計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

許曉萍

（無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)課部，江蘇無錫 214000）

1 茶具概述

1.1 茶具造型設(shè)計(jì)

茶具造型體現(xiàn)出立體空間的特點(diǎn)，茶具擁有紛繁的造型種類，可是從外觀形態(tài)分析，全部造型都是由最基本的要素構(gòu)成即點(diǎn)、線、面、體和空間。這些構(gòu)成要素表現(xiàn)出較強(qiáng)的抽象性，還體現(xiàn)出強(qiáng)烈的視覺效果。在茶具造型中，各個形式的端角、棱邊和線角、內(nèi)外壁等體現(xiàn)出構(gòu)成要素的特性，還有形體的起伏、銜接變化。

1.2 茶具設(shè)計(jì)原則

茶具設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守適用、美觀和經(jīng)濟(jì)的原則，這些主要是由造成構(gòu)成要素決定的。功能效用對茶具造型的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)揮了決定性作用。茶具作為日常生活匯總經(jīng)常使用的器具，必須把適用性放在第一位，在功能上與人們生活的實(shí)際需求高度相符。因?yàn)橹挥挟?dāng)造型與自身功能效用相符時，才令人產(chǎn)生造型的合用，恰當(dāng)且舒適，形成潛在的心理快樂。良好的功能是造型形式美的主要因素。公共場合的茶具還應(yīng)當(dāng)考慮空間存儲的問題，比如摞疊形式結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在造型設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合使用要求明確造型的比例關(guān)系容量大小關(guān)系。

美觀是在適用基礎(chǔ)上需要思考的第二大原則。產(chǎn)品的造型美會令人形成很好的視覺享受。在日常過程中茶具能用到也會接觸到，即便是不使用也會出現(xiàn)在人們的視覺范圍之內(nèi)，所以茶具造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是美感，與人們的審美需求高度相符。

現(xiàn)代茶具除了一般使用之外，還是家庭裝飾的重要部分，茶具設(shè)計(jì)材料的使用也必須全面考慮。材料是物質(zhì)的基礎(chǔ)，只有了解材料掌握其工藝技術(shù)，才可以有效融合材料與技術(shù)對造型問題有效考慮，最大程度發(fā)揮材料的特點(diǎn)，令造型設(shè)計(jì)物盡其用，使茶具體現(xiàn)出很好的功能效用。還可以在設(shè)計(jì)過程中科學(xué)配套不同的材料，金銅和塑料等也可以令人產(chǎn)生不同的感受。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)茶具時應(yīng)當(dāng)從藝術(shù)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出大方、實(shí)用的產(chǎn)品，還要從經(jīng)濟(jì)角度分析，結(jié)合具體的生產(chǎn)水平、生產(chǎn)工藝和成本，力爭通過最小的成本獲得最佳的效益。同時對消費(fèi)者的心理密切把握，了解消費(fèi)時尚和市場信息。

2 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具設(shè)計(jì)中應(yīng)用的特性

2.1 模擬性

引入圖像處理技術(shù)，可以提前對產(chǎn)品的樣品實(shí)行設(shè)計(jì)或虛擬設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者在生產(chǎn)產(chǎn)品之前就可以預(yù)先看到產(chǎn)品的造型效果。模型體現(xiàn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形，可以幫助設(shè)計(jì)者更加直觀的表達(dá)設(shè)計(jì)想法，不必等到產(chǎn)品模型做出來之后才了解效果。也使設(shè)計(jì)者在建模的過程中掌握產(chǎn)品每個部分的情況，隨時進(jìn)行修整。

2.2 精確性

繪制出的造型可以體現(xiàn)出準(zhǔn)確的物理角度和尺度，還可以隨時調(diào)整數(shù)據(jù)，模型可以記錄大量的信息充分保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而實(shí)際產(chǎn)品可以按照這部分?jǐn)?shù)據(jù)對產(chǎn)品是否符合生產(chǎn)需求進(jìn)行檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 高效性

利用模型能節(jié)省大量重復(fù)的設(shè)計(jì)修改工作，而修改圖形與返回歷史記錄也相對容易。在原來模型的前提下，利用點(diǎn)、線、面的的調(diào)節(jié)可以對壺蓋和壺身等各個部件進(jìn)行變形與裁減，從而產(chǎn)生不同風(fēng)格的造型。傳統(tǒng)造型設(shè)計(jì)方法是建立在產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)其無法達(dá)到市場需求時，必須重新進(jìn)行制作。極大程度浪費(fèi)了設(shè)計(jì)成本，影響了產(chǎn)品的競爭力。

