車(chē)身a級(jí)曲面設(shè)計(jì)

1、用Imageware進(jìn)行車(chē)身A級(jí)曲面設(shè)計(jì)作者：武漢理工文章來(lái)源：CAD世界網(wǎng)點(diǎn)擊數(shù)：顧94更新時(shí)間：2006-7-2.收藏此頁(yè)本文介紹了 A級(jí)曲面的技術(shù)要求和應(yīng)用在車(chē)身上的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及使用Imageware進(jìn)行A級(jí)曲面設(shè)計(jì)的 幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)車(chē)身輪艙的A級(jí)曲面設(shè)計(jì)實(shí)例，證明了 Imageware在車(chē)身高品質(zhì)曲面設(shè)計(jì)中巨大的發(fā)展 潛力。近年來(lái)，在汽車(chē)制造行業(yè)中的車(chē)身設(shè)計(jì)A級(jí)曲面成為人們普遍關(guān)注的話題。A級(jí)曲面（文中簡(jiǎn)稱A面） 一詞最初是由法國(guó)達(dá)索公司在開(kāi)發(fā)CAD/CAM軟件CATIA時(shí)提出并開(kāi)始應(yīng)用的，是指對(duì)曲面質(zhì)量要求較高或 有特殊要求的一類(lèi)曲面。早期的汽車(chē)工業(yè)對(duì)車(chē)身曲面有這樣的規(guī)定：車(chē)身外表

2、面，白車(chē)身為A面；依次往 下不重要的面為B面，如內(nèi)飾面；不可見(jiàn)的面為C面。但是隨著美學(xué)和舒適性的要求日益提高，汽車(chē)內(nèi)飾 件也要求達(dá)到A面的特征。因此更加合理的A級(jí)曲面定義應(yīng)為：所有可見(jiàn)表面都要成為A面；不可見(jiàn)表面 為B面。一、A面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則A面代表著曲面的質(zhì)量，這容易使人想到光順曲面，不過(guò)對(duì)A面的要求要比一般的光順曲面更加嚴(yán)格。 從工藝上講，A面必須符合相鄰曲面間的間隙在0.005mm以下，切率改變?cè)?.16度以下，曲率改變?cè)?.0 05度以下的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能確保曲面的環(huán)境反射不會(huì)有問(wèn)題。當(dāng)對(duì)曲面進(jìn)行高光線評(píng)估時(shí)，顯亮的曲線應(yīng) 該有一個(gè)共同的曲率特征，即等高線連續(xù)且過(guò)度均勻、逐漸的發(fā)散或收縮，

3、而不是一下子匯集消失到一點(diǎn)。 從美學(xué)角度的考慮，A面應(yīng)該滿足和光順曲面相同的要求，即避免在光滑表面上出現(xiàn)突然的凸起、凹陷等 缺陷；曲面過(guò)渡時(shí)，應(yīng)至少是滿足G2連續(xù)。在車(chē)身曲面創(chuàng)建中，應(yīng)盡可能以整體來(lái)進(jìn)行，先不考慮具體的零部件分塊，將整個(gè)車(chē)身外形曲面視為 由一組互相連續(xù)的曲面片構(gòu)成的凸殼，在保證各曲面片及拼接關(guān)系滿足A面要求的情況下，再詳細(xì)考慮車(chē) 身的細(xì)節(jié)特征。按車(chē)身覆蓋面積和造型優(yōu)先級(jí)分，曲面元素可分為基礎(chǔ)面（如車(chē)門(mén)玻璃面、頂蓋和擋風(fēng)） 和特征細(xì)節(jié)（如棱線和倒角）兩類(lèi)。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)面時(shí)，嚴(yán)禁采用非四邊域的形式構(gòu)建。其U/V段數(shù)必須為1，如果是Bezier曲面，其階數(shù)不 能超過(guò)7；如果是B樣條曲面，

