工业产品设计Rhino应用

在工业产品的造型设计上,往往要求既能设计具有准确尺寸的产品三维模型,同时又能进行影视广告动画设计和效果渲染。任何一款单一软件很难同时满足两方面的要求,而Rhino3D与3dsmax结合使用,却能方便、圆满地解决这一难题。

1Rhino3D和3dsmax简介

1•1Rhino3DRhino3D简称Rhino,又叫犀牛,是McNeel公司推出的一套运行于Windows操作系统平台上的专业NURBS曲面建模软件,是一款超强的三维建模工具,可用于绘制、编辑、分析、转换NURBS的曲线、曲面及实体。它将传统CAD的精确性与以曲线(Spline)为基础的模型建构技术进行了完美的结合,其所构建出的对象是平顺的NURBS曲线及曲面,而非直线的区段或多边形的网格面,能十分方便地做到曲面片间连接。其建模功能强大,包含了所有的NURBS建模功能,操作界面简洁,与AutoCAD的界面十分相似,交互性强,易学易用。目前Rhino最新版本为3•0,采用自行开发的全新高速的新内核,与2•0版本相比,界面变化不大,运算速度却有极大提高,其建模效率及模型质量都使其他众多三维软件难以望其项背。Rhino软件不大,安装完毕后仅占用45M左右磁盘空间,对硬件要求也特别低。Rhino有精确的尺寸输入,可像AutoCAD一样精确地绘图,并可直接将数据输出成AutoCAD、3dsmax等文件格式;另外,Rhino还可通过IGES这种工业标准格式与Maya、Sumatra、Pro/E、UG等当前流行的三维软件进行数据交换,是一套功能强大的二维或三维图形或模型文件的转换程序。

1•23dsmax3dsmax1•0版本在1996年由Kinetix公司推出,在随后的2•5和3•0版本中3dsmax的功能逐渐开始完善起来,并将当时主流的技术包含了进去,比如增加了被称为工业标准的NURBS建模方式。在随后的升级中,3dsmax不断把优秀的插件整合起来,在3dsmax4•0版(被Discreet公司收购后推出)中将以前单独出售的CharacterStudio并入;5•0版中加入了功能强大的Reactor动力学模拟系统、全局光和光能传递渲染系统;而在6•0版本中又将电影级渲染器MentalRay整合了进来。所有这些都使3dsmax的未来发展及应用前景非常广阔。3dsmax的动画功能,能够将任何物体生成动画,如物体的建模参数、修改过程、调节器的运用,并且可以根据物体与摄影机的相对位置变化,设计出包含不同细节的动画。3dsmax的材质灯光及渲染效果十分优秀,所以,在效果图市场上曾一度成为3dsmax的天下。3dsmax是目前PC机上最流行的三维软件,已经在广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、辅助教学以及工程可视化等领域得到广泛应用,是一种功能强大的广告、影视作品的制作工具。在国内也早已成为主流的三维动画制作软件,今年Discreet又推出了性能强劲的3dsmax7•0版本,安装完毕后仅占用175M左右(不含自带素材库)的磁盘空间。在建模上,3dsmax有着极强的多边形建模能力,但3dsmax与Rhino相比,其NURBS工具因不够精确而不太适合工业产品的建模,且无法进行尺寸标注。因此,将Rhino的精确建模与3dsmax的渲染动画互相搭配使用,能在工业产品的设计及广告动画制作上产生完美的组合效果。

2使用Rhino进行三维建模

以图1所示的U盘为例,创建过程中利用了Rhino3D曲面造型工具(Left/Sweep/Patcb/FromCurveNetwork/EdgeCurve等)构造曲面;用SurfaceAnalyze工具中Gaussian高斯曲率分析、ZebraStripe斑马条纹分析、CurvatureCircle曲率分析等命令分析曲面及曲面间的连续性,并根据需要调整曲面控制点,使曲面光顺。首先创建一个长方体作为参照物(见图2),接下来在长方体的基础上,创建如图3所示轮廓线,拉伸后用曲面剪切两端(见图4),结果如图5。作一曲面剪切一端生成端盖头部的凹槽(见图6)。作曲线(见图7、8),生成扫描面后剪切实体表面,生成侧面凹槽(见图9),再作一平面将实体剪开成左、右两部分(见图10,11)。修剪端盖内侧,倒角(见图12)。然后对实体部分进行修改,拉伸出U盘的USB口,对实体表面细节进行细化工作(见图13)。最后利用镜像功能复制与实体相对称的另一半,用布尔命令结合,完成后的实体造型如图1所示。建模完成后,若是用于加工设计,可先生成模型的三视图。首先调整透视图的角度到一个合适的位置,得到所希望的视角,然后选择Dimension菜单中的Make22DDrawing命令。随后命令行提示选择需生成三视图的实体(Selectobjectstodraw),选择实体后屏幕出现22DDrawingOptions对话框,进行相关设置参数。在布局选择上,可选择42View(USA)布局方式(如只需一个视图,也可以选择CurrentView方式),在这种布局方式下得到的三视图与我国的制图标准更为接近,但视图的位置不同,可通过在视图左上角的视图名称处进行视图切换,以符合我国的标准;勾选产生隐藏线(Showhiddenlines),以便在二维投影图中产生隐藏线;其他选项保持默认值。生成的三视图及透视线框图,可见线分布在可见线层(Make2dvisiblelines)、隐藏线分布在隐藏线层(Make2dhiddenlines)[2]。最后,根据需要可在Rhino中对设计图进行尺寸标注。

33dsmax效果图及动画制作

由于已经在Rhino中制作了完整的模型,可以运用多种方法制作效果图,常用的有以下两种方法:1)直接利用Rhino的渲染器插件对模型进行贴图渲染,得到效果图。这种方法比较简便直接,但不能生成动画。2)把模型输出成3ds格式文件,然后再输入到3dsmax中,应用3dsmax的各种贴图和渲染技巧制作出效果图。这种方法作出的效果图更好,并且能制作动画效果。本文采用第二种方式进行渲染,首先在Rhino中将三维模型输出(Export)成3ds(*•3ds)格式文件,然后在3dsmax中输入(input)这个模型,设置好材质贴图及灯光后进行渲染,渲染效果如图14所示。如果需要,还可制作动画效果。

4结语

在工业产品设计领域,利用Rhino强大精确的三维建模能力,结合3dsmax丰富优秀的动画制作及渲染功能,可以制作专业的造型设计图和效果图。目前,越来越多的设计师开始使用这两种软件配合进行三维制作,而这两个软件也逐渐成为工业设计师的必备工具。Rhino建模与3dsmax渲染已成为当前最热门和最有效的三维制作组合。