中国结的3D建模

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目标:中国结三维建模 (3D Modeling for Chinese Knot Art Products)。

工作:以平面矢量曲线设计稿为蓝本,半自动化生成中国结的3D模型。

特征:利用交叉点挑压状态的自动识别,配合用户交互修正得到正确的结构形式,回避了复杂交织结构的数学建模。针对典型结艺产品的囊状与翼状结构组合,利用平面矢量图分割、锁边连接和牵连连接实现复杂3D结构的快速生成。通过连接模式的自动识别和交互修正降低了对设计者的技术要求,简化了建模过程的复杂性。

技术:Rhinoceros,RhinoScript,CorelDraw

结论:挺好玩。

中国结的设计多以平面设计稿为主,因此考虑把平面设计稿自动转化为3D结构。

中国结的编织结构中,线与线交叉点处的挑压关系是其结构的主要特征,但是这种挑压关系在平面设计稿中表达不出,因此需要一种自动判断挑压关系的机制。由于均匀间隔的“挑”与“压”是结艺产品中最常见的关系,所以首先假设中国结中所有节点都符合这种关系,就是把图1的平面矢量曲线设计稿处理为如图2的3D结构(网结)。


图1 平面矢量设计稿

图2 网结的3D模型

图3与图4为使用同样算法生成的一个自由编织结艺产品(五福结)。

图3 五福结的平面矢量设计稿

图4  转换后的3D编织结构

上节所述的方法不能保证3D模型中挑压关系100%识别准确。很多中国结的设计中,相邻节点之间的挑压关系也存在多种形式,不一定是整齐的上下间隔关系。这些非常规的挑压关系虽然视觉规律简单,其数学表达形式却异常复杂、难以识别。因此,这里采用用户交互的方式对初期程序自动设置的挑压状态进行修正。

图5是根据图1得到的另一款不同的网结设计结构,该例是基于用户交互修正得到的。

图5 基于交互修正得到的网结3D模型

图6  在Rhino里交互交互修正节点挑压关系:用户选中的节点将被反转挑压关系

中国统有两个典型结构:“囊状结构”和“翼状结构”,如图7所示。

图7 典型中国结的囊状和翼状结构(叠翼盘长结)

图8 平面矢量设计稿

图9 分割后的设计稿(示意图)

图10 路径连接的判断

图11 锁边结构

一个稍复杂的典型结艺产品(叠翼磐结)。

图12叠翼磐结的平面矢量设计稿

图13 分割后的设计稿(示意图)

图12为叠翼磐结的平面矢量设计稿,图13为分割后的设计稿(示意图),翼状结构被分为17个独立部分。图14为囊状结构挑压处理后尚未连接时的三维路径曲线图(为了观察清晰,图中用细管表示路径曲线),两层囊状结构通过镜像生成。

图14 连接前的三维路径曲线图

路径曲线连接完成后,向两侧偏移生成并列路径线,然后沿路径生成管路,如图15所示。


图15 设计完成的叠翼磐结三维模型

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