段軍，羅朝陽*，范浩軍

（1.達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川達(dá)州635001；2.四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

前言

女鞋的外形多為曲面構(gòu)成，現(xiàn)代曲面三維造型中最為流行的技術(shù)是非均勻有理B樣條（NURBS）方法。由于NURBS曲面造型過程可視化，設(shè)計(jì)師可按設(shè)計(jì)要求，修改控制節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到造型設(shè)計(jì)的要求［1］。目前常用的三維建模軟件有UG、CATIA、Rhino、3Dm ax、MAYA等，這些三維設(shè)計(jì)軟件中，均帶有NURBS建模功能，利用非均勻有理B樣條曲面特性，通過調(diào)整控制點(diǎn)參數(shù)可創(chuàng)建自由曲面［2］。其優(yōu)勢在于可構(gòu)建精確、流暢的模型造型表面，精確度可以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)［3］，并且使復(fù)雜曲面形狀的創(chuàng)建和編輯更加快速且方便，常用于工業(yè)產(chǎn)品外觀的前期開發(fā)。

傳統(tǒng)的曲面建模方法是先建立產(chǎn)品的外形曲線，利用曲線構(gòu)建產(chǎn)品主要的或者大面積的曲面，再對所建立的曲面進(jìn)行編輯、連接、縫合，最后加上產(chǎn)品的細(xì)節(jié)特征，得到完整的三維模型，這無疑是一個繁瑣又漫長的過程。在行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代，企業(yè)之間的競爭日趨激烈，它要求更有效的縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造力和工作效率。NX11.0的創(chuàng)意塑型功能模塊顛覆傳統(tǒng)的曲面建模方法，利用NURBS曲面的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)意“捏橡皮泥式”的造型設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)的造型方法，可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，滿足企業(yè)對設(shè)計(jì)人員的要求。

1 UG NX 11.0創(chuàng)意塑型功能模塊的優(yōu)勢

SIMENSE旗下UG NX自9.0以來，加入了創(chuàng)意塑型功能模塊，創(chuàng)意塑型是一種細(xì)分建模的思想，通過將基本體素進(jìn)行“拆分面、拉伸、變換”等操作進(jìn)行造型［4］。其多個自由度的控制手柄直觀地對控制體素外觀的框架（框架點(diǎn)、框架線、框架面）進(jìn)行位置的操作，繼而控制體的形態(tài)［4］。它的優(yōu)勢在于能夠替代傳統(tǒng)的造型方法，操作直觀，易于設(shè)計(jì)交流。在UG NX11.0中，創(chuàng)意塑型功能模塊更是將高級曲面創(chuàng)建、集成和速度提升到了一個新的水平，同時(shí)結(jié)合NX的其他建模工具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能夠大幅度提高效率，縮短設(shè)計(jì)周期。

創(chuàng)意塑型功能的使用就像捏橡皮泥一樣，先捏出一個大體形狀，也就是首先要創(chuàng)建一個基本體素，軟件中有六種基本體素可供選擇：球、圓柱、塊、圓、矩形、環(huán)面。根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可通過分部位進(jìn)行多次調(diào)入基本體素來變得更加簡單［4］。然后利用功能模塊中提供的拆分、變換、拉伸、放樣、掃掠、橋接、填充等各種技術(shù)手段創(chuàng)建出我們最終所需要的產(chǎn)品形狀。

文章利用一款女式?jīng)鲂脑O(shè)計(jì)展示UG NX11.0創(chuàng)意塑型功能模塊的應(yīng)用。

2 用UG NX11.0創(chuàng)意塑型功能進(jìn)行女式?jīng)鲂脑O(shè)計(jì)

涼鞋按形體結(jié)構(gòu)分為滿幫涼鞋、全空涼鞋、滿空結(jié)合涼鞋等，滿空結(jié)合涼鞋是在滿幫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，某些部位留有空口，整體風(fēng)格比較莊重、內(nèi)斂[5]。本文所設(shè)計(jì)的女式?jīng)鲂捎昧丝疹^空腰滿跟式，以23碼鞋作為尺寸設(shè)計(jì)的參考，楦底樣長為237毫米，幫面均使用羊皮正面革。該款女式?jīng)鲂闹饕O(shè)計(jì)要素為鞋底、鞋跟、鞋面、鞋幫及裝飾配件，下面使用UG NX11.0創(chuàng)意塑型模塊中的相關(guān)命令分別對以上要素進(jìn)行建模，然后渲染，最終完成女式?jīng)鲂耐庥^設(shè)計(jì)。

