紀一道獨特的風景線，已成為引領消費潮流和時尚的路標，成為全球與家電、服裝、汽車并列的四大消費產品之一[2]。家具設計作為家具制造業的先鋒，其核心地位已經變得不可動搖。

傳統的家具設計方式以畫筆、圖板、橡皮、尺規、各種手冊等為工具[3]，其設計方法、步驟繁瑣復雜、耗費時間量大、研發周期漫長，造成了很多不必要的浪費。70年代后隨著CAD軟件技術的不斷發展完善，家具設計CAD軟件也不斷更新換代，使家具設計的效率迅猛提升，家具產業出現了一次革命性的變革。但是由于CAD技術不能直觀的表達家具設計師的思想，更多的是輔助繪圖設計，設計質量得不到根本有效的保證，便誕生了三維建模技術，如圖1所示。

2 三維建模技術在家具設計中的優勢

三維建模技術的前身屬于三維立體畫藝術，最初的形式極為簡單并且發展緩慢，但后來隨著計算機技術的飛速發展，三維建模技術得到了不斷地完善，特別是美國Autodesk公司推出的三維建模軟件3D MAX，更使得三維建模技術迅速發展并得到廣泛應用。同時，三維建模技術在家具設計領域中已經是不可缺少的重要組成部分。

圖1 家具設計方式的演變Fig.1Furniture design evolution

2.1 家具造型設計表現方式的新途徑

在傳統的家具造型實際表現方式中，無論是鉛筆素描結構草圖、水彩透視效果圖還是比較精細的三視圖，都不能直觀有效地表達出設計師要表達的設計思想，然而手工制作實體模型也存在著諸多的不足，為了彌補如此多的缺陷不足，我們不得不另辟蹊徑。因此，成本低、效率高、易存儲，并且完成后極易修改的計算機三維建模技術成為家具造型設計新興的表現方式[4]，如圖2所示。

圖2 手繪效果圖到電腦效果圖的轉變Fig.2Draw the result diagram to computer renderings of the change

2.2 使家具產品的表現效果更逼真、更活潑

傳統動的家具造型設計由于要考慮到繪畫的工作量，并且還需要設計師具備專業的色彩認識，把握色彩冷暖對比與色彩調和等方面的專業技巧，所以在設計上有很大的局限性，家具設計不能有太多的花紋，造型也不能太過復雜，對于造型精良的家具來說傳統的二維繪畫表現方法是幾乎難以實現。但是在計算機三維建模技術的環境下，造型的復雜程度不再有顧忌。使用計算機三維建模技術，便可以靈活多變地賦予模型材質，通過模型渲染設置和對材質與燈光的控制來模仿真實世界的物體，無需實體模型就可以賦予模型真實、可靠的色彩，達到照片級別的效果，并可反復地進行渲染直到滿意為止[5]。

2.3 能使家具設計達到人、機統一的效果

家具產品的造型設計不僅能影響人們對家具外觀的直接感受，而且在使用過程中還會間接性地對人產生心理和生理上的作用。使用計算機建模技術的優勢在于它能夠把人機作為統一體來考慮進行設計，使得家具與人體功能密切配合，優化設計程序、降低勞動消耗、改善工作環境，進而快速有效地設計出更完美的家具。

2.4 能有效地協調造型設計中形體、功能、物質之間的關系

形體是功能要求的體現，功能要求又決定了形體的設計，物質的基礎直接影響形體的優劣，三者之間相互影響緊密聯系，只有協調好三者之間的關系才能更好地為家具設計服務，從而設計出精湛優良的家具精品[6]。在計算機三維建模技術的環境下，家具設計師便可以方便快捷地在計算機上修改模型參數，減少物質條件的局限性，再加上豐富的材質編輯功模仿真實的質感效果，彌補了形體上的不足。