2.4 效益性

模型在對形體準(zhǔn)確表現(xiàn)的同時，這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)還可以向加工、制造部門完整傳輸，緊密聯(lián)系了設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)，并行的工作方法提升了新產(chǎn)品投產(chǎn)速度，一定程度上加快了生產(chǎn)速度。再者，造型建模不但使設(shè)計(jì)者表達(dá)了自己的設(shè)計(jì)思想，還可以幫助消費(fèi)者看清產(chǎn)品的立體效果，這也是企業(yè)獲得效益的重點(diǎn)。

如上述所講，將計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具設(shè)計(jì)中應(yīng)用具有一定的難度，很多茶具生產(chǎn)者尚未形成使用先進(jìn)技術(shù)的意識，依然采取傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對茶具進(jìn)行設(shè)計(jì)。大部分從事茶具設(shè)計(jì)的工作人員，雖然擁有茶具工藝卻無法熟練使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，而熟練操作計(jì)算機(jī)的人員卻不懂茶具設(shè)計(jì)，進(jìn)一步造成了茶具和計(jì)算機(jī)的分離。

3 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具建模中的應(yīng)用

構(gòu)建模型的整體思想是將茶具作為一個實(shí)體進(jìn)行處理，再編輯模型，進(jìn)一步產(chǎn)生壺嘴、壺把甚至壺蓋等形狀，具體步驟如下：首先，先按照整個茶壺或茶具外形尺寸構(gòu)建一個基本毛坯模型。比如長方形或圓形。其次，細(xì)化編輯基本模型，形成不同的部分形狀。比如結(jié)合壺嘴具體位置，有效明確壺嘴拉伸部位，若面的大小不符合要求，應(yīng)當(dāng)在插入面對邊和點(diǎn)進(jìn)行編輯。最后通過細(xì)化和光滑處理整個模型，通過渲染得到實(shí)體最終模型。

3.1 車削建模

車削命令是中心軸對稱物體建模制作的主要方法。車削編輯是制作一個二維的曲面作為截面，之后利用一個旋轉(zhuǎn)軸獲得三維造型的建模方法。在繪制曲線時，必須靈活運(yùn)用與區(qū)分拐角點(diǎn)、光滑點(diǎn)、貝茲曲線等。

3.2 復(fù)合對象建模

復(fù)合對象建模通常包括了放樣、變形與布爾運(yùn)算等內(nèi)容。結(jié)合茶具的相關(guān)特點(diǎn)，這一輪廓包括壺蓋、壺體、圈足、壺底和壺把、壺嘴細(xì)節(jié)部位，茶杯涉及了杯和把，任何一個部分都可以認(rèn)為是由一個延伸界面產(chǎn)生的。

3.2.1 放樣原理

放樣操作屬于一種十分高級的拉伸：放樣應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)科學(xué)的路徑與截面，也就是將二維圖像成功轉(zhuǎn)變?yōu)槿S橫截面，結(jié)合合理的路徑，形成三維模型。

以3dsmax為例，放樣操作步驟如下：

（1）繪制路徑與截面；

（2）選擇截面圖形，在復(fù)合建模中開展Loft操作再通過路徑拾取從而獲得相應(yīng)的圖形，在磨合模型中借助于Loft操作拾取形狀進(jìn)一步獲得截面。

（3）多截面放樣：首先，采取合理的方法積極放樣；其次，在參數(shù)欄中對Path數(shù)值不斷改變，也就是截取界面位置，再一次拾取新的截面。

（4）Loft放樣過程：茶壺輪廓包括幾部分，之后利用布爾預(yù)算變形等對茶壺的基本輪廓進(jìn)行編輯。

首先，準(zhǔn)確繪制路徑與截面。這是構(gòu)建放樣物體的重要基礎(chǔ)，同時也是產(chǎn)生三維造型的基本前提。在繪制二維圖像的過程中，必須對分段數(shù)的位置合理思考。分段數(shù)具體是清晰描述曲線分割的段數(shù)。此外，還可以劃分路徑和截面，針對路徑，段表示著放置截面的數(shù)量，段數(shù)越多，沿著路徑放置的截面也越多和越密。對截面來講，段數(shù)代表著等分截面的周長，段數(shù)越大，越可以細(xì)分截面圖形。

