盧煥庭

摘 要：過(guò)去使用的CAD設(shè)計(jì)方式在開(kāi)展動(dòng)漫布絨玩具設(shè)計(jì)的時(shí)候具有一定的局限性，為進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)工作效率，本文就著三維動(dòng)漫布絨玩具的草圖式快速設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以便能更好的處理二維圖片快速形成和編輯相對(duì)用的三維玩具模型，實(shí)現(xiàn)便捷、高效的動(dòng)漫布絨玩具造型設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)漫布絨玩具；草圖式快速設(shè)計(jì)；曲面造型探討

中圖分類號(hào)：TS958.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2016）35-0053-02

CAD技術(shù)應(yīng)用廣泛，但是大部分的功能目前還不支持快速的進(jìn)行動(dòng)漫布絨玩具。分析其原因，主要是因?yàn)閯?dòng)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(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)這一方面的的尺寸設(shè)計(jì)會(huì)顯得比較寬松，針對(duì)比例、結(jié)構(gòu)的要求并不嚴(yán)格，但是在一定程度上重視對(duì)造型的快速設(shè)計(jì)，并講究創(chuàng)意性?，F(xiàn)階段，CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)還不能全面實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的要求，像3ds Max，Rhino等CAD軟件也還是不能滿足該產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，軟件時(shí)間的交互性并不強(qiáng)，這樣就很難達(dá)到快速地表達(dá)布絨玩具的造型設(shè)計(jì)的目的。所以，針對(duì)布絨玩具的造型設(shè)計(jì)的分析，將逆向工程技術(shù)設(shè)計(jì)的方式，先是經(jīng)過(guò)雕塑實(shí)物模型，收集有關(guān)數(shù)據(jù)，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(xiàn)在使用常規(guī)數(shù)據(jù)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(chuàng)意性質(zhì)未能實(shí)現(xiàn)最大化①?，F(xiàn)為深入分析如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)漫布絨玩具的草圖式快速設(shè)計(jì)，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(dòng)漫布絨玩具快速設(shè)計(jì)的需求。

一、動(dòng)漫布絨玩具設(shè)計(jì)的意義

我國(guó)在玩具生產(chǎn)方面具有較高的的地位，并且我國(guó)還是世界上最大的玩具生產(chǎn)國(guó)家，玩具消費(fèi)市場(chǎng)廣闊，具有良好的前景。但是，一直以來(lái)我國(guó)玩具市場(chǎng)上均是國(guó)外動(dòng)漫玩具占主要位置，問(wèn)題在于，我國(guó)在動(dòng)漫玩具設(shè)計(jì)方面不具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，技術(shù)方面也是一個(gè)很大的局限，所以，動(dòng)漫玩具設(shè)計(jì)方面的市場(chǎng)并不是很樂(lè)觀。特別是動(dòng)漫布絨玩具方面的設(shè)計(jì)，首先，需要作進(jìn)一步的變革，思想方面的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)階段，動(dòng)漫布絨玩具對(duì)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(jiàn)，對(duì)很多消費(fèi)者而言具有重要的意義。要將動(dòng)漫布絨玩具的設(shè)計(jì)上升更高一個(gè)層次，使用其進(jìn)行教育、娛樂(lè)或者是裝飾等功能，從心理精神以及物質(zhì)方面滿足人們。

二、草圖式快速設(shè)計(jì)方法分析

（一）草圖式快速建立模型分析

開(kāi)展動(dòng)漫玩具設(shè)計(jì)工作的前期，玩具設(shè)計(jì)者會(huì)將關(guān)注點(diǎn)放在玩具產(chǎn)品的外形以及創(chuàng)意設(shè)計(jì)方面，不需要具體的、正確的幾何模型參數(shù)，所以有效提升設(shè)計(jì)效率的方式就是可以經(jīng)過(guò)手繪的方式將設(shè)計(jì)思想表達(dá)出來(lái)，形成玩具的一個(gè)二維輪廓。二維輪廓很容易操作，使用筆試草繪的輸入設(shè)備，比如數(shù)字筆和鼠標(biāo)進(jìn)行初步的草繪，完成草繪輸入，然后進(jìn)行降噪處理，以此獲取更為平順的軌跡線。再次對(duì)輪廓軌跡開(kāi)展有效的交互編輯，一般會(huì)進(jìn)行3次B樣條曲線，將輪廓軌跡進(jìn)行擬合，按照3次B樣條曲線定義開(kāi)展優(yōu)化。公式如下所示：

