[內(nèi)容摘要]本文針對我國目前室內(nèi)家具設(shè)計(jì)中存在的問題，將藝術(shù)與技術(shù)相結(jié)合，引入基于特征的部件實(shí)體建模技術(shù)，以3DMAX為技術(shù)平臺，介紹了特征的含義，闡述了特征建模的優(yōu)勢，并通過實(shí)例介紹了基于特征的實(shí)體建模技術(shù)在家具設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，為室內(nèi)家具的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了一條新的思路。
　�。坳P(guān)鍵詞］特征/建模技術(shù)/室內(nèi)家具
　　
　　一、引言
　　
　　在全球市場競爭日益加劇的今天，對家具制造業(yè)來說，如何做出快速的市場響應(yīng)，如何完全按照顧客的要求生產(chǎn)出高質(zhì)量低成本的產(chǎn)品是企業(yè)生存和發(fā)展的重要條件。
　　目前室內(nèi)家具設(shè)計(jì)面臨的主要問題有：
　�、� 研制的周期較長；
　�、� 部件選材不準(zhǔn)確、尺寸設(shè)計(jì)不精確，部件組裝不到位；
　�、� 造型缺少藝術(shù)性；
　　④ 大多數(shù)家具企業(yè)的CAD技術(shù)僅限于計(jì)算機(jī)繪圖，應(yīng)用缺少廣度與深度。
　　同時，由于家具產(chǎn)品的工作環(huán)境復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜、難度較大，再加上缺少先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算工具，因而導(dǎo)致了產(chǎn)品造型粗大、笨重，很難滿足現(xiàn)代家具市場的需要，更無法在國際市場上占有一席之地。
　　
　　二、基于特征的部件實(shí)體的建模技術(shù)
　　
　　要解決上述問題，可以采用機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的基于特征的部件實(shí)體建模技術(shù)，從三維角度出發(fā)，基于一些三維建模軟件（如3DMAX、MAYA等，這里著重以3DMAX為例），進(jìn)行室內(nèi)家具產(chǎn)品的研制開發(fā)，以加快開發(fā)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
　　
　　1. 特征的定義
　　在機(jī)械三維設(shè)計(jì)過程中，所謂特征就是組成部件實(shí)體模型的基本元素，它體現(xiàn)了產(chǎn)品的功能要素和工程含義，是描述產(chǎn)品信息的集合。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，其操作對象不是原始的線條和體面，而是產(chǎn)品的功能要素，諸如拉伸、凹凸、倒角、圓角和打孔等。它使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高的層次上進(jìn)行，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，既體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，又易于理解，節(jié)省了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時間，又加強(qiáng)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門的聯(lián)系，有助于推動產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。因此，基于特征的設(shè)計(jì)更符合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，更有利于發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力和想象力，完全可以用于室內(nèi)家具的開發(fā)設(shè)計(jì)。
　　
　　2. 特征的分類
　　在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者為了得到不同的部件實(shí)體，常選擇不同的特征。在這些特征中，有些是由曲面方法生成的，而有些是通過選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ呋虿藛蚊�令，然后定義所需的尺寸或特征所生成的。
　　(1) 實(shí)體特征
　　實(shí)體特征常分為塊體生成特征、線形生成特征。它是構(gòu)成部件實(shí)體的基本要素，是基于特征的實(shí)體建模的含義所在，是創(chuàng)建實(shí)體特征和進(jìn)行細(xì)節(jié)特征操作的主要部分。實(shí)體特征均可由塊體或線形生成。
　　(2) 塊體生成特征
　　塊體生成特征常分為方體特征、球體特征、圓柱體特征、圓錐體特征、三角體特征、圓管體特征。它是直接參數(shù)創(chuàng)建實(shí)體模型上的特征，是系統(tǒng)或設(shè)計(jì)者已定義好的參數(shù)化特征。
