Rhino軟件在明式圈椅三維建模中的應用

摘 要：三維建模是現代家具設計的重要環節，Rhino軟件作為家具設計領域常用的三維建模軟件，因其強大的曲面造型功能，被廣泛應用于家具單體的造型設計與三維建模。本文對Rhino軟件在家具三維建模中的應用進行了探究，以中國傳統家具中的代表“明式圈椅”為例。分析了Rhino軟件對于明式圈椅三維建模的優勢，歸納了建模過程的技巧，為Rhino軟件在家具三維建模中的應用總結了經驗。

關鍵詞：Rhino軟件;明式圈椅;三維建模

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.047

本文著錄格式：張永鎖.Rhino軟件在明式圈椅三維建模中的應用[J].軟件，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

隨著計算機技術的迅速發展，家具行業已普遍采用計算機進行產品輔助設計。常用的軟件包括3D max、 Rhino、SolidWorks、Topsolid、Thinkdesign等，每個軟件都具有特色、優點及其適用范圍。其中Rhino軟件作為Nurbus曲面建模軟件，具有強大且快捷的曲面設計與造型功能，尤其適用于設計具有復雜曲面造型的家具單體模型[1]。本文選用兼具造型美感和結構特點的“明式圈椅”為例，發掘Rhino軟件在家具單體曲面造型與三維建模中的技巧，為Rhino軟件在家具三維建模中的應用提出了經驗總結。

1 Rhino軟件應用于明式圈椅的建模優勢

Rhino軟件作為一款功能全面的三維建模軟件，在工業設計領域被廣泛使用[2]。其曲面造型功能滿足工業設計領域產品造型的各類要求[3]。主要特點表現在Rhino軟件強大的曲面造型能力在進行工業產品設計建模時能快速準確的建立出擬合產品造型的曲面，建模感受流暢，是很多設計人員都依賴的三維建模軟件[4]。此外，Rhino軟件具有很好的兼容性，它可以導出幾十種不同的存儲格式，可根據使用需求導出不同中間格式，其豐富的格式兼容性給設計人員帶來了諸多便利[5]。

明式圈椅是一種圈背連著扶手，從高到低一順而下的椅子，造型圓婉優美，體態豐滿勁健，是中華民族獨具特色的椅子樣式之一[6]。其背部連接扶手的圈型設計，更是設計的點睛之筆[7]。平滑的曲線搭配圓潤的扶手設計，猶如一彎月亮，栩栩如生[8]。圈椅的模型建造是一個空間的三維造型的過程，是家具單體建模中典型代表，與普通的家具建模不同的是，圈椅的建模過程需要分別從造型、結構、人體工學等角度進行推敲[9]。

（1）造型：Rhino軟件豐富的曲面造型功能適用于對家具模型進行曲面構建。其多元的曲線、曲面繪制能力可以很好的展現模型的曲線美，特別適用于以曲線美著稱的明式圈椅模型[10]。此外，Rhino軟件完備的建模輔助工具和對圖層的應用功能對圈椅的建模及對象的顯示都具有較好的作用[11]。

（2）結構：Rhino軟件可以將明式圈椅中經典的榫卯結構創建出來。通過Rhino軟件中的布爾運算功能，可以實現對圈椅實體部分模型的分割、切除和組合操作，從而完成對圈椅模型結構的創建[12]。創建完成的圈椅結構模型既可展示出榫卯間的裝配關系，又為后續的生產制造提供裝配指導和相關數據源[13]。

（3）人體工學：在Rhino軟件中，可以參照參考圖片來調節圈椅靠背及椅圈等部分的傾斜角度[14]。通過對角度的調節，可以快速且精確的確定圈椅靠背、椅圈的位置，以滿足設計美感和人體工程學需要[15]。

2 Rhino軟件應用于明式圈椅的建模技巧

明式圈椅是以圓型椅圈為主要設計特征的椅子，圈椅在三維建模實操中主要包括以下幾個部分的建模：分別是座面、椅腿、椅圈、靠背、鵝脖、棖子。由于圈椅造型優美且結構特別，在建模過程中需要導入二維圖片作為建模參考[16]。在參考圖中繪制參考曲線或輪廓線，拉伸實體或繪制曲面以完成建模[17]。因此，本文從參考圖的應用、曲面建模、結構建模和細節雕刻四個方面出發，對Rhino軟件應用于明式圈椅的建模技巧進行探析。

2.1參考圖應用

參考圖是Rhino軟件建模過程中常用的輔助工具[18]。在工作視窗中導入平面參考圖片，可以方便設計者繪制基于模型平面特征的結構線或輪廓線，輔助設計者更好的把握模型的尺寸和比例關系，完成模型的建立[19]。在明式圈椅的建模過程中，參考圖主要應用在以下兩個方面：一方面，在對圈椅的座面、椅腿等部位的建模時，參考圖的引入方便于繪制座面、椅腿等部位的平面輪廓[20]。另一方面，在對椅圈、靠背的角度進行調節時，參照參考圖的角度，可以快速且精確的確定椅圈、靠背的位置，以滿足設計美感和人體工程學要求。具體操作步驟如下：

