第04章计算机辅助工业设计的形态设计(北京理工大学出版社《计算机辅助工业设计》)课件

形态设计基础知识形态设计基础知识本章主要内容本章主要内容形态设计导则形态设计导则第四章第四章 计算机辅助工业设计的形态设计计算机辅助工业设计的形态设计形态设计流程形态设计流程后期处理后期处理形形形态形态形象、形体、样子；指客观事物的客观形象，相当于Shape；形形与与形态形态形状和神态；指物体的形象、形体、形状、样子及造型，相当于Form；狭义狭义物体的三维形状广义广义应生于内（功能、原理和结构）形体外，主要包括形状、色彩、材质、装饰等可被人的感觉器官感知以及从中抽象出来的概念行特征 形态形态目录形态的种类及特征1形态要素及其特征2形态构成方法3形态构造的CAID方法4第一节第一节 形态设计基础知识形态设计基础知识可应用几何学进行处理的概念性形态01可以通过视觉、触觉等直接感受的现实形态02一、形态的种类及特征一、形态的种类及特征产品的形态设计产品的形态设计：按照一定的要求对基本形态要素进行操作的行为一、形态的种类及特征一、形态的种类及特征1形态从符号学角度包含了语构和语义两个层次的内容2设计建立数据化的形态模型为该形态模型赋予特定的功能与意义3形态设计符号学的语用内容，即如何设计形态以使其产生特定的功能与意义形态、设计、形态设计形态、设计、形态设计工工业业设设计计中中的的平平面面设设计计、产产品品设设计计和和环环境境设设计计都都离离不不开开形形态态设设计计，而而产产品品设设计计中中的的形形态态设设计计则则是是设设计任务的重点计任务的重点一、形态的种类及特征一、形态的种类及特征010203040506070809点空间肌理色彩线面点、线、面综合构成骨骼体010304050607080902二、形态要素及其特征二、形态要素及其特征0201040305造型实践中的点有大小，也有面积与形状，形成视觉的感知对象圆形点感觉最强，也给人点的感觉几何学上，点只有位置，不具有大小和形状越小的点感觉越强，越大的点越有面的感觉点是造型最基础的元素（一）点（一）点二、形态要素及其特征二、形态要素及其特征几何定义线只具有位置、长度而不具有宽度和厚度，是点移动的轨迹造型含义线具有位置、长度和一定的宽度（二）线（二）线直线给人严谨、秩序、明快的感觉，有时候还象征刚直、统一、坚定、有力。不同方向的直线还体现不同的感知觉曲线按其曲率大小具有不同的动态感，常给人以轻松、柔和、优美、流动的感觉造型设计中，线的形状分为直线和曲线几何曲线柔软圆滑、丰满愉快、理智明快的特征自由曲线具有奔放之感曲线与美感几何学上的线只有形状属性，造型中的线还有可被感知的特征，这些特征是产生知觉与美感的因素造型中21几何学中线的运动轨迹线的运动轨迹具具有有长长、宽宽两两度度空空间间，是是设设计中的重要因素计中的重要因素造造型型中中运运用用的的几几何何面面有有：平面、折面和曲面平面、折面和曲面。面面的的形形式式分分为为:平平面面形形状和空间形状状和空间形状（三）面（三）面01点、线、面是构成平面点、线、面是构成平面形态的形态的3种最基本要素，种最基本要素，每种独立形状元素可以每种独立形状元素可以通过自身的形状特征体通过自身的形状特征体现相应的美学特性现相应的美学特性03加之形态、数量、位置、加之形态、数量、位置、方向、肌理、明暗与色方向、肌理、明暗与色彩等要素的应用，使视彩等要素的应用，使视觉语言千变万化觉语言千变万化02点与线、线与面或点、点与线、线与面或点、线、面三要素作综合构线、面三要素作综合构成，使视觉应用更加丰成，使视觉应用更加丰富富04要抓住主要的矛盾关系，要抓住主要的矛盾关系，强化单纯和简洁意识，强化单纯和简洁意识，应用统一的秩序原理构应用统一的秩序原理构成整体结构成整体结构（四）点、线、面综合构成（四）点、线、面综合构成01位位于于我我国国台台湾湾省省台台北北市市信信义义区区，李李祖祖原原设设计计，目前排名全球第四高楼目前排名全球第四高楼03建建筑筑的的轴轴线线以以不不规规律律排排列的列的点线点线强调出来强调出来02该建筑表面以该建筑表面以点阵点阵组合组合的形式呈现的形式呈现04该该建建筑筑充充分分利利用用点点的的形形态态构构成成，使使得得整整个个建建筑筑表表现现出出整整齐齐、力力感感和和节节奏奏等视觉效果等视觉效果台北101大楼01线线条条有粗有细，很有气势03