　　(3) 線形生成特征
　　線形生成特征分為直線特征、圓周特征、矩形特征、圓弧特征、橢圓特征、Bezier曲線特征。它是先創(chuàng)建二維平面圖并進(jìn)行相應(yīng)的特征繪制，待平面圖繪制完成后，再把平面圖變成三維實(shí)體模型。
　　(4) 曲面特征
　　曲面是一種可用來生成實(shí)體特征的面。3DMAX提供了曲面建模技術(shù)，能夠完成絕大部分工業(yè)產(chǎn)品的曲面造型�；���3DMAX平臺的曲面建模方法有：拉伸曲面、旋轉(zhuǎn)曲面、光滑表面、創(chuàng)建曲面、創(chuàng)建曲點(diǎn)、表面整齊、彎曲面和表面接近等。
　　
　　3. 基于特征的設(shè)計(jì)
　　部件幾何形狀和特性直接由特征來定義，幾何模型由特征來構(gòu)造。特征的構(gòu)造用得最多的方法是解構(gòu)法，即通過在基本塊上執(zhí)行布爾運(yùn)算，一步步地形成部件所需的形狀。在3DMAX中，部件(基本體) 可通過線形或塊體來構(gòu)造，同樣還可以使用預(yù)定義的集合特征來執(zhí)行基本塊上的操作。
　　
　　4. 參數(shù)化設(shè)計(jì)
　　參數(shù)化設(shè)計(jì)就是部件尺寸的設(shè)計(jì)，用參數(shù)來描述并在設(shè)計(jì)修改時通過修改的數(shù)值來更改部件的外形，從而實(shí)現(xiàn)尺寸對造型的驅(qū)動。對于傳統(tǒng)的家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，基于3DMAX平臺的參數(shù)化設(shè)計(jì)不但極大地改善了造型的修改手段，提高了設(shè)計(jì)的柔性，而且該設(shè)計(jì)還具有實(shí)質(zhì)上的物理意義，即運(yùn)用體積、表面積、質(zhì)心等系統(tǒng)參數(shù)或密度、厚度等用戶自定義參數(shù)加入設(shè)計(jì)構(gòu)思中，從而來表達(dá)設(shè)計(jì)思想。這對家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所要進(jìn)行的概念設(shè)計(jì)、實(shí)體建模、裝配等均有著革命性的意義。
　　
　　5. 基于特征的實(shí)體建模技術(shù)的步驟
　　(1) 規(guī)劃設(shè)計(jì)意圖
　　廣義的設(shè)計(jì)意圖是從分析部件的結(jié)構(gòu)著手，確定部件的特征組成，理清特征創(chuàng)建的順序，然后按照一定的要求對基本特征進(jìn)行布爾運(yùn)算。狹義的設(shè)計(jì)意圖是規(guī)劃被改變后的實(shí)體模型如何表現(xiàn)其它特征。
　　(2) 創(chuàng)建基體特征
　　最初建立的實(shí)體模型稱為基體，它是最簡單的實(shí)體，其上沒有任何的細(xì)節(jié)特征，但它為創(chuàng)建后續(xù)細(xì)節(jié)特征奠定了基礎(chǔ)。
　　(3) 細(xì)節(jié)特征
　　部件細(xì)節(jié)特征設(shè)計(jì)是實(shí)體建模逐步完善的過程，即在基體特征上進(jìn)行新特征的添加，逐步完成整個實(shí)體的創(chuàng)建。一般細(xì)節(jié)特征設(shè)計(jì)分為以下幾個步驟：選擇進(jìn)行特征設(shè)計(jì)的平面圖；完成平面圖繪制；創(chuàng)建特征；對于塊體生成特征，則直接在已存在的實(shí)體特征上創(chuàng)建細(xì)節(jié)特征。
　　(4) 特征修改
　　通過改變一個或多個特征的形狀或位置約束，并對部件進(jìn)行處理，則所修改的特征及與之相關(guān)的所有特征將一同被修改。由于3DMAX支持三維實(shí)體模型與二維工程圖的雙向關(guān)聯(lián)，可將完成的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，應(yīng)用于生產(chǎn)、制造部門，也可以在二維工程圖中對三維實(shí)體模型進(jìn)行修改。
　　
　　三、應(yīng)用實(shí)例
　　
　　在一些造型復(fù)雜椅子的設(shè)計(jì)過程中，一個主要的難點(diǎn)是椅座部位的設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谝巫拥脑O(shè)計(jì)過程中，原始構(gòu)思是三維（3D）概念，設(shè)計(jì)結(jié)果也是三維（3D）實(shí)體，但傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法（甚至是CAD）所傳遞的信息全是2D圖形，所以較難完成其全面的設(shè)計(jì)任務(wù)。
　　現(xiàn)在則可以用上面所闡述的基于特征的部件實(shí)體建模方法來創(chuàng)建該部件實(shí)體。
