單元五：產品可視化及三維建模

各位同學好！歡迎來到設計與應用科技最精彩的課題之一。你有沒有想過，電影製作人是如何創造出令人驚嘆的奇幻世界？又或者，工程師是如何在製造出第一件實物前，就設計出一款全新的智能手機？箇中奧妙就在於產品可視化及三維建模！

在本章中，我們將會探討設計師如何將腦海中的簡單構思，轉化為人人都看得懂的詳細圖像或模型。無論你是設計電玩遊戲、全新建築物，還是下一款型格產品，這都是一項超級重要的技能。我們立即開始吧！


第一部分：將構思化為現實 — 產品可視化及三維建模

在動手建造任何東西之前，你都需要一個計劃。可視化就是以一種看起來真實的方式來創建這個計劃。它能幫助你發現問題、分享你的構思，並讓大家對你的設計感到興奮。

讓圖像「眼前一亮」！視覺衝擊力

一張沉悶的黑白草圖可能無法說服任何人。要讓你的設計構思看起來專業且吸引，你需要加入視覺衝擊力。把它想像成為照片加上濾鏡，讓它變得令人驚嘆！

以下是一些關鍵技巧：

  • 著色：增添氣氛和真實感。這是一輛鮮紅色的跑車，還是一張令人心情平靜的藍色椅子？
  • 陰影與高光：它們能營造光影的錯覺，使二維（2D）繪圖看起來像三維（3D）。這賦予物件深度和形態。
  • 渲染：這是一種電腦處理過程，為三維模型添加紋理、燈光和背景，使其看起來像真實照片一樣。

以三維角度思考：三維建模概念

有時，單靠繪圖並不足夠。你需要能實際拿在手上感受這個構思。這就是三維模型登場的時候。它們可以是實體模型或電腦上的數碼模型。

實體模型（原型及模型）

這些是可以讓你親手觸摸和感受的模型。它們非常適用於檢查產品的尺寸、形狀和手感（人體工學）。

  • 常用材料：紙板、中密度纖維板（MDF）、高密度泡沫板（HDFB）、亞加力膠，以及常用金屬合金。
  • 常用技巧：
    • 表面展開：從平面的「展開圖」創造三維形狀（就像摺疊紙箱一樣）。
    • 模型製作：製作模型以展示外觀和尺寸，但不一定具備功能。
    • 原型製作：製作一個可運作或半運作的模型，以測試其功能。

比喻時間！製作一個實體模型，就像用樂高積木為朋友展示一個城堡設計。一個電腦模型，則像在《Minecraft》這類遊戲中設計同一個城堡。

快速回顧：實體模型 vs. 視覺模型

實體模型（例如紙板模型）非常適合檢查人體工學和實體感。然而，它們的更改速度較慢且成本較高。

視覺模型（例如電腦渲染圖）非常適合檢查顏色和外觀。它們更改速度快且成本低廉，但你無法實際觸摸它們。

第一部分重點摘要

產品可視化旨在利用著色和渲染等技術，讓你的構思看起來真實且令人興奮。三維模型，無論是實體還是數碼，都能幫助你在開始生產前測試和傳達你的設計。


第二部分：設計的語言 — 技術可視化

要正確地建造出產品，團隊中的每個人（設計師、工程師、工廠工人）都必須完全理解計劃。技術繪圖就像設計師的通用語言，它使用特定的規則，以確保不會產生混淆。

所見即所繪：立體繪圖

這些繪圖以三維方式展示物件，與我們在現實生活或照片中看到的方式非常相似。透視草圖就是一個很好的例子。它們用於快速傳達產品的整體外觀、建築物內部或商店櫥窗的陳設。

藍圖：工程圖

當要實際生產產品時，你需要精確的指示。這就是工程圖的職責。它們不單是漂亮的圖畫；更是生產的精確指南。

  • 正投影圖：這是最常見的類型。它從不同的平面視圖展示物件，通常是前視圖、俯視圖和側視圖。它消除了透視效果，以便你能獲取精確的尺寸。
  • 其他主要類型：
    • 裝配圖：顯示所有零件如何組合在一起。
    • 剖視圖：顯示物件的「切片」，以觀察內部結構。
    • 詳圖：近距離展示一個小部件及其所有尺寸。

比喻時間！立體繪圖就像蛋糕的照片。工程圖則是食譜，附有每種食材的精確份量和分步說明。

行規：標準和慣例

想像一下，如果每個人在建築平面圖上都為「門」使用不同的符號，那將會是混亂不堪！這就是為什麼我們有標準做法、慣例和符號的原因。這些是技術繪圖的「語法規則」，確保每條線和每個符號都能被世界各地的專業人士所理解。

