三维建模技术在家具设计中的应用

蒋 星，戴向东，李 节，李 超

（中南林业科技大学家具与艺术设计学院，湖南 长沙 410004）

三维建模技术在家具设计中的应用

蒋 星，戴向东，李 节，李 超

（中南林业科技大学家具与艺术设计学院，湖南 长沙 410004）

三维建模技术如今已广泛应用于建筑、室内、园林景观、工业等设计领域。作为新型的设计方法，传统的设计方式已不能充分表达设计师的设计思路，而三维建模技术的优势在于它可以依照人们的思维方式进行模拟设计，以便快速有效地解决以往在二维设计中存在的众多弊端，使设计出来的家具更加经济、合理、可靠，很大程度上可缩短新产品的开发周期。

三维建模技术； 模拟设计；家具；应用

近几年来，随着CAD技术在家具设计领域中的广泛应用，家具设计开始步人了现代化的轨道。但需要指出的是由于CAD软件存在功能方面的局限性，不能完美地模拟出虚拟三维模型，也不能直观的表达设计师的意图，所以三维建模技术颇受家具设计大师们的青睐[1]。Autodesk公司的3D MAX软件是三维建模软件中非常优秀的软件之一，以下就对3D MAX在家具设计中的应用进行讨论。

1 家具设计的现状

现代家具作为21世纪一道独特的风景线，已成为引领消费潮流和时尚的路标，成为全球与家电、服装、汽车并列的四大消费产品之一[2]。家具设计作为家具制造业的先锋，其核心地位已经变得不可动摇。

传统的家具设计方式以画笔、图板、橡皮、尺规、各种手册等为工具[3]，其设计方法、步骤繁琐复杂、耗费时间量大、研发周期漫长，造成了很多不必要的浪费。70年代后随着CAD软件技术的不断发展完善，家具设计CAD软件也不断更新换代，使家具设计的效率迅猛提升，家具产业出现了一次革命性的变革。但是由于CAD技术不能直观的表达家具设计师的思想，更多的是辅助绘图设计，设计质量得不到根本有效的保证，便诞生了三维建模技术，如图1所示。

2 三维建模技术在家具设计中的优势

三维建模技术的前身属于三维立体画艺术，最初的形式极为简单并且发展缓慢，但后来随着计算机技术的飞速发展，三维建模技术得到了不断地完善，特别是美国Autodesk公司推出的三维建模软件3D MAX，更使得三维建模技术迅速发展并得到广泛应用。同时，三维建模技术在家具设计领域中已经是不可缺少的重要组成部分。

图1 家具设计方式的演变Fig.1Furniture design evolution

2.1 家具造型设计表现方式的新途径

在传统的家具造型实际表现方式中，无论是铅笔素描结构草图、水彩透视效果图还是比较精细的三视图，都不能直观有效地表达出设计师要表达的设计思想，然而手工制作实体模型也存在着诸多的不足，为了弥补如此多的缺陷不足，我们不得不另辟蹊径。因此，成本低、效率高、易存储，并且完成后极易修改的计算机三维建模技术成为家具造型设计新兴的表现方式[4]，如图2所示。

图2 手绘效果图到电脑效果图的转变Fig.2Draw the result diagram to computer renderings of the change

2.2 使家具产品的表现效果更逼真、更活泼

传统动的家具造型设计由于要考虑到绘画的工作量，并且还需要设计师具备专业的色彩认识，把握色彩冷暖对比与色彩调和等方面的专业技巧，所以在设计上有很大的局限性，家具设计不能有太多的花纹，造型也不能太过复杂，对于造型精良的家具来说传统的二维绘画表现方法是几乎难以实现。但是在计算机三维建模技术的环境下，造型的复杂程度不再有顾忌。使用计算机三维建模技术，便可以灵活多变地赋予模型材质，通过模型渲染设置和对材质与灯光的控制来模仿真实世界的物体，无需实体模型就可以赋予模型真实、可靠的色彩，达到照片级别的效果，并可反复地进行渲染直到满意为止[5]。

2.3 能使家具设计达到人、机统一的效果

家具产品的造型设计不仅能影响人们对家具外观的直接感受，而且在使用过程中还会间接性地对人产生心理和生理上的作用。使用计算机建模技术的优势在于它能够把人机作为统一体来考虑进行设计，使得家具与人体功能密切配合，优化设计程序、降低劳动消耗、改善工作环境，进而快速有效地设计出更完美的家具。

