3D Design of Stone Carving Art Based on SolidWorks Software Wang Jichang
摘要：本文使用SolidWorks 2018软件对石雕装饰性景观进行三维建模，进行创意设计。通过分析传统的石雕工艺，利用现代化技术与传统的石雕工艺相结合，进行对产品的可视化创意设计，呈现出与众不同的作品。设计整体从两个方面完成：一是了解目前现有的石雕装饰性景观的外形设计，以及趋于大众化的市场需求的外观形式；二是运用SolidWorks 2018软件进行绘制，在设计中利用软件加以辅助，可以更好的将设计进行三维建模，进行基础的外观绘制、草图绘制，后期渲染等，并生成出精准的图纸进行加工和装配。
关键词：石雕艺术；SolidWorks 2018软件；可视化设计
Abstract: This article uses SolidWorks 2018 software to conduct 3D modeling and creative design of stone decorative landscape. By analyzing the traditional stone carving technology and combining modern technology with traditional stone carving technology, the visual creative design of products is carried out, showing unique works.The overall design is completed from two aspects: one is to understand the shape design of the existing stone carving decorative landscape and the appearance form of the popular market demand; The second is to use SolidWorks 2018 software for drawing. With the help of software in the design, we can better carry out three-dimensional modeling of the design, basic appearance drawing, sketch drawing, post rendering, etc., and generate accurate drawings for processing and assembly.
Key words: Stone Carving Art; SolidWorks 2018 Software; Visual Design
引言
早在中国古代，石雕装饰性景观就广为流传，在建筑中使用颇多。有名的皇家园林圆明园，众多石雕艺术品的结合，将石雕艺术推向巅峰，众多华丽的石雕景观渐渐出现，如图1所示。随着人们对艺术要求的愈发严格和人们对审美的提高，众多大院中都有石雕艺术品，我国的苏州园林尤其为代表。随着时代的发展，石雕装饰性景观成为了人们在庭院中必不可少的一部分，石雕装饰性景观也将成为常态化使用[1]。
图1 中国古代圆明园的石雕景观
随着我国智能制造的技术体系愈发成型，众多的石材企业越来越多地应用到数字化的设计和建模，进行一个从平面设计往三维设计的一个过渡，从单纯的装饰性慢慢地向艺术化的一个转型。本文采用SolidWorks 2018软件对传统的石雕设计与智能化相结合，将传统的喷泉装饰性景观进行三维建模和实际的渲染设计，让需求者直观清晰地看到三维模型的真实效果，并加以场景的渲染，可供其进行未来放置的可视化效果展示。从实际的三维模型出发，可以给需求者更好的视觉体验，从而可以缩短产品设计时间，明确设计偏向，大大缩短设计时间，方便各方交流，提高石材装饰性景观的设计效率[2]。
1 石雕装饰性景观3D设计
1.1 石雕装饰性景观3D设计应用优势
所谓石雕装饰性景观3D设计，顾名思义是利用三维设计软件进行产品的参数设定，三维建模，从而将所要设计出的产品进行一个三维的展示。这样做其目的是摆脱了传统二维图的平面效果图，给人以一种更加直观清晰的方式看到所设想产品的最终效果，避免了因为二维图纸的束缚，无法看出产品的最终模式。
另外，传统的石雕是通过二维图纸的设计进行加工，而利用SolidWorks 2018软件进行石雕的3D设计，一个熟练的工作人员可以在很短的时间完成，并对其进行修改，这将大大地缩短设计周期，提高研发设计效率。
1.2 石雕装饰性景观3D设计的前景
石雕装饰性景观3D设计不仅能降低制造成本、提高制作效率，还可以拓宽人们的视野，不再局限于传统的绘图方式和绘图理念，相信不久的将来会有广阔的市场前景。
2 设计建模流程
2.1 SolidWorks 2018软件概述
SolidWorks软件是世界上第一套基于Windows系统开发的三维CAD软件。该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学易用等特点，是当前非常优秀的中高端CAD软件之一。SolidWorks能够提供不同的设计方案，减少设计过程中的错误并提高生产质量。其功能也十分强大，拥有草图绘制、特征、成本、零件、装配体、SolidWorks Enterprise PDM、Simulation、运动算例、工程图、出样图、钣金设计、输出和输入以及网络协同等集一身的特点，让使用者一步到位在SolidWorks尽可能地发挥自己的创意，完善设计。自从1996年SolidWorks引入中国以来，受到了业界的广泛好评，许多高等院校也将SolidWork用作教学和课程设计的首选软件[3]。
