吳 菲，趙銀花

（長春工業(yè)大學(xué) 軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130022）

0 引 言

隨著鐵路客車、動車組、城軌車等軌道客車的發(fā)展，軌道客車車廂環(huán)境品質(zhì)的打造被人們提到了一定的高度，軌道客車車廂的燈光照明設(shè)計是其中重要的一個環(huán)節(jié)。LED光源以其體積小、質(zhì)量輕、釋放熱能少、使用電壓低等一系列優(yōu)勢，成為燈具造型設(shè)計中最活躍、最具創(chuàng)作動力、最能激發(fā)燈具設(shè)計者設(shè)計構(gòu)思的設(shè)計因素［1］，并且逐漸成為取代傳統(tǒng)光源的新的車廂內(nèi)室照明。人們對LED技術(shù)的深入研究使得LED的制造工藝有了巨大的進(jìn)步。發(fā)光效率的提高、新材料的開發(fā)和應(yīng)用、超亮度白光LED的出現(xiàn)等都使LED應(yīng)用的領(lǐng)域得以擴(kuò)大，各種各樣造型的LED燈具也慢慢出現(xiàn)在我們周圍。在軌道客車車廂照明設(shè)計領(lǐng)域，LED的研究既是技術(shù)也是一種藝術(shù)［2］。優(yōu)秀的軌道客車車廂LED照明系統(tǒng)可以使人們在旅途中減少疲勞感，并在視覺上帶來美的享受。軌道客車車廂LED照明系統(tǒng)外觀設(shè)計要與車內(nèi)空間的大小、形狀等屬性相協(xié)調(diào)一致，還要符合空間的總體藝術(shù)要求，形成一定的環(huán)境氛圍。優(yōu)秀的LED照明系統(tǒng)外觀設(shè)計有助于明確各種設(shè)備的造型輪廓，豐富空間的層次感。

1 軌道客車車廂LED照明外觀設(shè)計應(yīng)用軟件

LED燈具造型設(shè)計與一般的燈具造型設(shè)計程序和方法基本相同［3］。符合其設(shè)計要求的計算機(jī)輔助應(yīng)用軟件應(yīng)具有二維制圖、三維造型、編輯、動畫等功能。同時，除了直觀體現(xiàn)LED燈具的形狀、大小、色彩及材質(zhì)外，還要通過應(yīng)用軟件模擬出光源的色彩強度和投射形式等。除了Rhino，AutoCAD等主流燈具設(shè)計軟件外［4］，3ds max能提供燈具各個平面視圖和透視圖模型展示等功能。

燈具設(shè)計人員往往會面臨兩個問題：一是很難把握燈具外形與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系；二是難以將自己設(shè)計的構(gòu)想迅速模擬出來。3ds max強大的三維建模功能可以解決設(shè)計人員遇到的這兩個問題。

3ds max是專業(yè)的三維制圖、動畫制作的軟件。該軟件在三維造型、場景模擬、視覺效果、動畫制作等各方面具有強大的功能。其三維造型靈活方便，能夠很逼真地反映出燈具模型的真實光照效果和外觀的造型效果。在3ds max中，設(shè)計者可以利用其中的材質(zhì)編輯器來建立存儲燈具外觀設(shè)計中需要用到的顏色和貼圖。這樣可以大大減輕繪制LED燈具產(chǎn)品效果圖的工作量。所以，如果應(yīng)用3ds max進(jìn)行LED燈具造型的設(shè)計，能更準(zhǔn)確地反映出設(shè)計者的設(shè)計意圖，更直觀地展示燈具外觀造型，起到事半功倍的效果。

3ds max從各個視圖顯示燈具外觀，如圖1所示。

圖1 3ds max從各個視圖顯示燈具外觀

2 軌道客車車廂LED照明造型設(shè)計

軌道客車車廂LED燈具的外觀是受到若干個要素所共同影響的，如形態(tài)、色彩和材料等。這些要素之間相互影響、緊密聯(lián)系。只有分別對每個要素進(jìn)行分析，才能找到好的突破點來實現(xiàn)LED燈具外觀創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計。

