计算机图像处理技术在茶具设计中的应用研究

许晓萍

（无锡城市职业技术学院基础课部，江苏无锡 214000）

1 茶具概述

1.1 茶具造型设计

茶具造型体现出立体空间的特点，茶具拥有纷繁的造型种类，可是从外观形态分析，全部造型都是由最基本的要素构成即点、线、面、体和空间。这些构成要素表现出较强的抽象性，还体现出强烈的视觉效果。在茶具造型中，各个形式的端角、棱边和线角、内外壁等体现出构成要素的特性，还有形体的起伏、衔接变化。

1.2 茶具设计原则

茶具设计应当严格遵守适用、美观和经济的原则，这些主要是由造成构成要素决定的。功能效用对茶具造型的基本形态和结构发挥了决定性作用。茶具作为日常生活汇总经常使用的器具，必须把适用性放在第一位，在功能上与人们生活的实际需求高度相符。因为只有当造型与自身功能效用相符时，才令人产生造型的合用，恰当且舒适，形成潜在的心理快乐。良好的功能是造型形式美的主要因素。公共场合的茶具还应当考虑空间存储的问题，比如摞叠形式结构造型设计具有较强的实用性。在造型设计中应当结合使用要求明确造型的比例关系容量大小关系。

美观是在适用基础上需要思考的第二大原则。产品的造型美会令人形成很好的视觉享受。在日常过程中茶具能用到也会接触到，即便是不使用也会出现在人们的视觉范围之内，所以茶具造型设计的基础是美感，与人们的审美需求高度相符。

现代茶具除了一般使用之外，还是家庭装饰的重要部分，茶具设计材料的使用也必须全面考虑。材料是物质的基础，只有了解材料掌握其工艺技术，才可以有效融合材料与技术对造型问题有效考虑，最大程度发挥材料的特点，令造型设计物尽其用，使茶具体现出很好的功能效用。还可以在设计过程中科学配套不同的材料，金铜和塑料等也可以令人产生不同的感受。设计师在设计茶具时应当从艺术角度出发，设计出大方、实用的产品，还要从经济角度分析，结合具体的生产水平、生产工艺和成本，力争通过最小的成本获得最佳的效益。同时对消费者的心理密切把握，了解消费时尚和市场信息。

2 计算机图像处理技术在茶具设计中应用的特性

2.1 模拟性

引入图像处理技术，可以提前对产品的样品实行设计或虚拟设计，设计者在生产产品之前就可以预先看到产品的造型效果。模型体现出的相关数据和图形，可以帮助设计者更加直观的表达设计想法，不必等到产品模型做出来之后才了解效果。也使设计者在建模的过程中掌握产品每个部分的情况，随时进行修整。

2.2 精确性

绘制出的造型可以体现出准确的物理角度和尺度，还可以随时调整数据，模型可以记录大量的信息充分保证数据的准确性。而实际产品可以按照这部分数据对产品是否符合生产需求进行检验，确保产品品质。

2.3 高效性

利用模型能节省大量重复的设计修改工作，而修改图形与返回历史记录也相对容易。在原来模型的前提下，利用点、线、面的的调节可以对壶盖和壶身等各个部件进行变形与裁减，从而产生不同风格的造型。传统造型设计方法是建立在产品模型的基础上，当其无法达到市场需求时，必须重新进行制作。极大程度浪费了设计成本，影响了产品的竞争力。

2.4 效益性

模型在对形体准确表现的同时，这些设计数据还可以向加工、制造部门完整传输，紧密联系了设计和制造环节，并行的工作方法提升了新产品投产速度，一定程度上加快了生产速度。再者，造型建模不但使设计者表达了自己的设计思想，还可以帮助消费者看清产品的立体效果，这也是企业获得效益的重点。

如上述所讲，将计算机图像处理技术在茶具设计中应用具有一定的难度，很多茶具生产者尚未形成使用先进技术的意识，依然采取传统设计方法对茶具进行设计。大部分从事茶具设计的工作人员，虽然拥有茶具工艺却无法熟练使用计算机图像处理技术，而熟练操作计算机的人员却不懂茶具设计，进一步造成了茶具和计算机的分离。

3 计算机图像处理技术在茶具建模中的应用

构建模型的整体思想是将茶具作为一个实体进行处理，再编辑模型，进一步产生壶嘴、壶把甚至壶盖等形状，具体步骤如下：首先，先按照整个茶壶或茶具外形尺寸构建一个基本毛坯模型。比如长方形或圆形。其次，细化编辑基本模型，形成不同的部分形状。比如结合壶嘴具体位置，有效明确壶嘴拉伸部位，若面的大小不符合要求，应当在插入面对边和点进行编辑。最后通过细化和光滑处理整个模型，通过渲染得到实体最终模型。

