【汽車造型】第六章-汽車造型三維設(shè)計(jì)的課件

2023/1/71三維設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)模型的制作過(guò)程。設(shè)計(jì)模型的制作是將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖由二維轉(zhuǎn)換成三維，從而更加直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。一、模型師的定義模型師是制作設(shè)計(jì)模型的工作者。早期的汽車模型大多用木材或金屬制造，從事類似工作的人稱為“木模工”或者“鈑金工”。而從美國(guó)密執(zhí)安州底特律的設(shè)計(jì)模型使用油泥開(kāi)始，這種職業(yè)有了確切的名稱———油泥模型師。２０世紀(jì)９０年代初，隨著ＣＡＤ技術(shù)的引入和發(fā)展，模型師涵蓋的內(nèi)容變得更加豐富，包括數(shù)字模型師、油泥模型師以及硬質(zhì)模型師。二、模型師的任務(wù)模型師的任務(wù)是將二維設(shè)計(jì)變成直觀的三維數(shù)字或者實(shí)物模型。設(shè)計(jì)初期，模型師的主要任務(wù)是快速將設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意變成三維數(shù)字模型或者實(shí)物模型，以觀察方案整體比例和主要尺寸。設(shè)計(jì)中期，模型師的主要任務(wù)是對(duì)線和面的推敲，進(jìn)一步捕捉設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)靈感，優(yōu)化曲線、曲面的過(guò)渡與連接，通過(guò)設(shè)計(jì)美學(xué)知識(shí)求解和優(yōu)化效果圖中表達(dá)不清晰的線、面。設(shè)計(jì)后期，模型師的主要任務(wù)是對(duì)模型的精雕細(xì)琢，通過(guò)各種手段檢查模型的表面質(zhì)量，修正細(xì)小的缺陷，進(jìn)行附件的制作和裝飾。制作設(shè)計(jì)模型的過(guò)程是一個(gè)對(duì)二維效果圖再創(chuàng)作的過(guò)程，由設(shè)計(jì)師和模型師共同完成。在這個(gè)再創(chuàng)作過(guò)程中，為了讓模型師不偏離設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，需要兩者之間進(jìn)行充分交流，這種交流包含感性交流和理性交流。三、設(shè)計(jì)師和模型師的交流四、設(shè)計(jì)模型的制作方法汽車造型的設(shè)計(jì)模型分為數(shù)字模型和實(shí)物模型兩大類，實(shí)物模型又分為油泥模型以及硬質(zhì)模型。數(shù)字模型是應(yīng)用ＣＡＤ軟件在計(jì)算機(jī)中完成的三維電腦影像、油泥模型是以油泥為原材料，由模型師手工完成的實(shí)物模型、硬質(zhì)模型是以樹(shù)脂等硬材料為原材料，由模型師手工或應(yīng)用ＣＡＭ技術(shù)完成的實(shí)物模型。ＣＡＤ技術(shù)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，制作三維數(shù)字模型的方法主要有兩種:曲面建模法和多邊形建模法。曲面建模法的特點(diǎn)是物體表面由多個(gè)四邊形面拼接而成，表面光順，可以與ＣＡＤ軟件很好地交換數(shù)據(jù)，其中最常用的是ＮＵＲＢＳ建模。多邊形建模法，又叫Ｐｏｌｙｇｏｎ建模，是將物體表面細(xì)分成很多可調(diào)整的多邊形平面，通過(guò)調(diào)整多邊形來(lái)調(diào)整物體的形狀，這種方法的特點(diǎn)是物體有一個(gè)完整的整體，不存在面片間的無(wú)縫拼接問(wèn)題，但是曲面只能無(wú)限接近光滑(數(shù)據(jù)量也會(huì)無(wú)限增大)，卻不能真正光滑。