Jewel CAD & Rhino在首饰设计中的应用初探

孙紫威

摘 要：随着时代的不断进步和科学技术的不断发展，应用于首饰行业的三维建模软件越来越多，研究分析Jewel CAD 和 Rhino两款应用于首饰的设计软件，发现其对现代及将来的电脑首饰和生产加工工艺有重要的影响。

关键词：Jewel CAD;Rhino;首饰设计

随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD）技术跨进了各个不同的领域和行业。电子电路CAD和建筑CAD率先出现，随后，机械CAD、服装CAD等各种软件相继出现，几乎各行各业都有自己的CAD技术，当然，首饰行业也不例外，也开始应用CAD技术。应用于首饰行业的计算机辅助设计称之为首饰CAD，即Jewellery Computer Design，简称JCAD。

电脑首饰设计即用电脑进行辅助的首饰设计，传统的设计方式是用铅笔将自己的创意表现在图纸上绘图，这样绘出来的是二维平面的图，其优点是迅速、方便，但缺少真实的三维立体感。现在设计师可以利用电脑设计出任意造型的首饰，电脑首饰设计的起点通常是一幅首饰草图或者一个创意，草图不需要很精致，只要自己能看懂即可，再利用电脑代替铅笔，将草图或者创意用电脑表现出来。还可以用快速成型设备将电脑设计出来的作品直接加工成一个蜡模或者树脂模，然后再制成一件成品首饰。

计算机辅助珠宝设计不同于传统的手绘珠宝设计，其独特的高效率，准确性，规范性和通过性等特点使他们成为现代珠宝设计师不可缺少的表达手段。在珠宝设计业，可用三维建模软件有很多：Solid works、Jewel space、3DS MAX、3Design、ArtCAM、Jewelsmith、Rhino、Matrix、Jewel CAD 等。现有的CAD软件的建模方式主要是实体建模和曲面建模，实体建模所建造的三维模型是真实的三维物体，它是以基本的立方体，圆柱体，球体等基本体素为单位元素，通过这些元素的集合运算获得需要的几何形体。曲面建模是通过构建物体的表面形态，来获得需要的几何形态。由于每种CAD软件的建模方式不同，决定了每一种CAD软件都有其自身的适用范围，一般来说，构建造型简单的首饰模型，用实体建模软件中的旋转/拉伸/路径等命令就可以迅速构建，如果要构建造型复杂的首饰模型，例如一些植物的花饰、动物等，实体建模软件使用起来则不太方便，这时候就需要使用曲面建模软件，相对实体建模软件而言，曲面建模软件使用起来要复杂一些。常用的首饰专用软件主要有Jewel CAD、3DS MAX、ArtCAM Jewelsmith、Rhino。首饰三维设计大大缩短了首饰设计开发和研制的周期，省去了传统设计中的许多步骤，提高了工作效率，并且易于方案的调整和修改，在设计与制造中已被广泛应用。每个软件都有自己的优点和一些缺点。结合市场目前的状况，众多三维设计软件中，广泛使用于珠宝设计行业的主要是Rhino和Jewel CAD。

1 Jewel CAD 珠宝设计中的优势

Jewel CAD是1990年研制成功的珠宝行业专用电脑辅助设计系统，该系统具有生产制作、编辑、缩放、变形、弯曲、自动平滑、打印输出等一系列灵活、实用的特点。Jewel CAD是用于珠宝首饰设计，制造的专业化的软件，经过十余年的发展，该软件以其高度的专业化、高工作效率、简单易学等特点在珠宝业相对发达的沿海地区以及香港，台湾等地区赢得用户的广泛认可，它是珠宝行业首选的CAD / CAM软件系统。其优点主要有一下几点： 非常简单易学，易于掌握，启动页面如图1，该软件在开发研制时，认真分析了首饰设计师的思路和技法，可以在较短的时间内学会。工作界面清晰方便，如图2，可以进行语言的转换，菜单工具简单形象，借鉴3DS等软件的工作界面，分三视图、立体图四个视窗，直观方便，易于观察和操作。具有灵活强大的建模功能，便于创造和修改曲线和曲面，同时该系统带有制作、编辑、比例尺、缩放、变形、折曲、自动平滑、打印输出等一系列灵活实用的功能，使得设计过程得心应手。具有设计项链、扭曲曲面、并设置宝石的数量、大小等的特殊功能，简单高效适用于自由状态曲面的布尔运算，使得造型更加灵活多变。素材库的独特设计，用以提高学习和工作效率。软件自带宝石材料库，零件库，模型库等，可以随时从中提取零件或其他组成部件，帮助完成全新的设计。渲染功能十分强大，可以使得设计成果更真实地展现出来，并且最大程度的减少了制作上的麻烦。允许模型在三维视图中进行处理，在CNC加工中输出标准的GM编码和STL数据，输出标准的无缝合线的STL和SLC数据，能快速做成模型，广泛应用于CNC机器和各种快速成型机。在设计制作时，计算金重也变得更加方便，便于设计师更好地对作品进行成本控制。