3.1 车削建模

车削命令是中心轴对称物体建模制作的主要方法。车削编辑是制作一个二维的曲面作为截面，之后利用一个旋转轴获得三维造型的建模方法。在绘制曲线时，必须灵活运用与区分拐角点、光滑点、贝兹曲线等。

3.2 复合对象建模

复合对象建模通常包括了放样、变形与布尔运算等内容。结合茶具的相关特点，这一轮廓包括壶盖、壶体、圈足、壶底和壶把、壶嘴细节部位，茶杯涉及了杯和把，任何一个部分都可以认为是由一个延伸界面产生的。

3.2.1 放样原理

放样操作属于一种十分高级的拉伸：放样应当设计科学的路径与截面，也就是将二维图像成功转变为三维横截面，结合合理的路径，形成三维模型。

以3dsmax为例，放样操作步骤如下：

（1）绘制路径与截面；

（2）选择截面图形，在复合建模中开展Loft操作再通过路径拾取从而获得相应的图形，在磨合模型中借助于Loft操作拾取形状进一步获得截面。

（3）多截面放样：首先，采取合理的方法积极放样；其次，在参数栏中对Path数值不断改变，也就是截取界面位置，再一次拾取新的截面。

（4）Loft放样过程：茶壶轮廓包括几部分，之后利用布尔预算变形等对茶壶的基本轮廓进行编辑。

首先，准确绘制路径与截面。这是构建放样物体的重要基础，同时也是产生三维造型的基本前提。在绘制二维图像的过程中，必须对分段数的位置合理思考。分段数具体是清晰描述曲线分割的段数。此外，还可以划分路径和截面，针对路径，段表示着放置截面的数量，段数越多，沿着路径放置的截面也越多和越密。对截面来讲，段数代表着等分截面的周长，段数越大，越可以细分截面图形。

其次，放样生成造型物体。可以通过两种方法设计放样造型，一种是选取路径，再拾取形状；另一种是先确定截面，再选择路径，这两种方法产生相同的模型。

当需要利用模型将截面图形放置在放样物体上时，即采取多重放样方法时，必须在指定截面放置路径，可以通过路径参数的百分比积极确定，在不同路径插入不同的截面。选取多个图形可以利用路径参数下路径步数的上一个图形和下一个图形。放样获得物体基本造型之后，可以顺利过渡为平面截面。

3.2.2 施加变形

（1）变形修饰器

变形修饰器是修改放样物体的修改器，当确定一个放样物体之后，在修改命令面板中可以获得变形卷展栏。

缩放变形是指在X、Y轴路径上实行缩放；扭转变形是指在X、Y轴上实行扭转；旋转变形是指在路径Z轴实行旋转；倒角变形可以形成倒角，一般大量应用在路径两端，容易在狭窄的拐弯位置产生尖锐的放射定点，对表面造成一定的破坏。倾斜变形可以促使模型垂直旋转于x、y轴。通常可以在偏移路径模型上应用倾斜模型，产生其他方法无法构建的对象；拟合变形，在x、y轴路径上完成拟合三视图放样，对一般放样方法进行有效的补充。其原理是将一个放样物体置于X轴平面和Y轴平面上，由于挤压和限制这两个图形会形成全新的模型，可以在某一轴上单独进行拟合。

以缩放变形为例说明如何缩放圆管缩放对象成为壶体。对放样对象圆管积极明确，进入变形子菜单之后开始缩放操作，打开变形对话框，单击均衡按钮，促使X轴和Y轴都利用相同的曲线，之后单击插入角点，向对话框的曲线插入需要调整曲面轮廓的点。

（2）FFD变形工具

FFD还可以称之为自由形式的变形工具。其并非是基础建模的内部编辑命令，而是在建模过程中一个易于操作的模型工具。“自由形式变形工具”修改器的工作原理是通过调整控制点不断改变物体造型，这些控制点可以自主进行设定。根据物体复杂情况与编辑要求对控制点的数目随意增减，在X、Y、Z轴三方面设定相应的控制点，进一步有效配合物体三个方面的尺寸和形态。FFD变形工具的任何控制点都可以有效掌控茶具表面形态，要想有效修改茶具局部造型，可以采取FFD变形工具编辑控制点。