在對圈椅的座面、椅腿等部位進行建模時，將參考圖導入到對應的視角工作區中，把參考圖的位置調整到工作區的中心位置，建立中軸線[21]。根據參考圖的結構輪廓，運用線條工具，將圈椅座面的形狀輪廓描繪出來，通過擠出平面曲線功能形成座面實體，從而完成座面部分的建模[22]。同理，參照參考圖利用畫圓工具在適當位置描繪出椅腿的橫截面的形狀輪廓，利用鏡像功能將繪制好的椅腿的橫截面的形狀輪廓鏡像到各椅腿對應的位置，利用擠出平面曲線功能擠出座面下椅腿的實體部分，從而完成座面下椅腿部位的建模[23]。

在對椅圈、靠背的位置角度進行調節時，將參考圖導入到對應的視角工作區中，把參考圖的位置調整到工作區的中心位置[24]。參照參考圖中椅圈和靠背的角度，對已經建好的椅圈和靠背模型進行角度的調節，使其在投影方向上盡量與參考圖中的對應部分的位置重合，從而達到既滿足設計美感又符合人體工程學要求的設計效果，參考圖的應用如圖1所示。

2.2曲面建模

曲面建模是Rhino軟件的核心功能，Rhino是基于Nurbus建模方法的曲面設計軟件。Nurbus建模方法與傳統的網格建模方法相比，可以更好地控制物體表面的曲線度，從而能夠創建出更為逼真、生動的曲面造型[25]。使用Rhino軟件，通過Nurbus曲面操作能夠創建出各種不同形態的曲面。以圈椅的椅圈曲面建模為例，Nurbus曲面操作具體應用如下：

在工作區內使用畫圓工具繪制圈椅椅圈的形狀輪廓。于椅圈扶手位置處附近繪制輔助線，分割已繪制完的椅圈輪廓，保留其中的五分之四的部分。用畫圓工具在保留部分的端面處繪制椅圈橫截面的形狀輪廓，使用單軌掃掠功能完成椅圈五分之四的部分的曲面建模。在掃掠完成后的曲面中，于其端面處通過曲線工具選中其橫截面的四分點位置（打開投影，便于選中四分點），在此位置處繪制出圈椅扶手轉折部位的兩條路徑曲線。通過選取物體邊緣的功能，選擇上一掃掠曲面的橫截面形狀輪廓，使用雙軌掃掠的功能，掃掠出扶手轉折部位的曲面，并通過鏡像功能鏡像出另一端轉折部位的曲面。最后，將三段曲面組合為一個整體，完成椅圈部分的Nurbus曲面建模，如圖2所示。

2.3結構建模

明式圈椅不光美在造型，更勝在其結構。結構作為明式圈椅建模過程的重要展示部分，其經典的榫卯構造需要單獨進行創建和展示[26]。榫卯結構的展示不僅可以展現出榫卯間的裝配關系，還可以為后續的生產制造提供裝配指導和相關數據源。本文以圈椅鵝脖部位的榫卯結構為例，演示Rhino軟件中結構建模的操作，具體應用如下：

Rhino軟件結構建模通常使用實體布爾操作命令。在圈椅鵝脖部位的下端面拉伸出一個長寬小于鵝脖底部直徑的長方體。移動長方體，使其位置相交于座面，通過布爾運算分割功能，將長方體與座面進行分割，刪除分割部位，即完成榫眼部分的創建。移動長方體，與使其位置鵝脖下端面相交，將長方體和鵝脖組合成整體，完成榫頭部分的建模，如圖3所示。

2.4細節雕刻

細節雕刻作為建模環節中的精細步驟，既要力求精確，又要顯得生動[27]。細節的刻畫可以豐富產品的造型，使其更好的滿足人們的審美需求[28]。明式圈椅的建模過程中，有很多細節需要進行雕刻，例如裝飾紋樣的繪制。本文以圈椅卷草紋的繪制為例，演示Rhino軟件中細節雕刻的操作，具體應用如下：

明式圈椅的卷草紋紋樣細長，舒展自然。在工作區內用曲線工具描繪出卷草紋的紋樣路徑。于路徑線條頂端端面處使用畫圓工具繪制出等直徑的圓，通過單軌掃掠功能將繪制完的圓進行掃掠。重復上述方法，使全部裝飾線條掃掠成面。選取掃掠完成的裝飾線條曲面，對其進行平面加蓋處理，使其成為實體，并組合成一個整體。再通過倒圓角功能對裝飾線條曲面各邊緣及交叉部位進行倒圓角處理，從而完成裝飾線條細節的建模，如圖5所示。