图1 启动页面

图2 工作界面

2 Rhino 软件珠宝设计中的优势

犀牛的三维建模软件是基于NURBS曲线进行设计的。该软件十分灵活、便捷，占用空间小，有很高的性价比，并且对于硬件的要求也非常低，能自如的运用于Win9X 和NT 下。它具有以下优点： 可以与其他类似的渲染软件互通。Rhino生成的三维模型可以导入到cinema和其他常见的渲染软件，凭借cinema强大的渲染能力，使得要展示的珠宝作品能够达到梦幻效果;在使用软件进行三维创作时，可以清晰地感受到该软件在曲面造型，特别的自由曲面造型上具有相当大的优势，几乎可以完整表达的设计师想要的任何造型;该软件还提供了新的用户界面，新的表面几何核心和强大的新开发工具环境，允许用户向第三方厂商快速开发新的软件工具。在这个基础上，我们科技更好地需要根据珠宝设计需求开发更为合适的插件;渲染能力强大，不逊色。软件有默认着色器，并用Flamingo的光线追踪技术，增强阴影和透明物体的着色质量，并支持聚光灯、射灯、平行光、区域灯光和荧光等效果。因此，三维模型完成后，不再需要将它们导入到其他软件，也可以轻松完成渲染;因为Work session的命令，该软件允许用户将模型分成几个部分，以分工操作，并通过附加文件的更新方式，及时了解部分或整体建模状况，提高合作效率。

3 对比两款软件，存在各自的特点

表1对比两款软件的特点

软件名称                                                      软件特点

具有设计项链、扭曲曲面和宝石设置的功能;特有设计素材库，使用方便，便

Jewel CAD    于计算金重;在CNC加工中能输出标准数据，有助于快速成型;建模过程中

计算量过大容易死机

宝石库和金属材质丰富;生成的模型可以导入cinema 软件中，效果逼真;新

Rhino        的使用者界面、新的曲面几何核心、新的发展工具环境，可根据需要开发合适

插件;可分开作业。

4 两款珠宝设计软件存在的局限性

可以说，两个软件各有不同。Jewel CAD简单易学，具有专业针对性;犀牛造型能力强，综合性、兼容性好。在信息更新快、行业竞争日益激烈的时代，企业要生存，必须提高各部门的效率，获得更低的设计、生产成本，以获得最大的利益。这两款软件共同拥有的优势也是显而易见的，他们适应了时代发展的需要，更加方便、更加直观有效地再现了设计师的灵感，不仅大大提高了设计人员的工作效率，还可以通过一个更直观的方式展现产品的形象设计成果，降低产品开发风险，提高企业的竞争力。然而，在实践操作中，这两个软件仍然存在一定的局限性。

4.1 Jewel CAD 软件应用的局限性

可以用来做珠宝设计的软件不少，但是专业做珠宝设计的软件还不是很多。随着珠宝产业的发展，电脑技术在其中的运用越来越多。但是软件的更新速度比较慢。目前JewelCAD算是珠宝设计行业内比较专业的软件了，可以解决设计里比较主要的问题。

但是这个软件还是有许多缺陷的，例如没有抓手工具。这个工具在其他的设计软件里面是再平常不过的了，甚至是看图软件都有这个工具，抓手工具可以给电脑设计带来极大的便利，而JewelCAD里却缺少这样便捷的工具。Jewel CAD里面的工具使用还比较机械化，没有那么人性化。用起来感觉比较僵硬，很不自然，而且专业性较强，需要较强的空间思维能力和一定的技巧，对使用者的要求也相对较高，因此对没有什么基础的初学者来说，不是很好掌握。

经过不断地发展，Jewel CAD相对于之前的版本的数据库模式已经非常丰富了，但建模功能并没有增加，建模方式还是只有6种：线延伸曲面（Extend）;纵向环形对称曲面（Vertical Revolve）、横向环形对称曲面（Horizontal Revolve）;线面连接曲面（Loft）见图3;管状曲面（Pipe）;导轨曲面（Rail）见图5;块状体（Block）;