圖1 涼鞋基本體素的創(chuàng)建

圖2 鞋底初始設(shè)計(jì)

2.1 鞋底建模

2.1.1 確定基本體素

鞋底建模主要以鞋底邊緣輪廓為主，根據(jù)捏橡皮泥的思路，首先捏出一個大致形狀，也就是要確定一個基本體素，通?；倔w素的選擇是根據(jù)產(chǎn)品最終的形狀來決定，產(chǎn)品最終形狀與哪個基本體素接近就選哪個，曲面較多的一般選擇球體，鞋底形狀雖然比較接近于長方體，但鞋尖和鞋跟都是圓弧過渡，因此在這里選擇如圖1所示球體作為基本體素來塑造鞋底輪廓。

打開NX11.0軟件，點(diǎn)擊插入菜單，進(jìn)入NX創(chuàng)意塑型功能模塊，選擇體素形狀工具，類型為球，球的大小既可以在圖形上通過拖拽大小箭頭的方式確定，也可以在命令對話框里進(jìn)行設(shè)置。

2.1.2 拖拽出鞋底的大體形狀

鞋底為扁平形狀，要想使球體變得扁平，需要利用變換框架命令。變換框架命令是創(chuàng)意塑型中最常用命令之一，它是通過旋轉(zhuǎn)、平移或縮放選定的控制框架單元，使其達(dá)到我們想要的形狀。選擇變換框架命令，按下鼠標(biāo)左鍵，按從左上到右下

的方向移動鼠標(biāo)框選住球體，在Z方向和X方向分別拖動比例縮放球或直接輸入比例值，將圖1所示球體拖拽為圖2(a)所示形狀，當(dāng)前形狀為中間厚兩頭薄，但整個鞋底是等厚的，因此選擇設(shè)置重量命令，設(shè)置重量是針對控制框架的選定面、邊或頂點(diǎn)設(shè)置重量，常用于調(diào)整弧面的曲率，當(dāng)權(quán)值百分比設(shè)置為100時(shí)，弧面即可貼近平面。這里選中頂面和底面框架，設(shè)置權(quán)值百分比為100，最后得到如圖2（b）所示鞋底的大體形狀。

2.1.3 拆分面，拖拽出鞋底形狀

拆分面是進(jìn)行創(chuàng)意塑型最為關(guān)鍵的一步，拆分面的目的就在于將一張整面均勻的或自定義的拆分成多個控制框架面，以便利用變換框架等命令對每一張控制框架面、每一條控制框架線或每一個控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)編輯。面拆分的合理性影響曲面的質(zhì)量進(jìn)而影響產(chǎn)品的整體外觀形狀。該例中可先在長度方向設(shè)置3條拆分線，由于鞋尖和鞋跟部分需要單獨(dú)調(diào)整，可分別在鞋尖和鞋跟部分再加1條拆分線，最后在寬度方向設(shè)置1條拆分線即可。選擇拆分面工具，框選所有面，選擇長邊為參考邊，設(shè)置數(shù)量為3，確定；用同樣的方法在鞋尖和鞋跟部分分別增加1條拆分線，在寬度方向設(shè)置1條拆分線，如圖3（a）所示。合理的拆分面后，利用變換框架命令按鞋底的形狀拖動頂點(diǎn)，拖拽出如圖3（b）所示鞋底的俯視形狀并最終拖拽出如圖3（c）所示的前低后高形狀。

2.2 鞋跟的建模

鞋底完成后，利用鞋底的控制框架面通過拉伸框架命令拖拽出鞋跟形狀，拉伸框架是拉伸選定的控制框架面或邊，或者拉伸多段線，方法是平移它們并新建面來填充之間的空間。選擇鞋跟位置的鞋底控制框架面，將其向下拖動，得到如圖4（a）所示形狀。再利用拆分面、變換框架等命令完成鞋跟的最終造型，如圖4（b）所示。