2.5 可以激發家具設計師的創作靈感

按照傳統的手工繪畫設計方式，不僅消耗大量時間、體力和精力，并且很難進行二次修改，這就極大地限制了設計師的創作靈感，造成整個行業發展緩慢。但是在計算機三維建模技術的環境下，通過快速建模，便可以有效地展現出多種設計方案，將設計師不同風格的設計思想簡單直觀的展現出來。在設計的過程中，也可進行任意的創新修改，從三維世界的角度來觀察家具造型，確定最佳的方案。因而，這種新技術是提高設計師創作能力和思維的實用工具。

3 應用3D MAX 進行家具設計的前提條件

想要使用3D MAX軟件進行家具設計，前提條件就必須要求設計師具備很強的空間想象能力，能在大腦中對所設計家具的三維立體模型進行模擬，具備了這種能力在解決計算機三維建模問題上便可以游刃有余，以下是總結出來的幾個關鍵前提條件：

3.1 快速有效的材質貼圖編輯

幾個常規操作工具：移動、旋轉、縮放、選擇、鏡像、陣列、對齊、視圖等，是設計師進行三維建模必須要掌握的基本命令，各項命令所對應的快捷鍵務必要熟記于心，這對提高建模速度來說至關重要。在3D MAX里主要是靠位圖的調整來實現。對于要求非常精密的家具設計，設計師可以先在PhotoShop里面對位圖進行編輯處理，生成最佳的材質效果再進行貼圖。

材質貼圖大致可以分為兩類，第一類是表現家具面材表面圖案花紋的二維貼圖，此貼圖對于貼圖的圖案紋理要求十分嚴格，要求每一個子細胞圖案跟其他子細胞圖案做到無縫拼貼。第二類是表現家具面材凹凸肌理的三維貼圖，此類貼圖本身并非三維立體，而是靠3D MAX的凹凸調整來實現，設計師根據家具材質的需要調整凹凸參數值，一般情況下凹凸值調為20便可。

3.2 整形和調整基本幾何體的基礎工具修改器

一般常用到的修改器有:編輯多邊形、編輯法線、編輯網格、擠壓、倒角、優化等等，同樣掌握這些常用的修改器對設計師提高設計速度來說非常關鍵。

修改器的類型有很多，主要包括有:網絡選擇修改器、多邊形選擇修改器、面片選擇修改器、樣條曲線編輯修改器、網格編輯修改器、優化修改器、UV坐標修改器、UVW貼圖修改器、材質修改器等等，每項修改器對應的不同的修改命令。設計師需要對各項修改器都十分熟悉，在設計過程中才不至于出現手忙腳亂的局面，耽誤總體設計進程。

3.3 燈光的合理運用

在家具設計中合理的燈光營造，能夠非常恰當的表達出一種基調，對于整個設計的外觀效果至關重要。燈光有助于表達一種情感，來引導觀眾的眼睛尋找特定位置。在燈光的設計中，我們一般用“三點照明法”，即主光、輔助光、背光。主光作為主光源提供整體照明，輔助光作為副光源烘托整體氣氛，背光同樣也作為副光源起到點綴作用。經驗豐富的設計師能夠快速有效地把握好各個光源之間的關系，對于初學者來說這是一個難點，需要靜下心來慢慢去調試，積累經驗，穩住腳才能設計出不朽的作品。

4 三維建模技術在家具設計中的應用

在Autodesk CAD軟件中繪制好三視圖之后，我們便可以在3D MAX中進行建模編輯了，如圖3所示流程

圖3 家具設計在3D MAX中的應用流程Fig.3Furniture design in the 3D MAX application fl ow chart

如圖4所示，在3D MAX建模完成以后，需要用到的是材質編輯器，它可以方便快捷的對家具設計的色彩、貼圖、自發光、透明、凹凸、反射/折射參數進行修改控制，以達到設計的最終效果。為了得到理想的家具設計效果圖必須對環境進行必要的編輯處理，主要有光源(包括環境光、閃光燈、聚光燈)、背景設置、照相機安裝等，處理完畢后就可進行效果渲染，并得到一幅精美的家具設計圖。在表現家具的結構特別是連接件時可以用一些透明的材質，方便觀察。但需要注意的是使用3D Max創建模型前，需要系統單位進行合理的設置，這樣可以保證創建的模型與現實世界中的物體尺寸保持一致，根據個人不同的習慣可將單位設置為毫米、厘米或英寸等。