3總結

三維建模是現代家具設計的重要環節，其中Rhino軟件作為Nurbus曲面建模軟件，具有強大且快捷的曲面設計與造型功能，尤其適用于設計具有復雜曲面造型的家具單體模型。本文對Rhino軟件在家具三維建模中的應用進行了探究，以家具單體建模中的典型代表“明式圈椅”為例。從造型、結構、人體工學角度分析了Rhino軟件對于明式圈椅三維建模的優勢，從參考圖的應用、曲面建模、結構建模和細節雕刻方面，對Rhino軟件應用于明式圈椅的建模技巧進行探析，為Rhino軟件在家具三維建模中的應用提出了經驗總結。

參考文獻

[1] 王琛，張佳音，鄭泠汐.SolidWorks軟件在計算機輔助產品設計教學中的應用與探索[J].林業機械與木工設備，2021，49（2）： 66-68.

[2] 王琛，陸雪億，李晶晶.基于三維設計軟件的快速成型技術實驗課程的教學探討[J].林業機械與木工設備，2020，48（12）：73-76.

[3] 王琛，李晶晶，陸雪億.基于正交試驗的熔融沉積快速成型機參數優選[J].林業機械與木工設備，2020，48（11）：40-43.

[4] 鄭泠汐，張佳音，王琛.基于參數化設計軟件的柜類家具建模方法[J].軟件，2020，41（11）：16-18.

[5] 李晶晶，王琛.逆向設計技術在SolidWorks軟件課程中的應用[J].軟件，2020，41（9）：49-50.

[6] 王琛，于嘉浩，陸雪億.FDM快速成型加工工藝問題研究[J].藝術科技，2019，32（15）：59.

[7] 王琛，于嘉浩，蔣玉婷.立體光刻快速成型的模型布置分析及優化[J].藝術科技，2019，32（9）：49.

[8] 王琛，訾然，陸雪億，于嘉浩.基于熔融沉積3D打印技術的家具模型制作技術要點[J].藝術科技，2019，32（9）：35.

[9] 段佩姚，王琛，黃逸蕓，許燦.以“梵幾”為例的家具設計師品牌市場推廣分析[J].藝術科技，2019，32（9）：64.

[10] 王琛，蔣玉婷，陸雪億.拼合蛋椅模型的設計與制作[J].藝術科技，2019，32（9）：71.

[11] 王琛，段佩姚，于嘉浩，陸雪億.立體公交站臺的設計研究[J].藝術科技，2019，32（9）：57.

[12] 王琛，訾然，陸雪億.中國古典家具模型快速成型的制作優勢[J].藝術科技，2019，32（13）：69.

[13] 王琛，段佩姚，陸雪億.工業級熔融沉積快速成型機工藝參數優化[J].藝術科技，2019，32（13）：60-61.

[14] 趙凡凡，王琛，趙唯嘉，等.基于智慧課堂的座椅設計研究[J].藝術科技，2019，32（7）：49-50.

[15] 王琛，于嘉浩，訾然，等.虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用探索[J].藝術科技，2019，32（8）：54.

[16] 段佩姚，王琛.商業場所的人性化設計：以星巴克為例分析[J].藝術科技，2019，32（8）：56.

[17] 周雨姍，王琛，訾然，于嘉浩.3D打印設計制圖學具開發研究[J].藝術科技，2019，32（8）：48.

[18] 王琛，于嘉浩，陸紅紅，等.基于快速成型技術的中國古典家具模型制作工藝[J].家具，2018，39（6）：40-44.

[19] 王琛，陸雪億，訾然，等.基于正交實驗的FDM工藝機械性能優化[J].藝術科技，2019，32（16）：41-42.

[20] 王琛，于嘉浩，蔣玉婷.SLA光固化3D打印成型誤差分析[J].藝術科技，2019，32（15）：72.

[21] 王琛，于嘉浩，陸雪億.地下立體停車場的設計研究[J].藝術科技，2019，32（14）：65.

[22] 王琛，陸雪億，訾然.基于未成年人手部號型的公交車扶手桿設計[J].藝術科技，2019，32（15）：61.

[23] 王琛，于嘉浩，陸雪億.復合式單軌公共交通系統的設計研究[J].藝術科技，2019，32（14）：62.

[24] 王琛，陸雪億，王希鈺，等.逆向設計方法在家具建模中的應用[J].藝術科技，2019，32（16）：29+36.

[25] 王琛，于嘉浩，吳越，等.柜類家具數字化設計建模思維[J].藝術科技，2019，32（17）：11+22.

[26] 段佩姚，王琛.對家具設計師品牌造作小件家具的設計分析[J].藝術科技，2019，32（17）：40+80.

[27] 方藝霖，王琛.學齡前兒童座椅現況與理想設計分析[J].藝術科技，2019，32（19）：26+28.

[28] 王琛，陸雪億，訾然.基于UG軟件和光固化工藝的模型制作流程[J].藝術科技，2019，32（18）：24+26.