摘 要：本文通過分析家具設計中存在的主要障礙，提出了在家具計算機輔助設計中使用AUTOCAD軟件繪制三維模型家具的方法，同時對表面模型和實體模型造型技術作了詳細介紹。
關鍵詞：計算機輔助設計；家具設計；表面模型；實體模型
計算機設計是當今社會發展最迅速的輔助設計手段，它已經滲透到了設計的各個領域當中，也是家具設計今后的發展方向。
一、家具設計中存在的主要障礙
任何學科的學習過程都會遇到某些難以克服的障礙，但這些困難的構成機制卻不盡相同。由于家具學科既有理工類學科的性質，又具有藝術類專業的特征，因此，其學習過程中的困難也有自身的特征。
家具設計常遇到的學習問題主要來自于認知、創意和表達三個方面。首先，家具是一種三維空間設計，而通常的設計圖紙則是以二維的形式呈現的，兩者之間需要一個比較復雜的轉換過程。三維空間越復雜，這種轉換也就越困難，由此造成設計認知方面的缺失。其次，設計創意需要借助適當的媒介得以延伸，例如草圖，模型等。當我們思考一個復雜形體時，也意味著對思維限度和設計手段的雙重挑戰，此時，設計手段往往顯得較為被動和滯后。第三，表達是將設計創意通過某種媒介轉達出來的過程，是師生彼此溝通的橋梁。隨著設計功能的復雜化，設計的完整表達并非是一種輕而易舉的事情，如果表達方式不夠充分，就會直接影響課堂交流的效果。
因此，引入AUTOCAD軟件的三維模型造型教學，鼓勵學生在課程設計中加以使用，利用AUTOCAD三維模型設計方法解決上述學習當中的問題。
二、AUTOCAD三維模型技術簡單介紹
根據構造方法及其在計算機內的儲存形式的不同，將三維造型模型分為三種類型：線框模型、表面模型和實體模型，這三種模型所包括的信息量是不同的。
線框模型是在三維坐標下用線（包括棱線和轉向輪廓線）來表達三維物體。線框模型的結構簡單，易于繪制并可任意改變投影方向或視向，得到不同的投影圖或透視圖。但如果圖形復雜，就會導致棱線過多，容易引起模糊理解，并且線框模型只有邊的信息，沒有面和體的信息。
表面模型是用物體的表面表示三維物體。它包括線和面的信息，因而可解決與圖形有關的大多數問題，表面模型特別適合于構造復雜的曲面立體模型。但由于表面模型中沒有體的信息，所以與體有關的計算實現起來比較困難，而且表面模型不能作布爾運算，因此，在解決與“體”有關的問題時，應用不多。
實體模型也是不透明的面圍成的。它包括了線、面、體的全部信息，實體模型與表面模型的不同之處在于確定了表面的哪側存在實體這一問題。利用實體模型可以解決與圖形有關的所有問題。由于著色、光照、紋理處理技術的運用，使物體表現出很好的可視性，因而實體模型在家具設計中有著廣泛的應用。對于實體模型，制作家具的復雜模型時，只需繪制出簡單的基本體模型，再通過并、交、差三種布爾運算生成復雜模型，這也是AUTOCAD繪制復雜模型的主要方法。
三、使用表面模型繪制家具的方法
AUTOCAD的表面模型可以通過修改二維實體（直線、曲線等）的厚度與標高來生成，也可以由各個生成三維空間曲面的命令來繪制。它可應用于平直型板式家具的設計，也可用于具有造型較復雜的家具設計上，例如使用簡單的二維、三維繪圖命令就可完成對桌面、柜體蓋板等型邊及具有曲面表面的沙發設計上。在構建復雜的表面模型時，一般采取以下步驟：
第一步：形成模型的三維線框圖形。可以假想在模型表面畫出一系列的直線及空間曲線，然后將這些線條在計算機中繪制出來就形成了真實模型的三維線框。為了便于繪制復雜的空間曲線，又可假想在曲線上放置許多空間點，并測量點的坐標值。只要獲得了空間點的坐標，就能輕易地在AUTOCAD中畫出這些點，再用多義線SPLINE命令將點連接起來，就形成了一條三維曲線，不管家具表面形狀多么復雜，總是可以利用這種方法形成表面的近似三維線框。