4、其階數(shù)不應(yīng)超過(guò)6。構(gòu)建初始，必須先確定曲面是否對(duì)稱，以及U/V是否正 交。大部分基礎(chǔ)面是單凸曲面，這類(lèi)曲面可分為球形面（高斯曲率為正）和鞍形面（高斯曲率為負(fù)）兩種。 如果基礎(chǔ)面非單凸（如S形，多為過(guò)渡面），必須在構(gòu)建時(shí)就加以明確。以曲線為基礎(chǔ)構(gòu)造基礎(chǔ)面時(shí)，曲 線在保證高質(zhì)量的同時(shí)務(wù)必要簡(jiǎn)潔。建模前應(yīng)先確定參數(shù)化方式，以避免建立曲面時(shí)產(chǎn)生交叉節(jié)點(diǎn)或增加 數(shù)據(jù)量。對(duì)于特征細(xì)節(jié)，則需要求其位置、消失區(qū)域與造型設(shè)計(jì)完全一致即可。二、Imageware軟件及其特點(diǎn)1.Imangeware軟件介紹Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空和消費(fèi)家電等領(lǐng)域。它的發(fā)展方向是將高 級(jí)造型技術(shù)和

5、創(chuàng)意思維推向廣義的設(shè)計(jì)、逆向工程和潮流市場(chǎng)，其最終結(jié)果就是使加速設(shè)計(jì)、工程和制造 的集成、速度和效率達(dá)到高水平的解決方案。允許設(shè)計(jì)者自由地憑直覺(jué)創(chuàng)建，同時(shí)能夠在3D環(huán)境下快速地 探究和評(píng)估形狀設(shè)計(jì)。在捕捉物理模型的設(shè)計(jì)意圖和快速后續(xù)應(yīng)用方面（如FEA或CAE創(chuàng)建曲面，構(gòu)造完 美的高質(zhì)量曲面，或是檢測(cè)幾何的質(zhì)量和精度方面），能夠滿足藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師和工程師對(duì)自由曲面造型 的嚴(yán)格的要求。2.Imageware構(gòu)建曲面的特點(diǎn)Imageware能夠最大程度地保證構(gòu)建模型的美觀、真實(shí)和曲面的光順。通過(guò)直覺(jué)造型工具，使用者可 以利用曲線、曲面或者測(cè)量點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建自由幾何。動(dòng)態(tài)曲面修改工具則允許設(shè)計(jì)變更以交互的方

6、式進(jìn)行探究， 并立即將設(shè)計(jì)所蘊(yùn)涵的美學(xué)和工程信息可視化。實(shí)時(shí)診斷工具的使用對(duì)加工前的曲面質(zhì)量提供了全面的分 析，包括視覺(jué)上的分析和定量分析，消除了產(chǎn)生錯(cuò)誤猜測(cè)的可能。這些工具可作為一種手段來(lái)識(shí)別曲面曲 率和高光效果，以發(fā)現(xiàn)曲面瑕疵、偏差和缺陷。高效的連接性管理工具則保證了曲面間的完美過(guò)渡。三、Imageware構(gòu)建A面的方法點(diǎn)云數(shù)據(jù)規(guī)劃Imageware能夠用高斯濾波法濾去點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲，再將數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)整體，然后對(duì)全部點(diǎn)云數(shù) 據(jù)進(jìn)行規(guī)劃。其中點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割是規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)。如果數(shù)據(jù)分塊得當(dāng)，不僅曲面的建構(gòu)會(huì)變得簡(jiǎn)單，A 面的光順性也會(huì)得到很大提高。曲率分析法是數(shù)據(jù)分塊的一種常用方法。車(chē)身

7、表面的棱線和過(guò)渡線可以通 過(guò)曲率的變化加以判定。創(chuàng)建基礎(chǔ)面創(chuàng)建基礎(chǔ)面時(shí)，應(yīng)盡量將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分為多個(gè)四邊形子域，并且使每塊分得的數(shù)據(jù)盡可能大，這樣有利 于曲面的重建。在擬和四邊曲線時(shí)，要選用相同的參數(shù)，以避免生成的曲面局部扭曲，質(zhì)量不好。然后增 加面的階次并編輯面的控制點(diǎn)使其達(dá)到足夠的光順與精度。在構(gòu)建過(guò)程中，如果對(duì)曲面控制點(diǎn)的數(shù)量與排 列不滿意，可以通過(guò)Specify Span功能來(lái)制定控制點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)可以選擇控制點(diǎn)的排列方式。設(shè)計(jì)人員 可以借助截面線與點(diǎn)云作比較，幫助引導(dǎo)曲面編輯，使曲面能夠擬和點(diǎn)云。這是一個(gè)無(wú)限逼近的過(guò)程，需 要借助Molding Option功能來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的觀察。在調(diào)整控

