动漫布绒玩具的草图式快速设计探讨

卢焕庭

摘 要：过去使用的CAD设计方式在开展动漫布绒玩具设计的时候具有一定的局限性，为进一步提高设计工作效率，本文就着三维动漫布绒玩具的草图式快速设计进行探讨，以便能更好的处理二维图片快速形成和编辑相对用的三维玩具模型，实现便捷、高效的动漫布绒玩具造型设计。

关键词：动漫布绒玩具；草图式快速设计；曲面造型探讨

中图分类号：TS958.02 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2016）35-0053-02

CAD技术应用广泛，但是大部分的功能目前还不支持快速的进行动漫布绒玩具。分析其原因，主要是因为动漫布绒玩具具有“柔软”属性，玩具的外表造型一般较为光滑，所以，在设计的过程中，针对这一方面的的尺寸设计会显得比较宽松，针对比例、结构的要求并不严格，但是在一定程度上重视对造型的快速设计，并讲究创意性。现阶段，CAD参数化设计技术还不能全面实现对设计的要求，像3ds Max，Rhino等CAD软件也还是不能满足该产品设计的要求，软件时间的交互性并不强，这样就很难达到快速地表达布绒玩具的造型设计的目的。所以，针对布绒玩具的造型设计的分析，将逆向工程技术设计的方式，先是经过雕塑实物模型，收集有关数据，最后得到三维模型，但是这一种方式同样 具有一定的局限性，体现在使用常规数据收集的方式，投入的成本比较高，而且效率不理想，软件间的交互性和创意性质未能实现最大化①。现为深入分析如何实现动漫布绒玩具的草图式快速设计，将二维玩具图片作为输入形式，然后绘制玩具的造型，利用三维模型快速形成以及编辑修改的方式，以此满足草图式动漫布绒玩具快速设计的需求。

一、动漫布绒玩具设计的意义

我国在玩具生产方面具有较高的的地位，并且我国还是世界上最大的玩具生产国家，玩具消费市场广阔，具有良好的前景。但是，一直以来我国玩具市场上均是国外动漫玩具占主要位置，问题在于，我国在动漫玩具设计方面不具有优势，同时，技术方面也是一个很大的局限，所以，动漫玩具设计方面的市场并不是很乐观。特别是动漫布绒玩具方面的设计，首先，需要作进一步的变革，思想方面的转换，现阶段，动漫布绒玩具对人们的生活有着重要的影响，在我们的生活、工作上随处可见，对很多消费者而言具有重要的意义。要将动漫布绒玩具的设计上升更高一个层次，使用其进行教育、娱乐或者是装饰等功能，从心理精神以及物质方面满足人们。

二、草图式快速设计方法分析

（一）草图式快速建立模型分析

开展动漫玩具设计工作的前期，玩具设计者会将关注点放在玩具产品的外形以及创意设计方面，不需要具体的、正确的几何模型参数，所以有效提升设计效率的方式就是可以经过手绘的方式将设计思想表达出来，形成玩具的一个二维轮廓。二维轮廓很容易操作，使用笔试草绘的输入设备，比如数字笔和鼠标进行初步的草绘，完成草绘输入，然后进行降噪处理，以此获取更为平顺的轨迹线。再次对轮廓轨迹开展有效的交互编辑，一般会进行3次B样条曲线，将轮廓轨迹进行拟合，按照3次B样条曲线定义开展优化。公式如下所示：

其中公式中节点的矢量U的表达形式为：U={0，0，0，0，u4，u5，…，un，1，1，1，1}，而Ni-3是表示3次B样条奇函数。同时使用Douglas-Peucker的方法，对轮廓轨迹控制点进行提取，并使用3次B样条插值的方式形成了二维轮廓草图。一般经过勾绘的草图二维轮廓形状上会显得比较粗糙，所以，在进行B样条曲线转换的时候可以通过控制点对轮廓的形状进行修整。

动漫布绒玩具的造型具有圆润、光滑的形态特点，经过二维轮廓的表达，在此基础上利用网格模型进行三维膨胀操作，这样既可以收到三维造型设计的效果。现按照二维轮廓曲线过渡到三维网格曲面的曲面膨胀算法，主要是将二维轮廓线进行平面三角网格划分操作，然后将中心的网格顶点连接起来，这样就会形成一个多边形骨架线，之后提升骨架线上面的平面网格顶点，在按照提升之后的网格顶点和二维边界顶点根据比例做一个三角划分，以此获取三维网格模型。经过这样的一个方式，二维轮廓表现出去不等的膨胀厚度，这样就可以形成了一个三维形态上的网络模型②。而本次研究中，主要的操作使根据椭圆半径，对三维网络的厚度进行直观调节，就是当厚度的比例已经达到了1的时候，网络模型基本上已经形成了球形的形态；而当其厚度的比例游走与0和1之间的时候，模型呈现的形态是比较扁平的；而当其厚度的比例在1和2之间，模型形态表现为圆润的形态。

