3ds Max渲染技术在包装设计中的应用研究

刁俊琴，詹学军

(1.安徽新华学院 动漫学院，安徽 合肥 230088；2.安徽师范大学 美术学院，安徽 合肥 241000)

3ds Max渲染技术在包装设计中的应用研究

刁俊琴1，詹学军2

(1.安徽新华学院 动漫学院，安徽 合肥 230088；2.安徽师范大学 美术学院，安徽 合肥 241000)

随着3dsMax渲染技术应用的越来越广泛，其在包装设计中的应用也得到推广。为了使渲染技术更好地应用到包装设计中，该文研究了3dsMax渲染技术在包装设计中的应用。首先简单介绍了3dsMax及渲染技术；具体描述了其在包装设计中的具体应用；最后给出了在包装设计中应用的关键术。

3dsMax渲染技术；包装设计；应用

0引言

包装设计主要由包装装潢设计、包装容器设计、标志设计、包装结构设计以及相对应的广告宣传设计等部分组成。本文对与本研究内容紧密相连的包装容器设计以及包装装潢设计进行介绍。首先包装容器设计主要用于设计包装的固体容器，还为商品的销售、流通以及运输等环节提供服务；包装装潢设计主要由商标、图形、色彩以及文字等内容进行合理编排后形成的，而且包装装潢设计与包装结构相互依托，共同成为包装设计的主体[1]。显然，在研究包装设计的过程中还需要考虑包装材料问题，本文着重探讨将3dsMax渲染技术应用在包装设计中，并且详细介绍其中的应用细节。

13ds Max及渲染技术

1.1渲染引擎集成技术

为了帮助处理Renderman兼容渲染器与三维建模软件的数据不对称性，本文利用渲染引擎集成技术来实现Renderman兼容渲染器对于三维模型环境的渲染，其渲染引擎集成技术示意图如图1所示。

图1 渲染引擎集成技术

不同的建模软件对应着不同的解算软件，由于建模软件场景数据获取接口和组织方式存在显著差异，因此需要根据不同建模软件的三维场景数据来研发适用的Model To Render场景解算软件[2]。当然所有基于场景的建模解算软件都可以集成在三维场景解算平台。从上页图1中不难看出，Renderman兼容渲染器通过解算场景平台可以针对三维场景进行渲染，而且建模软件的各个三维场景都可以利用场景解算软件输出符合Renderman规范的三维场景数据。需要说明的是，RIB的文件格式完全符合Renderman规范，因此本文将RIB的文件格式作为基于解算平台的标准输出文件，以此满足Renderman兼容渲染器所需要的数据要求。

1.2 3ds Max软件架构

作为渲染引擎集成平台的重要组成部分，3dsMax解算软件的主要工作职责就是解算3dsMax三维场景，而且可以参照图2来完成3dsMax解算软件的工作。如图2所示的3dsMax解算系统的功能结构图就是对于3dsMax解算系统功能比较形象的解释。

图2 3ds Max解算系统功能结构示意图

3dsMax解算系统主要包括三个模块：场景元素解算模块、格式输出模块以及特征信息抽取模块等，其中关于场景元素解算模块和特征信息抽取模块的说明将在后面进行详细的阐述。

23ds Max在包装设计中的应用

3dsMax软件是一个非常优秀的三维图像处理软件，而且在制作物体模型时，3dsMax在模型材质渲染方面具有很大的优势[3]。此外，3dsMax软件在制作模型方面也同样具有较强的收缩弹性，因此可以利用该软件来解决与包装结构相关的问题。值得重视的是，3dsMax软件还在完成复杂动画方面体现出较好的功能性，因此设计人员可以利用该软件的光线追踪技术以及渲染技术来展示产品的材质，从而达到理想的包装设计效果。

2.1灯光渲染

灯光渲染技术是3dsMax软件模拟自然光照所用到的重要技术，甚至可以成为3dsMax软件的核心功能。设计人员可以利用冷色调的金属材质来包装产品，而且其金属性能够形成明显的明暗对比，因此借助3dsMax软件的灯光渲染技术就可以借助高光位和暗部来渲染出产品的形象[4]。在本文的设计案例中，金属材质的渲染已经成为不可分割的部分，总之，利用3dsMax的灯光渲染技术就可以制造出理想的产品包装设计效果。

