Rhino软件在明式圈椅三维建模中的应用

2021-08-17张永锁

软件 2021年3期

摘要：三维建模是现代家具设计的重要环节，Rhino软件作为家具设计领域常用的三维建模软件，因其强大的曲面造型功能，被广泛应用于家具单体的造型设计与三维建模。本文对Rhino软件在家具三维建模中的应用进行了探究，以中国传统家具中的代表“明式圈椅”为例。分析了Rhino软件对于明式圈椅三维建模的优势，归纳了建模过程的技巧，为Rhino软件在家具三维建模中的应用总结了经验。

关键词：Rhino软件;明式圈椅;三维建模

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.047

本文著录格式：张永锁.Rhino软件在明式圈椅三维建模中的应用[J].软件，2021，42（03）：162-164+179

The Application of Rhino Software in Three-dimensional Modeling of Ming Armchair

ZHANG Yongsuo

（College of Home and Industrial， Nanjing Forestry University， Nanjing Jiangsu 210037）

【Abstract】：3D modeling is an important part of modern furniture design. Rhino software， as a common software in product design， is widely used in the modeling design and 3D modeling of single furniture with its powerful curved surface modeling function. This paper explores the application of Rhino software in three-dimensional furniture modeling， taking the representative of traditional Chinese furniture -- Ming Dynasty armchair as an example. The advantages of Rhino software for three-dimensional modeling of Ming armchair were analyzed， and the techniques of modeling process were summarized. The experience of Rhino software application in furniture 3D modeling is summarized.

【Key words】：Rhino software;ming armchair;3d modeling

隨着计算机技术的迅速发展，家具行业已普遍采用计算机进行产品辅助设计。常用的软件包括3D max、 Rhino、SolidWorks、Topsolid、Thinkdesign等，每个软件都具有特色、优点及其适用范围。其中Rhino软件作为Nurbus曲面建模软件，具有强大且快捷的曲面设计与造型功能，尤其适用于设计具有复杂曲面造型的家具单体模型[1]。本文选用兼具造型美感和结构特点的“明式圈椅”为例，发掘Rhino软件在家具单体曲面造型与三维建模中的技巧，为Rhino软件在家具三维建模中的应用提出了经验总结。

1 Rhino软件应用于明式圈椅的建模优势

Rhino软件作为一款功能全面的三维建模软件，在工业设计领域被广泛使用[2]。其曲面造型功能满足工业设计领域产品造型的各类要求[3]。主要特点表现在Rhino软件强大的曲面造型能力在进行工业产品设计建模时能快速准确的建立出拟合产品造型的曲面，建模感受流畅，是很多设计人员都依赖的三维建模软件[4]。此外，Rhino软件具有很好的兼容性，它可以导出几十种不同的存储格式，可根据使用需求导出不同中间格式，其丰富的格式兼容性给设计人员带来了诸多便利[5]。

明式圈椅是一种圈背连着扶手，从高到低一顺而下的椅子，造型圆婉优美，体态丰满劲健，是中华民族独具特色的椅子样式之一[6]。其背部连接扶手的圈型设计，更是设计的点睛之笔[7]。平滑的曲线搭配圆润的扶手设计，犹如一弯月亮，栩栩如生[8]。圈椅的模型建造是一个空间的三维造型的过程，是家具单体建模中典型代表，与普通的家具建模不同的是，圈椅的建模过程需要分别从造型、结构、人体工学等角度进行推敲[9]。

（1）造型：Rhino软件丰富的曲面造型功能适用于对家具模型进行曲面构建。其多元的曲线、曲面绘制能力可以很好的展现模型的曲线美，特别适用于以曲线美著称的明式圈椅模型[10]。此外，Rhino软件完备的建模辅助工具和对图层的应用功能对圈椅的建模及对象的显示都具有较好的作用[11]。

（2）结构：Rhino软件可以将明式圈椅中经典的榫卯结构创建出来。通过Rhino软件中的布尔运算功能，可以实现对圈椅实体部分模型的分割、切除和组合操作，从而完成对圈椅模型结构的创建[12]。创建完成的圈椅结构模型既可展示出榫卯间的装配关系，又为后续的生产制造提供装配指导和相关数据源[13]。

