盧煥庭

摘 要：過去使用的CAD設(shè)計方式在開展動漫布絨玩具設(shè)計的時候具有一定的局限性，為進(jìn)一步提高設(shè)計工作效率，本文就著三維動漫布絨玩具的草圖式快速設(shè)計進(jìn)行探討，以便能更好的處理二維圖片快速形成和編輯相對用的三維玩具模型，實現(xiàn)便捷、高效的動漫布絨玩具造型設(shè)計。

關(guān)鍵詞：動漫布絨玩具；草圖式快速設(shè)計；曲面造型探討

中圖分類號：TS958.02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5312（2016）35-0053-02

CAD技術(shù)應(yīng)用廣泛，但是大部分的功能目前還不支持快速的進(jìn)行動漫布絨玩具。分析其原因，主要是因為動漫布絨玩具具有“柔軟”屬性，玩具的外表造型一般較為光滑，所以，在設(shè)計的過程中，針對這一方面的的尺寸設(shè)計會顯得比較寬松，針對比例、結(jié)構(gòu)的要求并不嚴(yán)格，但是在一定程度上重視對造型的快速設(shè)計，并講究創(chuàng)意性?，F(xiàn)階段，CAD參數(shù)化設(shè)計技術(shù)還不能全面實現(xiàn)對設(shè)計的要求，像3ds Max，Rhino等CAD軟件也還是不能滿足該產(chǎn)品設(shè)計的要求，軟件時間的交互性并不強(qiáng)，這樣就很難達(dá)到快速地表達(dá)布絨玩具的造型設(shè)計的目的。所以，針對布絨玩具的造型設(shè)計的分析，將逆向工程技術(shù)設(shè)計的方式，先是經(jīng)過雕塑實物模型，收集有關(guān)數(shù)據(jù)，最后得到三維模型，但是這一種方式同樣 具有一定的局限性，體現(xiàn)在使用常規(guī)數(shù)據(jù)收集的方式，投入的成本比較高，而且效率不理想，軟件間的交互性和創(chuàng)意性質(zhì)未能實現(xiàn)最大化①?，F(xiàn)為深入分析如何實現(xiàn)動漫布絨玩具的草圖式快速設(shè)計，將二維玩具圖片作為輸入形式，然后繪制玩具的造型，利用三維模型快速形成以及編輯修改的方式，以此滿足草圖式動漫布絨玩具快速設(shè)計的需求。

一、動漫布絨玩具設(shè)計的意義

我國在玩具生產(chǎn)方面具有較高的的地位，并且我國還是世界上最大的玩具生產(chǎn)國家，玩具消費市場廣闊，具有良好的前景。但是，一直以來我國玩具市場上均是國外動漫玩具占主要位置，問題在于，我國在動漫玩具設(shè)計方面不具有優(yōu)勢，同時，技術(shù)方面也是一個很大的局限，所以，動漫玩具設(shè)計方面的市場并不是很樂觀。特別是動漫布絨玩具方面的設(shè)計，首先，需要作進(jìn)一步的變革，思想方面的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)階段，動漫布絨玩具對人們的生活有著重要的影響，在我們的生活、工作上隨處可見，對很多消費者而言具有重要的意義。要將動漫布絨玩具的設(shè)計上升更高一個層次，使用其進(jìn)行教育、娛樂或者是裝飾等功能，從心理精神以及物質(zhì)方面滿足人們。

二、草圖式快速設(shè)計方法分析

（一）草圖式快速建立模型分析

開展動漫玩具設(shè)計工作的前期，玩具設(shè)計者會將關(guān)注點放在玩具產(chǎn)品的外形以及創(chuàng)意設(shè)計方面，不需要具體的、正確的幾何模型參數(shù)，所以有效提升設(shè)計效率的方式就是可以經(jīng)過手繪的方式將設(shè)計思想表達(dá)出來，形成玩具的一個二維輪廓。二維輪廓很容易操作，使用筆試草繪的輸入設(shè)備，比如數(shù)字筆和鼠標(biāo)進(jìn)行初步的草繪，完成草繪輸入，然后進(jìn)行降噪處理，以此獲取更為平順的軌跡線。再次對輪廓軌跡開展有效的交互編輯，一般會進(jìn)行3次B樣條曲線，將輪廓軌跡進(jìn)行擬合，按照3次B樣條曲線定義開展優(yōu)化。公式如下所示：