2.1 形態(tài)要素設(shè)計

軌道客車車廂LED燈具的形態(tài)設(shè)計要遵循科學(xué)性與藝術(shù)性有機(jī)結(jié)合的原則，讓燈具設(shè)計呈現(xiàn)多元化的設(shè)計趨勢。LED燈具的形態(tài)在設(shè)計時從兩個方面入手。

2.1.1 幾何形態(tài)造型法

幾何形態(tài)造型法就是運用分割、組合、變異等手法來實現(xiàn)形態(tài)的創(chuàng)新［5］。常利用一切規(guī)則的圓形、方形等便于制作的形態(tài)來傳遞出莊重、樸實、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母杏X。例如現(xiàn)在的軌道客車車廂中，LED燈具的外觀最常應(yīng)用的就是這種長方形的平面光源結(jié)構(gòu)。這種幾何形態(tài)的LED燈具造型簡潔、含蓄又凝練，構(gòu)成了干凈利落的視覺效果。幾何形態(tài)造型法的運用更有助于材料的結(jié)合。例如一些金屬材質(zhì)，由于工藝上的限制，只能做到一些規(guī)則的形態(tài)。

幾何形態(tài)LED燈具造型如圖2所示。

圖2 幾何形態(tài)LED燈具造型

在3ds max中，可以使用多種方法來完成規(guī)則幾何形態(tài)的創(chuàng)建，創(chuàng)建面板中的Standard Primitives（標(biāo)準(zhǔn)基本體）和 Extended Primitive（擴(kuò)展基本體）就自帶了多種三維幾何圖形。

對于稍復(fù)雜的幾何形態(tài)，可以借助于Loft（放樣）命令。Loft命令的建模思路是先使用二維畫圖工具繪制出物體的軸截面圖，再繪制出截面圖作軸向拉伸的路徑（直線或曲線），然后用Loft命令將截面圖沿路徑放樣完成初步建模工作。接下來利用Loft物體的 Modify（修改）命令，將其變形成為所需要的形狀。在變形過程中，常用變形工具集中的Scale（縮放）命令，通過該命令中的增加、刪除控制點、移動控制點等方法可以方便地創(chuàng)建出不同形狀的復(fù)雜幾何圖形。

2.1.2 自由形態(tài)造型法

這種自由并不是故作離奇，而是在對材料深入研究的情況下，通過多元形式與功能的完美結(jié)合來創(chuàng)造一種易于感受的美。這種自由形態(tài)會產(chǎn)生一種律動美，常給人以浪漫的情感體驗和無拘無束的舒適感覺。

相對幾何形態(tài)而言，自由形態(tài)外觀的制作更為復(fù)雜。因此針對不同形狀特征的燈具，就要采用不同的方法，還要將多種建模手段和變形修改命令結(jié)合起來使用，例如：Lathe（軸旋轉(zhuǎn)）、Loft（放樣）、Extrude（拉伸）、Edit Mesh（編輯網(wǎng)格）、Scale（縮放及擠壓）等。形狀復(fù)雜的燈具可以將它分成幾個部分分別制作，最后用Group（編組）或Boolean（布爾計算）將其合并。