（3）人体工学：在Rhino软件中，可以参照参考图片来调节圈椅靠背及椅圈等部分的倾斜角度[14]。通过对角度的调节，可以快速且精确的确定圈椅靠背、椅圈的位置，以满足设计美感和人体工程学需要[15]。

2 Rhino软件应用于明式圈椅的建模技巧

明式圈椅是以圆型椅圈为主要设计特征的椅子，圈椅在三维建模实操中主要包括以下几个部分的建模：分别是座面、椅腿、椅圈、靠背、鹅脖、枨子。由于圈椅造型优美且结构特别，在建模过程中需要导入二维图片作为建模参考[16]。在参考图中绘制参考曲线或轮廓线，拉伸实体或绘制曲面以完成建模[17]。因此，本文从参考图的应用、曲面建模、结构建模和细节雕刻四个方面出发，对Rhino软件应用于明式圈椅的建模技巧进行探析。

2.1参考图应用

参考图是Rhino软件建模过程中常用的辅助工具[18]。在工作视窗中导入平面参考图片，可以方便设计者绘制基于模型平面特征的结构线或轮廓线，辅助设计者更好的把握模型的尺寸和比例关系，完成模型的建立[19]。在明式圈椅的建模过程中，参考图主要应用在以下两个方面：一方面，在对圈椅的座面、椅腿等部位的建模时，参考图的引入方便于绘制座面、椅腿等部位的平面轮廓[20]。另一方面，在对椅圈、靠背的角度进行调节时，参照参考图的角度，可以快速且精确的确定椅圈、靠背的位置，以满足设计美感和人体工程学要求。具体操作步骤如下：

在对圈椅的座面、椅腿等部位进行建模时，将参考图导入到对应的视角工作区中，把参考图的位置调整到工作区的中心位置，建立中轴线[21]。根据参考图的结构轮廓，运用线条工具，将圈椅座面的形状轮廓描绘出来，通过挤出平面曲线功能形成座面实体，从而完成座面部分的建模[22]。同理，参照参考图利用画圆工具在适当位置描绘出椅腿的横截面的形状轮廓，利用镜像功能将绘制好的椅腿的横截面的形状轮廓镜像到各椅腿对应的位置，利用挤出平面曲线功能挤出座面下椅腿的实体部分，从而完成座面下椅腿部位的建模[23]。

在对椅圈、靠背的位置角度进行调节时，将参考图导入到对应的视角工作区中，把参考图的位置调整到工作区的中心位置[24]。参照参考图中椅圈和靠背的角度，对已经建好的椅圈和靠背模型进行角度的调节，使其在投影方向上尽量与参考图中的对应部分的位置重合，从而达到既满足设计美感又符合人体工程学要求的设计效果，参考图的应用如图1所示。

2.2曲面建模

曲面建模是Rhino软件的核心功能，Rhino是基于Nurbus建模方法的曲面设计软件。Nurbus建模方法与传统的网格建模方法相比，可以更好地控制物体表面的曲线度，从而能够创建出更为逼真、生动的曲面造型[25]。使用Rhino软件，通过Nurbus曲面操作能够创建出各种不同形态的曲面。以圈椅的椅圈曲面建模為例，Nurbus曲面操作具体应用如下：

在工作区内使用画圆工具绘制圈椅椅圈的形状轮廓。于椅圈扶手位置处附近绘制辅助线，分割已绘制完的椅圈轮廓，保留其中的五分之四的部分。用画圆工具在保留部分的端面处绘制椅圈横截面的形状轮廓，使用单轨扫掠功能完成椅圈五分之四的部分的曲面建模。在扫掠完成后的曲面中，于其端面处通过曲线工具选中其横截面的四分点位置（打开投影，便于选中四分点），在此位置处绘制出圈椅扶手转折部位的两条路径曲线。通过选取物体边缘的功能，选择上一扫掠曲面的横截面形状轮廓，使用双轨扫掠的功能，扫掠出扶手转折部位的曲面，并通过镜像功能镜像出另一端转折部位的曲面。最后，将三段曲面组合为一个整体，完成椅圈部分的Nurbus曲面建模，如图2所示。

