第五章-造型原理及方式课件

第一页形态构成原理形态构成原理计算机的形态构造方式计算机的形态构造方式第五章第五章造型原理及方式造型原理及方式对形态要素理解的差异性对形态要素理解的差异性工业设计：工业设计：从艺术造型的角度，从视觉、心理、形态的创新和形态从艺术造型的角度，从视觉、心理、形态的创新和形态的构成等方面来理解的的构成等方面来理解的 计算机辅助设计：计算机辅助设计：着重于研究形体的构造、形体的生成和算法着重于研究形体的构造、形体的生成和算法。第二页第三页点点：它只代表位置而无大小，表现为线的端部或交叉处；线线：是点运动的轨迹，表现为面的端部或交叉处；面面：是曲线运动而形成的轨迹，表现为立体的端部或交界；立体立体：是面运动的轨迹，表现为物体所占据的空间。理论上的点、线、面、体在现实中都不存 在，因为现实生活中的所有形体都是有大小、宽窄、厚薄和表面肌理的。但纯粹形态是从现实中抽象出来的造型元素，是为了研究形态而规定的一种理想状态。在造型艺术的研究中，点、线、面、体是个相对概念，它们都有大小、宽窄、厚薄等空间因素的限定。第四页5.1形态构成原理形态构成原理在形态学中，形态分为理念的形态和现实的形态 纯粹形态与数学是密切相关的。严格地说只有用数学方式才能准确地描述纯粹形态。如点用坐标描述，线可用函数描述等。正是因为这种性质，用计算机来研究纯粹形态的造型就成为必然的结果。第五页5.1.1分割是指对现有形态的分割，是一种“减法”。即对线、面、体和空间的分割。线、面、体的分割第六页5.1.2积聚是一种“加法”。它是以单体的存在为前提。单体可以是非纯粹形态。积聚的方式有：点的积聚、线的积聚、面的积聚和体的积聚。点、线、面、体的积聚第七页5.1.3变形是指由形态自身进行弯曲、扭曲、缩放、旋转、挤压、拉伸等变化后产生新的形态的方式。有线的变形、面的变形和体的变形。线、面、体的变形第八页5.2计算机的形态构造方式计算机的形态构造方式5.2.1点的构造点的构造计算机中的点是以坐标方式表示的，主要用于定位空间的位置。如线的端点、两条线的交点、三个面的交点、几何中心点等。计算机中把单个的点叫做“点物体”。AutoCAD中建点物体Rhino中建点物体第九页5.2.2线的构造线从形态特征上看有直线和曲线。直线包括垂直线、水平线、斜线、折线；曲线中有规则几何曲线和自由曲线之分。规则几何曲线包括圆弧、抛物线、螺旋线、圆和椭圆等能以几何作图方法绘制的曲线，可以通过圆心、半径、夹角、弦长的值来确定。Rhino中画一组连续的直线Rhino中画圆和椭圆的工具 第十页自由曲线的生成有Bezier曲线、B样条曲线和NURBS曲线。即可以通过调整特征多边形的特征点，或编辑曲线上的节点来控制生成曲线。应用软件一般都以这种方式提供了绘制曲线的工具。Rhino中绘制曲线Rhino中编辑特征点来控制曲线Rhino中编辑曲线上的节点第十一页通过调整曲线上节点的位置及节点的“手柄”来编辑曲线 曲线的节点数可以根据需要增减；可将一条曲线中断开的两个结点联结或将曲线打散；可封闭曲线的端点。曲线的节点编辑（增加、减少、重新分配）都是建立曲线的关键 在计算机中，曲线是具有方向性的 Coreldraw中编辑曲线Coreldraw中节点的属性选项第十二页5.2.3面的构造一条封闭的线条一旦被赋予面的特性，它就成为了面。面分为平面和曲面。曲面又有一次曲面（单曲面）和二次曲面（双曲面）。5.2.3.1平面 平面的构造很简单。可由一条直线拉伸后形成；也可以在水平面上建一个封闭的线（或建圆、椭圆、多边形、圆环），定义为面的属性后形成面 3DSMAX中将多边形定义为面第十三页5.2.3.2单曲面（一次曲面）单曲面的构造方法有多种：可用一个平面通过弯曲产生；可用一条曲线拉伸产生；可由一条直线沿一条曲线放样产生 3DSMAX中由三种方法产生的单曲面 第十四页5.2.3.3双曲面（二次曲面）双曲面是最为复杂的曲面。但它在产品设计中又是应用最为广泛、造型表现力最强的元素。空间的四点生成一个曲面（Surface from 3 or 4 Corner Points）。第十五页空间的两条、三条或四条边（曲线）生成曲面（Surface from 2,3 or 4 Edge Curves）。如图第十六页如果是两条或三条边，顺序点取后也立即生成曲面，如图，是点取左面两条曲线后生成的结果。