（二）草图式快速编辑修改分析

要对三维模型开展下一步的变形操作，一般除了复制、删除等基本的动作之外，接下来还对三维模型草图式的编辑修改的方法开展探讨，以下开展讨论的具体内容有草图式剪裁、草图式合并、草图式类FFD变形及草图式关节变形操作。首先，草图式剪裁分析，一般而言，先是利用草绘剪裁的方法对三维模型 进行一个快速的剪裁操作，而且草绘剪裁一般是使用B样条插值的方式，从而使之形成一个附带有连接控制点的裁剪样条曲线；然后，对裁剪线开展形状编辑。值得注意的是，在进行剪裁操作的时候，可以设定剪裁线的开口处，这样便于进行剪裁，提高工作效率。其次，草图式合并方面的分析，意指经过草绘合并线，将两个网络模型进行合并的操作。将两个模型间绘制一天草绘线，该线的两个端点分别位于两个网络模型上，即可会提示将要进行合并的地方。根据草绘线的起点所连接的模型方面的三角面片开始观察，找到与另外一边模型连接的三角面片，然后开始进行网格合并。但如果在规定的阈值内未能观察到有任何的和另一边模型连接的三角面片，那就应该放弃这一次的的合并操作。再次是草图式类FFD变形分析，自由曲面造型简称为FFD，根据其计算思路，可以对二维草图的交互调整做一个曲面自由形状的修改。根据草绘的变形轴对模型二维的包围盒开展计算，然后在取与变形轴平行位置上边的两边等距离相应的几个控制点。最后，通过为FFD的计算思路，利用控制点对包围盒形状进行转化，这样即可形成三维网络模型急性造型调整操作{3]。最后，关于草图式关节变形操作方面的分析，有关研究分析骨架驱动蒙皮变形的计算方式，该计算思路在一定程度上可以进行草图式关节变形。运用草绘方式输入关节点，利用设定阈值计算法，将形成关节轴影响的网格范围进行计算。然后，利用交互式对于远端的控制点位置进行调整，让关节轴环绕着关节点旋转，然后即可达到将启动影响范围内的网络模型变形的目的。

（三）草图式快速彩绘设计分析

草图式快速彩绘设主要包括有线条勾绘和色彩填充两大内容。一般线条勾绘是在三维模型上开展形状轮廓线绘制。经过在三维模型上草绘轨迹点，形成投影，这样就可以进行形状线条方面的编辑，可以设定一条线条宽度，主要将之利用在曲线的描边操作上。而色彩他填充，先是对轮廓里边的网格面进行选择，然后使用填充计算方式，对轮廓形状范围内所使用的网格相同的颜色开展绘制操作。

三、草图式动漫布绒玩具快速设计案例分析

研究草图式快速设计方法，可以快速完成一个三维动漫布绒玩具设计，先是将与动漫玩具有关的所以实物或者是平面图作为设计参考，将之导入到三维设计系统中，作为草绘设计的背景。第二步，使用二维轮廓勾绘的方式，然后按照玩具的形状特点，分部件进行细节草绘并建模，参考前边的导入的草绘设计的背景图片，把头部、躯干、附件等轮廓线进行绘制，然后利用轮廓线中三维膨胀的方式，将加工的玩具各个部件进行三维网络模型对接，并使用草图式模型进行编辑修改，仔细的对每一个部件进行适当的调整，然后可以开展表面图纹的彩绘设计工作。最后一步，将加工和修整过的各个部件的位置进行最恰当的融合，这样就可从一个简单的二维图片草图式进行快速设计，从而获得了一个三维动漫布绒玩具模型，即可完成了草图式动漫布绒玩具快速设计的流程。

四、结语

本文主要分析草图式动漫布绒玩具快速设计方式，简答介绍就是通过二维图片，使用草图式对玩具进行勾绘，从而获得了轮廓样条曲线，然后使用曲面膨胀的计算方式得以快速形成和轮廓曲线相现匹配的三维玩具模型，在进行草图式曲面编辑，进行全面修正以及比变形修改，最后进行图纹彩绘设计。经过案例分析，事实证明，该方式是值得推荐使用，属于高效的进行草图式动漫布绒玩具设计方式。

注释：

①任菲.探析欧美布绒玩具设计中的趣味性[J].才智，2011（36）：199-200.

②刘秀娟，姜俊侠.计算机辅助技术在毛绒玩具行业中的作用和应用研究[J].深圳信息职业技术学院学报，2016（01）：82-86.