孫紫威

摘 要：隨著時代的不斷進步和科學技術的不斷發(fā)展，應用于首飾行業(yè)的三維建模軟件越來越多，研究分析Jewel CAD 和 Rhino兩款應用于首飾的設計軟件，發(fā)現(xiàn)其對現(xiàn)代及將來的電腦首飾和生產(chǎn)加工工藝有重要的影響。

關鍵詞：Jewel CAD;Rhino;首飾設計

隨著計算機技術的發(fā)展，計算機輔助設計（CAD）技術跨進了各個不同的領域和行業(yè)。電子電路CAD和建筑CAD率先出現(xiàn)，隨后，機械CAD、服裝CAD等各種軟件相繼出現(xiàn)，幾乎各行各業(yè)都有自己的CAD技術，當然，首飾行業(yè)也不例外，也開始應用CAD技術。應用于首飾行業(yè)的計算機輔助設計稱之為首飾CAD，即Jewellery Computer Design，簡稱JCAD。

電腦首飾設計即用電腦進行輔助的首飾設計，傳統(tǒng)的設計方式是用鉛筆將自己的創(chuàng)意表現(xiàn)在圖紙上繪圖，這樣繪出來的是二維平面的圖，其優(yōu)點是迅速、方便，但缺少真實的三維立體感?，F(xiàn)在設計師可以利用電腦設計出任意造型的首飾，電腦首飾設計的起點通常是一幅首飾草圖或者一個創(chuàng)意，草圖不需要很精致，只要自己能看懂即可，再利用電腦代替鉛筆，將草圖或者創(chuàng)意用電腦表現(xiàn)出來。還可以用快速成型設備將電腦設計出來的作品直接加工成一個蠟模或者樹脂模，然后再制成一件成品首飾。

計算機輔助珠寶設計不同于傳統(tǒng)的手繪珠寶設計，其獨特的高效率，準確性，規(guī)范性和通過性等特點使他們成為現(xiàn)代珠寶設計師不可缺少的表達手段。在珠寶設計業(yè)，可用三維建模軟件有很多：Solid works、Jewel space、3DS MAX、3Design、ArtCAM、Jewelsmith、Rhino、Matrix、Jewel CAD 等?，F(xiàn)有的CAD軟件的建模方式主要是實體建模和曲面建模，實體建模所建造的三維模型是真實的三維物體，它是以基本的立方體，圓柱體，球體等基本體素為單位元素，通過這些元素的集合運算獲得需要的幾何形體。曲面建模是通過構建物體的表面形態(tài)，來獲得需要的幾何形態(tài)。由于每種CAD軟件的建模方式不同，決定了每一種CAD軟件都有其自身的適用范圍，一般來說，構建造型簡單的首飾模型，用實體建模軟件中的旋轉/拉伸/路徑等命令就可以迅速構建，如果要構建造型復雜的首飾模型，例如一些植物的花飾、動物等，實體建模軟件使用起來則不太方便，這時候就需要使用曲面建模軟件，相對實體建模軟件而言，曲面建模軟件使用起來要復雜一些。常用的首飾專用軟件主要有Jewel CAD、3DS MAX、ArtCAM Jewelsmith、Rhino。首飾三維設計大大縮短了首飾設計開發(fā)和研制的周期，省去了傳統(tǒng)設計中的許多步驟，提高了工作效率，并且易于方案的調(diào)整和修改，在設計與制造中已被廣泛應用。每個軟件都有自己的優(yōu)點和一些缺點。結合市場目前的狀況，眾多三維設計軟件中，廣泛使用于珠寶設計行業(yè)的主要是Rhino和Jewel CAD。