我國歷來重視情感交流且有著悠久的文化傳統(tǒng)，中國的傳統(tǒng)文化與設(shè)計哲學(xué)本身就蘊含著情感化的設(shè)計思想［6］。如果將應(yīng)用情感化設(shè)計的理念［7］與上述兩種燈具造型方法結(jié)合起來，可應(yīng)用于軌道客車車廂LED的外觀設(shè)計，使得在快節(jié)奏現(xiàn)代化社會中生活的乘客們在途中也能感受到良好的乘坐體驗。這種設(shè)計理念最直接的方法就是將中國元素運用到LED燈具造型設(shè)計和外觀裝飾元素的設(shè)計上。中國的傳統(tǒng)元素有很多，文化風(fēng)格元素、自然風(fēng)格元素、建筑風(fēng)格元素等都可運用，如中國的水墨、書法、京戲、皮影、飛天、龍鳳等。也可以在燈具造型上做仿古裝飾，使其既保留了傳統(tǒng)古典風(fēng)格又不乏現(xiàn)代的氣息。還可以使用植物紋、動物紋、幾何紋等進(jìn)行裝飾。

中國元素在LED燈具造型中的運用如圖3所示。

圖3 中國元素在LED燈具造型中的運用

2.2 材質(zhì)要素設(shè)計

材質(zhì)可以決定或改變風(fēng)格，是LED燈具造型設(shè)計中重要的元素之一。材質(zhì)要素的運用不僅僅體現(xiàn)在單一材質(zhì)的表現(xiàn)上，更體現(xiàn)在多種材料的組合對比之中。如何在有限的材料中選擇組合以及加工處理出全新的體驗是尤為重要的。

燈具外觀設(shè)計本身的選材可以非常豐富，既可以使用人工合成的材料，如不銹鋼、塑料、玻璃，也可以使用自然的材料，如陶瓷、藤、木等。不同材料會傳達(dá)出不同的情感特征，給人以不同的心理感受。但具體到客車車廂的LED燈具材料，在選擇時需考慮到功能性與LED本身的特點。因為LED的發(fā)光亮度大，很容易使光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｋ栽趯ED燈進(jìn)行造型設(shè)計時，也應(yīng)考慮到散熱的問題，如散熱不及時，其使用壽命將大大降低。

針對軌道客車車廂設(shè)計的LED燈具材料采用了金屬材質(zhì)與塑質(zhì)材質(zhì)相結(jié)合的設(shè)計手法。燈具的邊框裝飾線使用金屬材質(zhì)中的鋁制材料，鋁制外殼不僅外觀精美、重量輕且易散熱，而且LED燈具本身具有科技感，采用金屬質(zhì)感可以更好地傳達(dá)出科技?xì)庀?、滿足現(xiàn)代設(shè)計所追求的簡潔美和韻律美。燈罩部分使用塑質(zhì)材質(zhì)，塑質(zhì)材質(zhì)的優(yōu)點是造價低、透光性較好、可塑性強、材料柔和，給車廂環(huán)境添加溫馨的氣氛。塑質(zhì)不同于塑料，它經(jīng)過特殊的加工處理，即使受熱也不會輕易變形［8］。

利用3ds max中的材質(zhì)編輯器，通過對LED燈具的外觀材質(zhì)Opacity（不透明度）、Noise（噪音度）、Specular level（鏡面反射度）、Glossiness（光澤度）等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，來模擬金屬、鋁制、塑質(zhì)、高分子材料等。

利用材質(zhì)編輯器模擬透明材質(zhì)如圖4所示。

圖4 利用材質(zhì)編輯器模擬透明材質(zhì)

2.3 色彩要素設(shè)計

在設(shè)計中，色彩的存在必須依附于造型，只有當(dāng)色彩與形態(tài)結(jié)合在一起時，才能具有極強的表現(xiàn)特征［9］。LED燈具外觀中的色彩，不僅要研究其色相、明度與純度的關(guān)系，還要研究色彩對人的心理、生理上產(chǎn)生的情感。LED燈具的色彩可以表達(dá)出不同的情緒，可以使燈具本身更有生命力。