而近些年逐漸流行的細(xì)分曲面建模法，實(shí)際上是多邊形建模法的進(jìn)化，它結(jié)合了ＮＵＲＢＳ建模的光滑顯示和多邊形建模易編輯的優(yōu)點(diǎn)，也被稱為“數(shù)字油泥”，但因?yàn)楹笃陔y以進(jìn)行參數(shù)化的編輯設(shè)計(jì)，在汽車設(shè)計(jì)行業(yè)還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。一、數(shù)字模型常用軟件介紹１.Ａｌｉａｓ簡(jiǎn)介ＡｕｔｏｄｅｓｋＡｌｉａｓＳｔｕｄｉｏＴｏｏｌｓ軟件是目前最先進(jìn)、最專業(yè)的工業(yè)造型設(shè)計(jì)軟件。Ａｌｉａｓ軟件包括Ｓｔｕｄｉｏ/ｐａｉｎｔ、Ｄｅｓｉｇｎ/Ｓｔｕｄｉｏ、Ｓｔｕｄｉｏ、Ｓｕｒｆａｃｅ/Ｓｔｕｄｉｏ和ＡｕｔｏＳｔｕｄｉｏ５個(gè)部分，提供了從草圖繪制到最終模型制作的各個(gè)階段設(shè)計(jì)工具。２.Ｒｈｉｎｏ簡(jiǎn)介Ｒｈｉｎｏ３ＤＮＵＲＢＳ簡(jiǎn)稱Ｒｈｉｎｏ，中文名稱“犀牛”，由美國(guó)ＲｏｂｅｒｔＭｃＮｅｅｌ公司于１９９８年推出，是一款功能強(qiáng)大、涵蓋全部ＮＵＲＢＳ建模功能的高級(jí)建模軟件。其優(yōu)點(diǎn)是安裝文件較小，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求較低，可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ系統(tǒng)中建立、編輯、分析、轉(zhuǎn)換ＮＵＲＢＳ曲線、曲面及實(shí)體，不受復(fù)雜度、階數(shù)及尺寸的限制，完全達(dá)到設(shè)計(jì)、快速成形、工程、分析及制造的精確度要求，同時(shí)支持多邊形網(wǎng)格和點(diǎn)云，被稱為“平民化”的高端軟件。Ｒｈｉｎｏ還引入了Ｆｌａｍｉｎｇｏ及ＢＭＲＴ等渲染器，使其圖像的真實(shí)品質(zhì)非常接近高端渲染器。３.ＣＡＴＩＡ簡(jiǎn)介ＣＡＴＩＡ(ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＴｒｉ￣ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ)是法國(guó)ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍ公司旗下的ＣＡＤ/ＣＡＥ/ＣＡＭ一體化軟件。ＣＡＴＩＡ軟件廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子＼電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造領(lǐng)域。ＣＡＴＩＡ是一款多模塊軟件，在三維數(shù)模制作中主要使用其Ｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎ＆Ｓｔｙｌｉｎｇ模塊，該模塊可以完成所有曲線、曲面操作，連續(xù)性達(dá)到Ｇ２，其中的ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｌａｓｓＡ可以達(dá)到Ｇ３連續(xù)。二、ＣＡＤ軟件建模的基本知識(shí)１.ＮＵＲＢＳ定義ＮＵＲＢＳ(Ｎｏｎ￣ＵｎｉｆｏｒｍＲａｔｉｏｎａｌＢ￣Ｓｐｌｉｎｅｓ)，即非均勻有理Ｂ樣條。Ｎｏｎ￣Ｕｎｉｆｏｒｍ(非均勻性):指一個(gè)控制頂點(diǎn)的影響力范圍能夠改變。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)不規(guī)則曲面時(shí)這一點(diǎn)非常有用。Ｒａｔｉｏｎａｌ(有理):指每個(gè)ＮＵＲＢＳ物體都可以用有理多項(xiàng)式來(lái)定義。Ｂ￣Ｓｐｌｉｎｅ(Ｂ樣條):指曲線由多個(gè)Ｂ樣條片斷組成的參數(shù)化表示的多項(xiàng)式曲線組成。