1 Jewel CAD 珠寶設計中的優(yōu)勢

Jewel CAD是1990年研制成功的珠寶行業(yè)專用電腦輔助設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有生產(chǎn)制作、編輯、縮放、變形、彎曲、自動平滑、打印輸出等一系列靈活、實用的特點。Jewel CAD是用于珠寶首飾設計，制造的專業(yè)化的軟件，經(jīng)過十余年的發(fā)展，該軟件以其高度的專業(yè)化、高工作效率、簡單易學等特點在珠寶業(yè)相對發(fā)達的沿海地區(qū)以及香港，臺灣等地區(qū)贏得用戶的廣泛認可，它是珠寶行業(yè)首選的CAD / CAM軟件系統(tǒng)。其優(yōu)點主要有一下幾點： 非常簡單易學，易于掌握，啟動頁面如圖1，該軟件在開發(fā)研制時，認真分析了首飾設計師的思路和技法，可以在較短的時間內(nèi)學會。工作界面清晰方便，如圖2，可以進行語言的轉換，菜單工具簡單形象，借鑒3DS等軟件的工作界面，分三視圖、立體圖四個視窗，直觀方便，易于觀察和操作。具有靈活強大的建模功能，便于創(chuàng)造和修改曲線和曲面，同時該系統(tǒng)帶有制作、編輯、比例尺、縮放、變形、折曲、自動平滑、打印輸出等一系列靈活實用的功能，使得設計過程得心應手。具有設計項鏈、扭曲曲面、并設置寶石的數(shù)量、大小等的特殊功能，簡單高效適用于自由狀態(tài)曲面的布爾運算，使得造型更加靈活多變。素材庫的獨特設計，用以提高學習和工作效率。軟件自帶寶石材料庫，零件庫，模型庫等，可以隨時從中提取零件或其他組成部件，幫助完成全新的設計。渲染功能十分強大，可以使得設計成果更真實地展現(xiàn)出來，并且最大程度的減少了制作上的麻煩。允許模型在三維視圖中進行處理，在CNC加工中輸出標準的GM編碼和STL數(shù)據(jù)，輸出標準的無縫合線的STL和SLC數(shù)據(jù)，能快速做成模型，廣泛應用于CNC機器和各種快速成型機。在設計制作時，計算金重也變得更加方便，便于設計師更好地對作品進行成本控制。

圖1 啟動頁面

圖2 工作界面

2 Rhino 軟件珠寶設計中的優(yōu)勢

犀牛的三維建模軟件是基于NURBS曲線進行設計的。該軟件十分靈活、便捷，占用空間小，有很高的性價比，并且對于硬件的要求也非常低，能自如的運用于Win9X 和NT 下。它具有以下優(yōu)點： 可以與其他類似的渲染軟件互通。Rhino生成的三維模型可以導入到cinema和其他常見的渲染軟件，憑借cinema強大的渲染能力，使得要展示的珠寶作品能夠達到夢幻效果;在使用軟件進行三維創(chuàng)作時，可以清晰地感受到該軟件在曲面造型，特別的自由曲面造型上具有相當大的優(yōu)勢，幾乎可以完整表達的設計師想要的任何造型;該軟件還提供了新的用戶界面，新的表面幾何核心和強大的新開發(fā)工具環(huán)境，允許用戶向第三方廠商快速開發(fā)新的軟件工具。在這個基礎上，我們科技更好地需要根據(jù)珠寶設計需求開發(fā)更為合適的插件;渲染能力強大，不遜色。軟件有默認著色器，并用Flamingo的光線追蹤技術，增強陰影和透明物體的著色質(zhì)量，并支持聚光燈、射燈、平行光、區(qū)域燈光和熒光等效果。因此，三維模型完成后，不再需要將它們導入到其他軟件，也可以輕松完成渲染;因為Work session的命令，該軟件允許用戶將模型分成幾個部分，以分工操作，并通過附加文件的更新方式，及時了解部分或整體建模狀況，提高合作效率。

