李春郁 武瑩瑩

長春工業(yè)大學，吉林長春，100021

基于數(shù)字化技術(shù)對中國傳統(tǒng)家具設(shè)計影響初探

李春郁 武瑩瑩

長春工業(yè)大學，吉林長春，100021

本文分析了中國傳統(tǒng)家具繼承和發(fā)展的重要性，研究介入數(shù)字化技術(shù)的現(xiàn)狀，嘗試解決中國傳統(tǒng)中式家具如何順應時代潮流發(fā)展的狀況。本文通過對“中國傳統(tǒng)中式家具數(shù)據(jù)信息的采集”開始進行研究，敘述采用“逆向工程技術(shù)原理”等方法，對采集的家具信息資料進行三維技術(shù)處理，并建立三維模型數(shù)據(jù)庫，也討論了計算機虛擬技術(shù)在家具行業(yè)的應用等，以此來探究在當下的時代背景，何以生存和發(fā)展傳統(tǒng)中式家具，從而最終推陳出新到新中式家具的設(shè)計層面，為中國傳統(tǒng)家具的傳承、應用及發(fā)展探索一條新的道路。

中國傳統(tǒng)家具；數(shù)字化技術(shù)；繼承；發(fā)展

1 中國傳統(tǒng)中式家具概況

中國傳統(tǒng)家具尤以明清時代達到家具發(fā)展的頂峰，對它們造型的重現(xiàn)，不僅可以讓現(xiàn)代人了解古中國坐具發(fā)展歷史，而且可以啟迪現(xiàn)代家具設(shè)計師以滋生更多設(shè)計靈感和創(chuàng)意，所以仿古家具具有一定的審美價值和收藏價值，我們有必要利用先進的科學技術(shù)對傳統(tǒng)家具資料進行數(shù)據(jù)采集和保存。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們的購買力水平不斷增強和對精神文化的需求，一味仿古的中式家具已不能滿足人們的需求，家具設(shè)計師重新開始關(guān)注家具的設(shè)計形態(tài)和生產(chǎn)技術(shù)及家具材料上的創(chuàng)新，使其在減少耗費的材料、人力、精力的基礎(chǔ)上來增加家具的附加值；民族的就是世界的，中國家具要想以高姿態(tài)走向世界，就必須順應時代發(fā)展潮流，在信息技術(shù)時代找到中國傳統(tǒng)家具的發(fā)展路子，設(shè)計出具有明顯的中國風格的家具。傳統(tǒng)家具伴隨著我國古中國文明傳承至今，歷史悠久，工藝精湛，家具本身就是一件藝術(shù)品，不但具有實用功能，而且蘊含著及其豐富的民族文化形式與精神文明內(nèi)涵。我國傳統(tǒng)的家具制造工藝更是精益求精，采用先進的數(shù)字化技術(shù)繼承和發(fā)揚這些古老的藝術(shù)形式，我們責無旁貸。

2 數(shù)字化技術(shù)概述

2.1 數(shù)字化技術(shù)概念

數(shù)字化制造技術(shù)指在虛擬現(xiàn)實、計算機網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶需求，迅速收集資源信息，對產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規(guī)劃和重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品功能的仿真及原型制造，進而快速生產(chǎn)出達到用戶需求的整個產(chǎn)品制造全過程。

逆向工程技術(shù)是指通過一些手段和方法開發(fā)出同類產(chǎn)品的先進技術(shù)，其方法是先從已有的實物上采集一定的三維坐標點，再依據(jù)采集的信息建立與實物相近的三維模型。逆向工程技術(shù)原理與一般的設(shè)計制造過程原理是相反的，它先有實物后有模型。 主要通過3D掃描技術(shù)，快速獲取樣品的點云數(shù)據(jù)，是對現(xiàn)有產(chǎn)品的再設(shè)計，再創(chuàng)造的過程，并以此為基礎(chǔ)，高效率、高品質(zhì)的建立該樣品的三維模型或者設(shè)計圖紙，從而快速開發(fā)制造出高附加值、高技術(shù)水平的新產(chǎn)品。