第二步：繪制完模型的線框后，接下來的任務就是根據線框圖形進行“蒙面”，至于在線框的某個部分應生成何種類型的表面，就要根據真實表面的特性來判斷，然后選擇相應的“蒙面”命令繪制完成。
由表面模型繪制轉椅為例，如圖一所示。在繪制轉椅之前，先將它分成幾個簡單的組成部分，然后考慮各組成部分的表面是否可以使用長方體BOX和圓錐體CONE等命令直接生成，或是必須搭建三維線框，再進行“蒙面”。將轉椅分成以下幾個3D對象：椅背A、椅背支架B、坐墊C、支柱D、椅腿E、腳輪F。
椅背A應先將三維線框用簡單線框組合而成，再用邊界曲面EDGESURF命令形成孔斯曲面；用回轉曲面REVSURF命令生
成旋轉曲面和直紋面RULESURF命令創建直紋面即可。椅背支架B可用半球形表面DOME、拉伸曲面TABSURF和回轉曲面REVSURF命令完成。坐墊C如圖二，坐墊的形狀比較復雜，先假想在模型表面畫出線條，再將表面的線框圖形分成A、B、C、D等多個組成部分，之后就能利用邊界曲面EDGESURF命令在三維線框上進行“蒙面”了。支柱用回轉曲面REVSURF命令可直接生成。椅腿E應先繪制出輪廓線框，再將線框“蒙面”。腳輪F如圖三，是由護罩A及滾輪B兩個組成對象生成的，其中B對象是回轉體，用REVSURF命令生成，而繪制A對象時，要先畫出三維線框，再建立表面。
建立復雜模型網格表面的關鍵之處在于形成模型的三維線框，對于同一個模型表面，常常可建立多種不同形式的線框。應對實際表面的特點進行分析，然后依據分析結果確定應創建何種類型的網格面，并由此決定生成怎樣的三維線框。
四、使用實體模型繪制家具的方法
繪制三維模型時，首先應對模型的結構組成進行分析，搞清楚它由哪些簡單形體構成，其次要考慮采取怎樣的方法生成這些實體，這些工作是很必要的，實踐證明，當仔細地規劃了整個建模過程后，繪制3D模型的效率是很高的。下面具體分析建模前應做的準備工作。
1、分析模型的結構組成：無論多么復雜的模型總是由簡單立體所構成，這些對象可直接利用AUTOCAD提供的基本3D命令生成，因此復雜模型的建立過程實際上是不斷地創建簡單3D對象并將其在三維空間中組合的過程。
2、建立構成模型的各個簡單立體：當搞清楚模型的結構組成后，就要考慮如何創建組成模型的各個圖元對象，這些對象可能是一些基本立體，也可能是將基本體切割、鉆孔而形成的。
3、仔細劃分圖層：對于比較復雜的3D模型，圖層的劃分顯得很重要。建模過程中，如果將某些圖層凍結就可以大大減少AUTOCAD重新生成圖形的時間，而且可以通過關閉或凍結圖層使一些實體成為不可見，這樣模型的顯示就更加清晰，從而便于選擇或定位其他3D對象。另外，合理地劃分圖層還將為著色處理時材質的分配帶來便利。
4、有關模型細節的問題：是否精確地繪制模型細節常根據3D模型的使用目的來決定，若是僅想獲得三維立體效果，則一般近似地繪制出模型細節結構，但若家具模型用于生產加工，則必須按圖紙要求精確地繪制細節特征。
在對建模過程進行大致規劃后，就可以開始繪圖了，但應從模型的哪一部分開始入手呢？規劃建模過程時，已將模型分解成一些簡單立體的組合，現在選擇其中某個對象作為初始繪制對象即可。選擇該對象的原則是：一般要求模型其他部分與初始繪制對象間的定位關系較明顯，這樣在畫出這個對象后，就能以它作為基準很方便地定位其他結構特征了。
如圖四是一個桌子模型，其結構是比較簡單的，可以認為由一系列“盒子”構成，可以選擇桌子腿作為最初繪制對象，那么由于桌面、桌柜與桌腿的定位關系很簡單，因而作圖就更容易一些。
