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探秘Rhino——产品三维设计进阶必读

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作者:杨汝全
定价:88
印次:1-3
ISBN:9787302405955
出版日期:2016.01.01
印刷日期:2018.07.05

本书主要内容包括NURBS的数学原理、Rhino主要命令的原理和算法、3个Rhino模型的详细建模步骤以及Maxwell Render渲染器的详细使用方法。 与其他介绍Rhino及建模教学的图书不同的是,本书对支撑Rhino建模的数学方法—NURBS做了详细和易懂的解析,在此基础上对Rhino的一些命令的原理和算法也做了详尽的分析,读者学习了这些内容后会对NURBS和Rhino有更加深刻和科学的理解,能够真正成为产品三维设计的高手。本书的Rhino建模案例中提供的建模方法,也力求使所建模型精准、简单、优美,具有更高的模型质量。本书最后部分对基于物理光学的Maxwell Render渲染器的原理和使用程序做了详细的分析,读者掌握后就可以很容易地创作出超级真实的产品表现。理解了NURBS的数学原理,也有助于读者更快速地掌握其他使用NURBS曲线曲面的建模工具,如Alias、Maya、Catia等。 本书适合专业设计师、大专院校学生以及三维设计爱好者中对Rhino有一定基础的中等建模水平的读者进阶使用。

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前 言   进入数字化时代以后,用计算机建立产品数字模型成为设计流程中的重要一环。在众多的建模工具中,Rhino以其专业性强、短小精悍、比较低的价格等优点受到众多设计师的青睐。作为一个设计从业人员,我一直把Rhino作为设计的有力工具,用它来建立产品模型。但是在使用Rhino的过程中,我对它也存在诸多的疑问,例如节点、编辑点、控制点、曲线阶数等概念,很难直观地去理解,而这种疑问又会妨碍我去更深刻和高效地理解和使用这个工具。怀着解答这些疑问的目的,我尝试着去寻找答案,在此过程中发现Rhino其实是建立在严密的数学基础上的,这些概念基本上就是数学上的概念,凭着自己大学所学的那点较少的高等数学的知识,凭着想要把这些问题搞懂的求知欲望,浏览了众多的资料之后,对于NURBS的数学原理算是有了一个基本的认识,对于Rhino也有了更深入的理解。在这个寻找答案的过程中,我发现买不到关于Rhino的数学书,大部分关于NURBS的书都是数学专业人员写的,对于设计师来讲非常难懂,因此我就有了把Rhino背后的数学从设计师的角度写出来的想法,能够使设计师们更好地理解NURBS,更好地使用Rhino,更好地设计产品,毕竟产品的设计不仅仅是造型,还有隐藏在造型背后的科学和技术。我写书的想法有幸得到了清华大学出版社的理解和支持,最后促成了本书的完成。   本书的目的之一是帮助设计师以及广大的Rhino使用者理解NURBS的概念、数学原理以及曲线曲面的构造特征,从而深入地理解Rhino的相关概念、指令内涵、指令之间的关系以及曲线曲面的构造原理,并在此基础上建构高质量的Rhino模型。不理解NURBS的数学原理,就难以真正理解Rhino中的节点、定义域、权值、周期曲线等概念。类似于Rhino这样的软件,其3个重要的组成部分就是数学原理、算法和程序代码系统以及用户使用界面。而现实中,很多设计师用户可能对Rhino的最后一个组成部分(也就是用户使用界面)很熟悉,即使用软件很熟练,但却对前两个部分完全不熟悉或者不懂。如果他们能够对前两个部分略有理解或理解得稍微深入一些,那么他们的软件应用水平无疑就会更上一个台阶。但是要完全搞懂这些,我们可能需要回到大学去拿一个数学学位、一个编程的学位、一个设计的学位,真的是难以完成。到目前为止,已经有很多关于NURBS的书籍、论文出版,这些资料大都充满了令人费解的数学定义、公式、推导和证明,以及令人头疼不已的算法和程序代码,常常使想搞懂它们的设计师用户烦恼得挠破头皮,显然这些资料是写给数学家和工程师看的,而不是给设计师看的。因此,本书的目标就是力图写一本给设计师看的关于NURBS的书,使他们不用啃那些密密麻麻的数学公式,就能够对NURBS有更深层次的理解。当然涉及数学原理,本书还是要有数学公式,我力图把数学定义和公式的数量减到最精简的程度,减少数学语言的使用而尽量使用容易理解的词汇,虽然这样使概念的解释和算法的推导显得不如数学上那么严密,但却使NURBS原理更通俗易懂。即便如此精简,仍然需要读者保持一定耐心仔细看完这些数学原理和过程推导,等理解了NURBS的原理以后,你会发现所有的努力和耐心都是值得的。   理解了NURBS的基本原理后,读者不仅能够更好地掌握Rhino,而且能够更好地掌握其他所有包含NURBS建模的3D应用,如Alias Design、3ds?Max、Maya、Catia等,同时对于高效、优质地建立NURBS模型,对于理解产品的加工和生产流畅,都是大有裨益的。   本书的另一个目的是探讨如何高质、高效地进行建模和渲染,因此本书的主体部分通过探讨3个产品模型的建模步骤,使读者能够运用Rhino建立高质量的产品数据模型。本书的最后一章探讨了Maxwell Render渲染工具的使用方法和流程。Maxwell Render是我用过的最逼真和强大的渲染工具,非常适合作为产品表现的渲染工具。   由于只能在课余时间写作,本书断断续续持续了两年多才完成,感谢清华大学出版社贾小红编辑的信任,一直耐心地等我完成了全书的写作,也感谢我的妻子王华、学生谢阁浩细心地帮我整理版面。最后尤其要感谢的是那些促进科技前行的数学家、工程师、程序员们,是他们的努力使我们有了更好用、更高效的设计工具。   书中所配案例的源文件、效果文件及高清图例文件可到清华大学出版社网站(www.tup. com.cn)及蒲公英教育平台(www.catics.org)上进行下载。       杨汝全 ?   2015年12月30日于广州             -    II       3               

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    第1章 什么是NURBS 1

      1.1 Rhino建模与NURBS方法 1

      1.2 NURBS发展简史 2

      1.3 显函数、隐函数、参数和矢量方程 3

      1.3.1 显函数、隐函数和参数方程 4

      1.3.2 矢量方程 5

      1.4 NURBS的参数方程及其特性 7

      1.4.1 Bezier曲线及其用途 7

      1.4.2 Bezier的局限以及B样条曲线 10

      1.4.3 B样条基函数及其特性 11

      1.4.4 B样条曲线 18

      1.4.5 NURBS曲线 24

      1.5 NURBS曲面的构成 28

      1.5.1 张量积曲面 28

      1.5.2 Rhino中NURBS曲面的本质是四边面 30

      1.5.3 u向和v向 32

      1.5.4 NURBS曲面的剪切 33

      1.5.5 牢记NURBS曲面的数据结构 34

    第2章 Rhino软件及其指令系统的逻辑架构 36

      2.1 什么是模型,计算机建模的目的 36

      2.1.1 数据模型和实物模型 36

      2.1.2 数据模型的渲染表现 37

      2.1.3 数据模型的工程分析 38

      2.1.4 数据模型的加工应用 39

      2.2 Rhino建模的整体思路 40

      2.2.1 整体思路 40

      2.2.2 组合与合并 40

      2.2.3 NURBS方法和细分建模方法 42

      2.2.4 NURBS曲面向网格面转换的控制参数 46

      2....

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