其次，放樣生成造型物體?？梢酝ㄟ^兩種方法設(shè)計(jì)放樣造型，一種是選取路徑，再拾取形狀；另一種是先確定截面，再選擇路徑，這兩種方法產(chǎn)生相同的模型。

當(dāng)需要利用模型將截面圖形放置在放樣物體上時，即采取多重放樣方法時，必須在指定截面放置路徑，可以通過路徑參數(shù)的百分比積極確定，在不同路徑插入不同的截面。選取多個圖形可以利用路徑參數(shù)下路徑步數(shù)的上一個圖形和下一個圖形。放樣獲得物體基本造型之后，可以順利過渡為平面截面。

3.2.2 施加變形

（1）變形修飾器

變形修飾器是修改放樣物體的修改器，當(dāng)確定一個放樣物體之后，在修改命令面板中可以獲得變形卷展欄。

縮放變形是指在X、Y軸路徑上實(shí)行縮放；扭轉(zhuǎn)變形是指在X、Y軸上實(shí)行扭轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)變形是指在路徑Z軸實(shí)行旋轉(zhuǎn)；倒角變形可以形成倒角，一般大量應(yīng)用在路徑兩端，容易在狹窄的拐彎位置產(chǎn)生尖銳的放射定點(diǎn)，對表面造成一定的破壞。傾斜變形可以促使模型垂直旋轉(zhuǎn)于x、y軸。通?？梢栽谄坡窂侥Ｐ蜕蠎?yīng)用傾斜模型，產(chǎn)生其他方法無法構(gòu)建的對象；擬合變形，在x、y軸路徑上完成擬合三視圖放樣，對一般放樣方法進(jìn)行有效的補(bǔ)充。其原理是將一個放樣物體置于X軸平面和Y軸平面上，由于擠壓和限制這兩個圖形會形成全新的模型，可以在某一軸上單獨(dú)進(jìn)行擬合。

以縮放變形為例說明如何縮放圓管縮放對象成為壺體。對放樣對象圓管積極明確，進(jìn)入變形子菜單之后開始縮放操作，打開變形對話框，單擊均衡按鈕，促使X軸和Y軸都利用相同的曲線，之后單擊插入角點(diǎn)，向?qū)υ捒虻那€插入需要調(diào)整曲面輪廓的點(diǎn)。

（2）FFD變形工具

FFD還可以稱之為自由形式的變形工具。其并非是基礎(chǔ)建模的內(nèi)部編輯命令，而是在建模過程中一個易于操作的模型工具。“自由形式變形工具”修改器的工作原理是通過調(diào)整控制點(diǎn)不斷改變物體造型，這些控制點(diǎn)可以自主進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)物體復(fù)雜情況與編輯要求對控制點(diǎn)的數(shù)目隨意增減，在X、Y、Z軸三方面設(shè)定相應(yīng)的控制點(diǎn)，進(jìn)一步有效配合物體三個方面的尺寸和形態(tài)。FFD變形工具的任何控制點(diǎn)都可以有效掌控茶具表面形態(tài)，要想有效修改茶具局部造型，可以采取FFD變形工具編輯控制點(diǎn)。

比如相對簡單的茶杯，單擊選擇茶杯，在修改命令下將FFD類型賦予茶杯。在FFD變形工具的子菜單編輯控制點(diǎn)子物體狀態(tài)。移動、縮放局部控制點(diǎn)進(jìn)行操作，直到模型達(dá)到模型的具體要求。

（3）布爾運(yùn)算

三維物體的形成并不是通過一個簡單的原始模型加工就能實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的形狀要求更加合理的編輯原始模型，比如剪切、挖孔、添加其他形態(tài)等。對于一部分茶具來講，可以利用布爾運(yùn)算獲得凹凸形狀。

在3dsmax中，兩個物體疊加產(chǎn)生的計(jì)算都可以認(rèn)為是布爾運(yùn)算，其可以通過交集、并集、差集等相關(guān)操作，對基本幾何形體有效組合，快速創(chuàng)造出非有機(jī)體對象。經(jīng)過一系列運(yùn)算產(chǎn)生布爾物體，其也可以認(rèn)為是參數(shù)化的物體。