是一種通用的曲線數(shù)學(xué)表達(dá)法，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ＩＳＯ)１９９１年頒布的工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)ＳＴＥＰ中，將ＮＵＲＢＳ作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法。目前，Ｂｅｚｉｅｒ、有理Ｂｅｚｉｅｒ、均勻Ｂ樣條和非均勻Ｂ樣條都被統(tǒng)一到ＮＵＲＢＳ中。２.ＮＵＲＢＳ曲線如圖６￣１所示為一條ＮＵＲＢＳ曲線，曲線由控制點(diǎn)(ＣｏｎｔｒｏｌＶｅｒｔｉｃｅｓ，以下簡(jiǎn)稱為ＣＶｓ)和編輯點(diǎn)(ＥｄｉｔＰｏｉｎｔｓ)共同定義。控制點(diǎn)(ＣＶｓ):不在曲線上(曲線兩個(gè)端點(diǎn)除外)，并且由殼(Ｈｕｌｌ)連接在一起。第一個(gè)ＣＶｓ用正方形表示，第二個(gè)ＣＶｓ則用“Ｕ”表示，可以清楚知道曲線的方向。編輯點(diǎn)(ＥＰｓ):在曲線上。每?jī)蓚€(gè)ＥＰｓ之間稱為曲線片段或曲間(Ｓｐａｎ)。每個(gè)Ｓｐａｎ都由一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)定義，故曲線包含越多Ｓｐａｎ則運(yùn)算效率越低，因而在保證造型的前提下應(yīng)盡量減少Ｓｐａｎ數(shù)。曲線的階數(shù)(Ｄｅｇｒｅｅ值):曲線方程式中最大指數(shù)。當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值＝１時(shí)，曲線是直線(Ｌｉｎｅａｒ)、當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值＝２時(shí)，曲線是圓弧或拋物線等二次曲線(Ｑｕａｄｒａｔｉｃ)、當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值≥３時(shí)，曲線是自由曲線。Ｄｅｇｒｅｅ值越大，曲線受ＣＶｓ影響越小，曲率變化越平緩，曲線也就越光順，但曲線運(yùn)算時(shí)間則越長(zhǎng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該根據(jù)具體情況來(lái)適當(dāng)選擇曲線的Ｄｅ￣ｇｒｅｅ值，對(duì)于汽車設(shè)計(jì)的表面數(shù)據(jù)，通常選?。模澹纾颍澹逯禐椋郴颍?，最高不超過(guò)７。此外對(duì)于曲線只有１個(gè)Ｓｐａｎ的情況，Ｄｅｇｒｅｅ值還與曲線ＣＶｓ數(shù)目有關(guān)。一條曲線最少有Ｄｅｇｒｅｅ值＋１個(gè)ＣＶｓ，如圖６￣２所示，左面曲線Ｄｅｇｒｅｅ值＝３的，具有４個(gè)ＣＶｓ、右面曲線Ｄｅｇｒｅｅ值＝５，具有６個(gè)ＣＶｓ。在設(shè)計(jì)工作中，提高曲線質(zhì)量的重要一點(diǎn)是使用最簡(jiǎn)單的曲線。而最簡(jiǎn)單的曲線就是在保證造型要求的前提下，使曲線具有最少的Ｓｐａｎ和ＣＶｓ，因?yàn)樘啵茫郑髸?huì)使曲線變得復(fù)雜，也容易破壞曲線光順度。３.ＮＵＲＢＳ曲線的連續(xù)性(Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ)ＮＵＲＢＳ曲線的連續(xù)性分為０階連續(xù)(Ｇ０)、１階連續(xù)(Ｇ１)、２階連續(xù)(Ｇ２)、３階連續(xù)(Ｇ３)，是描述兩個(gè)或多個(gè)曲面、曲線之間相連部分的平滑程度。Ｇ０連續(xù)(點(diǎn)連續(xù)Ｐｏｓｉｔｉｏｎ):是指兩條曲線在端點(diǎn)處重合，但切線方向不同，連接處有尖角，連接點(diǎn)曲率梳的方向不一致。即兩條曲線僅在端點(diǎn)處具有相同的空間坐標(biāo)，如圖６￣３ａ)所示。設(shè)計(jì)師可通過(guò)調(diào)節(jié)曲線端點(diǎn)處的ＣＶｓ使曲線重合并達(dá)到Ｇ０連續(xù)。