线线进行水平、竖直和倾斜等不同方向排列，产生不同的视觉感受02节节奏奏感感极强的装饰效果和纷繁的色彩极具艺术效果04线线的刚强、轻巧，唤起人们不同的联想和情感蓬皮杜艺术中心骨骼是构成图形的骨架和格式在图形构成中，骨骼支配着构成单元的排列方法，可以决定每个构成单位的距离和空间在图形构成中骨骼起重要的作用（五）骨骼（五）骨骼每个单元的基本型控制在骨骼线内，在固定的空间内，按整体形象的需要安排基本形骨骼线起划分空间的作用，并分割背景形象构建完成后就可以去掉骨骼线，表现方法主要依靠基本形大小不同形成疏密关系变化按功能分按功能分有作用性骨骼有作用性骨骼无作用性骨骼无作用性骨骼骨骼线采取正方形格式确定，便于基本形方向的变换，构成灵活多样基本形单位安排在骨骼线交点上，骨骼线的交点就是基本形之间的中心点通过密度大的重色，将密度小的亮度衬托出来，形成画面明暗的对比有规律性骨骼半规律性骨骼非规律性骨骼没有规律性，由规律性骨骼随意而自由地衍变而成，随作者在一定的平面框内划分，具有极大的任意性任意性和自由性自由性应有精确严格的骨骼线，有规律的数字关系，基本形按照骨骼排列，有强烈的秩序感秩序感按结构分按结构分010203体体是是面面的的移移动动轨轨迹迹，具具有有相相对对的的长长度度、宽宽度度和和高高度度，分分为为平平面面体体和和曲曲面体面体由由于于界界面面的的多多样样性性，可可以以形形成成不不同同形形状状的的多多种种几几何何体体，成成为为立立体体构构成成的基础的基础体体的的知知觉觉特特性性与与边边界界面面形形状状和和整整体的几何特性有关体的几何特性有关（六）体（六）体色彩的美感是在色彩关系的基础上表现出的总体感觉色彩的构成必须遵循构成原则色彩设计要符合美学法则(七七)色彩色彩01肌理：物体的表面特征，意指物体的质感，是具有表现力的造型要素02肌理有平面性的视觉肌理和有起伏变化的触觉肌理，只能用眼睛去感知03肌理并不都是美的，只有在特定的环境、特定的空间和特定的光线下才能呈现某种美感(八八)肌理肌理(九九)空间空间p空间是构成三维形态的要素p空间分为正空间正空间和负空间负空间（物体所占据空间之外的剩余空间）p在造型设计上，任何物体都存在于空间中010203040506070809点的构成动立体构成线面块综合构成块立体构成线的构成面的构成半立体构成线立体构成面立体构成010304050607080902三、形态构成方法三、形态构成方法 设计中的点具有空间位置的设计中的点具有空间位置的视觉单位视觉单位点点没没有有一一定定的的大大小小和和形形状状，与与周周围围其其他他造造型型要要素素共共同同比比较较时时具具有有凝凝聚聚的作用的作用点点的的判判断断取取决决于于所所存存在在的空间相互关系上的空间相互关系上（一）点的构成（一）点的构成 单一点能使视线集中于该点上 心理上会自动将两点用线连接起来 可以以周围的线条或面形成点的形状 平面上的3个点容易使人感觉到由这3点围城的虚面 点的线状排列会使人在心理上感觉成线 点的集合可以构成虚面点的特性点的特性 设计中的线具有长度的设计中的线具有长度的一维空间一维空间将将线线的的粗粗细细限限定定在在必必要要范范围围内内，且且与与视视觉觉要要素素比比较较能能显显出出充充分分的的连连续续性质性质线线可可分分为为确确定定方方向向的的直直线线和和不确定方向的曲线不确定方向的曲线（二）线的构成（二）线的构成细直线锯齿状直线有厚重、强壮、钝重、粗壮、有力的感觉有明锐的视觉感觉，给人以脆弱的心理知觉给人以不安、焦虑的心理感觉，同时给人以跳跃、前进的视觉感受直线是点的定向轨迹，具有运动感和方向感，给人以严谨、秩序、明快的心理知觉粗直线几何曲线抛物线C、S曲线及涡线具有柔和圆滑、丰满愉快、理智明快的特征抛物线有运动的速度感，双曲线有对称美和流动感C曲线简要、华丽、柔软；S曲线优雅、高贵；涡线壮丽、浑然曲线给人以柔和、轻松、圆滑、优雅、流动的感觉外轮廓线设计中的面曲线形面直线形面偶然形面决定面的外形，分为直线形、曲线形和偶然形富于变化和动感，变现出流动性和弹性给人无限的想象空间长度和宽带构成的二维空间明快、简洁、有序和理性特征，容易理解和记忆通过特殊技法获得，自然、无序的形态，有丰富的象征意义(三三)面的构成面的构成面的心理知觉几何直线形自由直线形几何曲线形自由曲线形安定、信赖、明确、强固，井然有序之感强烈、尖锐、直接、活波简洁、明了、自由、圆润、现代秩序感柔软、优雅、大胆、不明确、富于变化 