2.2 素材确定
本次石雕装饰性景观的建模以小区内常见的喷泉装置为例，对其进行设计和创新，并绘制出其三维模型加以渲染，可以切实地感受到3D建模在石雕艺术品上的应用和效果。用最常见的事物带来最真实的效果体验。将3D效果作为第一参考因素，制作出实体作品[4]。
2.3 作品绘制
对产品进行建模可分3个步骤进行：一是观察生活中的实物，在脑海中进行构思，将整体的外形轮廓有个大概的认知，然后再用SolidWorks 2018软件进行绘制与建模；二是将所设计的石雕艺术产品进行草图设计，考虑其实用性与美观性，将二者结合并融入一些美学的理念进行将进一步的产品设计；三是通过后期渲染，将喷泉石雕景观融合到实际的场景，给人更加直观的感受[5]。
2.4 喷泉石雕景观的基础三维建模
对喷泉石雕装饰品底座的设计，将其设计成一个正16边形带有波浪感的底座。以坐标原点为喷泉的原点，选择【前视基准面】进行绘图，通过【直线】命令先大致绘制出一个八角形的图案，再通过【智能尺寸】命令将八角形的八个内角设置为90°，再将八角形的每个边的边长进行约束，长度为1171.57mm。利用【等距实体】的命令在内部50mm的位置直接生成出一个正16边形的轮廓，利用【特征】栏中的【拉伸凸台】命令对其进行一个1000mm的拉伸，这样即可得到一个底座的基本雏形，如图2所示。
图2 喷泉石雕的底座建模
对喷泉石雕底座进行建模后，其次就要考虑整体的设计。本次的石雕喷泉主要以正16边形为一个设计的灵感，开始设计他的中间立柱的部分。首先在【前视基准面】上绘制一个边长为702.94mm的正16边形，原点选择还是坐标原点，再利用【参考集合体】中的【基准面】，建立新的5个基准面，分别距离【前视基准面】的距离为600.0mm、1200.0mm、1800.0mm、2400.0mm、3000.0mm，再在这些新创建的基准面上用【多边形】命令，分别绘制出边长为585.79mm、两个292.89mm、468.63mm、175.74mm的正16边形。再使用【特征】栏中的【拉伸凸台】命令将其进行拉伸，得到一个由正16边形组成的一个柱体，从而得到了一个立柱－基座体系，如图3所示。
图3 喷泉石雕的立柱建模
为了进行装饰，在最顶端的16边形上再次利用【参考集合体】中的【基准面】命令，建立了若干个基准面，分别绘制尺寸较小的16边形，将其进行【拉伸凸台】成形到相对应的平面，这样就可以得到一个呈阶梯状的微小基座，在基座的顶端，用【直线】和【圆】的命令，绘制出一个半径为400mm的半圆形，再用【特征】栏中的【旋转凸台】进行旋转，直接生成了一个半径为400mm的一个球体。将已经建模好的基座进行美化，通过在基座每个面的衔接部位通过【圆】命令绘制一个圆，再使用【特征】栏中的【旋转凸台】进行旋转切割，再将基座的底部进行水波纹的渲染，得到了基座与立柱一体的三维模型，如图4所示。
图4 喷泉石雕的立柱建模优化
石雕喷泉最重要的就是出水口的设计，通过多次的观察和结合实际，最终确定了出水口的位置，选择立柱较为上端的一个弧形面，选定其基准面，利用【圆】命令绘制出水口的大小，用【特征】栏中的【拉伸凸台】命令对其进行拉伸得到了出水口，再用【线性阵列】中的【圆周阵列】将每个方位的出水口都进行建模。通过调查和研究，并且根据力学性能的结合，将上方的圆球进行改良，将其变成一个伞状结构，保证石雕喷泉景观的美学效果更加优良。并在较为空旷的平面融入一些比较现代化的元素，增加石雕喷泉景观的美观和立体程度。这样的石雕喷泉景观的三维建模就完成了。
图5 喷泉石雕的出水口设计
2.5 喷泉石雕景观的素材包覆
素材包覆的主要内容是根据客户的需求，将他们想在石雕装饰品上所想表达的图案进行绘制，所用到的命令是浮雕和蚀雕。浮雕是将实体凸出喷泉石雕景观的曲面，而蚀雕是将实体凹沉与曲面。这里需要选择适合的【包覆】命令，将需要凹进去的选择蚀雕，以及需要凸显出来的地方选择浮雕，这样既保证了美观，也为【包覆】操作减少了阻碍。
2.6 喷泉石雕景观的实际渲染
选择了一个小区较为空旷的地带，将本文设计的三维模型进行一个实际场景的应用，可以根据需要将所设计的喷泉石雕景观进行修改，更好地融入生活中使用。
图6 喷泉石雕的实际渲染
3 结论
通过上述过程可以看出SolidWorks 2018软件对石雕装饰性景观进行三维建模的全过程，以及对其进行分析、修改与优化的流程。
通过SolidWorks 2018软件的三维建模可以更加直观的对其进行分析与改良，较于传统的二维石雕装饰的设计有着很多优点，实现了石雕景观建模的可视化。该软件可以与石雕装饰景观设计中心连接起来，实现设计和修改的实际效果体验。
参考文献：
[1] 侯建华. 中国石材界知名品种为“党史馆”建造再做贡献[J]. 石材2021 (07)：17.
[2] 赵民. 石材三维设计及加工技术[M].北京：机械工业出版社，2014.
[3] 赵罘. SolidWorks2018基础教程[M].北京： 化学工业出版社，2018.
[4] 张修路，杨志键，陈蜂云. 石材板材智能化加工柔性制造系统研究[J]. 石材2020（12）：20-23.
[5] 张修路，都业天，赵民. 石材罗马柱的三维建模和有限元分析[J]. 石材，2020,05：8-9 23.
作者简介：
张修路，男，山东菏泽人，汉族，博士在读，工程师，研究方向为结构的有限元仿真分析；（沈阳城市学院 机械设计制造及其自动化，沈阳 110112)
（Shenyang City University, Mechanical Design Manufacture and Automation Major, Shenyang, 110112 ）
原创首发《石材》杂志，经原创作者授权在石材讲习所转载。
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