其中公式中節(jié)點的矢量U的表達(dá)形式為：U={0，0，0，0，u4，u5，…，un，1，1，1，1}，而Ni-3是表示3次B樣條奇函數(shù)。同時使用Douglas-Peucker的方法，對輪廓軌跡控制點進(jìn)行提取，并使用3次B樣條插值的方式形成了二維輪廓草圖。一般經(jīng)過勾繪的草圖二維輪廓形狀上會顯得比較粗糙，所以，在進(jìn)行B樣條曲線轉(zhuǎn)換的時候可以通過控制點對輪廓的形狀進(jìn)行修整。

動漫布絨玩具的造型具有圓潤、光滑的形態(tài)特點，經(jīng)過二維輪廓的表達(dá)，在此基礎(chǔ)上利用網(wǎng)格模型進(jìn)行三維膨脹操作，這樣既可以收到三維造型設(shè)計的效果?，F(xiàn)按照二維輪廓曲線過渡到三維網(wǎng)格曲面的曲面膨脹算法，主要是將二維輪廓線進(jìn)行平面三角網(wǎng)格劃分操作，然后將中心的網(wǎng)格頂點連接起來，這樣就會形成一個多邊形骨架線，之后提升骨架線上面的平面網(wǎng)格頂點，在按照提升之后的網(wǎng)格頂點和二維邊界頂點根據(jù)比例做一個三角劃分，以此獲取三維網(wǎng)格模型。經(jīng)過這樣的一個方式，二維輪廓表現(xiàn)出去不等的膨脹厚度，這樣就可以形成了一個三維形態(tài)上的網(wǎng)絡(luò)模型②。而本次研究中，主要的操作使根據(jù)橢圓半徑，對三維網(wǎng)絡(luò)的厚度進(jìn)行直觀調(diào)節(jié)，就是當(dāng)厚度的比例已經(jīng)達(dá)到了1的時候，網(wǎng)絡(luò)模型基本上已經(jīng)形成了球形的形態(tài)；而當(dāng)其厚度的比例游走與0和1之間的時候，模型呈現(xiàn)的形態(tài)是比較扁平的；而當(dāng)其厚度的比例在1和2之間，模型形態(tài)表現(xiàn)為圓潤的形態(tài)。

（二）草圖式快速編輯修改分析

要對三維模型開展下一步的變形操作，一般除了復(fù)制、刪除等基本的動作之外，接下來還對三維模型草圖式的編輯修改的方法開展探討，以下開展討論的具體內(nèi)容有草圖式剪裁、草圖式合并、草圖式類FFD變形及草圖式關(guān)節(jié)變形操作。首先，草圖式剪裁分析，一般而言，先是利用草繪剪裁的方法對三維模型 進(jìn)行一個快速的剪裁操作，而且草繪剪裁一般是使用B樣條插值的方式，從而使之形成一個附帶有連接控制點的裁剪樣條曲線；然后，對裁剪線開展形狀編輯。值得注意的是，在進(jìn)行剪裁操作的時候，可以設(shè)定剪裁線的開口處，這樣便于進(jìn)行剪裁，提高工作效率。其次，草圖式合并方面的分析，意指經(jīng)過草繪合并線，將兩個網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行合并的操作。將兩個模型間繪制一天草繪線，該線的兩個端點分別位于兩個網(wǎng)絡(luò)模型上，即可會提示將要進(jìn)行合并的地方。根據(jù)草繪線的起點所連接的模型方面的三角面片開始觀察，找到與另外一邊模型連接的三角面片，然后開始進(jìn)行網(wǎng)格合并。但如果在規(guī)定的閾值內(nèi)未能觀察到有任何的和另一邊模型連接的三角面片，那就應(yīng)該放棄這一次的的合并操作。再次是草圖式類FFD變形分析，自由曲面造型簡稱為FFD，根據(jù)其計算思路，可以對二維草圖的交互調(diào)整做一個曲面自由形狀的修改。根據(jù)草繪的變形軸對模型二維的包圍盒開展計算，然后在取與變形軸平行位置上邊的兩邊等距離相應(yīng)的幾個控制點。最后，通過為FFD的計算思路，利用控制點對包圍盒形狀進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣即可形成三維網(wǎng)絡(luò)模型急性造型調(diào)整操作{3]。最后，關(guān)于草圖式關(guān)節(jié)變形操作方面的分析，有關(guān)研究分析骨架驅(qū)動蒙皮變形的計算方式，該計算思路在一定程度上可以進(jìn)行草圖式關(guān)節(jié)變形。運用草繪方式輸入關(guān)節(jié)點，利用設(shè)定閾值計算法，將形成關(guān)節(jié)軸影響的網(wǎng)格范圍進(jìn)行計算。然后，利用交互式對于遠(yuǎn)端的控制點位置進(jìn)行調(diào)整，讓關(guān)節(jié)軸環(huán)繞著關(guān)節(jié)點旋轉(zhuǎn)，然后即可達(dá)到將啟動影響范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)模型變形的目的。