先用長方體BOX命令繪制畫出四個桌腿；利用坐標系統UCS命令在三維空間的不同位置畫出桌面以及其它的抽屜；用三維直觀觀察方向VPOINT命令在X、Y、Z軸上設置視點，得到YZ、ZX、XY平面視圖，用來從不同方向檢查模型的正確性；最后通過移動MOVE和對齊ALIGN等命令拼裝桌子模型。做好的三維模型可以附著上材質，也可以傳輸到LIGHTCAPE或3DMAX中進行進一步渲染。
三維建模的過程實際上是不斷地創建新圖形對象并將其定位的過程，繪圖時，一般可采用以下兩種方法：
1、每當創建新對象時，首先把用戶坐標系調整到最有利于作圖的位置，然后生成新對象。由于這種方法需不斷調整UCS坐標系，因此當模型比較復雜時就要浪費很多時間。
2、在當前的UCS位置建立新對象，再用移動MOVE和對齊ALIGN等命令將其“裝配”到正確的位置，采用這種方法建模時，即使模型的空間結構很復雜，作圖效率也是較高的。
綜上所述，AUTOCAD的三維造型技術可心實現家具CAD中具有真三維尺寸的家具繪制。利用它可完成造型較復雜的家具圖庫的建立，并且該技術在家具虛擬制造過程中起了很大作用。有關AUTOCAD三維造型技術的命令學習起來比較簡單，但要發揮它的功能還要設計者在實際設計時親自體會與掌握。因此，深入學習精通AUTOCAD三維造型技術對一名家具設計師有重要的實際意義。
參考文獻：
1、《AUTOCAD家具設計案例剖析》高志清、孟凡宏著中國水利水電出版社2007年10月
2、《室內與家具設計CAD教程》張帆耿曉杰著中國建筑工業出版社2005年9月
3、《AUTOCAD三維建模從入門到精通》（美）John E.Wilson 馬樹奇、金燕著電子工業出版社2000年12月
4、《家具設計學》梁啟凡編著中國輕工業出版社2000年1月
關鍵詞：計算機輔助設計；家具設計；表面模型；實體模型
計算機設計是當今社會發展最迅速的輔助設計手段，它已經滲透到了設計的各個領域當中，也是家具設計今后的發展方向。
一、家具設計中存在的主要障礙
任何學科的學習過程都會遇到某些難以克服的障礙，但這些困難的構成機制卻不盡相同。由于家具學科既有理工類學科的性質，又具有藝術類專業的特征，因此，其學習過程中的困難也有自身的特征。
家具設計常遇到的學習問題主要來自于認知、創意和表達三個方面。首先，家具是一種三維空間設計，而通常的設計圖紙則是以二維的形式呈現的，兩者之間需要一個比較復雜的轉換過程。三維空間越復雜，這種轉換也就越困難，由此造成設計認知方面的缺失。其次，設計創意需要借助適當的媒介得以延伸，例如草圖，模型等。當我們思考一個復雜形體時，也意味著對思維限度和設計手段的雙重挑戰，此時，設計手段往往顯得較為被動和滯后。第三，表達是將設計創意通過某種媒介轉達出來的過程，是師生彼此溝通的橋梁。隨著設計功能的復雜化，設計的完整表達并非是一種輕而易舉的事情，如果表達方式不夠充分，就會直接影響課堂交流的效果。
因此，引入AUTOCAD軟件的三維模型造型教學，鼓勵學生在課程設計中加以使用，利用AUTOCAD三維模型設計方法解決上述學習當中的問題。
二、AUTOCAD三維模型技術簡單介紹
根據構造方法及其在計算機內的儲存形式的不同，將三維造型模型分為三種類型：線框模型、表面模型和實體模型，這三種模型所包括的信息量是不同的。
線框模型是在三維坐標下用線（包括棱線和轉向輪廓線）來表達三維物體。線框模型的結構簡單，易于繪制并可任意改變投影方向或視向，得到不同的投影圖或透視圖。但如果圖形復雜，就會導致棱線過多，容易引起模糊理解，并且線框模型只有邊的信息，沒有面和體的信息。