2.4 能有效地协调造型设计中形体、功能、物质之间的关系

形体是功能要求的体现，功能要求又决定了形体的设计，物质的基础直接影响形体的优劣，三者之间相互影响紧密联系，只有协调好三者之间的关系才能更好地为家具设计服务，从而设计出精湛优良的家具精品[6]。在计算机三维建模技术的环境下，家具设计师便可以方便快捷地在计算机上修改模型参数，减少物质条件的局限性，再加上丰富的材质编辑功模仿真实的质感效果，弥补了形体上的不足。

2.5 可以激发家具设计师的创作灵感

按照传统的手工绘画设计方式，不仅消耗大量时间、体力和精力，并且很难进行二次修改，这就极大地限制了设计师的创作灵感，造成整个行业发展缓慢。但是在计算机三维建模技术的环境下，通过快速建模，便可以有效地展现出多种设计方案，将设计师不同风格的设计思想简单直观的展现出来。在设计的过程中，也可进行任意的创新修改，从三维世界的角度来观察家具造型，确定最佳的方案。因而，这种新技术是提高设计师创作能力和思维的实用工具。

3 应用3D MAX 进行家具设计的前提条件

想要使用3D MAX软件进行家具设计，前提条件就必须要求设计师具备很强的空间想象能力，能在大脑中对所设计家具的三维立体模型进行模拟，具备了这种能力在解决计算机三维建模问题上便可以游刃有余，以下是总结出来的几个关键前提条件：

3.1 快速有效的材质贴图编辑

几个常规操作工具：移动、旋转、缩放、选择、镜像、阵列、对齐、视图等，是设计师进行三维建模必须要掌握的基本命令，各项命令所对应的快捷键务必要熟记于心，这对提高建模速度来说至关重要。在3D MAX里主要是靠位图的调整来实现。对于要求非常精密的家具设计，设计师可以先在PhotoShop里面对位图进行编辑处理，生成最佳的材质效果再进行贴图。

材质贴图大致可以分为两类，第一类是表现家具面材表面图案花纹的二维贴图，此贴图对于贴图的图案纹理要求十分严格，要求每一个子细胞图案跟其他子细胞图案做到无缝拼贴。第二类是表现家具面材凹凸肌理的三维贴图，此类贴图本身并非三维立体，而是靠3D MAX的凹凸调整来实现，设计师根据家具材质的需要调整凹凸参数值，一般情况下凹凸值调为20便可。

3.2 整形和调整基本几何体的基础工具修改器

一般常用到的修改器有:编辑多边形、编辑法线、编辑网格、挤压、倒角、优化等等，同样掌握这些常用的修改器对设计师提高设计速度来说非常关键。

修改器的类型有很多，主要包括有:网络选择修改器、多边形选择修改器、面片选择修改器、样条曲线编辑修改器、网格编辑修改器、优化修改器、UV坐标修改器、UVW贴图修改器、材质修改器等等，每项修改器对应的不同的修改命令。设计师需要对各项修改器都十分熟悉，在设计过程中才不至于出现手忙脚乱的局面，耽误总体设计进程。

3.3 灯光的合理运用

在家具设计中合理的灯光营造，能够非常恰当的表达出一种基调，对于整个设计的外观效果至关重要。灯光有助于表达一种情感，来引导观众的眼睛寻找特定位置。在灯光的设计中，我们一般用“三点照明法”，即主光、辅助光、背光。主光作为主光源提供整体照明，辅助光作为副光源烘托整体气氛，背光同样也作为副光源起到点缀作用。经验丰富的设计师能够快速有效地把握好各个光源之间的关系，对于初学者来说这是一个难点，需要静下心来慢慢去调试，积累经验，稳住脚才能设计出不朽的作品。