Ｇ１連續(xù)(相切連續(xù)Ｔａｎｇｅｎｃｙ):是指兩條曲線在端點(diǎn)處重合，切線方向相同，連接處平滑無(wú)尖角，但有較明顯的轉(zhuǎn)折，連接點(diǎn)處曲率梳的方向一致，但大小不同。即兩條曲線在重合點(diǎn)處具有一階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣３ｂ)所示。設(shè)計(jì)師可調(diào)節(jié)曲線前兩個(gè)ＣＶｓ，第一個(gè)ＣＶｓ使兩條曲線重合，若第二個(gè)ＣＶｓ和連接點(diǎn)在一條直線上，則曲線可達(dá)到Ｇ１連續(xù)。Ｇ２連續(xù)(曲率連續(xù)Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ):是指兩條曲線在端點(diǎn)處重合，切線方向、曲率相同，連接處平滑無(wú)尖角，無(wú)明顯的轉(zhuǎn)折，連接點(diǎn)處曲率梳的方向和大小都相同，即兩條曲線在重合點(diǎn)處具有二階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣４ａ)所示。設(shè)計(jì)師可調(diào)節(jié)曲線前三個(gè)ＣＶｓ，首先使曲線達(dá)到Ｇ１連續(xù)，再調(diào)節(jié)第三個(gè)ＣＶｓ，使兩條曲線在連接處曲率一致，則可達(dá)到Ｇ２連續(xù)。Ｇ３連續(xù)(曲率相切連續(xù)):是指兩條曲線在端點(diǎn)處重合，不僅曲率相同，而且曲率的變化率也相同，連接處更加平滑過(guò)渡(視覺(jué)上無(wú)法分辨出和Ｇ２連續(xù)的差別)，連接點(diǎn)處曲率梳的方向和大小都相同，且也光滑連接，即兩條曲線在重合點(diǎn)處具有三階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣４ｂ)所示。設(shè)計(jì)師可先將曲線調(diào)節(jié)到Ｇ２連續(xù)，再調(diào)節(jié)第四個(gè)ＣＶｓ，使兩條曲線在連接處曲率變化率一致，則可達(dá)到Ｇ３連續(xù)。三、汽車造型三維表面數(shù)據(jù)制作三維表面數(shù)據(jù)必須在整車坐標(biāo)系下制作，以便與總布置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。１.導(dǎo)入三視圖及總布置數(shù)據(jù)將汽車三視圖分別導(dǎo)入軟件各視圖中，調(diào)整其大小與真實(shí)尺寸一致，這是三維數(shù)據(jù)制作的依據(jù)。汽車三視圖(圖６￣５)等同于早先的膠帶圖，應(yīng)包含一定的總布置信息，由設(shè)計(jì)師按照總布置圖繪制，并考慮造型關(guān)鍵點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)的確定需要設(shè)計(jì)師、模型師和總布置工程師協(xié)作完成。三視圖導(dǎo)入后，在軟件里可以簡(jiǎn)單方便地進(jìn)行上述關(guān)鍵點(diǎn)的校核，對(duì)于不滿足的地方可以在下一步“繪制特征線”中進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。２.繪制特征線繪制特征曲線非常重要，是將三視圖三維化的過(guò)程。通常從側(cè)視圖開(kāi)始繪制(側(cè)視圖中定義了整車的大多數(shù)特征)，然后在前后視圖和頂視圖中增加寬度信息。完成的三維線框數(shù)模應(yīng)由設(shè)計(jì)師來(lái)確認(rèn)其是否滿足設(shè)計(jì)要求，以避免后續(xù)曲面建模時(shí)反復(fù)修改。３.曲面的劃分現(xiàn)代汽車表面非常復(fù)雜，正向建模應(yīng)具有一定的條理性和計(jì)劃性，以保證曲面的質(zhì)量并減少重做的幾率。