表面模型是用物體的表面表示三維物體。它包括線和面的信息，因而可解決與圖形有關的大多數問題，表面模型特別適合于構造復雜的曲面立體模型。但由于表面模型中沒有體的信息，所以與體有關的計算實現起來比較困難，而且表面模型不能作布爾運算，因此，在解決與“體”有關的問題時，應用不多。
實體模型也是不透明的面圍成的。它包括了線、面、體的全部信息，實體模型與表面模型的不同之處在于確定了表面的哪側存在實體這一問題。利用實體模型可以解決與圖形有關的所有問題。由于著色、光照、紋理處理技術的運用，使物體表現出很好的可視性，因而實體模型在家具設計中有著廣泛的應用。對于實體模型，制作家具的復雜模型時，只需繪制出簡單的基本體模型，再通過并、交、差三種布爾運算生成復雜模型，這也是AUTOCAD繪制復雜模型的主要方法。
三、使用表面模型繪制家具的方法
AUTOCAD的表面模型可以通過修改二維實體（直線、曲線等）的厚度與標高來生成，也可以由各個生成三維空間曲面的命令來繪制。它可應用于平直型板式家具的設計，也可用于具有造型較復雜的家具設計上，例如使用簡單的二維、三維繪圖命令就可完成對桌面、柜體蓋板等型邊及具有曲面表面的沙發設計上。在構建復雜的表面模型時，一般采取以下步驟：
第一步：形成模型的三維線框圖形。可以假想在模型表面畫出一系列的直線及空間曲線，然后將這些線條在計算機中繪制出來就形成了真實模型的三維線框。為了便于繪制復雜的空間曲線，又可假想在曲線上放置許多空間點，并測量點的坐標值。只要獲得了空間點的坐標，就能輕易地在AUTOCAD中畫出這些點，再用多義線SPLINE命令將點連接起來，就形成了一條三維曲線，不管家具表面形狀多么復雜，總是可以利用這種方法形成表面的近似三維線框。
第二步：繪制完模型的線框后，接下來的任務就是根據線框圖形進行“蒙面”，至于在線框的某個部分應生成何種類型的表面，就要根據真實表面的特性來判斷，然后選擇相應的“蒙面”命令繪制完成。
由表面模型繪制轉椅為例，如圖一所示。在繪制轉椅之前，先將它分成幾個簡單的組成部分，然后考慮各組成部分的表面是否可以使用長方體BOX和圓錐體CONE等命令直接生成，或是必須搭建三維線框，再進行“蒙面”。將轉椅分成以下幾個3D對象：椅背A、椅背支架B、坐墊C、支柱D、椅腿E、腳輪F。
椅背A應先將三維線框用簡單線框組合而成，再用邊界曲面EDGESURF命令形成孔斯曲面；用回轉曲面REVSURF命令生
成旋轉曲面和直紋面RULESURF命令創建直紋面即可。椅背支架B可用半球形表面DOME、拉伸曲面TABSURF和回轉曲面REVSURF命令完成。坐墊C如圖二，坐墊的形狀比較復雜，先假想在模型表面畫出線條，再將表面的線框圖形分成A、B、C、D等多個組成部分，之后就能利用邊界曲面EDGESURF命令在三維線框上進行“蒙面”了。支柱用回轉曲面REVSURF命令可直接生成。椅腿E應先繪制出輪廓線框，再將線框“蒙面”。腳輪F如圖三，是由護罩A及滾輪B兩個組成對象生成的，其中B對象是回轉體，用REVSURF命令生成，而繪制A對象時，要先畫出三維線框，再建立表面。
建立復雜模型網格表面的關鍵之處在于形成模型的三維線框，對于同一個模型表面，常常可建立多種不同形式的線框。應對實際表面的特點進行分析，然后依據分析結果確定應創建何種類型的網格面，并由此決定生成怎樣的三維線框。
四、使用實體模型繪制家具的方法