AutoDesk公司在設計3D MAX軟件之初就預留了與Auto CAD的轉換接口，以便將Auto CAD DWG格式文件直接導入進行編輯。在3D MAX的四個視口中可以直觀的對家具的三視圖進行觀察，既彌補了Auoto CAD軟件的功能性不足，又直觀的表達出了設計師的意圖，方便設計師制圖觀察。對于最后渲染出圖，3D MAX也同樣進行了優化，設計師可根據不同級別要求的設計進行變相的渲染出圖。

圖4 3D MAX材質編輯器Fig.4 3D MAX material editor

AutoDesk 3D MAX在不斷地更新推出新的版本，至今已經更新到2013版。不管是作為資深設計師還是初學者來說都要保持與時俱進，適應新時代發展的需要，不要總抱著老款的軟件不放，而不去嘗試更新的版本。如此循環守舊的結果必將會被時代所拋棄，成為舊時代的棄嬰。

家具設計是一門綜合性的學科，它包含著豐富的理論知識，扎實的技術支持，而三維建模技術只不過是其中的冰山一角。想要真正成為一名優秀的家具設計師，就必須全面發展自己的綜合素質，全面懂得設計技術和設計理論，兩者缺一不可。

5 小 結

三維建模技術與家具設計傳統方式相比，具有表現效果更逼真、更活波，能使家具設計達到人、機統一的效果，能有效地協調造型設計中形體、功能、物質之間的關系，能更好的激發家具設計師的創作靈感等諸多特點。如今，三維建模技術在家具設計中的融合已成為家具設計的必然發展方向，是設計師必不可缺少的實用工具。家具制造行業具有鮮明的傳統加工特點，在家具設計中的應用將大大減少在設計過程中的錯誤，縮短開發周期，增強產品的競爭力。

[1] 楊 陵.3DS與家具設計[J].西北林學院學報,1997,(2):82-85.

[2] 胡景初.世界現代家具發展史[M].第1版.北京中央編譯出版社,2005

[3] 楊 陵.家具現代設計方法初探[J].西北林學院學報, 2000,(2):61-63.

[4] 李錫蓉,陳 磊,徐人平.計算機三維建模技術在工業造型設計中的應用[J].昆明理工大學學報,2001,(8):61-63.

[5] 蔣 星.數碼媒體在藝術設計中的應用研究[J].家具與室內裝飾,2011,(12):94-95.

[6] 劉 舸,劉子川,馬 英.基于TopSolid的簡化家具裝配幾何界面設計[J].中南林業科技大學學報,2012,32(1):171-175.

[7] 楊 毅,戴向東,黃艷麗.清水混凝土裝飾元素在室內設計中的應用研究[J].中南林業科技大學學報,2012,32(3):192-197.

3D modeling techniques in furniture design

JIANG Xing, DAI Xiang-dong, LI Jie, LI Chao
(School of Furniture And Art Design,Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004,Hunan,China)

s: Nowadays the technology of three-dimensional modeling have been widely applied to the designing field such as architecture, indoor, garden designing and industry. As a new-type method of designing, traditional way can not express enough the thinking of designer, but the technology of three-dimensional modeling have a superiority that it can design simulated with people’s mode of thinking, and that in order to solve the abuses in traditional two-dimensional designing. By this method, the designed furniture are more economical, more reasonable and more reliable, as well as reducing the development cycle in great level.

three-dimensional;modeling techniques analog sesign;furniture;application

S771.3

A

1673-923X(2012)09-0149-04

2012-07-16

中南林業科技大學青年基金項目(2011QY012）

蔣 星（1985-），男,湖南長沙人,碩士研究生,研究方向為室內環境設計

戴向東（1967-），男,湖南南縣人，教授，博士，研究方向為家具與室內設計

[本文編校：吳 毅]