其中公式中節(jié)點(diǎn)的矢量U的表達(dá)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(shù)。同時(shí)使用Douglas-Peucker的方法，對(duì)輪廓軌跡控制點(diǎn)進(jìn)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(jīng)過(guò)勾繪的草圖二維輪廓形狀上會(huì)顯得比較粗糙，所以，在進(jìn)行B樣條曲線轉(zhuǎn)換的時(shí)候可以通過(guò)控制點(diǎn)對(duì)輪廓的形狀進(jìn)行修整。

動(dòng)漫布絨玩具的造型具有圓潤(rùn)、光滑的形態(tài)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)二維輪廓的表達(dá)，在此基礎(chǔ)上利用網(wǎng)格模型進(jìn)行三維膨脹操作，這樣既可以收到三維造型設(shè)計(jì)的效果?，F(xiàn)按照二維輪廓曲線過(guò)渡到三維網(wǎng)格曲面的曲面膨脹算法，主要是將二維輪廓線進(jìn)行平面三角網(wǎng)格劃分操作，然后將中心的網(wǎng)格頂點(diǎn)連接起來(lái)，這樣就會(huì)形成一個(gè)多邊形骨架線，之后提升骨架線上面的平面網(wǎng)格頂點(diǎn)，在按照提升之后的網(wǎng)格頂點(diǎn)和二維邊界頂點(diǎn)根據(jù)比例做一個(gè)三角劃分，以此獲取三維網(wǎng)格模型。經(jīng)過(guò)這樣的一個(gè)方式，二維輪廓表現(xiàn)出去不等的膨脹厚度，這樣就可以形成了一個(gè)三維形態(tài)上的網(wǎng)絡(luò)模型②。而本次研究中，主要的操作使根據(jù)橢圓半徑，對(duì)三維網(wǎng)絡(luò)的厚度進(jìn)行直觀調(diào)節(jié)，就是當(dāng)厚度的比例已經(jīng)達(dá)到了1的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)模型基本上已經(jīng)形成了球形的形態(tài)；而當(dāng)其厚度的比例游走與0和1之間的時(shí)候，模型呈現(xiàn)的形態(tài)是比較扁平的；而當(dāng)其厚度的比例在1和2之間，模型形態(tài)表現(xiàn)為圓潤(rùn)的形態(tài)。

（二）草圖式快速編輯修改分析

要對(duì)三維模型開(kāi)展下一步的變形操作，一般除了復(fù)制、刪除等基本的動(dòng)作之外，接下來(lái)還對(duì)三維模型草圖式的編輯修改的方法開(kāi)展探討，以下開(kāi)展討論的具體內(nèi)容有草圖式剪裁、草圖式合并、草圖式類FFD變形及草圖式關(guān)節(jié)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(duì)三維模型 進(jìn)行一個(gè)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(gè)附帶有連接控制點(diǎn)的裁剪樣條曲線；然后，對(duì)裁剪線開(kāi)展形狀編輯。值得注意的是，在進(jìn)行剪裁操作的時(shí)候，可以設(shè)定剪裁線的開(kāi)口處，這樣便于進(jìn)行剪裁，提高工作效率。其次，草圖式合并方面的分析，意指經(jīng)過(guò)草繪合并線，將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行合并的操作。將兩個(gè)模型間繪制一天草繪線，該線的兩個(gè)端點(diǎn)分別位于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型上，即可會(huì)提示將要進(jìn)行合并的地方。根據(jù)草繪線的起點(diǎn)所連接的模型方面的三角面片開(kāi)始觀察，找到與另外一邊模型連接的三角面片，然后開(kāi)始進(jìn)行網(wǎng)格合并。但如果在規(guī)定的閾值內(nèi)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(yīng)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(jiǎn)稱為FFD，根據(jù)其計(jì)算思路，可以對(duì)二維草圖的交互調(diào)整做一個(gè)曲面自由形狀的修改。根據(jù)草繪的變形軸對(duì)模型二維的包圍盒開(kāi)展計(jì)算，然后在取與變形軸平行位置上邊的兩邊等距離相應(yīng)的幾個(gè)控制點(diǎn)。最后，通過(guò)為FFD的計(jì)算思路，利用控制點(diǎn)對(duì)包圍盒形狀進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣即可形成三維網(wǎng)絡(luò)模型急性造型調(diào)整操作{3]。最后，關(guān)于草圖式關(guān)節(jié)變形操作方面的分析，有關(guān)研究分析骨架驅(qū)動(dòng)蒙皮變形的計(jì)算方式，該計(jì)算思路在一定程度上可以進(jìn)行草圖式關(guān)節(jié)變形。運(yùn)用草繪方式輸入關(guān)節(jié)點(diǎn)，利用設(shè)定閾值計(jì)算法，將形成關(guān)節(jié)軸影響的網(wǎng)格范圍進(jìn)行計(jì)算。然后，利用交互式對(duì)于遠(yuǎn)端的控制點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，讓關(guān)節(jié)軸環(huán)繞著關(guān)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，然后即可達(dá)到將啟動(dòng)影響范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)模型變形的目的。