2.2 數(shù)字化技術(shù)的特點

由于數(shù)字化技術(shù)的可控性、可變性、離散性、可視性、集成性，產(chǎn)生了很多新的現(xiàn)代設(shè)計方法、工藝技術(shù)和管理模式。數(shù)字化技術(shù)可以降低原始數(shù)據(jù)丟失的風險，擴大和反復使用原始數(shù)據(jù)的使用范圍，它的運用也使得未來家具的發(fā)展逐漸趨向智能化的特點。

3 數(shù)字化技術(shù)對中國傳統(tǒng)家具設(shè)計的影響

3.1 數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)家具資料的信息采集

中國傳統(tǒng)家具的數(shù)字化過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，數(shù)字顯示三個過程。數(shù)據(jù)采集便是研究人員通過對傳統(tǒng)家具基本的信息采集，便能獲知傳統(tǒng)家具的尺度比例與造型的精確度、木紋的紋理和雕刻的圖案等信息，為整個研究過程奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)中式家具造型精致紛呈、結(jié)構(gòu)復雜多變，一些古代家具經(jīng)過歲月的沉淀使得其在一定程度上有所損壞，這為信息采集工作帶來極大困擾。三維激光掃描儀是一臺具有完整、完全便攜式的激光影像與數(shù)字化的測圖系統(tǒng)的儀器，基于傳統(tǒng)中式家具的榫卯結(jié)構(gòu)和造型特點，可精準測量獲取傳統(tǒng)中式家具的表面的三維坐標數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)便構(gòu)成了家具的基本信息，如此簡便精準的測量方法使得精準測量傳統(tǒng)家具的測量方法煥然一新。每一個數(shù)據(jù)帶有X、Y、Z坐標數(shù)值或色彩數(shù)據(jù)R、G、B，通過激光掃描將這些數(shù)據(jù)集合起來形成點云，這些點云構(gòu)成家具表面的全局特征。三維激光掃描儀具有密集的點云、精確度高、快速處理等優(yōu)點。

家具的三維數(shù)據(jù)庫是根據(jù)采已集的數(shù)據(jù)信息建立的。建立數(shù)據(jù)庫是一個復雜的制作過程，需要開發(fā)人員參與其中，前面采集的信息加上后期處理作為基礎(chǔ)，開發(fā)人員設(shè)定和搭建數(shù)據(jù)庫的基本框架和結(jié)構(gòu)關(guān)系。在這里，三維數(shù)據(jù)庫的建立有助于產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)，生產(chǎn)與加工，與傳統(tǒng)二維數(shù)據(jù)庫相比，有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)二維家具數(shù)據(jù)庫的開發(fā)一般是利用Delphi可視化開發(fā)工具，二維數(shù)據(jù)庫資源的主要功能是對信息數(shù)據(jù)的瀏覽和查閱。例如用戶通過在搜索框輸入家具的規(guī)格、材料、構(gòu)造、尺寸、圖形圖案等，來檢索從而獲得對自己有用的家具二維信息。而三維數(shù)據(jù)庫與二維數(shù)據(jù)庫的區(qū)別在于，它不僅可以獲得上述家具的二維信息，還可以獲得三維模型的動態(tài)瀏覽，從而獲得傳統(tǒng)家具的造型特征、實證案例、形制形式、裝飾藝術(shù)、技術(shù)方法特點、榫卯結(jié)構(gòu)特征等各種數(shù)字化的信息。這些數(shù)字化信息有利于被設(shè)計師調(diào)用，他們可根據(jù)用戶需求，將三維模型數(shù)據(jù)導出，進行逆向設(shè)計。這種方法一方面有利于家具制造業(yè)對設(shè)計文件進行管理和查閱，另一方面，也方便設(shè)計人員共享和調(diào)用設(shè)計資源。是家具企業(yè)和設(shè)計師管理創(chuàng)新的好幫手，能促進家具設(shè)計領(lǐng)域的進步與發(fā)展。