（三）草圖式快速彩繪設(shè)計分析

草圖式快速彩繪設(shè)主要包括有線條勾繪和色彩填充兩大內(nèi)容。一般線條勾繪是在三維模型上開展形狀輪廓線繪制。經(jīng)過在三維模型上草繪軌跡點，形成投影，這樣就可以進(jìn)行形狀線條方面的編輯，可以設(shè)定一條線條寬度，主要將之利用在曲線的描邊操作上。而色彩他填充，先是對輪廓里邊的網(wǎng)格面進(jìn)行選擇，然后使用填充計算方式，對輪廓形狀范圍內(nèi)所使用的網(wǎng)格相同的顏色開展繪制操作。

三、草圖式動漫布絨玩具快速設(shè)計案例分析

研究草圖式快速設(shè)計方法，可以快速完成一個三維動漫布絨玩具設(shè)計，先是將與動漫玩具有關(guān)的所以實物或者是平面圖作為設(shè)計參考，將之導(dǎo)入到三維設(shè)計系統(tǒng)中，作為草繪設(shè)計的背景。第二步，使用二維輪廓勾繪的方式，然后按照玩具的形狀特點，分部件進(jìn)行細(xì)節(jié)草繪并建模，參考前邊的導(dǎo)入的草繪設(shè)計的背景圖片，把頭部、軀干、附件等輪廓線進(jìn)行繪制，然后利用輪廓線中三維膨脹的方式，將加工的玩具各個部件進(jìn)行三維網(wǎng)絡(luò)模型對接，并使用草圖式模型進(jìn)行編輯修改，仔細(xì)的對每一個部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后可以開展表面圖紋的彩繪設(shè)計工作。最后一步，將加工和修整過的各個部件的位置進(jìn)行最恰當(dāng)?shù)娜诤?，這樣就可從一個簡單的二維圖片草圖式進(jìn)行快速設(shè)計，從而獲得了一個三維動漫布絨玩具模型，即可完成了草圖式動漫布絨玩具快速設(shè)計的流程。

四、結(jié)語

本文主要分析草圖式動漫布絨玩具快速設(shè)計方式，簡答介紹就是通過二維圖片，使用草圖式對玩具進(jìn)行勾繪，從而獲得了輪廓樣條曲線，然后使用曲面膨脹的計算方式得以快速形成和輪廓曲線相現(xiàn)匹配的三維玩具模型，在進(jìn)行草圖式曲面編輯，進(jìn)行全面修正以及比變形修改，最后進(jìn)行圖紋彩繪設(shè)計。經(jīng)過案例分析，事實證明，該方式是值得推薦使用，屬于高效的進(jìn)行草圖式動漫布絨玩具設(shè)計方式。

注釋：

①任菲.探析歐美布絨玩具設(shè)計中的趣味性[J].才智，2011（36）：199-200.

②劉秀娟，姜俊俠.計算機(jī)輔助技術(shù)在毛絨玩具行業(yè)中的作用和應(yīng)用研究[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016（01）：82-86.