应用Rhinoceros 3D软件的陶瓷茶壶造型设计

林朝铨

(黎明职业大学 文化传播学院,福建 泉州 362000)

Rhinoceros 3D软件简称Rhino，是一个基于曲面建模的软件，以其建模方式简便、界面清晰、稳定性好、针对工业设计专业等特点受到设计师的青睐[1]。不仅如此，Rhinoceros 3D软件拥有丰富的程序插件、网络共享数字资源库、材质库以及配套使用的硬件设备、渲染软件和工程软件，便于对接3D(三维)打印以及现代智能化生产，使得设计师可以全方位地完成工作。

应用Rhinoceros 3D软件的陶瓷茶壶造型设计，是计算机辅助建模技术在现代生产运用的实际案例。目前学术界针对Rhinoceros 3D软件的研究主要集中在汽车等领域，特别是针对其NURBS(非均匀有理B样条)曲线建模技术的研究较为全面深入，但针对陶瓷茶壶造型设计的研究较少。以Rhino和陶瓷作为关键词检索，相关的研究主要有何以诺[2]探讨了陶瓷艺术设计教学中Rhino的应用，刘倩[3]探讨了3D打印和Rhino软件在陶瓷产品设计的实际案例，张廷霞[4]和饶舜[5]探讨了NURBS曲线建模在陶瓷曲面上的应用；刘欣宇[6]探讨了Rhino数码板绘在釉下彩瓷设计上的应用。Rhino在建模精度和能力方面远胜于CG(数码化作品)软件，并且灵活性强于CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)软件，这些特性和陶瓷茶壶造型设计的工作需求匹配度较高，值得进行深入研究。

1 茶壶造型开发设计方法

任何市场化的工业产品首先要满足功能性需求。茶壶的造型设计离不开饮茶文化的影响，其造型需要满足用户泡茶的需要，包括防烫、合适的容量、易拿易放、易清洗、稳定性、保温等等。中国茶文化在理念上吸取了儒释道三家的哲学思想，因此茶壶造型设计除了考虑泡茶的功能外，还应具备艺术审美价值。

1.1 传统茶壶造型设计方法

人们广泛使用陶瓷材料制作茶壶，相对于其他材料，陶瓷茶具在成本、实用性、美观性等方面具有一定的优势。在计算机还没有广泛应用的年代，常用的陶瓷茶具设计方法一般有两种。

一是由有经验的师傅在传统器型基础上进行个性化的调整，茶壶成型工艺往往是手工拉坯成型后再使用泥浆将壶嘴及壶把接上(见图1，图2)，最后上釉烧制；无需设计图纸，主要是经验总结和改良，具有较强的工艺美术属性。

图1 茶壶拉坯 图2 壶嘴与壶把接合

二是由专门从事造型设计的人员根据自己的意图绘制好图纸作为生产制作的依据，同时也作为生产资料存储下来，其他工厂可参考图纸生产出相同的产品[7]。具体流程为，首先由设计人员设计好图纸，然后由模种师傅根据图纸用石膏制作出模种[8]，接着模具师傅根据模种制作模具，最后注浆出模上釉烧制。通常图纸有两种，一种为平面设计图，包含有正视图、侧视图和俯视图，有时候还会绘制剖视图，一般以正视图作为重点，图中会标明茶具各部位的尺寸大小。另一种为三维立体图，将茶具造型的三维立体透视造型绘制出来，其在生产上不常用，主要是用于评估茶具造型设计美学属性。

1.2 现代茶壶造型开发设计方法

现代陶瓷茶具的开发设计最大的改变在于前期设计及评估阶段。设计工作者可基于资源库及自身设计能力，快速手绘表现设计思路；在确定完草图方案后，可使用软件的计算机辅助建模技术和配套的硬件将所设计产品的三维模型在电脑中快速呈现，并通过配套的渲染软件制作出效果图；接着团队会评估产品的各项指标，利用软件检测模型的曲面质量，模拟使用状况；具体反馈经修改确认之后，直接使用配套的3D打印设备制作模种，然后开模打样对接智能化设备进行生产。

2 Rhinoceros 3D建模软件技术的运用

Rhinoceros 3D建模软件技术的应用流程大致可划分为四个阶段：初期构思阶段、造型定义阶段、构思实现阶段和原型验证阶段。根据项目需求，四个阶段可循环往复，完成产品的更新换代。

2.1 初期构思阶段——Rhinoceros 3D软件布线技术

设计团队确认设计草图后，可使用Rhinoceros 3D软件进行初期构思，前期主要使用的方法是Rhinoceros 3D软件布线技术。

用户可使用添加图像平面命令将参考图导入到软件中，使用三视图需要将正视图、侧视图和正视图放置在其对应的视图中以作参考，三者在空间位置上要调整到一一对应的点位。将参考图透明度调整至40%～60%，在此透明度下参考图既不会因为过于清晰而影响建模时点线的构建，也不会过于模糊而看不清细节，出现遗漏设计细节的现象。调整好后使用锁定物件命令将图像平面锁定，可防止鼠标误点误移。准备工作完成后，根据参考图使用控制点曲线命令绘制茶壶的造型，注意曲线布线的使用技巧，尽可能使用五阶6点曲线[9]并根据壶体的结构合理布线。

运用Rhinoceros 3D软件可快速绘制茶壶的轮廓线和结构线，在形态细节上，可通过按住Ctrl+方向键的方式微调控制点。相对于传统手工操作方法，其能够极大缩短茶壶设计的时间，熟练掌握的工作人员只需短短几分钟便可以完成手工操作数小时的工作量。