LED照明系統(tǒng)的色彩在設(shè)計時考慮到了對比調(diào)和的形式美法則，采用暖黃色的光源。在軌道客車車廂中，人們在很多情況下并不需要很亮的白光，偏暖的黃光更適合乘客們心理和生理上的感受。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，三基色的LED可以實現(xiàn)亮度、灰度、顏色的連續(xù)變換和選擇，使燈具的照明從普遍意義上的白光擴(kuò)展為多種顏色的光［10］。本設(shè)計把這項技術(shù)應(yīng)用到軌道客車車廂中，可以讓乘客根據(jù)整體照明需要來設(shè)定照明的效果。例如在北方寒冷的冬季，車廂內(nèi)運用暖光源來使乘客增添溫暖的心理感受。而炎熱的夏季則適合運用冷光源，帶給乘客涼爽清新的氛圍。所以本設(shè)計可以根據(jù)不同空間、時間來選擇并控制LED燈的亮度、灰度和顏色，模擬出各種光環(huán)境來引導(dǎo)、改善乘客情緒，體現(xiàn)更人性化的照明環(huán)境。

通過在3ds max中設(shè)置材質(zhì)編輯器Diffuse（反射）的RGB值來調(diào)節(jié)出色彩。借助系統(tǒng)自帶的光源面板模擬出光源顏色，最后在背景面板中設(shè)置一張背景圖片，就完成了燈具外觀效果圖的制作。通過這種方法設(shè)置的色彩和燈光，可以使燈具外觀表面光滑細(xì)膩、線條清晰、立體感強、富有質(zhì)感。

調(diào)節(jié)反射面板中的RGB值來確定色彩，如圖5所示。

圖5 調(diào)節(jié)反射面板中的RGB值來確定色彩

除上述外，設(shè)計師還需反復(fù)推敲燈具外型和功能之間的關(guān)系、LED燈具與人的尺度關(guān)系、車廂內(nèi)整體與局部之間的比例關(guān)系等細(xì)節(jié)，例如燈具的按鈕、開關(guān)、旋鈕等操作和控制部件的處理。有時成功的設(shè)計往往是由這些精心刻畫的細(xì)節(jié)所決定的。LED燈具造型的首要目的在于其使用功能的實現(xiàn)，所以不能僅停留在燈具外觀的優(yōu)美性上，要使乘客們在一次次使用體驗中感受到適用性、功能性，這才是LED燈具造型設(shè)計的最終目標(biāo)。

因此，對LED燈具外觀造型的研究要結(jié)合形式美法則原理，從形態(tài)、材料和色彩等方面來綜合設(shè)計。盡管由于人們生活背景的差異，不同造型對于不同背景下的受眾會產(chǎn)生不同的寓意，但在一定的背景下，總有些共性的東西支撐著這些元素的合理運用。燈具外觀造型不僅是設(shè)計師情感傳達(dá)的媒介，也是軌道客車車廂中獨特設(shè)計風(fēng)格的體現(xiàn)。

3 結(jié) 語

軌道客車的車廂LED照明外觀對人的工作生活影響巨大，這種巨大不是高山仰止、一蹴而就，而是細(xì)水長流、積水成淵。尤其在重壓之下的都市生活中，燈光照明設(shè)計可以間接滿足人們視覺生理和審美心理的需要，使軌道客車車廂空間最大限度地體現(xiàn)實用價值和欣賞價值，并達(dá)到使用功能和審美功能的統(tǒng)一。在具體的燈光設(shè)計中，通過燈光的明暗、隱現(xiàn)、抑揚、強弱等有節(jié)奏的控制，充分發(fā)揮LED燈光的光亮和色彩的作用，采用透射、反射、折射等多種手段，可以創(chuàng)造出溫馨柔和或者節(jié)奏明快的效果。未來我國軌道客車車廂LED照明的外觀設(shè)計應(yīng)在節(jié)能、綠色、適用、美觀的原則下展開大膽的創(chuàng)想。車廂內(nèi)室LED照明除了為人們提供必要良好的光照條件外，還應(yīng)使燈光有增加室內(nèi)空間藝術(shù)效果、加強空間層次、烘托空間氛圍、增添情趣性等功能。

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