實(shí)行布爾運(yùn)算時，要求參加運(yùn)算的物體表面必須完整；統(tǒng)一法線方向，不能隨意翻轉(zhuǎn)物體表面的法線，否則會發(fā)生無法估計(jì)的結(jié)果；要求物體表面沒有重疊的元素，也就是在物體表面或內(nèi)部沒有利用次物體集中編輯，修改命令遺留的線段；若操作物體存在著相交，布爾運(yùn)算無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，最好在表面復(fù)雜程度近似的模型之間開展布爾操作。

以下利用3dsmax實(shí)例對布爾運(yùn)算應(yīng)用詳細(xì)說明。建立一個充滿韻味的茶壺，可以將橢圓作為基本形體，通過平面幾何體布爾中差集類型積極實(shí)行切割，在實(shí)施布爾運(yùn)算的過程中，必須對物體的分段數(shù)全面考慮，若段數(shù)較少，物體在剪切時會產(chǎn)生粗糙的剪切邊。

4 茶具局部造型處理

4.1 表面黏度過渡

在制作茶具制品的過程中泥漿黏結(jié)部件可以圓滑的連接釉面，若在建模過程中簡單的穿插各個部件，就會形成生硬的感覺，不能充分體現(xiàn)出茶具的自身特點(diǎn)。

Nurbs建模可以有效過濾倒角一部分規(guī)則與不規(guī)則形狀的曲面。比如Maya，Nurbs體現(xiàn)出的曲面倒角作用。通常利用圓邊斜角連接壺體與部件，這一命令也是使用頻率最高的，還可以利用默認(rèn)設(shè)置。選擇倒角的兩個曲面，相應(yīng)獲得曲線倒角，還可以順利進(jìn)入輸出選項(xiàng)同時利用操作手柄對初級半徑與次級半徑進(jìn)行很好的調(diào)整。在3dsmax建模中實(shí)體建模時常會用到連接命令，它的主要作用是在超過兩個物體對應(yīng)的刪除面上構(gòu)建表面，把它們焊接在一塊形成光滑的過渡。針對獨(dú)立建模完成的杯體和杯把之間通過連接復(fù)合命令進(jìn)行黏結(jié)?？梢岳每刂泼總€物體的連接交叉部分的段數(shù)與張力數(shù)值條件連接對象。

4.2 邊緣強(qiáng)化以及倒邊倒角

當(dāng)利用多邊形實(shí)體建模時，這類建模方式自由性極高，可是我們并不需要這種相對僵硬的形體表面，因此在形體塑造中可以選擇加入一個光滑命令，相應(yīng)的會對邊緣有效柔化，針對一些需要制造棱角的茶具，可以通過邊緣法解決這一不足，即在需要強(qiáng)調(diào)邊緣的位置，創(chuàng)造出一條或數(shù)條邊緣，實(shí)施光滑命令之后有效固定與強(qiáng)化了邊緣。進(jìn)入模型邊子菜單下采用迅速切割與切割命令在近距離邊緣線內(nèi)實(shí)行線切割，最終獲得較硬輪廓線的模型。

對于處理茶具邊緣線，除了邊緣強(qiáng)化，還可以采取倒角或倒角命令。在多邊形的點(diǎn)層級與邊層級都存在著倒角，這個命令相當(dāng)于擠壓過程中只是左右移動鼠標(biāo)分解點(diǎn)或邊的效果從而達(dá)到轉(zhuǎn)折過渡的目的。

5 結(jié)語

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展、提升產(chǎn)品市場競爭力、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)大量不足的情況下出現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)不但在理論上，并且在實(shí)踐上也體現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿?。在模型?gòu)建方面都是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前在發(fā)達(dá)國家，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在茶具設(shè)計(jì)領(lǐng)域并且獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有效縮短了開發(fā)新產(chǎn)品所需的時間。在茶具造型設(shè)計(jì)的過程中，圖像建模技術(shù)已經(jīng)成功取代了傳統(tǒng)造型方法，逐步提高了茶具模型的準(zhǔn)確度。伴隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶具設(shè)計(jì)的普及應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助茶具產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種趨勢。采取建模設(shè)計(jì)，為茶具的創(chuàng)新提供了一個重要的技術(shù)平臺，也為研發(fā)新產(chǎn)品提供了全新的技術(shù)手段。

[1]鄧世蘭.建模技術(shù)在茶具造型中的應(yīng)用分析[J].陶瓷科學(xué)與藝術(shù)，2013(1):14-17.

[2]李丹，劉莉，劉玉璟.計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在陶瓷包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國包裝工業(yè)，2013(6):66-66.