V-ray for Rhinoceros在虚拟产品造型设计终端表达中的应用

2010-02-23桑振

陕西科技大学学报 2010年4期

桑振

(陕西科技大学设计与艺术学院，陕西西安 710021)

0 引言

虚拟产品造型设计的终端表达是产品设计过程中非常重要的环节，它直接反映了设计师的设计思想和设计方案.目前，虚拟产品造型设计的终端表达方式分为两种：手绘表达和计算机表达[1].手绘表达的方式存在比较久远，也十分成熟与完善，它的优点是发挥比较自由，缺点是表达方案不易更改、设计表达用时较长.随着计算机3D技术的进步，计算机表达方式逐渐代替了手绘方式，主要原因是计算机表达方式具有快速性、精准性和超写实性等优势，特别是近年来3D软件Rhinoceros引入V-ray for Rhinoceros渲染引擎之后大大提高了虚拟产品造型设计的表达能力.

1 虚拟产品造型设计的计算机终端表达

1.1 虚拟产品设计计算机终端表达的概念

虚拟产品造型设计的表达分为初端表达和终端表达两部分[2]，初端表达指的是虚拟产品初期的设计创意草绘表达阶段，如图1所示.而终端表达指的是虚拟产品的设计造型完整表达阶段，包括虚拟产品的结构、外形、材质等等，如图2所示.虚拟产品造型设计的计算机终端表达往往关系到其被精准认知的速度和深度.

图1 虚拟产品造型设计的初端表达图2 虚拟产品造型设计的终端表达

1.2 虚拟产品造型设计的计算机终端表达现况

目前，虚拟产品造型设计的计算机终端表达所使用的3D技术软件相当丰富： Auto CAD、PRO-Engineer、Solideworks、UG、Rhinoceros、3D Studio Max等等，而其中的Rhinoceros表达能力相当强大：速度快、功能强、兼容性能高，它和3D图像的渲染引擎V-ray for Rhinoceros配套，是目前最优化的3D虚拟产品造型设计终端表达组合[3].具体地说，V-ray for Rhinoceros对虚拟产品的材质、造型、色彩的表现有很高的精确度.

2 V-ray for Rhinoceros及其特征和功能

V-ray for Rhinoceros是由专业的渲染器开发公司Chaosgroup开发的渲染引擎软件，是目前业界最受欢迎的渲染引擎.它是基于V-Ray 内核开发的Rhinoceros的一种版本[4]. 由于V-ray for Rhinoceros操作简单、渲染速度快，而且其输出的图像表达效果极佳，因此逐步成为虚拟产品造型设计终端表达应用渲染引擎软件的主流.

V-ray for Rhinoceros具有6大特征：(1)真正的光影追踪反射和折射；(2)平滑的反射和折射；(3)面阴影(柔和阴影)，包括方体和球体发射器；(4)间接照明系统(全局照明系统)，可采取直接光照 (brute force)和光照贴图方式(HDR)； (5)运动模糊，包括类似Monte Carlo 采样方法；(6)摄像机景深效果[5].

V-ray for Rhinoceros具有14大功能：(1)抗锯齿功能，包括 fixed、simple 2-level 和 adaptive approaches等采样方法；(2)散焦功能；(3)G-缓冲(RGBA、material/object ID、Z-buffer、velocity etc)；(4)基于G-缓冲的抗锯齿功能；(5)可重复使用光照贴图；(6)对于fly-through 动画可增加采样；(7)可重复使用光子贴图；(8)带有分析采样的运动模糊；(9)真正支持HDRI贴图，包含 *.hdr、 *.rad 图片装载器，可处理立方体贴图和角贴图贴图坐标，并可直接贴图而不会产生变形或切片；(10)可产生正确物理照明的自然面光源；(11)能够更准确并更快计算的自然材质；(12)基于TCP/IP协议的分布式渲染；(13)不同的摄像机镜头：fish-eye、 spherical、cylindrical and cubic cameras ；(14)网络许可证管理使得只需购买较少的授权就可以在网络上使用 V-Ray 系统[6].

3 V-ray for Rhinoceros的实例应用

3.1 打开/导入模型

V-ray for Rhinoceros是Rhinoceros的内置插件渲染引擎，所以先打开Rhinoceros，再打开/导入虚拟产品3D模型， Rhinoceros 4.0版本支持*.3dm、*.3ds、*.dwg等28种格式的3D或2D图形，如图3所示为“手表”裸模.

图3 手表模型

3.2 设置参数

3D模型输入rhino软件之后，经过视图的相应调整，激活Vray渲染器，对其基础面板上的功能选项、数据进行设置，在Vray中包含3部分基础参数：灯光、材质和基础数据面板.

(1)灯光：V-ray for Rhinoceros没有自己的灯光，它使用的仍然是Rhinoceros的内置灯，但Rhinoceros的内置灯灯光参数的设置对V-ray阴影效果影响十分明显，尤其是“采样”中的“细分”和“光子细分”数值，它们一般设置为“8～32”、“500～3 000”，阴影的效果虚实得当，如图4灯光阴影采样设置面板所示.

图4 灯光阴影采样设置面板

(2)材质：V-ray for Rhinoceros的材质参数面板有4个，其中diffuse(漫反射)是默认的，而反射、折射和自发光面板则必须激活才能使用.根据材质的特点，可以激活参数面板2～4个不等，例如反射(高光材质)、折射(透明材质)和自发光(发光材质)面板.在本案例中，产品“手表”的“表头”部分采用粉红色的高光陶瓷，根据陶瓷的特点激活反射面板即可，如图5所示，其中“高光区的光泽度”影响材质高光区的反射强度，一般高光陶瓷取值为0.8～1，“反射面的光泽度”对模型反射面的反射光亮度至关重要，这里取值1.

图5 材质反射参数设置面板图6 材质漫反射、折射参数设置面板

“表带”的材质采用透明软塑料，则它的材质面板必须激活“折射层”，其中“折射”的“光泽度”值为1，“折射率”为1.55，“雾的颜色”为湖蓝，它直接反映出“表带”材质的颜色，因为在透明材质内Diffuse的“颜色”不再起决定性作用.另外，Diffuse的“透明度”色彩的亮度决定了材质的透明程度，如果为白色，则为全透明；为黑色，则不透明.本案例采用白色，如图6材质漫反射、折射参数设置面板所示.

图7 Vray 基础参数全局开关参数面板

(3)基础面板：V-ray for Rhinoceros还有一个最重要的参数面板，那就是基础面板，它的功能主要是设置输出图像尺寸、图像采样、光的特性、环境、材质的透光性及其他物理特性.本案例将“全局开关”面板中的“照明设备”设置为“灯光”和“阴影”，而取消了“默认的灯光”和其他选项，这样即可设置灯光的所有属性，而不是Rhinoceros的默认灯光，如图7所示.

“贴图环境”面板中的“全局光”能够决定模型产品的环境光源的特性，甚至会影响到灯光阴影的设置.如果不采用默认灯光，一般将它的“m”贴图选择为“无”；而“背景”选项则是对产品渲染环境的设置，本案例的设置如图8所示.