轨道客车车厢LED照明系统外观设计

吴 菲，赵银花

（长春工业大学 软件职业技术学院，吉林 长春 130022）

0 引 言

随着铁路客车、动车组、城轨车等轨道客车的发展，轨道客车车厢环境品质的打造被人们提到了一定的高度，轨道客车车厢的灯光照明设计是其中重要的一个环节。LED光源以其体积小、质量轻、释放热能少、使用电压低等一系列优势，成为灯具造型设计中最活跃、最具创作动力、最能激发灯具设计者设计构思的设计因素［1］，并且逐渐成为取代传统光源的新的车厢内室照明。人们对LED技术的深入研究使得LED的制造工艺有了巨大的进步。发光效率的提高、新材料的开发和应用、超亮度白光LED的出现等都使LED应用的领域得以扩大，各种各样造型的LED灯具也慢慢出现在我们周围。在轨道客车车厢照明设计领域，LED的研究既是技术也是一种艺术［2］。优秀的轨道客车车厢LED照明系统可以使人们在旅途中减少疲劳感，并在视觉上带来美的享受。轨道客车车厢LED照明系统外观设计要与车内空间的大小、形状等属性相协调一致，还要符合空间的总体艺术要求，形成一定的环境氛围。优秀的LED照明系统外观设计有助于明确各种设备的造型轮廓，丰富空间的层次感。

1 轨道客车车厢LED照明外观设计应用软件

LED灯具造型设计与一般的灯具造型设计程序和方法基本相同［3］。符合其设计要求的计算机辅助应用软件应具有二维制图、三维造型、编辑、动画等功能。同时，除了直观体现LED灯具的形状、大小、色彩及材质外，还要通过应用软件模拟出光源的色彩强度和投射形式等。除了Rhino，AutoCAD等主流灯具设计软件外［4］，3ds max能提供灯具各个平面视图和透视图模型展示等功能。

灯具设计人员往往会面临两个问题：一是很难把握灯具外形与环境的协调关系；二是难以将自己设计的构想迅速模拟出来。3ds max强大的三维建模功能可以解决设计人员遇到的这两个问题。

3ds max是专业的三维制图、动画制作的软件。该软件在三维造型、场景模拟、视觉效果、动画制作等各方面具有强大的功能。其三维造型灵活方便，能够很逼真地反映出灯具模型的真实光照效果和外观的造型效果。在3ds max中，设计者可以利用其中的材质编辑器来建立存储灯具外观设计中需要用到的颜色和贴图。这样可以大大减轻绘制LED灯具产品效果图的工作量。所以，如果应用3ds max进行LED灯具造型的设计，能更准确地反映出设计者的设计意图，更直观地展示灯具外观造型，起到事半功倍的效果。

3ds max从各个视图显示灯具外观，如图1所示。

图1 3ds max从各个视图显示灯具外观

2 轨道客车车厢LED照明造型设计

轨道客车车厢LED灯具的外观是受到若干个要素所共同影响的，如形态、色彩和材料等。这些要素之间相互影响、紧密联系。只有分别对每个要素进行分析，才能找到好的突破点来实现LED灯具外观创新与优化设计。

2.1 形态要素设计

轨道客车车厢LED灯具的形态设计要遵循科学性与艺术性有机结合的原则，让灯具设计呈现多元化的设计趋势。LED灯具的形态在设计时从两个方面入手。

2.1.1 几何形态造型法

几何形态造型法就是运用分割、组合、变异等手法来实现形态的创新［5］。常利用一切规则的圆形、方形等便于制作的形态来传递出庄重、朴实、严谨的感觉。例如现在的轨道客车车厢中，LED灯具的外观最常应用的就是这种长方形的平面光源结构。这种几何形态的LED灯具造型简洁、含蓄又凝练，构成了干净利落的视觉效果。几何形态造型法的运用更有助于材料的结合。例如一些金属材质，由于工艺上的限制，只能做到一些规则的形态。

几何形态LED灯具造型如图2所示。

图2 几何形态LED灯具造型

在3ds max中，可以使用多种方法来完成规则几何形态的创建，创建面板中的Standard Primitives（标准基本体）和 Extended Primitive（扩展基本体）就自带了多种三维几何图形。