在曲面制作過(guò)程中應(yīng)先仔細(xì)觀察各個(gè)角度效果圖，對(duì)方案的形態(tài)、曲面的走勢(shì)以及各曲面間的關(guān)系有深刻理解、再進(jìn)行合理的曲面劃分、制作計(jì)劃，這點(diǎn)對(duì)初學(xué)者非常重要。劃分曲面主要有以下三個(gè)基本原則:(１)標(biāo)準(zhǔn)ＮＵＲＢＳ曲面由四條邊構(gòu)成，應(yīng)盡量將表面劃分成四邊形，避免三角形和其他多邊形。(２)在保證造型特征前提下，盡量減少曲面數(shù)量，既可提高制作效率又可提高模型質(zhì)量。(３)模型上曲率變化較劇烈處應(yīng)盡量單獨(dú)劃分出來(lái)。在建模過(guò)程中曲率變化較小，即較平坦的面稱之為模型基本面、曲率變化較劇烈，用來(lái)連接基本面的面，稱之為過(guò)渡面。制定曲面劃分計(jì)劃后便可開(kāi)始制作模型的基本面。本節(jié)以在Ａｌｉａｓ軟件中曲面劃分方法為例，選擇圖６￣６中車型進(jìn)行詳細(xì)介紹。１)制作基本面制作基本面步驟中通常先制作頂部曲面，因?yàn)樵趥?cè)視圖和頂視圖中最容易確定頂部曲面的信息，然后制作前部、后部、側(cè)面的基本面。在Ａｌｉａｓ軟件中，先使用ＳｑｕａｒｅＣｏｎｔｒｏｌ工具，通過(guò)４條特征曲線生成四邊曲面，然后檢查曲面的形態(tài)和質(zhì)量，通過(guò)ＨｕｌｌＰｌａｎａｒｉｚｅ工具手動(dòng)調(diào)整ＣＶ點(diǎn)，通過(guò)斑馬線和曲率梳的檢查，使曲面達(dá)到合理狀態(tài)。ＣＶ點(diǎn)的排布非常重要，它直接影響曲面質(zhì)量?；久鎸?duì)于建模非常重要，它們決定了整個(gè)模型的比例和形態(tài)，也直接影響之后過(guò)渡面的制作。完美的曲面首先應(yīng)完全滿足設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)形體的要求，然后是曲面光順性的要求，絕不能因?yàn)榍娴墓忭樞远鵂奚误w的表達(dá)。因此，在此階段模型師要與設(shè)計(jì)師保持良好的溝通，使基本面的形態(tài)符合設(shè)計(jì)要求、同時(shí)也要注意總布置的各種要求和限制，因?yàn)楹笃谠僖{(diào)整基本面，帶來(lái)的重復(fù)工作將是非常巨大的。２)制作過(guò)渡面過(guò)渡面的制作是難點(diǎn)，要制作高質(zhì)量的過(guò)渡面首先要了解其兩個(gè)基本面的構(gòu)造原理及相互關(guān)系，實(shí)際上基本面的相互關(guān)系只有兩種:可延長(zhǎng)相交和不可相交。對(duì)于兩個(gè)可延長(zhǎng)相交的基本面，首先要調(diào)整基本面，使二者的相交線光順(圖６￣７ａ)、然后進(jìn)行裁切，剪裁時(shí)要保證兩個(gè)基本面的裁切線與相交線距離基本相同且變化均勻(圖６￣７ｂ)、再通過(guò)ＦｒｅｅｆｏｒｍＢｌｅｎｄ工具制作過(guò)渡面、或者使用曲線定義出截面線，之后使用Ｓｑｕａｒｅ工具生成４邊曲面(圖６￣７ｃ)。這種方法可以較容易的制作出高質(zhì)量的過(guò)渡面。但若造型有特殊要求，就不能采用此方法。對(duì)于沒(méi)有交線的兩個(gè)基本面，首先要保證兩個(gè)基本面的質(zhì)量、高光和曲率梳都要自然均勻、然后盡量保證兩個(gè)基本面的邊界(或裁切線)之間的距離變化均勻(圖６￣８ａ)、再通過(guò)ＦｒｅｅｆｏｒｍＢｌｅｎｄ工具制作過(guò)渡面，或者使用曲線定義出截面線、之后使用Ｓｑｕａｒｅ工具生成４邊曲面(圖６￣８ｂ)、最后通過(guò)調(diào)整ＣＶ點(diǎn)保證過(guò)渡面和基本面的連續(xù)性。一、油泥模型制作的場(chǎng)所、材料、工具、設(shè)備１.模型室(模型間)考慮到全尺寸模型的重量、體積比較大，以及模型搬運(yùn)的方便性，模型室通常設(shè)計(jì)在１樓、其前或后配有一個(gè)較大的露天廣場(chǎng)以方便模型在自然環(huán)境中展示及評(píng)價(jià)。