動漫布絨玩具的草圖式快速設計探討

盧煥庭

摘 要：過去使用的CAD設計方式在開展動漫布絨玩具設計的時候具有一定的局限性，為進一步提高設計工作效率，本文就著三維動漫布絨玩具的草圖式快速設計進行探討，以便能更好的處理二維圖片快速形成和編輯相對用的三維玩具模型，實現便捷、高效的動漫布絨玩具造型設計。

關鍵詞：動漫布絨玩具；草圖式快速設計；曲面造型探討

中圖分類號：TS958.02 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2016）35-0053-02

CAD技術應用廣泛，但是大部分的功能目前還不支持快速的進行動漫布絨玩具。分析其原因，主要是因為動漫布絨玩具具有“柔軟”屬性，玩具的外表造型一般較為光滑，所以，在設計的過程中，針對這一方面的的尺寸設計會顯得比較寬松，針對比例、結構的要求并不嚴格，但是在一定程度上重視對造型的快速設計，并講究創意性。現階段，CAD參數化設計技術還不能全面實現對設計的要求，像3ds Max，Rhino等CAD軟件也還是不能滿足該產品設計的要求，軟件時間的交互性并不強，這樣就很難達到快速地表達布絨玩具的造型設計的目的。所以，針對布絨玩具的造型設計的分析，將逆向工程技術設計的方式，先是經過雕塑實物模型，收集有關數據，最后得到三維模型，但是這一種方式同樣 具有一定的局限性，體現在使用常規數據收集的方式，投入的成本比較高，而且效率不理想，軟件間的交互性和創意性質未能實現最大化①。現為深入分析如何實現動漫布絨玩具的草圖式快速設計，將二維玩具圖片作為輸入形式，然后繪制玩具的造型，利用三維模型快速形成以及編輯修改的方式，以此滿足草圖式動漫布絨玩具快速設計的需求。

一、動漫布絨玩具設計的意義

我國在玩具生產方面具有較高的的地位，并且我國還是世界上最大的玩具生產國家，玩具消費市場廣闊，具有良好的前景。但是，一直以來我國玩具市場上均是國外動漫玩具占主要位置，問題在于，我國在動漫玩具設計方面不具有優勢，同時，技術方面也是一個很大的局限，所以，動漫玩具設計方面的市場并不是很樂觀。特別是動漫布絨玩具方面的設計，首先，需要作進一步的變革，思想方面的轉換，現階段，動漫布絨玩具對人們的生活有著重要的影響，在我們的生活、工作上隨處可見，對很多消費者而言具有重要的意義。要將動漫布絨玩具的設計上升更高一個層次，使用其進行教育、娛樂或者是裝飾等功能，從心理精神以及物質方面滿足人們。

二、草圖式快速設計方法分析

（一）草圖式快速建立模型分析

開展動漫玩具設計工作的前期，玩具設計者會將關注點放在玩具產品的外形以及創意設計方面，不需要具體的、正確的幾何模型參數，所以有效提升設計效率的方式就是可以經過手繪的方式將設計思想表達出來，形成玩具的一個二維輪廓。二維輪廓很容易操作，使用筆試草繪的輸入設備，比如數字筆和鼠標進行初步的草繪，完成草繪輸入，然后進行降噪處理，以此獲取更為平順的軌跡線。再次對輪廓軌跡開展有效的交互編輯，一般會進行3次B樣條曲線，將輪廓軌跡進行擬合，按照3次B樣條曲線定義開展優化。公式如下所示：

其中公式中節點的矢量U的表達形式為：U={0，0，0，0，u4，u5，…，un，1，1，1，1}，而Ni-3是表示3次B樣條奇函數。同時使用Douglas-Peucker的方法，對輪廓軌跡控制點進行提取，并使用3次B樣條插值的方式形成了二維輪廓草圖。一般經過勾繪的草圖二維輪廓形狀上會顯得比較粗糙，所以，在進行B樣條曲線轉換的時候可以通過控制點對輪廓的形狀進行修整。

動漫布絨玩具的造型具有圓潤、光滑的形態特點，經過二維輪廓的表達，在此基礎上利用網格模型進行三維膨脹操作，這樣既可以收到三維造型設計的效果。現按照二維輪廓曲線過渡到三維網格曲面的曲面膨脹算法，主要是將二維輪廓線進行平面三角網格劃分操作，然后將中心的網格頂點連接起來，這樣就會形成一個多邊形骨架線，之后提升骨架線上面的平面網格頂點，在按照提升之后的網格頂點和二維邊界頂點根據比例做一個三角劃分，以此獲取三維網格模型。經過這樣的一個方式，二維輪廓表現出去不等的膨脹厚度，這樣就可以形成了一個三維形態上的網絡模型②。而本次研究中，主要的操作使根據橢圓半徑，對三維網絡的厚度進行直觀調節，就是當厚度的比例已經達到了1的時候，網絡模型基本上已經形成了球形的形態；而當其厚度的比例游走與0和1之間的時候，模型呈現的形態是比較扁平的；而當其厚度的比例在1和2之間，模型形態表現為圓潤的形態。