3.2 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)對中國傳統(tǒng)家具設(shè)計的影響

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是從計算機輔助繪圖(Computer Aided Drawing)發(fā)展到計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design)的核心技術(shù)，是當今CAD的發(fā)展方向，數(shù)字化產(chǎn)品模型的建立，可在產(chǎn)品開發(fā)過程中應用，可以減少使用實物模型，從而大幅度提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。傳統(tǒng)中式家具三維數(shù)據(jù)庫提供了大量的在產(chǎn)品研發(fā)過程中可以利用三維數(shù)據(jù)信模型，這種新型的基于三維模型家具產(chǎn)品的開發(fā)模式，使數(shù)字化設(shè)計與制造方向?qū)ξ磥砑揖咝袠I(yè)的發(fā)展具有深遠的影響?，F(xiàn)階段，大部分傳統(tǒng)家具制造業(yè)再生產(chǎn)制造家具產(chǎn)品時普遍使用的是CAD繪制的平面圖紙設(shè)計，設(shè)計師根據(jù)用戶需求和實物模型設(shè)計出和推敲出二維圖樣，生產(chǎn)制造者就是根據(jù)這些二維的圖紙樣式對家具產(chǎn)品進行生產(chǎn)加工與制作的。像這種傳統(tǒng)的家具產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)方法和這樣的生產(chǎn)過程必然會存在一些問題。例如，在設(shè)計師在深化并改進二維圖紙的過程中耗時耗力，數(shù)據(jù)過多的時候容易出錯等系列問題，導致家具產(chǎn)品無法精準生產(chǎn)。因此，數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)的三維模型設(shè)計方法勢在必行。數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)是采用的是一種逆向設(shè)計方法，通過分析設(shè)計需求，借助三維軟件如pro/e、SolidWorks等制作產(chǎn)品設(shè)計的三維造型軟件，導入三維數(shù)據(jù)庫中的家具信息和資料，并對其改善和調(diào)整，進行反復的推敲設(shè)計方案，開發(fā)出符合時代需求的現(xiàn)代新中式。在一定程度上可以進行創(chuàng)新，為新中式家具的設(shè)計和制造奠定了基礎(chǔ)。逆向工程技術(shù)，適合圖案造型豐富的傳統(tǒng)中式家具，也可實現(xiàn)批量快速的數(shù)字化制造，有極大的優(yōu)勢。

3.3 數(shù)字化制造技術(shù)對傳統(tǒng)家具制造工藝的改進

把數(shù)字化技術(shù)對家具設(shè)計制造業(yè)領(lǐng)域影響具有劃時代意義，這是提升傳統(tǒng)家具產(chǎn)業(yè)的重要手段。數(shù)字化制造與數(shù)字化軟件是密切相關(guān)的，不同的數(shù)字化制造軟件的操作方式都有所差別的。根據(jù)資料顯示，在傳統(tǒng)家具的開發(fā)制造中，用的是UG軟件，將設(shè)計后的三維模型導入UG軟件的加工模塊中，生成刀具軌跡，判斷加工的合理性，并作適當?shù)男拚５却_定各加工過程準確無誤后就可以與數(shù)控雕刻進行程序的輸出。NC加工程序生成后，再將生成的數(shù)控加工代碼送至加工中心完成加工。家具設(shè)計師通過條用三維數(shù)據(jù)庫中復雜的高保真三維模型進行設(shè)計與改進之后，這些模型由編程軟件傳輸至數(shù)控雕刻機，進行批量加工生產(chǎn)，完成采樣、設(shè)計、加工全過程數(shù)字化生產(chǎn)，可以大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

4 數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)家具的影響及未來發(fā)展趨勢

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)從根本上影響家具設(shè)計的研發(fā)制造，不僅可以優(yōu)化設(shè)計方案和表達形式，而且能大大提高設(shè)計生產(chǎn)率，加快家具設(shè)計的現(xiàn)代化進程，對傳統(tǒng)中式家具設(shè)計的發(fā)展起到里程碑的作用。