图3线面连接曲面

图4管状曲面

图5导轨曲面

仅使用这六种方式来进行快速创建所有曲面造型显然会有一定的困难。

Jewel CAD建模过程中的视图操作并不完全符合三维空间操作的传统规则。三维模型绘制的位置在视图生成后并不是一一对应的，所以用户在理解绘制曲线、创建曲面模型时会有一定的误差。

Jewel CAD虽然有强大的渲染功能，但其渲染效果不是很理想，并且素材库中可以供选择的材质相对较少，颜色效果欠佳图6，素材库中携带的可供选择的戒指、宝石及其他形体也比较少见图7，利用起来并不是十分合理。再者，在首饰建模制作过程中，Jewel CAD对于某些需要精确捕捉的点无法精确定位，而其他软件在这方面可能会更加便捷，如3Design拥有强大的排列石头的功能，渲染效果好;Rhino的宝石库和材质库都十分丰富，渲染效果逼真，并且易于学习和掌握。

图6颜色效果欠佳

图7戒指、宝石及其他形体

4.2 Rhino 软件应用的局限性

犀牛建模软件的建模功能相当不错，具有快速、方便等特点，你可以创建各种模型，但三维数字化模型也需要一个过程：着色→赋材质→投射灯光→布置场景→渲染，这样的一个过程才能模拟出逼真的效果。

犀牛软件在模型导入时的可视化操作性并不强，支持每个3DM预览的文件格式，但在预览图像中观看效果只能看到线框或石膏模型渲染的显示模式，很难看到产品模型造型的细节，这大大影响了我们调用模型的效率。珠宝首饰设计及使用过程中，也没有标准化模型库，参考模型库，将直接影响到用户设计及研究的进展。

5 软件的融合与突破

对于Jewel CAD的局限性还有待于改进，例如对其曲面生成的方式上可以借鉴其他软件继续改进，减少建模过程的复杂性，如Matrix，它继承了Rhino的优良建模特性，同时又针对首饰设计的特点集成了许多相关的命令，它的开发思路完全是人性化的，利用Matrix，设计师可以按照自己的设计思路去构建首饰模型，几乎不需要为了构建一个模型而去学习特定建模方法，因而使得利用Matrix建模变得更加简单而且迅速。其次，对于其素材库较少，渲染效果不是很理想的问题，可以像Rhino一样，增加一款适合在Jewel CAD基础上运行的珠宝设计插件。如Techgems就是Rhino的一款珠宝设计插件，其界面如图7所示，Techgems的宝石库十分丰富，包括各种形状的宝石。

宝石材料又可以分为有机宝石（珍珠，珊瑚等），各种各样颜色及透明、不透明的单晶宝石，包括常见的红宝石、蓝宝石、祖母绿、锆石、各色水晶等，金属材料包括金（玫瑰色，黄色等）、铂、银等，各金属被分成抛光效果和磨砂效果的等等。在三维效果效果方面，rhino搭配了flamingo渲染器，可以渲染出及其逼真的三维效果图，如图8。同样的道理，Jewel CAD是否也可以增加类似的插件或者增加首饰单独的结构组件，以增加其素材库，方便设计师对首饰进行重组和再次加工利用;或者搭配相应的渲染器，使渲染效果更加逼真;从而使得无论是设计还是快速成型在使用Jewel CAD时更加简便、快捷。当然这样的插件还有待于专业人员的深入开发。

图8软件的融合与突破

图9Rhino设计作品

6 结语

一件首饰设计作品，不但要求其要造型精致、有创意，而且要求做设计的作品在工艺上是能够实现的，即能够制作出实际的成品首饰，这就要求设计师同时也对工艺有所了解，电脑首饰设计将设计与工艺紧紧的联系在了一起，由于电脑首饰设计的直观性，即方便了设计师对自己的设计结果进行检验，也方便了设计师与客户、工艺师的沟通。未来的设计必定是与生产联系在一起的，为缩短产品的开发周期以及控制开发成本，首饰的CAD/CAM一体化趋势显得越来越明显，电脑设计是传统手绘设计的拓展和延伸，对设计师来说，掌握电脑首饰也越来越重要。

尽管电脑首饰设计有一定的局限性，但随着时代的不断发展，科学技术的不断进步，相信这些软件本身所存在的缺陷一定会有所改进，并且会不断完善，在不久的将来也一定会有更加精彩的首饰设计软件出现，电脑设计将会是一个趋势，它定会进一步促进珠宝首饰行业的快速发展。

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