比如相对简单的茶杯，单击选择茶杯，在修改命令下将FFD类型赋予茶杯。在FFD变形工具的子菜单编辑控制点子物体状态。移动、缩放局部控制点进行操作，直到模型达到模型的具体要求。

（3）布尔运算

三维物体的形成并不是通过一个简单的原始模型加工就能实现，复杂的形状要求更加合理的编辑原始模型，比如剪切、挖孔、添加其他形态等。对于一部分茶具来讲，可以利用布尔运算获得凹凸形状。

在3dsmax中，两个物体叠加产生的计算都可以认为是布尔运算，其可以通过交集、并集、差集等相关操作，对基本几何形体有效组合，快速创造出非有机体对象。经过一系列运算产生布尔物体，其也可以认为是参数化的物体。

实行布尔运算时，要求参加运算的物体表面必须完整；统一法线方向，不能随意翻转物体表面的法线，否则会发生无法估计的结果；要求物体表面没有重叠的元素，也就是在物体表面或内部没有利用次物体集中编辑，修改命令遗留的线段；若操作物体存在着相交，布尔运算无法发挥应有的作用，最好在表面复杂程度近似的模型之间开展布尔操作。

以下利用3dsmax实例对布尔运算应用详细说明。建立一个充满韵味的茶壶，可以将椭圆作为基本形体，通过平面几何体布尔中差集类型积极实行切割，在实施布尔运算的过程中，必须对物体的分段数全面考虑，若段数较少，物体在剪切时会产生粗糙的剪切边。

4 茶具局部造型处理

4.1 表面黏度过渡

在制作茶具制品的过程中泥浆黏结部件可以圆滑的连接釉面，若在建模过程中简单的穿插各个部件，就会形成生硬的感觉，不能充分体现出茶具的自身特点。

Nurbs建模可以有效过滤倒角一部分规则与不规则形状的曲面。比如Maya，Nurbs体现出的曲面倒角作用。通常利用圆边斜角连接壶体与部件，这一命令也是使用频率最高的，还可以利用默认设置。选择倒角的两个曲面，相应获得曲线倒角，还可以顺利进入输出选项同时利用操作手柄对初级半径与次级半径进行很好的调整。在3dsmax建模中实体建模时常会用到连接命令，它的主要作用是在超过两个物体对应的删除面上构建表面，把它们焊接在一块形成光滑的过渡。针对独立建模完成的杯体和杯把之间通过连接复合命令进行黏结。可以利用控制每个物体的连接交叉部分的段数与张力数值条件连接对象。

4.2 边缘强化以及倒边倒角

当利用多边形实体建模时，这类建模方式自由性极高，可是我们并不需要这种相对僵硬的形体表面，因此在形体塑造中可以选择加入一个光滑命令，相应的会对边缘有效柔化，针对一些需要制造棱角的茶具，可以通过边缘法解决这一不足，即在需要强调边缘的位置，创造出一条或数条边缘，实施光滑命令之后有效固定与强化了边缘。进入模型边子菜单下采用迅速切割与切割命令在近距离边缘线内实行线切割，最终获得较硬轮廓线的模型。

对于处理茶具边缘线，除了边缘强化，还可以采取倒角或倒角命令。在多边形的点层级与边层级都存在着倒角，这个命令相当于挤压过程中只是左右移动鼠标分解点或边的效果从而达到转折过渡的目的。

5 结语

计算机图像处理技术在茶具造型设计中的应用是在科学技术快速发展、提升产品市场竞争力、传统设计方法出现大量不足的情况下出现的，计算机图像处理技术不但在理论上，并且在实践上也体现出较大的发展潜力。在模型构建方面都是传统设计方法无法实现的。当前在发达国家，计算机图像处理技术已经广泛应用在茶具设计领域并且获得了巨大的经济效益，有效缩短了开发新产品所需的时间。在茶具造型设计的过程中，图像建模技术已经成功取代了传统造型方法，逐步提高了茶具模型的准确度。伴随着计算机图像处理技术在茶具设计的普及应用，计算机辅助茶具产品设计已经成为一种趋势。采取建模设计，为茶具的创新提供了一个重要的技术平台，也为研发新产品提供了全新的技术手段。

[1]邓世兰.建模技术在茶具造型中的应用分析[J].陶瓷科学与艺术，2013(1):14-17.

[2]李丹，刘莉，刘玉璟.计算机虚拟技术在陶瓷包装设计中的应用[J].中国包装工业，2013(6):66-66.