在具体的产品包装设计过程中，还可以利用3dsMax的灯光渲染技术来模拟现实的灯光效果，实现产品在不同场景的展现模式，从而展现出产品包装设计的多样性。比如在功能软件实现方面，Omini的功能是模拟太空的阳光或者烛光的光照模式，TargetSpot功能是模拟手电筒式的光照模式，DirectionalLight功能是模拟自然界平行太阳光的光照模式。设计人员还可以通过调整灯光的形状、强弱、相对位置、光线比例以及影子边缘的柔度等方式来加强灯光渲染的效果。

2.2光线追踪

如果需要利用3dsMax软件表现透明和半透明的产品阴影时，还可以使用光线追踪技术来追踪阴影。具体来讲，利用光线追踪渲染技术追踪物体表面的射线，而射线会通过一个对象表面反射到另一个对象表面，直到在特定场景中消失为止；光线追踪技术实现了从某个观察点到表面的射线矢量表示，如果反射面为一个镜面，则会出现辅助射线被反射，从而显示出反射光的可见部分；如果射线遇到一个镜面，又会被反射直到被非镜面吸收或者弹出特定场景为止。上述就是典型的基于重反射原理的光线追踪原理，而渲染出来的效果也是极其真实。

33ds Max在包装设计应用过程中的关键技术

3.1特征信息抽取技术

在3dsMax软件应用过程中，位于节点图中的每个节点对应着一个对象，而且对应关系一般为一一对应，其节点图呈现为树状结构[5]。为此，本文利用DFS算法实现所有节点的遍历。具体遍历过程为：首先利用Interface::GetRootNode()函数来获取根节点参数，并以此作为DFS算法的初始参数；接着调用INode::GetChildNode()函数来获取子节点的参数，以此得到遍历过程中的所有节点；然后利用INode::GetObjectNode()来获取节点对应的对象指针。需要说明的是，3dsMax软件中的贴图和材质不能成为单独对象，因此利用DFS算法无法通过遍历算法获取到材质和贴图等数据，但是可以获取到所需的拓扑结构、材质、颜色以及转换矩阵等参数。

在三维场景中，使用的对象主要分为摄像机对象、光源对象以及几何对象等。当创建Job List时，本文会根据对象的属性来抉择如何创建。为了区别使用对象类型，本文从对象对应的节点入手，当遍历节点时，可以利用INode::EvalWordState()来获取当前节点的状态，接着利用函数将其转换为对象类，然后利用Object::SuperClassId()函数来获取对象，其中SuperClassID函数是区别对象的重要工具。需要说明的是，ClassID是对象的唯一标识，其类型对应的是对象的类型，比如点光源类型或者聚光灯类型等；SuperClassID为父类对象的ID，这是区分对象的重要标准，比如几何对象和光源对象等。举例来讲，CASMERAse CLASS_ID为摄像机对象的标识；LIGHT CLASS ID为光源对象标识；SHAPE CLASS ID和GEOMOJECT CLASS ID分别为图形对象标识和几何体对象标识，都从属于几何对象的范畴。

3.2场景元素解算

Job List和Hash Table是在经过场景数据处理后得到的，其中Job List专门存储RIB文件，而Hash Table专门存储场景对象。这部分功能就是将场景数据进行转换，并得到基于RiLib函数的各种参数。

下面详细介绍RIB应用流程，首先匹配Frame主模块信息，这部分功能为连接和匹配图像质量控制信息、图像输出信息、摄像机控制信息以及文件信息等，在渲染控制面板中可以读取到上述大部分信息，而摄像机控制信息只能在摄像机对象中进行抽取和匹配。RIB的模块命令解释如下：

FrameBegin命令表示为帧模块开始，而FrameEnd命令表示为帧模块结束；Format命令可以设置渲染图片的水平和垂直方向的像素高宽比和分辨率等参数；Projection命令表示为将摄像机坐标系映射到屏幕坐标系，从而完整地将渲染图片映射到屏幕上，其映射方式主要有透视和正交等；ScreenWindow命令专门在平面上设定了一个四边形，而四边形对应的范围专门为显示区域；Shutter命令可以设定摄像机的开关时间；Clipping命令为基于视线方向的远近裁剪区域；Transform命令可以选取转换矩阵，该转换矩阵主要描述两个坐标系之间的映射关系以及PRS转换信息(即平移、旋转和放缩信息)。

