淺析工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模的互通性

李曉陽 李瑩 蓋森 王思雨 馬天保

摘 要：工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模作為工業(yè)設(shè)計的兩大核心，對從事工業(yè)設(shè)計行業(yè)的人來說至關(guān)重要。但是，在現(xiàn)在的工業(yè)設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，沒有有意識的將這兩者結(jié)合起來，只偏重或擅長單方面的學(xué)習(xí)。其實，工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模兩者之間是有互通性的。本文將簡單介紹工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模，主要介紹工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模之間的互通性，兩者之間的聯(lián)系運用以及對個人學(xué)習(xí)產(chǎn)生的意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計手繪;計算機輔助建模;互通性

目前已存在“基于手繪（sketch）的三維建模方法并實現(xiàn)相應(yīng)的建模系統(tǒng)”，[1]但是在教學(xué)和工作中的普及程度不高。因此，工業(yè)設(shè)計手繪與傳統(tǒng)建模方式結(jié)合學(xué)習(xí)具有重要意義。

1 工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模的介紹

工業(yè)設(shè)計手繪是工業(yè)設(shè)計行業(yè)的一種基礎(chǔ)表達方式，在設(shè)計初期的構(gòu)思過程中極其重要，因為手繪快速表達的特點，使設(shè)計師的靈感得以快速記錄，便于后期的深度細(xì)化和三維建模。當(dāng)然，隨著近年來數(shù)位板、數(shù)位屏、電腦繪圖軟件的發(fā)展，數(shù)字手繪也在一定程度上得到了發(fā)展，它的表達更方便，畫面干凈，色彩豐富，展現(xiàn)效果更佳。但不論傳統(tǒng)手繪還是數(shù)字手繪，其原理相同，都需要練習(xí)基本技法和明白形態(tài)表達的基本原理。

計算機輔助建模是指借助計算機輔助工業(yè)設(shè)計對產(chǎn)品的造型，尺寸比例等虛擬構(gòu)建出三維模型，它是工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域重要的綜合性技術(shù)手段和研究方法，與產(chǎn)品設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)具有很大相關(guān)性。在建模時要考慮模型的真實尺寸，注意其比例關(guān)系，著重細(xì)節(jié)推敲，綜合性的模型研究;計算機輔助建模常用的軟件很多，高端工程軟件如 Creo 和Catia，中端工程軟件如 Solidworks;高端造型軟件如 Alias，中端造型軟件如 Rhino。目前，計算機輔助工業(yè)設(shè)計常用軟件是Solidworks 和 Rhino。[2]

2 工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建?；ネㄐ?/p>

工業(yè)設(shè)計手繪是計算機輔助建模環(huán)節(jié)之前設(shè)計的早期環(huán)節(jié)，或者說手繪是計算機輔助建模的粗略表現(xiàn)。究其本質(zhì)，都需運用空間想象能力、造型能力、明白造型的結(jié)構(gòu)與原理以及點、線、面、體之間的轉(zhuǎn)化，相互關(guān)系和構(gòu)建的基本方法。本文將傳統(tǒng)的紙筆手繪與犀牛（Rhino）軟件建模建立聯(lián)系，來說明工業(yè)設(shè)計手繪與計算機建輔助模的互通之處。

（1）透視。工業(yè)設(shè)計手繪要求對空間透視原理有熟悉的了解并掌握;計算機輔助建模主要是在各個視圖上操作來實現(xiàn)模型的綜合搭建，從而得到需要的模型。在透視圖中，所建模型符合空間透視原理，且可以改變模型的透視角度，多方位觀察，更加清晰地了解空間透視。透視原理是兩者的共同點之一，多分析模型中的透視結(jié)構(gòu)對手繪有極大幫助。