对于稍复杂的几何形态，可以借助于Loft（放样）命令。Loft命令的建模思路是先使用二维画图工具绘制出物体的轴截面图，再绘制出截面图作轴向拉伸的路径（直线或曲线），然后用Loft命令将截面图沿路径放样完成初步建模工作。接下来利用Loft物体的 Modify（修改）命令，将其变形成为所需要的形状。在变形过程中，常用变形工具集中的Scale（缩放）命令，通过该命令中的增加、删除控制点、移动控制点等方法可以方便地创建出不同形状的复杂几何图形。

2.1.2 自由形态造型法

这种自由并不是故作离奇，而是在对材料深入研究的情况下，通过多元形式与功能的完美结合来创造一种易于感受的美。这种自由形态会产生一种律动美，常给人以浪漫的情感体验和无拘无束的舒适感觉。

相对几何形态而言，自由形态外观的制作更为复杂。因此针对不同形状特征的灯具，就要采用不同的方法，还要将多种建模手段和变形修改命令结合起来使用，例如：Lathe（轴旋转）、Loft（放样）、Extrude（拉伸）、Edit Mesh（编辑网格）、Scale（缩放及挤压）等。形状复杂的灯具可以将它分成几个部分分别制作，最后用Group（编组）或Boolean（布尔计算）将其合并。

我国历来重视情感交流且有着悠久的文化传统，中国的传统文化与设计哲学本身就蕴含着情感化的设计思想［6］。如果将应用情感化设计的理念［7］与上述两种灯具造型方法结合起来，可应用于轨道客车车厢LED的外观设计，使得在快节奏现代化社会中生活的乘客们在途中也能感受到良好的乘坐体验。这种设计理念最直接的方法就是将中国元素运用到LED灯具造型设计和外观装饰元素的设计上。中国的传统元素有很多，文化风格元素、自然风格元素、建筑风格元素等都可运用，如中国的水墨、书法、京戏、皮影、飞天、龙凤等。也可以在灯具造型上做仿古装饰，使其既保留了传统古典风格又不乏现代的气息。还可以使用植物纹、动物纹、几何纹等进行装饰。

中国元素在LED灯具造型中的运用如图3所示。

图3 中国元素在LED灯具造型中的运用

2.2 材质要素设计

材质可以决定或改变风格，是LED灯具造型设计中重要的元素之一。材质要素的运用不仅仅体现在单一材质的表现上，更体现在多种材料的组合对比之中。如何在有限的材料中选择组合以及加工处理出全新的体验是尤为重要的。

灯具外观设计本身的选材可以非常丰富，既可以使用人工合成的材料，如不锈钢、塑料、玻璃，也可以使用自然的材料，如陶瓷、藤、木等。不同材料会传达出不同的情感特征，给人以不同的心理感受。但具体到客车车厢的LED灯具材料，在选择时需考虑到功能性与LED本身的特点。因为LED的发光亮度大，很容易使光能转变为热能。所以在对LED灯进行造型设计时，也应考虑到散热的问题，如散热不及时，其使用寿命将大大降低。

针对轨道客车车厢设计的LED灯具材料采用了金属材质与塑质材质相结合的设计手法。灯具的边框装饰线使用金属材质中的铝制材料，铝制外壳不仅外观精美、重量轻且易散热，而且LED灯具本身具有科技感，采用金属质感可以更好地传达出科技气息、满足现代设计所追求的简洁美和韵律美。灯罩部分使用塑质材质，塑质材质的优点是造价低、透光性较好、可塑性强、材料柔和，给车厢环境添加温馨的气氛。塑质不同于塑料，它经过特殊的加工处理，即使受热也不会轻易变形［8］。

利用3ds max中的材质编辑器，通过对LED灯具的外观材质Opacity（不透明度）、Noise（噪音度）、Specular level（镜面反射度）、Glossiness（光泽度）等参数进行设置，来模拟金属、铝制、塑质、高分子材料等。

利用材质编辑器模拟透明材质如图4所示。

图4 利用材质编辑器模拟透明材质

2.3 色彩要素设计

在设计中，色彩的存在必须依附于造型，只有当色彩与形态结合在一起时，才能具有极强的表现特征［9］。LED灯具外观中的色彩，不仅要研究其色相、明度与纯度的关系，还要研究色彩对人的心理、生理上产生的情感。LED灯具的色彩可以表达出不同的情绪，可以使灯具本身更有生命力。