以以平平面面为为基基础础，将将其其部部分分空空间间立立体体化化，介介于平面与立体之间的形状，即于平面与立体之间的形状，即“浮雕浮雕”主主要要特特征征表表现现在在凹凹凸凸的的层层次次感感和和光光影效果上影效果上半半立立体体构构成成方方法法有有：压压折、切割和折捻折、切割和折捻（四）半立体构成（四）半立体构成以线的形态在空间构成的形体，富于以线的形态在空间构成的形体，富于穿透性的深度感、延伸感，视觉上给穿透性的深度感、延伸感，视觉上给人以轻巧灵活的层次感和节奏感人以轻巧灵活的层次感和节奏感（五）线立体构成（五）线立体构成123面材的构成有以单位个体构成和以基本单位构成面材的立体构成有很广的应用范围面材表现出了平薄和延伸感，在二维的基础上增加一个深度空间，形成立体造型（六）面立体构成（六）面立体构成010203块立体是表面完全封闭的立体，占有独立的空间，给人以厚实和稳重的感觉块立体的构成分为以单位个体构成和以基本单位构成内部空间可以分为实心和空心两种，介于二次元和三次元之间的形态（七）块立体构成（七）块立体构成现实中的形态大多是线、面、块等形态要素的综合构成在构造复杂的形体时，应把握以块要素为主体，以面修饰体，以线修饰面的原则要考虑的因素：1）块的大小以及整体的分割、布局；2）面相对块体的面积以及比例位置；3）线条对于面的装饰要素，包括线条的长短、粗细、位置等ACB（八）线面块综合构成（八）线面块综合构成01动立体构成是按平衡原则创作的活动构成02以线、面、体为基本要素，加上空间的分割以及微弱的空气振动使整个构成发生改变03多以线或铁丝将各个构成要素连接起来，寻找平衡点将整个构成定位在一个以平衡点为轴心的活动区域（九）动立体构成（九）动立体构成BDACE点的设计面的设计复杂形态的设计线的设计体的设计四、构造形态的四、构造形态的CAID方法方法点的直接建立输入所需建立的点坐标即可，有数字输入和鼠标屏幕点点取A特征点的提取具有几何意义或数学意义的点，特征点的提取一般利用造型软件提供的操作命令实现B（一）点的设计（一）点的设计直线：通过两个端点定义0102函数曲线：用函数表达式生成曲线03自由曲线：一般都是样条曲线（二）线的设计（二）线的设计CAID中的线分为：直线、函数曲线和自由曲线030201简单的球面或柱面，用少数几个视图或公式就可以表达清楚有的形状完全是自由形状，无法用投影视图描述清楚有的形状比较复杂，但尚有规律可循（三）面的设计（三）面的设计现代工业产品的外表面很多呈曲面形状可以用初等方程表达的曲面数学上易于描述，需要使用参数方程的曲面，可以由线的简单运动轨迹得到形状复杂、不规则，无法用数学方程表示，甚至无法用有限标准视图描述已经建立的曲面派生而来的曲面，有倒圆角曲面、融接曲面和等距面基本曲面运动曲面自由曲面衍生曲面1.面的种类与生成方式面的种类与生成方式对于基本曲面的编辑，如果要求编辑后的曲面仍为基本曲面，则可以采用修改生成基本曲面的方程参数方法实现运动曲面多数是由线的简单运动生成的，原则上可以通过编辑母线或修改运动方式来调整曲面如果基本曲面和运动曲面的编辑修改不要求保持原来的性质，则只能将其视为自由曲面，用NURBS方法可以进行局部调整2.曲面的编辑曲面的编辑NURBSNURBS:非均匀有理B样条,Non-Uniform Rational B-Splines,是自由曲面造型的重要方法NURBS是高级曲面编辑工具，用有限阶有理方程的形式统一各种曲面，并可以任意细化曲面的局部，使曲面调整更加便利NURBS基本思想：将曲线或曲面与相应的控制直线段或控制网联系起来，这些控制直线段或控制网格的形状与相应的曲线或曲面大致类似曲面造型法生成体的原理和曲面造型基本一样，生成的曲面是封闭的体素是计算机造型系统内预先定义好的标准形体元素，利用这些体素，经过变形、组合、布尔运算等操作得到复制形体曲面造型法体素造型法（四）体的设计（四）体的设计CAID中体的设计分为：体素造型法和曲面造型法复杂形态的设计需要点、线、面、体的多种造型方法不同组合实现，针对不同造型对象、具体情况选择组合造型方法（五）复杂形态的设计（五）复杂形态的设计目录形态设计总导则1形态设计分导则2第二节第二节 