（三）草圖式快速彩繪設(shè)計(jì)分析

草圖式快速彩繪設(shè)主要包括有線條勾繪和色彩填充兩大內(nèi)容。一般線條勾繪是在三維模型上開(kāi)展形狀輪廓線繪制。經(jīng)過(guò)在三維模型上草繪軌跡點(diǎn)，形成投影，這樣就可以進(jìn)行形狀線條方面的編輯，可以設(shè)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(duì)輪廓里邊的網(wǎng)格面進(jìn)行選擇，然后使用填充計(jì)算方式，對(duì)輪廓形狀范圍內(nèi)所使用的網(wǎng)格相同的顏色開(kāi)展繪制操作。

三、草圖式動(dòng)漫布絨玩具快速設(shè)計(jì)案例分析

研究草圖式快速設(shè)計(jì)方法，可以快速完成一個(gè)三維動(dòng)漫布絨玩具設(shè)計(jì)，先是將與動(dòng)漫玩具有關(guān)的所以實(shí)物或者是平面圖作為設(shè)計(jì)參考，將之導(dǎo)入到三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，作為草繪設(shè)計(jì)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(diǎn)，分部件進(jìn)行細(xì)節(jié)草繪并建模，參考前邊的導(dǎo)入的草繪設(shè)計(jì)的背景圖片，把頭部、軀干、附件等輪廓線進(jìn)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(gè)部件進(jìn)行三維網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)接，并使用草圖式模型進(jìn)行編輯修改，仔細(xì)的對(duì)每一個(gè)部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后可以開(kāi)展表面圖紋的彩繪設(shè)計(jì)工作。最后一步，將加工和修整過(guò)的各個(gè)部件的位置進(jìn)行最恰當(dāng)?shù)娜诤?，這樣就可從一個(gè)簡(jiǎn)單的二維圖片草圖式進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，從而獲得了一個(gè)三維動(dòng)漫布絨玩具模型，即可完成了草圖式動(dòng)漫布絨玩具快速設(shè)計(jì)的流程。

四、結(jié)語(yǔ)

本文主要分析草圖式動(dòng)漫布絨玩具快速設(shè)計(jì)方式，簡(jiǎn)答介紹就是通過(guò)二維圖片，使用草圖式對(duì)玩具進(jìn)行勾繪，從而獲得了輪廓樣條曲線，然后使用曲面膨脹的計(jì)算方式得以快速形成和輪廓曲線相現(xiàn)匹配的三維玩具模型，在進(jìn)行草圖式曲面編輯，進(jìn)行全面修正以及比變形修改，最后進(jìn)行圖紋彩繪設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)案例分析，事實(shí)證明，該方式是值得推薦使用，屬于高效的進(jìn)行草圖式動(dòng)漫布絨玩具設(shè)計(jì)方式。

注釋：

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

②劉秀娟，姜俊俠.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在毛絨玩具行業(yè)中的作用和應(yīng)用研究[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（01）：82-86.