繪制三維模型時，首先應對模型的結構組成進行分析，搞清楚它由哪些簡單形體構成，其次要考慮采取怎樣的方法生成這些實體，這些工作是很必要的，實踐證明，當仔細地規劃了整個建模過程后，繪制3D模型的效率是很高的。下面具體分析建模前應做的準備工作。
1、分析模型的結構組成：無論多么復雜的模型總是由簡單立體所構成，這些對象可直接利用AUTOCAD提供的基本3D命令生成，因此復雜模型的建立過程實際上是不斷地創建簡單3D對象并將其在三維空間中組合的過程。
2、建立構成模型的各個簡單立體：當搞清楚模型的結構組成后，就要考慮如何創建組成模型的各個圖元對象，這些對象可能是一些基本立體，也可能是將基本體切割、鉆孔而形成的。
3、仔細劃分圖層：對于比較復雜的3D模型，圖層的劃分顯得很重要。建模過程中，如果將某些圖層凍結就可以大大減少AUTOCAD重新生成圖形的時間，而且可以通過關閉或凍結圖層使一些實體成為不可見，這樣模型的顯示就更加清晰，從而便于選擇或定位其他3D對象。另外，合理地劃分圖層還將為著色處理時材質的分配帶來便利。
4、有關模型細節的問題：是否精確地繪制模型細節常根據3D模型的使用目的來決定，若是僅想獲得三維立體效果，則一般近似地繪制出模型細節結構，但若家具模型用于生產加工，則必須按圖紙要求精確地繪制細節特征。
在對建模過程進行大致規劃后，就可以開始繪圖了，但應從模型的哪一部分開始入手呢？規劃建模過程時，已將模型分解成一些簡單立體的組合，現在選擇其中某個對象作為初始繪制對象即可。選擇該對象的原則是：一般要求模型其他部分與初始繪制對象間的定位關系較明顯，這樣在畫出這個對象后，就能以它作為基準很方便地定位其他結構特征了。
如圖四是一個桌子模型，其結構是比較簡單的，可以認為由一系列“盒子”構成，可以選擇桌子腿作為最初繪制對象，那么由于桌面、桌柜與桌腿的定位關系很簡單，因而作圖就更容易一些。
先用長方體BOX命令繪制畫出四個桌腿；利用坐標系統UCS命令在三維空間的不同位置畫出桌面以及其它的抽屜；用三維直觀觀察方向VPOINT命令在X、Y、Z軸上設置視點，得到YZ、ZX、XY平面視圖，用來從不同方向檢查模型的正確性；最后通過移動MOVE和對齊ALIGN等命令拼裝桌子模型。做好的三維模型可以附著上材質，也可以傳輸到LIGHTCAPE或3DMAX中進行進一步渲染。
三維建模的過程實際上是不斷地創建新圖形對象并將其定位的過程，繪圖時，一般可采用以下兩種方法：
1、每當創建新對象時，首先把用戶坐標系調整到最有利于作圖的位置，然后生成新對象。由于這種方法需不斷調整UCS坐標系，因此當模型比較復雜時就要浪費很多時間。
2、在當前的UCS位置建立新對象，再用移動MOVE和對齊ALIGN等命令將其“裝配”到正確的位置，采用這種方法建模時，即使模型的空間結構很復雜，作圖效率也是較高的。
綜上所述，AUTOCAD的三維造型技術可心實現家具CAD中具有真三維尺寸的家具繪制。利用它可完成造型較復雜的家具圖庫的建立，并且該技術在家具虛擬制造過程中起了很大作用。有關AUTOCAD三維造型技術的命令學習起來比較簡單，但要發揮它的功能還要設計者在實際設計時親自體會與掌握。因此，深入學習精通AUTOCAD三維造型技術對一名家具設計師有重要的實際意義。
參考文獻：
1、《AUTOCAD家具設計案例剖析》高志清、孟凡宏著中國水利水電出版社2007年10月
2、《室內與家具設計CAD教程》張帆耿曉杰著中國建筑工業出版社2005年9月
3、《AUTOCAD三維建模從入門到精通》（美）John E.Wilson 馬樹奇、金燕著電子工業出版社2000年12月
4、《家具設計學》梁啟凡編著中國輕工業出版社2000年1月