　　部件實(shí)體的特征分析：該方形曲面椅座實(shí)際上是由六個方孔所組成的部件。在該部件中最難設(shè)計(jì)的是椅座凹陷部位，因?yàn)樗�的結(jié)構(gòu)不太規(guī)則。但如果采用基于特征的部件實(shí)體建模技術(shù)，利用3DMAX就可以很快地解決問題。因?yàn)槿嗽谠O(shè)計(jì)部件時的原始沖動是三維的，是有顏色、材料、硬度、形狀、尺寸、相關(guān)配件、制造工藝等關(guān)聯(lián)概念的三維實(shí)體。分析該部件的結(jié)構(gòu)可以看出，該部件所包含的特征主要有：基體拉伸、基體布爾運(yùn)算（開孔），并且基體布爾運(yùn)算這個特征要多次使用。所以在完成該部件的結(jié)構(gòu)，我們的步驟是：首先在3DMAX中利用矩形特征在TOP視圖上建立一個矩形，然后在這個平面圖上進(jìn)行相應(yīng)的特征繪制（規(guī)定尺寸），利用布爾運(yùn)算進(jìn)行表面開孔。當(dāng)平面圖繪制完成后，再通過修改面版中的擠壓命令規(guī)定厚度把這個平面圖變成三維實(shí)體模型，利用材質(zhì)編輯面版指定材質(zhì)和顏色。接著根據(jù)該部位模型的具體形狀，在曲面特征面版里使用創(chuàng)建曲面、拉伸曲面、彎曲面等方法進(jìn)行細(xì)節(jié)特征設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)模型參數(shù)使其符合要求。最后根據(jù)部件實(shí)體的具體形狀進(jìn)行一定的修改，得出所需要的三維實(shí)體模型。
　　
　　結(jié)語
　　
　　本文引入了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域基于特征的部件實(shí)體建模技術(shù)，基于3DMAX技術(shù)平臺，對該特征進(jìn)行定義、分類，并以此總結(jié)、歸納出運(yùn)用基于特征的部件實(shí)體建模技術(shù)進(jìn)行家具部件創(chuàng)建的步驟；最后給出了利用該技術(shù)成功設(shè)計(jì)出一些復(fù)雜造型椅子的具體實(shí)例。結(jié)果表明：在設(shè)計(jì)室內(nèi)家具產(chǎn)品過程中，利用該技術(shù)具有如下優(yōu)勢：
　　1. 所設(shè)計(jì)的模型可非常直觀地表現(xiàn)出產(chǎn)品的實(shí)際情況，提高產(chǎn)品的可信度和競爭力。
　　2. 可利用所得到的家具部件實(shí)體圖，實(shí)現(xiàn)整個家具產(chǎn)品的虛擬裝配，不僅可以進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，而且可以對產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動分析，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
　　3. 可快速、自動生成工程圖，使部件、裝配、工程圖的尺寸自動保持一致性，大大減輕了設(shè)計(jì)的工作量，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。
　　＊本文為安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校長青年基金項(xiàng)目資助，項(xiàng)目號：20060910
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 熊光楞、李伯虎、柴旭東：“虛擬樣機(jī)技術(shù)”，《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》，2001.1。
　　[2] 朱林、尹成龍、孔曉玲等：“基于特征的零件實(shí)體建模技術(shù)在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用”，《機(jī)械工程師》，2005.9。
　　[3] 錢昀、董蓀：“淺析產(chǎn)品設(shè)計(jì)以人為本”，《蕪湖師專學(xué)報(bào)》，2005.2。
　　[4] 祝國旺等：“基于特征的產(chǎn)品建模研究”，《華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)》，1994.2。
　　[5] 曾旭東、譚潔：“室內(nèi)設(shè)計(jì)與家具業(yè)的信息化鏈接——智能物體GDL技術(shù)的應(yīng)用研究”，《室內(nèi)設(shè)計(jì)》，2005.3。
　　[6] 朱禮智、馬曉君、陳健敏等：“智能家具對室內(nèi)設(shè)計(jì)的影響”，《林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備》，2006.1。
　　董蓀安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)輕紡工程與藝術(shù)學(xué)院
　　錢昀安徽師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院
　　朱林中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)器與精密儀器系