2.3 鞋面及鞋幫的建模

接下來進(jìn)行鞋面的創(chuàng)建，首先繪制出框架線，利用放樣框架命令將框架線放樣成框架面，選擇變換框架命令，按照前面所講思路創(chuàng)建出涼鞋鞋面及鞋幫,如圖5所示。

2.4 涼鞋裝飾的設(shè)計(jì)

完成涼鞋主體的設(shè)計(jì)后，可根據(jù)客戶的需求設(shè)計(jì)出涼鞋裝飾，裝飾的設(shè)計(jì)既可使用創(chuàng)意塑型的方法創(chuàng)建，也可以使用直接建模的方法創(chuàng)建。裝飾設(shè)計(jì)有很多種方法，以裝配為例，所使用的裝飾配件包括花朵、蝴蝶結(jié)、金屬件、鉚釘、水鉆、鈕扣等［6］。本設(shè)計(jì)采用金屬材質(zhì)制成玫瑰花的形狀，玫瑰花具有優(yōu)雅、浪漫的特點(diǎn)，而金屬制成的裝飾配件富有光澤感，更加能夠襯托出玫瑰花的高貴。

3 用UG NX11.0渲染器對涼鞋進(jìn)行效果處理

選擇藝術(shù)外觀任務(wù)，進(jìn)入藝術(shù)外觀編輯中，如圖6所示。先選擇場景編輯器，對背景進(jìn)行編輯，然后根據(jù)客戶的要求，利用其自帶的材質(zhì)球，賦予涼鞋各個部分相應(yīng)的顏色和材質(zhì)，布置燈光，完成藝術(shù)外觀的設(shè)置，最后通過渲染得到女式?jīng)鲂娜S設(shè)計(jì)效果圖，如圖7所示。

圖3 鞋底設(shè)計(jì)

圖4 鞋跟設(shè)計(jì)

圖5 涼鞋幫面設(shè)計(jì)流程

圖6 藝術(shù)外觀任務(wù)

圖7 渲染效果圖

4 結(jié)束語

利用UG NX 11.0軟件中的創(chuàng)意塑型功能模塊所構(gòu)建的女式?jīng)鲂S模型，通過其自帶的渲染器進(jìn)行渲染，能夠得到形象逼真的產(chǎn)品三維效果圖。隨著3D技術(shù)發(fā)展日益成熟，可以根據(jù)客戶的要求，對鞋靴造型設(shè)計(jì)建模，渲染出效果圖，再經(jīng)過修整滿意后，完成訂單下達(dá)，實(shí)現(xiàn)真正個性化定制［7］。

[1]王哲,王知行.NURBS曲線、曲面造型過程的可視化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),1999,(05)∶14-16.

[2]崔昌禹,崔國勇,涂桂剛,遲曉彤.基于B樣條的自由曲面結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法研究[J/OL].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2017,38(03)∶164-172.

[3]曾琦.計(jì)算機(jī)輔助皮革制品設(shè)計(jì)—鞋類和包袋平面與三維效果圖制作［M］．北京∶中國輕工業(yè)出版社，2009∶102.

[4]安金亮,李疆,楊秋萍.基于UG創(chuàng)意塑形的逆向設(shè)計(jì)研究[J].科技與創(chuàng)新,2017,(14)∶122-124.

[5]步月賓.涼鞋的造型變化特點(diǎn)及設(shè)計(jì)規(guī)律[J].西部皮革,2009,31(10)∶25-27.

[6]周素靜.女式淺口鞋裝飾工藝設(shè)計(jì)研究[J].西部皮革,2013,35(07)∶46-49.

[7]葉紀(jì)委,弓太生,萬蓬勃,劉淼.Rhino及T-Splines在運(yùn)動鞋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].中國皮革,2016,45(06)∶22-25.

[8]諸炳生,諸慧.中高跟女涼鞋的設(shè)計(jì)[J].中國皮革,1998,(06)∶22-23.