例如，粗實線代表可見邊緣，而虛線則代表隱藏邊緣。

數據呈現：資料表達

有時你需要的溝通內容不只是一個形狀。你可能需要展示銷售數據、用戶說明，或公司的形象。這可以透過以下方式完成：

  • 圖表：清晰地呈現數據。
  • 標誌、符號和告示牌：快速傳達構思或品牌形象。
  • 連環插圖：分步繪圖，例如宜家家居（IKEA）的組裝說明。
第二部分重點摘要

技術可視化是設計的語言。立體繪圖展示構思的外觀，而精確的工程圖（如正投影圖）則提供生產所需的精確指示，並使用全球通用的標準和符號。


第三部分：數碼工具箱 — 電腦輔助設計（CAD）

電腦輔助設計（CAD）是指利用專業軟件來創建二維（2D）繪圖和三維（3D）模型。它徹底改變了設計行業。如果一開始覺得有點難，別擔心，核心概念其實很簡單！

建造前先建造：虛擬原型

一個『虛擬』原型是你的產品的三維模型，它完全存在於電腦中。它就像你的設計有一個完美的數碼雙生兒一樣。這功能非常強大，因為你可以：

  • 模擬和分析：測試產品的強度、耐熱性，或氣流如何圍繞它流動，所有這些都無需製作實體物件。
  • 輕鬆修改：想改變顏色或加寬2毫米？只需點擊幾下即可，省卻製作實體模型數天的工作。
  • 儲存和分享數據：設計檔案可以輕鬆儲存、複製，並透過電子郵件發送給世界各地的團隊成員。
  • 轉移至生產：CAD檔案可以直接發送給三維打印機或數控激光切割機等機器（這是將CAD連接到CAM — 電腦輔助製造）。

選擇合適的工具：CAD建模技術

並非所有數碼圖像都相同。了解兩種主要類型很重要：

  • 二維 vs. 三維建模：
    • 二維CAD就像電子紙，用於創建平面繪圖，如正投影圖或平面圖。
    • 三維CAD用於構建虛擬三維物件，你可以將其旋轉並從任何角度查看。

  • 位圖 vs. 向量圖：
    • 位圖（如照片、.JPG、.PNG）由稱為像素的微小點組成。如果放大太多，它們會變得模糊和「像素化」。最適合照片和寫實圖像。
    • 向量圖（如標誌、.AI、.SVG）由數學路徑（線條和曲線）組成。你可以將它們縮放到任何尺寸——從名片到廣告牌——而且它們永遠不會失真。最適合標誌、插圖和激光切割設計。
常見錯誤，務必避免！

不要嘗試使用位圖圖像（如JPG照片）進行標誌的激光切割。機器需要向量檔案中的清晰線條才能跟隨。務必為工作選擇合適的工具！

第三部分重點摘要

CAD是利用電腦來設計產品的技術。它使我們能夠創建強大的『虛擬』原型進行測試和分析。理解二維/三維和向量圖/位圖之間的區別，有助於設計師為他們的專案選擇正確的技術。


第四部分：CAD在現實世界的應用

那麼，所有這些驚人的技術實際應用在哪裡呢？無處不在！CAD和可視化是現代設計和娛樂的核心。

CAD和可視化在日常生活及行業中的應用

以下是一些現實世界的案例研究：

  • 動畫與電影：

    藝術家會為角色和世界建立三維模型。他們使用三維掃描來捕捉現實世界的物件，並使用動作捕捉（mocap）服裝來記錄演員的動作，然後將其應用於數碼角色上。想想《魔戒》中的咕嚕，或《阿凡達》中的外星人。

  • 物流與規劃：

    公司利用模擬來規劃工廠或倉庫最有效率的佈局，或找出貨車最快的送貨路線。

  • 工程分析：

    質量屬性分析會自動計算模型的質量、體積和重心，這對於設計穩定的汽車和飛機至關重要。結構分析（如有限元素分析 - FEA）則將數碼力施加到模型上，以查看它可能會在哪裡彎曲或斷裂——就像一次虛擬碰撞測試！

  • 建築與虛擬實境（VR）：

    建築師在建築施工開始前，會讓客戶使用VR頭戴式裝置進行虛擬『實地考察』，這讓他們能真實感受空間和設計。

  • 教育：

    互動式三維模型可以幫助學生理解複雜的概念，從人體解剖學到引擎的運作原理。

你知道嗎？

在電影《阿凡達》中，演員們穿著特殊的動作捕捉服，頭上配有攝像機，記錄他們的臉部表情。這些數據隨後被用於動畫化數碼納美人（Na'vi）角色，使他們的表演變得異常逼真！

第四部分重點摘要

從設計更安全的汽車和製作賣座電影，到規劃高效工廠和在VR中探索建築物，CAD和可視化都是不可或缺的工具。它們讓我們在數碼世界中設計、測試和體驗構思，從而改變了幾乎每個行業。