2.2 造型定义阶段——面的构建

在造型定义阶段，主要运用Rhinoceros 3D软件中点线成面的相关命令。茶壶壶身的构建应当在茶壶形态线条确定的基础上进行，最开始会将壶盖和壶身看作一个整体去构建，常用的构建命令有旋转、放样和单双轨扫掠。壶身为轴对称的茶壶可直接选取侧面的曲线旋转成型(如图3)，重点在于把握所旋转的曲线的形态。

图3 茶壶主体面的构建

放样和单双轨扫掠成型适用于有机形态，为取得较好的曲面，往往需要尝试不同成型方式并加以比较，运用曲面验证工具测试并选取较为优质的曲面作为最终的壶身造型。完成后根据壶口的大小比例，在对应的位置用线将壶体和壶盖分割出来，缝隙通常设置为0.1～0.2 mm。分割出壶盖后，还需将盖钮的造型构建出来，操作方式与壶身构建类似，根据设计将盖钮形态和尺寸用线绘制出后，使用旋转放样等成型命令完成盖钮设计。

完成壶体的造型后，需要添加壶嘴及壶把的形态。壶嘴及壶把的非规则管状形态可以使用双轨命令完成，先使用控制点曲线画出壶把和壶嘴的外在轮廓，注意使用最简曲线，并且两条曲线所对应的控制点数量以及位置基本一致，然后根据其截面大小放置好曲线的位置(如图4)。截面通常为类圆形或椭圆形，曲线根据所选择的视觉角度放置于四分点的两个对应点的位置上，上下截面所对应的视觉点位相互统一，完成后便可使用双轨命令，先选择轮廓曲线作为轨迹，而后选择对应的两个以上截面将壶嘴和壶把的形态构建出来。完成后，可使用切割、分割或者布尔命令将面组合成一个整体(如图5)。

图4 壶把曲线调整 图5 壶身与壶把拼合

2.3 构思实现阶段——面片实体化及细节优化

由于Rhinoceros 3D建模软件的特性，此时得到的模型还只是面片而非实体，因此需要使用曲面偏移或者壳等工具将面片模型实体化，通常厚度为2～4 mm，应根据茶壶的制作工艺选择合适的厚度。实体化前还需要进行细节的调整，如壶嘴与壶盖口这些关键的部位，壶嘴的形态需满足茶壶出水收水的要求，壶盖口需要注意匹配壶盖，并且设计出合适的卡口，使壶盖密闭性良好又不会过紧。细节调整可运用Rhinoceros 3D建模软件的调点技术，使用控制点命令将曲面的控制点打开，根据设计需要在三维空间中调整曲面的控制点，曲面会根据控制点位置的改变而发生相应的变化。

经验丰富的使用者可通过此技术丰富模型的细节，完成造型的调整和优化，最终实现设计方向和构思转化。完成的实体使用Keyshot(实时光线追踪渲染程序)或者VRay(一款高质量渲染软件)等与Rhinoceros 3D建模软件配套的渲染工具可在电脑中模拟出茶壶产品的真实效果。

2.4 原型验证阶段——配套3D打样

模型实体化将设计构思实现后，下一阶段进行原型验证。使用配套的3D打印设备制作初代原型，Rhinoceros 3D建模软件可实现快速转换，根据项目需求的不同调整打印的比例尺寸和质量。

在预算较低的情况下，可采用熔融堆积成型方式的机器，成本较低，但同时精度也较低，制造的模型会看到明显的纹路。在预算充足的情况下，可采用光固化成型的机器，模型精度较高，并且可根据工艺需求直接打印出模种，作为翻模使用。在评估3D打印原型样品后，便可对接工厂并制作实样，进一步验证成果。Rhinoceros 3D建模软件拥有多种格式的转换功能，不仅仅可以转换3D打印所使用的格式——stl格式，在对接工厂方面，也可以导出符合AutoCAD( Autodesk公司的计算机辅助设计软件)、ProE(美国参数技术公司PTC旗下的CAD/CAM/CAE一体化三维软件)等工程软件的格式，有助于提高茶壶模型样品制作对接工作的精确性和效率。

3 Rhinoceros 3D建模软件技术的优缺点

Rhinoceros 3D建模软件在茶具造型开发设计中的运用，使原本需要多个师傅配合的工作只需要一个设计人员就可完成，可极大地节省前期开发成本。同时，按照规范的设计流程，可一步步进行测试检验，能有效规避风险。在空间上，工作场所也不必设在工厂附近，可实现异地配合。另外，基于Rhinoceros 3D建模软件的配套软硬件和资源库，设计人员可快速地使用计算机数据可视化技术模拟出产品的实物效果，能够制作出媲美照片的效果图，可多角度展示产品的造型。

然而，相较于传统方法，Rhinoceros 3D建模软件技术也存在一定的不足。由于过于依赖计算机，陶瓷茶具造型会偏向于一种参数化的形态，缺乏原有的手工特色。并且，在一些诸如壶口与壶嘴的细节处理上，由于造型细微而考究，需要工匠使用工具手工调整出最合适的形态。随着使用配套的3D打印及智能化生产设备，快速制作实体验证设计，上述缺点可逐步改善。

4 结 论

在现代陶瓷茶壶设计流程中，应用Rhinoceros 3D软件，通过初期构思—造型定义—构思实现—原型验证的工作流程，有助于加快茶壶模型制作速度，缩短茶壶造型设计的工作时间，拓宽工作空间的限制，特别是经过缜密设计形成极致曲率，可显著提升设计的茶壶曲面质量。尽管在一些细节的处理上相较于传统手工艺，缺少手工味和自由度；且在电脑显示中人的体量感相较于现实实体略有偏差，细节的把控容易出现微小偏差，但通过配套的机器设备进行原型验证可以逐步改善其缺点。

综上所述，Rhinoceros 3D软件有推广应用的价值，可优化原有茶壶造型的开发，节约人工成本，提高效率。