在计算机图形学中，可以将所有的图形变换归纳为平移、旋转和放缩等操作，而这些操作都可以利用转换矩阵实现。为了简要描述转换算法，本文利用4×4矩阵来表示图形的转换信息，也称为转换矩阵。本文可以非常简单构造存储变换信息所需的变换矩阵，而且还可以构造基于PRS转换信息的转换矩阵，具体的4×4转换矩阵示意图如图3所示。

图3 转换矩阵

在具体的图像渲染过程中，坐标系之间的映射关系，比如局部坐标系和世界坐标系的映射关系等都可以利用转换矩阵来实现。

3dsMax软件应用的坐标系为右手系，而Renderman体系应用的坐标系为左手系。另外，由3dsMax软件开发工具包得到的转换矩阵为类型的矩阵，而且都是基于行向量；由体系规定的转换矩阵为4×3类型的矩阵，而且都是基于列向量，其中3dsMax软件设计的思路为节约存储空间，因此舍去了最后一列(0,0,0,1)，但是在具体转换计算中又会将舍去的最后一列添加进来，从而得到4×4类型的矩阵，然后将4×4类型矩阵进行转置后就得到所需的转换矩阵了。

4结论

3dsMax将技术应用在包装设计中，不仅使产品的包装效果更加立体，能够实现多维展示，而且还可以利用灯光渲染技术以及光纤追踪技术来展现产品包装材质，从而让包装设计有了更好的展示效果。设计人员的创意和构思是需要功能强大和人性化的软件给予支持，而3dsMax软件能够很好地配合设计人员，该软件不仅能够保持设计产品的真实性，而且还可以多维展示包装效果。3dsMax软件能够协助设计人员实现产品详细讲解，帮助客户更好地了解产品包装的材质和内在结构，从而让产品得到更好的展示。

[1]Nestor Velasco Bermeo, Miguel Gonzalez Mendoza.Alexander Garcia Castro Semantic Representation of CAD Models Based on the 1GES[J]. StandardNotes in Computer Science, 2013, Vo18265: 157-I68.

[2] John Altidor, Jack Wileden, Jei}'rey McPherson.Ian Grosse, Sundar Krishnamurty,Felicia Cordeiro and Audrey Lee-St. JohnA Programming Language Approach toParametric CAD Data ExchangeASME[J]. 2011 International Design EngineeringTechnical Conferences and Computers and Information in EngineeringConference,2011(12)779-791.

[3]罗胜ads max SDK插件开发技术[J].机床与液压，2003(6):242-244.

[4]Xu X, Huang W, Russell R D, et al. Convergence of de Boor's algorithm for thegeneration of equidistributing meshes[J]. IMA Journal of Numerical Analysis,2011，31(2): 580-596.

[5]Yang Y J,Zeng W, Chen J F. Equiareal parameterizations of NURBS surfaces[J].Graphical Models, 2014, 76(1): 43-55.

(责任编辑：高 坚)

On the Application of 3ds Max Rendering Technology in Package Design

Diao Junqin1, Zhan Xuejun2

(1.Institute of Animation, Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China;2. Academy of Fine Arts, Anhui Normal University, Hefei 241000, China)

Since the 3ds Max rendering technology is more and more widely applied, it is spread in the field of package design. In order to make it better applied in the field of package design, this paper makes a study on the application of 3ds Max rendering technology in package design. Firstly, it makes an introduction to the 3ds Max rendering technology. Secondly, it makes a description of specific applications of this technology. Finally, it provides some key techniques of application in package design.

3ds Max rendering technology; Package design; Application

2017-03-30

安徽新华学院质量工程教改课程(2014jgkcx16)阶段性成果之一

TP391.41

A

1673-8535(2017)03-0035-05

刁俊琴(1981)，女，安徽芜湖人，安徽新华学院动漫学院副教授，硕士，安徽师范大学美术学院访问学者,主要研究方向：环境设计。

詹学军(1965-)，男，安徽芜湖人，安徽师范大学美术学院教授，研究生，主要研究方向：艺术设计专业。