第十七页放样（loft）。在空间画不相交的多条曲线，顺序点取线的一端，即可生成通过这几条线的曲面，如图第十八页空间相互交错成网状的曲线产生曲面（Surface from Curve Network）。生成的曲面不一定经过这些曲线。如图。第十九页空间曲线沿一条路径曲线延展生成曲面（Sweep along 1 Rail）。其中空间的曲线和路径曲线都可以是封闭曲线。第二十页空间曲线沿两条路径曲线延展生成曲面（Sweep along 2 Rail）。如图。这种方式比上一种多了个可控的路径，更容易把握住生成的曲面形状。第二十一页曲面是曲线空间运动的轨迹。曲线沿指定的轴，或沿指定的路径曲线旋转一定的角度，即可生成所需的曲面。图1、2分别是曲线沿轴和沿路径生成的曲面。图1图2第二十二页由空间的一条封闭曲线生成一个曲面。如图所示，如果该曲线不封闭，生成的曲面将是一个未修剪过的四边形曲面。第二十三页以网格排列方式点选控制点位置生成曲面。（Surface from Point Grid）如图。分别输入行数和列数，再点取控制点，最后生成曲面。点取控制点时要按顺序。图上面为点取控制点，下面为生成的曲面。第二十四页所有的曲面都是有方向性的。设计软件为曲面的编辑提供了许多工具和方法，概括起来主要是剪切、联接、倒角和变形调整。将两个曲面按直倒角和圆倒角的方式联接第二十五页5.2.4体的构造实体是指曲面封闭后所包含的体积。所以一旦曲面封闭，实体就被建立起来了。三维设计软件都设有直接生成部分几何实体的工具可方便地生成球体、立方体、柱体、多面体、管状体及一些异形几何体。它们都能通过设置尺寸参数构造出来，并且可以调整参数及网格密度来修改形体。第二十六页实体是曲面的运动轨迹产生的。根据运动的方式，实体构造的方法主要有：面拉伸成实体；（面）沿一条指定的路径放样成实体；一条曲线沿指定轴旋转成实体；封闭曲面产生实体Extrude、Loft和Lathe生成的实体Bevel和Bevel Profile生成的实体封闭曲面产生实体第二十七页计算机中确认实体是以是否封闭来衡量。而在工业设计师眼中，实体往往是一个视觉概念。只要在视觉感受上是一个封闭的体就能叫“实体”复杂的曲面实体往往是由许多小曲面编辑后围合而成的 第二十八页对实体的编辑有：布尔加（Boolean Union）、布尔减（Boolean Difference）、布尔交（Boolean Intersection）、倒边（Fillet Edge）、结合（Attach）及许多变形调整工具（弯曲、缩放、扭曲、锥化、波状化、表面光滑、FFD网面编辑等）。第二十九页布尔运算编辑是实体编辑中最常用的手法倒边（倒角）是设计中最常见的现象，一般可以在实体构造时一次生成。左图为布尔前；右图为布尔后倒角前后的物体第三十页实体的变形调整一般是指对已生成的实体进行缩放、弯曲、扭曲等整体上的编辑以及对实体上的网面和控制点进行编辑3DSMAX中对一个长方体进行整体变形调整后的结果。第三十一页下图是对立方体进行网面和控制点编辑后的结果。从左到右分别使用了FFD（box）、Edit Patch、Edit Mesh。第三十二页FFD（box）是在形体的外部建立一个由控制点组成的box网格。通过调整控制点编辑实体的网面。可控点的数量密度可自行设定，用它能编辑出许多复杂的双曲面，如图。第三十三页Edit Patch能对实体的顶点、框架、边和面进行编辑，特别对边的编辑，可象编辑Bezier曲线一样方便，如图。第三十四页Edit Mesh可对实体的网面进行编辑。网格有多密集，它就有多少点。它对实体形的修改非常有用，如图。第三十五页在产品造型中，许多产品的形态都是由多个实体组合而成的。许多产品的部件形态是重复的或具有相似性，如按钮、旋钮等。一些产品的形态是由一个基本形堆叠而成或排列组成，利用软件的复制、变换复制、列阵等工具就能轻松地完成。如图。第三十六页构建产品形态（建模）的提示：构建产品形态（建模）的提示：先完成设计平面视图，并标注好尺寸。要对形体结构进行分析把握。决定软件、合理使用建模工具。操作时先做最大的基本形，搭出框架，再做细节。若结构关系复杂，最好将外形三视图制作好，再分别导入建模软件中，放在相应的视图窗口中，以作参考。可将产品图像导入建模软件中作为背景以参考结构关系。对建模工具的熟练程度和认识程度也是重要因素，熟能生巧。