2.3结构建模

明式圈椅不光美在造型，更胜在其结构。结构作为明式圈椅建模过程的重要展示部分，其经典的榫卯构造需要单独进行创建和展示[26]。榫卯结构的展示不仅可以展现出榫卯间的装配关系，还可以为后续的生产制造提供装配指导和相关数据源。本文以圈椅鹅脖部位的榫卯结构为例，演示Rhino软件中结构建模的操作，具体应用如下：

Rhino软件结构建模通常使用实体布尔操作命令。在圈椅鹅脖部位的下端面拉伸出一个长宽小于鹅脖底部直径的长方体。移动长方体，使其位置相交于座面，通过布尔运算分割功能，将长方体与座面进行分割，删除分割部位，即完成榫眼部分的创建。移动长方体，与使其位置鹅脖下端面相交，将长方体和鹅脖组合成整体，完成榫头部分的建模，如图3所示。

2.4细节雕刻

细节雕刻作为建模环节中的精细步骤，既要力求精确，又要显得生动[27]。细节的刻画可以丰富产品的造型，使其更好的满足人们的审美需求[28]。明式圈椅的建模过程中，有很多细节需要进行雕刻，例如装饰纹样的绘制。本文以圈椅卷草纹的绘制为例，演示Rhino软件中细节雕刻的操作，具体应用如下：

明式圈椅的卷草纹纹样细长，舒展自然。在工作区内用曲线工具描绘出卷草纹的纹样路径。于路径线条顶端端面处使用画圆工具绘制出等直径的圆，通过单轨扫掠功能将绘制完的圆进行扫掠。重复上述方法，使全部装饰线条扫掠成面。选取扫掠完成的装饰线条曲面，对其进行平面加盖处理，使其成为实体，并组合成一个整体。再通过倒圆角功能对装饰线条曲面各边缘及交叉部位进行倒圆角处理，从而完成装饰线条细节的建模，如图5所示。

3总结

三维建模是现代家具设计的重要环节，其中Rhino软件作为Nurbus曲面建模软件，具有强大且快捷的曲面设计与造型功能，尤其适用于设计具有复杂曲面造型的家具单体模型。本文对Rhino软件在家具三维建模中的应用进行了探究，以家具单体建模中的典型代表“明式圈椅”为例。从造型、结构、人体工学角度分析了Rhino软件对于明式圈椅三维建模的优势，从参考图的应用、曲面建模、结构建模和细节雕刻方面，对Rhino软件应用于明式圈椅的建模技巧进行探析，为Rhino软件在家具三维建模中的应用提出了经验总结。

参考文献

[1] 王琛，张佳音，郑泠汐.SolidWorks软件在计算机辅助产品设计教学中的应用与探索[J].林业机械与木工设备，2021，49（2）： 66-68.

[2] 王琛，陆雪亿，李晶晶.基于三维设计软件的快速成型技术实验课程的教学探讨[J].林业机械与木工设备，2020，48（12）：73-76.

[3] 王琛，李晶晶，陆雪亿.基于正交试验的熔融沉积快速成型机参数优选[J].林业机械与木工设备，2020，48（11）：40-43.

[4] 郑泠汐，张佳音，王琛.基于参数化设计软件的柜类家具建模方法[J].软件，2020，41（11）：16-18.

[5] 李晶晶，王琛.逆向设计技术在SolidWorks软件课程中的应用[J].软件，2020，41（9）：49-50.

[6] 王琛，于嘉浩，陆雪亿.FDM快速成型加工工艺问题研究[J].艺术科技，2019，32（15）：59.

[7] 王琛，于嘉浩，蒋玉婷.立体光刻快速成型的模型布置分析及优化[J].艺术科技，2019，32（9）：49.

[8] 王琛，訾然，陆雪亿，于嘉浩.基于熔融沉积3D打印技术的家具模型制作技术要点[J].艺术科技，2019，32（9）：35.

[9] 段佩姚，王琛，黄逸芸，许灿.以“梵几”为例的家具設计师品牌市场推广分析[J].艺术科技，2019，32（9）：64.

[10] 王琛，蒋玉婷，陆雪亿.拼合蛋椅模型的设计与制作[J].艺术科技，2019，32（9）：71.

[11] 王琛，段佩姚，于嘉浩，陆雪亿.立体公交站台的设计研究[J].艺术科技，2019，32（9）：57.