（二）草圖式快速編輯修改分析

要對三維模型開展下一步的變形操作，一般除了復制、刪除等基本的動作之外，接下來還對三維模型草圖式的編輯修改的方法開展探討，以下開展討論的具體內容有草圖式剪裁、草圖式合并、草圖式類FFD變形及草圖式關節變形操作。首先，草圖式剪裁分析，一般而言，先是利用草繪剪裁的方法對三維模型 進行一個快速的剪裁操作，而且草繪剪裁一般是使用B樣條插值的方式，從而使之形成一個附帶有連接控制點的裁剪樣條曲線；然后，對裁剪線開展形狀編輯。值得注意的是，在進行剪裁操作的時候，可以設定剪裁線的開口處，這樣便于進行剪裁，提高工作效率。其次，草圖式合并方面的分析，意指經過草繪合并線，將兩個網絡模型進行合并的操作。將兩個模型間繪制一天草繪線，該線的兩個端點分別位于兩個網絡模型上，即可會提示將要進行合并的地方。根據草繪線的起點所連接的模型方面的三角面片開始觀察，找到與另外一邊模型連接的三角面片，然后開始進行網格合并。但如果在規定的閾值內未能觀察到有任何的和另一邊模型連接的三角面片，那就應該放棄這一次的的合并操作。再次是草圖式類FFD變形分析，自由曲面造型簡稱為FFD，根據其計算思路，可以對二維草圖的交互調整做一個曲面自由形狀的修改。根據草繪的變形軸對模型二維的包圍盒開展計算，然后在取與變形軸平行位置上邊的兩邊等距離相應的幾個控制點。最后，通過為FFD的計算思路，利用控制點對包圍盒形狀進行轉化，這樣即可形成三維網絡模型急性造型調整操作{3]。最后，關于草圖式關節變形操作方面的分析，有關研究分析骨架驅動蒙皮變形的計算方式，該計算思路在一定程度上可以進行草圖式關節變形。運用草繪方式輸入關節點，利用設定閾值計算法，將形成關節軸影響的網格范圍進行計算。然后，利用交互式對于遠端的控制點位置進行調整，讓關節軸環繞著關節點旋轉，然后即可達到將啟動影響范圍內的網絡模型變形的目的。

（三）草圖式快速彩繪設計分析

草圖式快速彩繪設主要包括有線條勾繪和色彩填充兩大內容。一般線條勾繪是在三維模型上開展形狀輪廓線繪制。經過在三維模型上草繪軌跡點，形成投影，這樣就可以進行形狀線條方面的編輯，可以設定一條線條寬度，主要將之利用在曲線的描邊操作上。而色彩他填充，先是對輪廓里邊的網格面進行選擇，然后使用填充計算方式，對輪廓形狀范圍內所使用的網格相同的顏色開展繪制操作。

三、草圖式動漫布絨玩具快速設計案例分析

研究草圖式快速設計方法，可以快速完成一個三維動漫布絨玩具設計，先是將與動漫玩具有關的所以實物或者是平面圖作為設計參考，將之導入到三維設計系統中，作為草繪設計的背景。第二步，使用二維輪廓勾繪的方式，然后按照玩具的形狀特點，分部件進行細節草繪并建模，參考前邊的導入的草繪設計的背景圖片，把頭部、軀干、附件等輪廓線進行繪制，然后利用輪廓線中三維膨脹的方式，將加工的玩具各個部件進行三維網絡模型對接，并使用草圖式模型進行編輯修改，仔細的對每一個部件進行適當的調整，然后可以開展表面圖紋的彩繪設計工作。最后一步，將加工和修整過的各個部件的位置進行最恰當的融合，這樣就可從一個簡單的二維圖片草圖式進行快速設計，從而獲得了一個三維動漫布絨玩具模型，即可完成了草圖式動漫布絨玩具快速設計的流程。

四、結語

本文主要分析草圖式動漫布絨玩具快速設計方式，簡答介紹就是通過二維圖片，使用草圖式對玩具進行勾繪，從而獲得了輪廓樣條曲線，然后使用曲面膨脹的計算方式得以快速形成和輪廓曲線相現匹配的三維玩具模型，在進行草圖式曲面編輯，進行全面修正以及比變形修改，最后進行圖紋彩繪設計。經過案例分析，事實證明，該方式是值得推薦使用，屬于高效的進行草圖式動漫布絨玩具設計方式。

注釋：

①任菲.探析歐美布絨玩具設計中的趣味性[J].才智，2011（36）：199-200.

②劉秀娟，姜俊俠.計算機輔助技術在毛絨玩具行業中的作用和應用研究[J].深圳信息職業技術學院學報，2016（01）：82-86.