4 三维建模技术在家具设计中的应用

在Autodesk CAD软件中绘制好三视图之后，我们便可以在3D MAX中进行建模编辑了，如图3所示流程

图3 家具设计在3D MAX中的应用流程Fig.3Furniture design in the 3D MAX application fl ow chart

如图4所示，在3D MAX建模完成以后，需要用到的是材质编辑器，它可以方便快捷的对家具设计的色彩、贴图、自发光、透明、凹凸、反射/折射参数进行修改控制，以达到设计的最终效果。为了得到理想的家具设计效果图必须对环境进行必要的编辑处理，主要有光源(包括环境光、闪光灯、聚光灯)、背景设置、照相机安装等，处理完毕后就可进行效果渲染，并得到一幅精美的家具设计图。在表现家具的结构特别是连接件时可以用一些透明的材质，方便观察。但需要注意的是使用3D Max创建模型前，需要系统单位进行合理的设置，这样可以保证创建的模型与现实世界中的物体尺寸保持一致，根据个人不同的习惯可将单位设置为毫米、厘米或英寸等。

AutoDesk公司在设计3D MAX软件之初就预留了与Auto CAD的转换接口，以便将Auto CAD DWG格式文件直接导入进行编辑。在3D MAX的四个视口中可以直观的对家具的三视图进行观察，既弥补了Auoto CAD软件的功能性不足，又直观的表达出了设计师的意图，方便设计师制图观察。对于最后渲染出图，3D MAX也同样进行了优化，设计师可根据不同级别要求的设计进行变相的渲染出图。

图4 3D MAX材质编辑器Fig.4 3D MAX material editor

AutoDesk 3D MAX在不断地更新推出新的版本，至今已经更新到2013版。不管是作为资深设计师还是初学者来说都要保持与时俱进，适应新时代发展的需要，不要总抱着老款的软件不放，而不去尝试更新的版本。如此循环守旧的结果必将会被时代所抛弃，成为旧时代的弃婴。

家具设计是一门综合性的学科，它包含着丰富的理论知识，扎实的技术支持，而三维建模技术只不过是其中的冰山一角。想要真正成为一名优秀的家具设计师，就必须全面发展自己的综合素质，全面懂得设计技术和设计理论，两者缺一不可。

5 小 结

三维建模技术与家具设计传统方式相比，具有表现效果更逼真、更活波，能使家具设计达到人、机统一的效果，能有效地协调造型设计中形体、功能、物质之间的关系，能更好的激发家具设计师的创作灵感等诸多特点。如今，三维建模技术在家具设计中的融合已成为家具设计的必然发展方向，是设计师必不可缺少的实用工具。家具制造行业具有鲜明的传统加工特点，在家具设计中的应用将大大减少在设计过程中的错误，缩短开发周期，增强产品的竞争力。

[1] 杨 陵.3DS与家具设计[J].西北林学院学报,1997,(2):82-85.

[2] 胡景初.世界现代家具发展史[M].第1版.北京中央编译出版社,2005

[3] 杨 陵.家具现代设计方法初探[J].西北林学院学报, 2000,(2):61-63.

[4] 李锡蓉,陈 磊,徐人平.计算机三维建模技术在工业造型设计中的应用[J].昆明理工大学学报,2001,(8):61-63.

[5] 蒋 星.数码媒体在艺术设计中的应用研究[J].家具与室内装饰,2011,(12):94-95.

[6] 刘 舸,刘子川,马 英.基于TopSolid的简化家具装配几何界面设计[J].中南林业科技大学学报,2012,32(1):171-175.

[7] 杨 毅,戴向东,黄艳丽.清水混凝土装饰元素在室内设计中的应用研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(3):192-197.

3D modeling techniques in furniture design

JIANG Xing, DAI Xiang-dong, LI Jie, LI Chao
(School of Furniture And Art Design,Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004,Hunan,China)

s: Nowadays the technology of three-dimensional modeling have been widely applied to the designing field such as architecture, indoor, garden designing and industry. As a new-type method of designing, traditional way can not express enough the thinking of designer, but the technology of three-dimensional modeling have a superiority that it can design simulated with people’s mode of thinking, and that in order to solve the abuses in traditional two-dimensional designing. By this method, the designed furniture are more economical, more reasonable and more reliable, as well as reducing the development cycle in great level.

three-dimensional;modeling techniques analog sesign;furniture;application

S771.3

A

1673-923X(2012)09-0149-04

2012-07-16

中南林业科技大学青年基金项目(2011QY012）

蒋 星（1985-），男,湖南长沙人,硕士研究生,研究方向为室内环境设计

戴向东（1967-），男,湖南南县人，教授，博士，研究方向为家具与室内设计

[本文编校：吴 毅]