LED照明系统的色彩在设计时考虑到了对比调和的形式美法则，采用暖黄色的光源。在轨道客车车厢中，人们在很多情况下并不需要很亮的白光，偏暖的黄光更适合乘客们心理和生理上的感受。随着LED技术的发展，三基色的LED可以实现亮度、灰度、颜色的连续变换和选择，使灯具的照明从普遍意义上的白光扩展为多种颜色的光［10］。本设计把这项技术应用到轨道客车车厢中，可以让乘客根据整体照明需要来设定照明的效果。例如在北方寒冷的冬季，车厢内运用暖光源来使乘客增添温暖的心理感受。而炎热的夏季则适合运用冷光源，带给乘客凉爽清新的氛围。所以本设计可以根据不同空间、时间来选择并控制LED灯的亮度、灰度和颜色，模拟出各种光环境来引导、改善乘客情绪，体现更人性化的照明环境。

通过在3ds max中设置材质编辑器Diffuse（反射）的RGB值来调节出色彩。借助系统自带的光源面板模拟出光源颜色，最后在背景面板中设置一张背景图片，就完成了灯具外观效果图的制作。通过这种方法设置的色彩和灯光，可以使灯具外观表面光滑细腻、线条清晰、立体感强、富有质感。

调节反射面板中的RGB值来确定色彩，如图5所示。

图5 调节反射面板中的RGB值来确定色彩

除上述外，设计师还需反复推敲灯具外型和功能之间的关系、LED灯具与人的尺度关系、车厢内整体与局部之间的比例关系等细节，例如灯具的按钮、开关、旋钮等操作和控制部件的处理。有时成功的设计往往是由这些精心刻画的细节所决定的。LED灯具造型的首要目的在于其使用功能的实现，所以不能仅停留在灯具外观的优美性上，要使乘客们在一次次使用体验中感受到适用性、功能性，这才是LED灯具造型设计的最终目标。

因此，对LED灯具外观造型的研究要结合形式美法则原理，从形态、材料和色彩等方面来综合设计。尽管由于人们生活背景的差异，不同造型对于不同背景下的受众会产生不同的寓意，但在一定的背景下，总有些共性的东西支撑着这些元素的合理运用。灯具外观造型不仅是设计师情感传达的媒介，也是轨道客车车厢中独特设计风格的体现。

3 结 语

轨道客车的车厢LED照明外观对人的工作生活影响巨大，这种巨大不是高山仰止、一蹴而就，而是细水长流、积水成渊。尤其在重压之下的都市生活中，灯光照明设计可以间接满足人们视觉生理和审美心理的需要，使轨道客车车厢空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值，并达到使用功能和审美功能的统一。在具体的灯光设计中，通过灯光的明暗、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制，充分发挥LED灯光的光亮和色彩的作用，采用透射、反射、折射等多种手段，可以创造出温馨柔和或者节奏明快的效果。未来我国轨道客车车厢LED照明的外观设计应在节能、绿色、适用、美观的原则下展开大胆的创想。车厢内室LED照明除了为人们提供必要良好的光照条件外，还应使灯光有增加室内空间艺术效果、加强空间层次、烘托空间氛围、增添情趣性等功能。

［1］丁传锋.基于LED技术的灯具造型研究［D］：［硕士学位论文］.武汉：湖北工业大学，2010.

［2］珍妮特·特纳.艺术照明与空间环境［M］.郝洛西，译.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］张文莉，陈震邦.计算机辅助灯具造型设计系统的研究［J］.江苏理工大学学报，1998（5）：66－71.

［4］张永宁，甘应进，王明时，等.艺术CAD的现状与展望［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2003，24（4）：76－78.

［5］金鹏，刘苏.自然形态在现代灯具设计中的应用［J］.艺术与设计，2010（12）：228－230.

［6］王东阳.中国传统文化中和谐内涵的心理学阐释［J］.长春工业大学学报：社会科学版，2009，30（5）：115－117.

［7］DONALDA·NORMAN.情感化设计［M］.付秋芳，程进三，译.北京：电子工业出版社，2005.

［8］赵轶博，周耀，张伟.现代灯具的材质美、形态美、色彩［J］.艺术与设计，2008（12）：187－189.

［9］吴云荣.基于人文要素的灯具设计研究［D］：［硕士学位论文］.济南：山东大学，2007.

［10］肖萍，何可人.LED照明灯具设计开发的发展趋势［J］.装饰，2006（5）：112.