形态设计导则形态设计导则产品形态作为传递产品信息的第一要素，能使产品内在的组织、结构、内涵等本质因素上升为外在表象因素，并通过视觉使人产生生理和心理的变化过程产品形态是信息的载体，设计师通常利用特有的造型语言，遵循一定的条例化理论导则，进行产品的形态设计，利用产品的特有形态向外界传达设计师的思想和理念关于产品形态关于产品形态 01遵循“天人合一”理念03优选科技原理05合理选用制造工艺（技术）02形式服从功能04简化组织结构06活用人为形态构成原理一、形态设计总导则（一、形态设计总导则（1 1）07设计新形态09用形态的遗传与变异法则11应用形态美学理论与方法做形态设计08创造新形态10赋予形态艺术性12满足目标市场需求一、形态设计总导则（一、形态设计总导则（2 2）13不犯忌15坚持继承与创新统一17协调与色彩、装饰及环境的关系14符合积极的时代潮流16坚持绿色设计18坚持创造真善美合一的新形态一、形态设计总导则（一、形态设计总导则（3 3）20应用相应评价标准做适时修改19执行相关设计标准及法规21按优选的对应设计流程作设计一、形态设计总导则（一、形态设计总导则（4 4）一一二二三三环境设计导则视觉传达设计导则产品形态设计导则二、形态设计分导则二、形态设计分导则01应用三维造型理论、方法和工具02遵循标准化、通用化、系列化设计原则03采用模块化设计技术04多用抽象几何形05合理地做“一次性”设计06正确地处理形态与相关因素的呼应关系（一）产品形态设计导则（一）产品形态设计导则A采用平面设计方法和准则C设计应注意视觉性、交叉性、系统性、公益性及和谐性等E执行绿色设计B以个人智慧为主D科学地应用CAID方法F使设计可制造、可维护、可靠、安全、卫生、经济（二）视觉传达设计导则（二）视觉传达设计导则G设计应具备个性分清相关性和主辅性，使设计具有艺术性、和谐性复杂结构多采用钢结构，加细部处理适度采用弧线和曲面造型选用科学的设计方法和设计流程室内布局要科学化、公益化、适用化、艺术化等室内外设计装饰性展示设计要多样性、艺术性、文化性等节约能源和材料，减少光污染正确应用环境工程学、人体工程学和环境艺术等理论和方法积极发掘、应用中华优秀传统文化、方法注意无形、非物质空间形态设计的探索（三）环境设计导则（三）环境设计导则目录产品形态设计流程1视觉传达设计流程2环境设计流程3第三节第三节 形态设计流程形态设计流程01040203经过市场调查后提出设计对象的需求。包括定位、消费者需求等相关信息根据需求确定是否做三维效果图，确定设计方案可行根据设计对象的复杂程度、新度和开发方式不同，形态设计流程有所不同得到设计对象输入以后，组织人员进行研究，从事设计对象构思，做平面效果方案，开展甄选，确定方案关于形态设计流程关于形态设计流程 一、产品形态设计流程一、产品形态设计流程p明确设计内容p确定产品主要内部模块p产品市场调研p与客户议定产品粗略结构p构思产品草图p完成产品平面效果图p产品3D设计图p多角度效果图p制作手板模型明确设计内容1创意构思2整体方案设计3设计方案确认4二、视觉传达设计流程二、视觉传达设计流程0101确定设确定设计任务计任务书书0202完成平完成平面布置面布置方案方案0303绘制透绘制透视效果视效果图图0404编制方编制方案设计案设计说明书说明书0505编制造编制造价估算价估算说明书说明书0606修改方修改方案案0707审定方审定方案案三、环境设计流程三、环境设计流程产品形态设计后期处理一视觉传达设计后期处理二环境设计后期处理三目录第四节第四节 后期处理后期处理形态设计是反复迭代的过程，若对设计方案结果不满意，就需要修改方案或重新设计，直到满意为止，这就叫先前设计的后后期期处处理理A产品形态设计方案在输出之前，需要评估产品结构的合理性B按照设计尺寸，精确地确定产品的装配关系C根据反馈意见调整设计方案，直到满意为止一、产品形态设计后期处理一、产品形态设计后期处理设计方案在不同环境下使用时，应做相应的调整，达到统一、有序、规范和创新的效果二、视觉传达设计后期处理二、视觉传达设计后期处理环境设计方案在审定后，根据评审意见，及时进行修改三、环境设计后期处理三、环境设计后期处理第第04章作业题章作业题什么叫构成？构成与形态、设计、造型有何关系？CAID的形态构造法与传统设计有何异同？自由曲面的CAID有哪些方法？参数化设计主要有哪些技术特点？试制产品形态设计系统导则？试绘制产品形态设计的流程图？