建筑陶瓷设计CAD 方法研究
范劲松 安 军
来源：《中国陶瓷工业》 时间：2013-7-12
1 引 言
随着我国建设事业的蓬勃发展和人们物质生活水平的不断提高, 建筑用陶瓷产品( 特别是各种环境使用下的墙、地砖等建筑装饰陶瓷) 的需求日益增大, 各地陶瓷生产厂纷纷引进和开发生产线, 向市场投放大量各式花色品种的产品, 使市场竞争日趋剧烈。同时随着社会的进步以及国外新产品的冲击, 人们审美能力和欣赏水平不断变化, 使产品的更新换代速度加快, 传统的陶瓷设计方式越来越不能适应现代生产发展的需要。近年来, 计算机图形设计和CAD 技术得到了迅猛的发展, 并已普及推广到各行各业之中。作为图形设计和CAD 技术物质基础的计算机硬件更是日新月异, 发展迅猛, 如高性能、高速度的中央处理器, 高画质、超清晰的图形显示器及专业质量的图形加速卡, 大容量、高可靠性且价格低廉的各种存储设备等等。同时计算机图形学、计算几何等相关理论得到了进一步的发展, 使设计软件的功能有了很大的提升。作为一种现代化的设计手段, 计算机辅助设计技术可以极大地提高设计的效率和质量, 使设计人员从过去繁重的手工劳动中解放出来, 把精力集中在设计过程中的最富创造性的工作上。建筑陶瓷的设计中涉及到大量的色彩、图案、纹理等方面的问题, 非常适合于采用CAD 技术。我们研究开发的计算机辅助陶瓷设计系统就是要利用先进的电脑技术来改造提高现有的设计方法, 使建筑陶瓷设计迈向一个新的台价。
2 建筑陶瓷CAD 系统的思想及体系结构、功能特点
2. 1 传统的建筑陶瓷设计方法
建筑陶瓷的品种丰富多样, 各种类型的设计方法不尽相同, 这里以较典型的釉面图案装饰砖为例, 来分析一下传统设计的一般过程。首先由美工师或图案设计人员根据市场需求, 构思设计出各种图案, 并用颜色将之绘出, 经过各方评价、分析和修改后, 将最终设计好的纹样描绘在透明胶片上或采用照相制版将图案制在透明胶片上; 然后在丝网版上均匀涂上一层感光胶, 再将刷完胶的网版压在图案底片上感光, 经冲洗就得到丝网印花漏版; 最后在墙、地砖的泥坯、素坯或釉坯上印刷出各种图案纹样, 经烧制得到风格各异的墙地砖。在整个设计过程中, 设计人员要用手工绘制大量的图稿,有的还需将图稿在胶片上绘出, 工作量大, 速度慢且由于手工操作方法的限制, 设计效果不能突破, 已经不能很好地适应新形式的需求, 必须用新技术新方法加以改造。
2. 2 建筑陶瓷设计与面向对象技术
面向对象( Object - Or ient, 简称OO) 技术是近年来计算机领域中出现的分析和解决问题的新思维方法。人类认识世界的能力是很强的, 为了应付现实生活中的复杂性, 我们已逐渐形成了很好的概括、分类和抽象的能力。近年来迅猛发展的OO 技术, 是模仿我们认识世界、建立现实模型的过程, 经过高度抽象和概括后得到的思想和方法, 经过大量的实践证明是卓有成效的。面向对象技术中的最主要的特征就是使用类( class) , 类是一种信息表示的方法, 它把某种类型事物的方法与数据共同放于该类对象中, 使对数据的存取只能通过该对象本身来进行。同时, 面向对象技术还提供了继承机制, 可以使我们很容易扩充和完善旧的类定义以适应新的需求。通过继承机制得到的派生类不但拥有新的数据成员与成员函数, 还同时拥有旧的数据成员与成员函数。本项目将对建筑陶瓷设计中所涉及的各种问题以及处理问题的方法, 利用面向对象的思想和方法进行分类总结, 从而得到事物的分类和抽象描述, 然后利用OOP 中的封装、继承和多态性, 派生出丰富多彩的具体类型。从面向对象的角度出发, 可发现建筑陶瓷设计中所涉及的问题, 可以很好地用面向对象的方法来描述。首先我们把建筑陶瓷设计的问题归为以下的体系结构( 图1) 。我们可以定义一个基类ClassA, 用它来描述所有建筑陶瓷中的基本内容和相应的基本操作。在此基础上, 据不同的特点, 派生出两个子类ClassB 和ClassC 分别描述墙面砖和地面砖, 在其中分别加入两类不同事物的数据和方法。根据同样的原理, 我们可以不断向下派生出更加具体的子类, 每个子类中都继承了其父类的特点, 同时又包含了描述该类具体问题的数据和操作。当我们全部定义好所有的派生类后, 就中各主要模块的功能和作用如下:
( 1) 用户接口。通过用户接口模块与该CAD 系统交互,利用该接口模块, 系统就能明确用户的设计意图和设计要求。
( 2) 图案纹理设计及仿真。该模块是本系统的一个主要核心模块, 它能进行各种装饰陶瓷设计及仿真显示工作。用户可直接使用其提供的工具来进行设计, 也可以从扫描输入中获取图形数据, 也可以从数据管理模块得到图形数据和控可以利用这些子类分别定义每个类的对象。因此从面向对象的观点出发来解决建筑陶瓷的设计问题, 关键就在于定义好各种类, 每个类中封装了该类的属性描述( 即成员数据) 和操纵这些属性的方( 即成员函数) , 相应种类的陶瓷设计问题,就演化成调用相应类的对象中的成员函数的问题了。
图一
2. 3 系统结构与功能特点
基于上述的思想, 我们建立了一个建筑陶瓷的CAD 系统, 该系统的基本结构如图2。在该结构中虚线部分即表示陶瓷设计的CAD 系统, 系统制参数来生成图形或纹理, 还可以从系统中信息资源丰富的资料库里调出存档的设计资料, 最后把生成的结果以十分逼真的方式呈现在设计者的面前。设计者可利用各种修饰工具对之进行可视化的处理、修改和润色, 得到最终设计方案。
( 3) 数据管理。该模块主要完成以下几方面的任务: 接受用户在参数输入模块中输入的数据, 根据这些数据产生图形生成及显示的信息; 把处理图形、纹理设计及仿真中的设计结果转化为一定格式的图形数据; 维护资料库信息, 负责增加、删除、修改、更新资料库, 提供输出所需的信息。
( 4) 设计资料库。该资料库包括各种类型的装饰陶瓷的设计资料、信息( 有具像的人物、植物、鱼虫、鸟兽、花边等图形, 也有抽象的各种几何图案、底纹等) , 设计者可直接调用其中的图形资料和数据, 对其进行修改、再加工。设计好的各种方案可以保存在资料库中以供今后调用。该资料库是开放的, 使用者可以通过各种手段, 丰富和完善自己的设计资料库, 以形成有自身行业特点的设计系统。
( 5) 输出准备。由于各类对象的不同, 所要输出的内容和形式就有不同, 比如对于釉面印花砖, 设计好的印花图案可输出至胶片上, 以供丝网印刷使用; 对于单色锦砖, 只需要输出彩色的颜色数据; 对于耐磨砖, 则要输出基色数值、杂色数值及杂色的混合比等数据。因此该模块的责任是针对不同的输出结果, 准备各种输出数据。
图二
3 系统的研制与开发
本系统采用了Microsoft 公司的VisualC+ + 作为开发工具。VisualC+ + 是目前综合性最高, 功能最强, 同时也是最复杂的C+ + 编译器, 它和Microsoft Windows 接合十分紧密,可直接利用Microso ft 基本类库(MFC) 来构建应用程序。目前的MFC 开发结构支持Win32 平台下的32 位程序设计, 封装了Win32 应用编程接口( API ) 、文档、视图、应用程序, 以及对象的链接与嵌入( OLE) 和ODBC 与DAO 数据存取功能。
Visual C+ + 是十分典型的面向对象的编程语言, 利用其中的类向导工具, 用户可以非常方便地定义各种类及其中的成员变量与成员函数, 这对本课题中如前所述的大量涉及面向对象的问题提供了很好的实现工具。Visual C+ + 的另一大特色就是其可视化的编程方式, 在其环境下进行程序开发, 用户利用其应用程序向导, 方便迅速地构建自己的程序框架及用户界面( 包括定义各种按钮、静态文本、编辑框等控件) , 使程序设计人员摆脱编写程序界面的大量繁琐工作, 而把注意力集中到项目中的关键技术问题上。由于Visual C+ + 的编译功能十分优秀, 最后产生的程序代码十分简练, 使系统程序的运行速度很快, 提高了整个系统的设计效率。
4 结束语
通过本系统的研制和开发, 把过去建筑陶瓷设计中的从方案构思到最后出片的全过程统一在电脑中进行, 加快了设计速度, 提高了设计效率和质量, 是提高产品市场竞争力的重要手段, 必将对设计手段现代化的进程到推动作用。同时我们也注意到, 随着社会的发展, 将会有更多的品种涌现, 该系统的设计能力必须随之不断提高和加强, 才能适应新的要求。