近年來，將數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應用于傳統(tǒng)家具設(shè)計與制造的實例正不斷增多。今后數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在傳統(tǒng)中式家具設(shè)計與制造開發(fā)行業(yè)中的發(fā)展趨勢，應注重以下幾點：

4.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用應該要重視起來

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備在計算機上生成可交互的三維環(huán)境沉浸感覺的技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用于家具的新產(chǎn)品開發(fā)。一方面可以提供三維虛擬環(huán)境，類似于一個虛擬場景環(huán)境，用戶接觸后仿佛身臨其境，帶給用戶不一樣的視覺盛宴，再通過具體操作與多維化信息環(huán)境發(fā)生交互作用，可以讓用戶在其中學習知新知識，增長見識，引發(fā)思考。這種良好的三維體驗也可以為企業(yè)提升銷售量。另一方面，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于新產(chǎn)品開發(fā)稱之為虛擬設(shè)計，作為當代一種新穎的設(shè)計方法，虛擬設(shè)計將具有概念性設(shè)計的新產(chǎn)品和新方案，生成到加工制造環(huán)節(jié)，通過計算機虛擬呈現(xiàn)，最終可實現(xiàn)家具的設(shè)計和制造的可視化。最后，家具設(shè)計師還可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中通過三維數(shù)字模型，便可以對新家具的開發(fā)在每一階段的尺寸比例、結(jié)構(gòu)特征、材料特性、加工工藝、裝配方式和生產(chǎn)組織進行推敲優(yōu)化，以此來保證和實現(xiàn)設(shè)計的可靠性和高效性。

4.2 突出產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計

產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計歸根結(jié)底是技術(shù)的創(chuàng)新，巧婦難為無米之炊，好的設(shè)計需要更先進的技術(shù)去實現(xiàn)，產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計也是如此，他會涉及到信息技術(shù)的開采、知識發(fā)現(xiàn)極其重要技術(shù)、知識的表達與組織、只是數(shù)據(jù)庫的開發(fā)、基于知識的決策技術(shù)等。一般家具廠在生產(chǎn)制作傳統(tǒng)家具時還存在數(shù)量雖大但是種類樣式不都豐富的情況，這些遠不能滿足消費市場的需求的問題。這就需要我們擴大生產(chǎn)制造傳統(tǒng)家具的范圍，豐富其內(nèi)容和造型特征。當下社會的進步也對傳統(tǒng)中式家具的創(chuàng)新層面提出了新的要求，單純的模仿生產(chǎn)制造已經(jīng)不能滿足當代人們的精神需求，家具設(shè)計師要懂得博古通今，融會貫通，將傳統(tǒng)中式家具如明清家具的造型特點融入當代的設(shè)計特色，并與當代先進的制造技術(shù)、工藝流程、材料特性等相結(jié)合，才有可能設(shè)計出既具有中國文化內(nèi)涵又具有現(xiàn)代時尚元素的新中式家具。

5 結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)對中國傳統(tǒng)家具設(shè)計影響初的研究，主要是針對解決傳統(tǒng)中式家具設(shè)計在當代面臨的繼承與發(fā)展的難題，在此問題上數(shù)字化技術(shù)在傳中式家具中的影響，并且從傳統(tǒng)中式家具的信息數(shù)據(jù)采集的方法著手，對逆向工程技術(shù)和設(shè)計原理進行描述，及建立家具的三維模型數(shù)據(jù)庫的方法描述，探究新時代背景下傳統(tǒng)中式如何生存與發(fā)展，以此來探究在當下時代背景下，何以生存和發(fā)展傳統(tǒng)中式家具，從而最終深入到新中式家具的設(shè)計層面，為中國傳統(tǒng)家具的傳承、應用及推廣探索一條新的道路。為傳統(tǒng)中式家具的研發(fā)帶來新的機遇。

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李春郁/男/吉林長春人/研究生導師/研究方向為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計武瑩瑩/1991年生/女/碩士/研究方向為工程技術(shù)