3 對比兩款軟件，存在各自的特點

表1對比兩款軟件的特點

軟件名稱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?軟件特點

具有設計項鏈、扭曲曲面和寶石設置的功能;特有設計素材庫，使用方便，便

Jewel CAD ? ?于計算金重;在CNC加工中能輸出標準數(shù)據(jù)，有助于快速成型;建模過程中

計算量過大容易死機

寶石庫和金屬材質(zhì)豐富;生成的模型可以導入cinema 軟件中，效果逼真;新

Rhino ? ? ? ?的使用者界面、新的曲面幾何核心、新的發(fā)展工具環(huán)境，可根據(jù)需要開發(fā)合適

插件;可分開作業(yè)。

4 兩款珠寶設計軟件存在的局限性

可以說，兩個軟件各有不同。Jewel CAD簡單易學，具有專業(yè)針對性;犀牛造型能力強，綜合性、兼容性好。在信息更新快、行業(yè)競爭日益激烈的時代，企業(yè)要生存，必須提高各部門的效率，獲得更低的設計、生產(chǎn)成本，以獲得最大的利益。這兩款軟件共同擁有的優(yōu)勢也是顯而易見的，他們適應了時代發(fā)展的需要，更加方便、更加直觀有效地再現(xiàn)了設計師的靈感，不僅大大提高了設計人員的工作效率，還可以通過一個更直觀的方式展現(xiàn)產(chǎn)品的形象設計成果，降低產(chǎn)品開發(fā)風險，提高企業(yè)的競爭力。然而，在實踐操作中，這兩個軟件仍然存在一定的局限性。

4.1 Jewel CAD 軟件應用的局限性

可以用來做珠寶設計的軟件不少，但是專業(yè)做珠寶設計的軟件還不是很多。隨著珠寶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電腦技術在其中的運用越來越多。但是軟件的更新速度比較慢。目前JewelCAD算是珠寶設計行業(yè)內(nèi)比較專業(yè)的軟件了，可以解決設計里比較主要的問題。

但是這個軟件還是有許多缺陷的，例如沒有抓手工具。這個工具在其他的設計軟件里面是再平常不過的了，甚至是看圖軟件都有這個工具，抓手工具可以給電腦設計帶來極大的便利，而JewelCAD里卻缺少這樣便捷的工具。Jewel CAD里面的工具使用還比較機械化，沒有那么人性化。用起來感覺比較僵硬，很不自然，而且專業(yè)性較強，需要較強的空間思維能力和一定的技巧，對使用者的要求也相對較高，因此對沒有什么基礎的初學者來說，不是很好掌握。

經(jīng)過不斷地發(fā)展，Jewel CAD相對于之前的版本的數(shù)據(jù)庫模式已經(jīng)非常豐富了，但建模功能并沒有增加，建模方式還是只有6種：線延伸曲面（Extend）;縱向環(huán)形對稱曲面（Vertical Revolve）、橫向環(huán)形對稱曲面（Horizontal Revolve）;線面連接曲面（Loft）見圖3;管狀曲面（Pipe）;導軌曲面（Rail）見圖5;塊狀體（Block）;

圖3線面連接曲面

圖4管狀曲面

圖5導軌曲面

僅使用這六種方式來進行快速創(chuàng)建所有曲面造型顯然會有一定的困難。

Jewel CAD建模過程中的視圖操作并不完全符合三維空間操作的傳統(tǒng)規(guī)則。三維模型繪制的位置在視圖生成后并不是一一對應的，所以用戶在理解繪制曲線、創(chuàng)建曲面模型時會有一定的誤差。

Jewel CAD雖然有強大的渲染功能，但其渲染效果不是很理想，并且素材庫中可以供選擇的材質(zhì)相對較少，顏色效果欠佳圖6，素材庫中攜帶的可供選擇的戒指、寶石及其他形體也比較少見圖7，利用起來并不是十分合理。再者，在首飾建模制作過程中，Jewel CAD對于某些需要精確捕捉的點無法精確定位，而其他軟件在這方面可能會更加便捷，如3Design擁有強大的排列石頭的功能，渲染效果好;Rhino的寶石庫和材質(zhì)庫都十分豐富，渲染效果逼真，并且易于學習和掌握。