（2）手繪與三維模型中的線型。線型有輪廓線、分型線、結(jié)構(gòu)線、剖面線，輔助線，其中輪廓線最深，其它線依次排序。在手繪表達圖中，一個形體的清晰表達，前四種線型必不可少，當(dāng)形體復(fù)雜時，還要借助輔助線;在計算機輔助建模過程中，其實這些線型都有體現(xiàn)，例如，在模型各部分的接縫處，都要建出模型的分型線;我們在犀牛軟件里建一個球體，會看到球面上分布著結(jié)構(gòu)線，軟件中也有抽離結(jié)構(gòu)線這一命令;我們在復(fù)雜形體建模時，有時必須要做出輔助線，才能建出理想的結(jié)構(gòu)。從這些方面不難看出，手繪與計算機輔助建模是存在互通性的。當(dāng)然，手繪的線型還受光影的影響，三維建模界面的光影效果表現(xiàn)不佳，體現(xiàn)不明顯，光影對線型的影響在手繪時，也要考慮在內(nèi)。[3]

（3）生面成體的方式，實體的穿插與倒角。手繪時我們所畫的平面或曲面的形成方式其實類似犀牛軟件的生面和成體工具。例如，拉伸（或“擠出”）直線或曲線，即某直線或曲線沿直線方向拉伸形成;曲線的旋轉(zhuǎn)（Revolve）成形，某一曲線沿一中心軸線回轉(zhuǎn)（任意角度）形成;單軌掃掠（Sweep1 Rail），直線或曲線沿著一條路徑（非直線）掃掠而成;雙軌掃掠（Sweep2 Rails），曲線在兩條路徑約束下掃掠而成，斷面曲線可多于一個;復(fù)合曲面（Poly-surface）通常由上述幾種面組合而成。[4]

手繪中很多造型是通過實體間的穿插，體與體之間的相加或者相減構(gòu)成，這在犀牛軟件的布爾運算工具中體現(xiàn)最明顯;軟件中的倒角通過不等距倒角工具者不等距邊緣混接，復(fù)雜情況還可通過手動倒角等多種方法，在手繪中其原理相同，筆就在充當(dāng)軟件中的分割，補面，延展等工具。

3 工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建?；ネㄐ缘倪\用與意義

在了解了兩者之間的互通性之后，當(dāng)我們再進行設(shè)計手繪時，要將計算機輔助建模的工具方法有意識的與手繪中點線面體的構(gòu)成相類比;經(jīng)過長時間的反復(fù)練習(xí)，就會將兩者統(tǒng)一融合。對于優(yōu)秀的三維模型要多觀察了解;手繪要勤動筆，在基礎(chǔ)的技能掌握之后，去著重體會設(shè)計的造型，比例，細(xì)節(jié)。要做到手繪與建模思想相互貫通，不僅僅要了解兩者的互通性，更加重要的是反復(fù)地將兩者的練習(xí)穿插進行，深刻體會。

兩者結(jié)合的學(xué)習(xí)方式有利于個人空間想象能力的提升，培養(yǎng)自己對造型的進一步理解，尤其對手繪的理解與學(xué)習(xí)有極大幫助。因為手繪畫圖和建模思維極為相似，所以在后期計算機建模和造型分析調(diào)整時，思路更清晰，在一定程度上提高了后期計算機輔助建模的效率。

4 結(jié)語

在工業(yè)設(shè)計迅速發(fā)展的當(dāng)下，工業(yè)設(shè)計教學(xué)工作也面臨許多挑戰(zhàn)。通過理解工業(yè)設(shè)計手繪與計算機輔助建模之間的互通性，能夠在短時間內(nèi)有效地掌握手繪與建模的思路，理解一些造型的構(gòu)建原理，對于初學(xué)者幫助極大。當(dāng)然，手繪基本功，例如，線條的掌握，需要自己大量的練習(xí)。

參考文獻：

[1]趙娜，郭立，喬旭東.基于手繪的三維建模系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)[J].計算機應(yīng)用研究，2010，27（05）：1959-1961+1964.

[2]陳雨.以模型研究為導(dǎo)向的計算機輔助工業(yè)設(shè)計課程內(nèi)容研究[J].工業(yè)設(shè)計，2017（11）：113-114.

[3]陶雪花.從實際教學(xué)中淺談設(shè)計手繪的知識體系[J].文化創(chuàng)新比較研究，2018，2（09）：59-60.

[4]劉傳兵.工業(yè)設(shè)計手繪與CAID三維軟件應(yīng)用的整合——將NURBS建模思維植入設(shè)計草圖[J].藝術(shù)與設(shè)計（理論），2018，2（11）：138-140.