8、制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先調(diào)整一個(gè)方向的控制點(diǎn)，使其貼近 點(diǎn)云，之后再調(diào)整其他方向，同時(shí)打開(kāi)曲面診斷工具，幫助控制曲面品質(zhì)。曲面間的過(guò)渡與拚接基礎(chǔ)面創(chuàng)建后，對(duì)相鄰的基礎(chǔ)面必須進(jìn)行過(guò)渡匹配處理。曲面之間的過(guò)渡曲面應(yīng)滿足給定的幾何連續(xù) 條件。連續(xù)曲面的種類(lèi)可以自己設(shè)定。在兩個(gè)曲面進(jìn)行拚接處理之前，必須保證拚接的曲面階次的定位相 同，而且兩曲面的特征網(wǎng)格線應(yīng)分布在同一平面內(nèi)，這樣就會(huì)使拚接后的曲面不會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。曲面質(zhì)量檢查曲面創(chuàng)建后，進(jìn)行渲染并初步檢查曲面的質(zhì)量。首先可以通過(guò)曲面曲率動(dòng)態(tài)顯示曲面U向和V向的曲 率變化與可控制的顯示曲率參數(shù)變更。然后檢查一下各曲面倒圓之后的連續(xù)性，連續(xù)性誤差值完全在設(shè)計(jì) 師擬定

9、的A面所要求的范圍內(nèi)。再用反射線法，高亮顯示曲面的流暢外形。直到最終達(dá)設(shè)計(jì)師的要求。Im ageware提供了諸如任意截面的連續(xù)性、曲面反射線情況、高光線、光譜圖、曲率云圖和圓柱形光源照射 下的反光圖等多種檢測(cè)工具，在曲面構(gòu)建的任何時(shí)候都可以檢查曲面的準(zhǔn)確性、光順性和連續(xù)性，為判斷 和修改曲面提供依據(jù)。四、車(chē)身A面設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用Imagewarer完成某概念型電動(dòng)車(chē)車(chē)身外形曲面的構(gòu)建，經(jīng)光順優(yōu)化后使其滿足A面的標(biāo)準(zhǔn)。圖1 所示是利用掃描儀測(cè)量的車(chē)身模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，圖2所示是基于曲率法表示的該車(chē)車(chē)身的輪廓線圖，它為 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分塊提供了很大方便。圖3所示是最終利用Imageware的構(gòu)建A面的方法生成的車(chē)身外形曲面 模型。明。阜歸摘屏別的點(diǎn)宜敗排封Z您于士J申澆的建觸4分時(shí)?轉(zhuǎn)博3艷虬N的年存由而雅驅(qū)本例中需要注意以下幾點(diǎn)：在保證能夠捕捉到體現(xiàn)設(shè)計(jì)特征及風(fēng)格線索的前提下，如果一些質(zhì)量不好的噪聲點(diǎn)影響了整體設(shè)計(jì) 質(zhì)量，應(yīng)將它去除。在這個(gè)捕捉、體現(xiàn)和篩選的過(guò)程中，要通過(guò)反復(fù)使用Imageware中的診斷工具，來(lái)幫助我們從不同 角度觀看曲面反射光的反射情況。觀察整個(gè)車(chē)身不同曲面片的實(shí)際曲率變化，僅僅讓生成的曲面準(zhǔn)確符合測(cè)量點(diǎn)也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，A 面的標(biāo)準(zhǔn)也必須考慮進(jìn)去。五、結(jié)論在曲面造型領(lǐng)域中，A面的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到關(guān)注。尤其是在汽車(chē)的車(chē)身設(shè)計(jì)中，A面憑借其高品質(zhì)的視 覺(jué)感