圖6顏色效果欠佳

圖7戒指、寶石及其他形體

4.2 Rhino 軟件應用的局限性

犀牛建模軟件的建模功能相當不錯，具有快速、方便等特點，你可以創(chuàng)建各種模型，但三維數(shù)字化模型也需要一個過程：著色→賦材質(zhì)→投射燈光→布置場景→渲染，這樣的一個過程才能模擬出逼真的效果。

犀牛軟件在模型導入時的可視化操作性并不強，支持每個3DM預覽的文件格式，但在預覽圖像中觀看效果只能看到線框或石膏模型渲染的顯示模式，很難看到產(chǎn)品模型造型的細節(jié)，這大大影響了我們調(diào)用模型的效率。珠寶首飾設計及使用過程中，也沒有標準化模型庫，參考模型庫，將直接影響到用戶設計及研究的進展。

5 軟件的融合與突破

對于Jewel CAD的局限性還有待于改進，例如對其曲面生成的方式上可以借鑒其他軟件繼續(xù)改進，減少建模過程的復雜性，如Matrix，它繼承了Rhino的優(yōu)良建模特性，同時又針對首飾設計的特點集成了許多相關的命令，它的開發(fā)思路完全是人性化的，利用Matrix，設計師可以按照自己的設計思路去構建首飾模型，幾乎不需要為了構建一個模型而去學習特定建模方法，因而使得利用Matrix建模變得更加簡單而且迅速。其次，對于其素材庫較少，渲染效果不是很理想的問題，可以像Rhino一樣，增加一款適合在Jewel CAD基礎上運行的珠寶設計插件。如Techgems就是Rhino的一款珠寶設計插件，其界面如圖7所示，Techgems的寶石庫十分豐富，包括各種形狀的寶石。

寶石材料又可以分為有機寶石（珍珠，珊瑚等），各種各樣顏色及透明、不透明的單晶寶石，包括常見的紅寶石、藍寶石、祖母綠、鋯石、各色水晶等，金屬材料包括金（玫瑰色，黃色等）、鉑、銀等，各金屬被分成拋光效果和磨砂效果的等等。在三維效果效果方面，rhino搭配了flamingo渲染器，可以渲染出及其逼真的三維效果圖，如圖8。同樣的道理，Jewel CAD是否也可以增加類似的插件或者增加首飾單獨的結構組件，以增加其素材庫，方便設計師對首飾進行重組和再次加工利用;或者搭配相應的渲染器，使渲染效果更加逼真;從而使得無論是設計還是快速成型在使用Jewel CAD時更加簡便、快捷。當然這樣的插件還有待于專業(yè)人員的深入開發(fā)。

圖8軟件的融合與突破

圖9Rhino設計作品

6 結語

一件首飾設計作品，不但要求其要造型精致、有創(chuàng)意，而且要求做設計的作品在工藝上是能夠?qū)崿F(xiàn)的，即能夠制作出實際的成品首飾，這就要求設計師同時也對工藝有所了解，電腦首飾設計將設計與工藝緊緊的聯(lián)系在了一起，由于電腦首飾設計的直觀性，即方便了設計師對自己的設計結果進行檢驗，也方便了設計師與客戶、工藝師的溝通。未來的設計必定是與生產(chǎn)聯(lián)系在一起的，為縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期以及控制開發(fā)成本，首飾的CAD/CAM一體化趨勢顯得越來越明顯，電腦設計是傳統(tǒng)手繪設計的拓展和延伸，對設計師來說，掌握電腦首飾也越來越重要。

盡管電腦首飾設計有一定的局限性，但隨著時代的不斷發(fā)展，科學技術的不斷進步，相信這些軟件本身所存在的缺陷一定會有所改進，并且會不斷完善，在不久的將來也一定會有更加精彩的首飾設計軟件出現(xiàn)，電腦設計將會是一個趨勢，它定會進一步促進珠寶首飾行業(yè)的快速發(fā)展。

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