模型室內(nèi)較大較平、地面配有可升降平臺(tái)、高度通常在５~７ｍ、照度應(yīng)接近實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到５００Ｌｘ(勒克斯)、頂部和側(cè)面設(shè)置間距０.５~１ｍ的日光燈帶(８００Ｍ~１２００Ｍ度)，這些燈帶可以保證模型制作時(shí)無(wú)陰影存在，同時(shí)也可在模型表面形成類似ＣＡＤ軟件中的斑馬線，方便檢驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻尜|(zhì)量，如圖６￣９所示。２.油泥模型材料１)油泥工業(yè)油泥出現(xiàn)后很快取代了其他模型材料，被廣泛應(yīng)用于汽車造型設(shè)計(jì)中實(shí)物模型的制作。油泥主要成分包括:９％~１０％的石蠟、５０％~５５％的黏土、９％~１０％的灰料、２０％~２５％的油脂、少許樹(shù)脂及少許色料。工業(yè)油泥(圖６￣１０)具有易存放、易塑形、精密度高、潔凈環(huán)保的特點(diǎn)。油泥模型表面防水，不易被氧化，可存儲(chǔ)在常溫下。油泥對(duì)溫度敏感，常溫下質(zhì)地堅(jiān)硬細(xì)致，可以刮削成型、加熱后會(huì)變軟，便于填敷、塑形及修補(bǔ)。優(yōu)質(zhì)的工業(yè)油泥要滿足以下幾個(gè)要求:(１)各批次的顏色要保證完全一致，以避免模型出現(xiàn)色差。(２)隨溫度變化伸縮性小，體積穩(wěn)定，保證模型不易開(kāi)裂。(３)黏性和硬度之間具有良好的平衡，既容易填敷，又不能太軟、太黏而粘在刮刀和手上。(４)質(zhì)地細(xì)膩，易刮削，能保持清晰的棱線。(５)少硫少有害物質(zhì)，少刺激性氣味，環(huán)保無(wú)損身體健康。(６)密度較低，減輕模型重量，即易于搬運(yùn)又不易開(kāi)裂。２)其他材料(表６￣１)３.模型工具１)刮刀刮刀也叫撓子，由鋼制刮片和木柄組成，是最常用的工具之一。平面刮刀用來(lái)刮削平面或平緩的曲面，不同尺寸刮刀用于不同尺寸的曲面、帶齒的平面刮刀，切削端不會(huì)吃進(jìn)過(guò)多油泥，切削非常順滑，也不易在油泥表面留下波痕，可以快速刮削表面、三角刮刀用于較小表面、根部等平面刮刀刮不到的地方、圓形刮刀多用于內(nèi)Ｒ角或者凹面，由于切削端與油泥接觸面積較小，切削阻力較小，因此也用于大于２ｍｍ刮削量的刮削，如圖６￣１１所示。２)鋼絲刮刀鋼絲刮刀是由彎曲的鋼絲和木柄組成的，制作其他雕塑也常用這種工具。上部是平直的鋼絲刃，有兩個(gè)棱角，另一端為Ｕ形，易于去泥和制作凹面，如圖６￣１２所示。鋼絲刮刀于完成細(xì)節(jié)、棱邊以及清理根部。３)刮片刮片由彈性鋼片制成，現(xiàn)在也有使用由碳纖維板材制作的，主要用于精刮和光順表面。最常見(jiàn)的刮片為矩形刮片，一般厚度分１.００ｍｍ、０.５０ｍｍ、０.３０ｍｍ、０.２０ｍｍ、０.０８ｍｍ幾種，同時(shí)，模型師也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣在鋼板或碳纖維板材上直接裁制、制作異形刮片以方便自己使用，如圖６￣１３所示。４)刮刨油泥模型的刮刨和普通刮刨原理一致，只是刨刃和形狀有些許區(qū)別，能夠快速去除油泥，通常用于粗刮、快速制作草模，如圖６￣１４所示。根據(jù)模型師的使用習(xí)慣不同，手柄也有多種形式。５)油泥刀油泥刀即普通、鋒利的小刀(圖６￣１５)，用來(lái)在油泥模型上劃線、粗略地雕刻形體。油泥刀如同設(shè)計(jì)師的鉛筆，對(duì)于模型師非常重要。６)量具各種規(guī)格的直尺，量角器是制作模型的必備工具。Ｒ規(guī)可以比照測(cè)量模型表面Ｒ角和內(nèi)Ｒ角的大小、水平儀用于確定模型平臺(tái)、模型骨架、模板是否處于水平位置、成套的曲率尺，用于制作大表面時(shí)曲率的檢查和比照、型規(guī)(又叫斷面規(guī)或針束尺)是一種特殊的測(cè)量工具，可以用來(lái)檢查、復(fù)制曲面及曲面的截面線，如圖６￣１６所示。４.模型設(shè)備１)油泥烘箱油泥烘箱用來(lái)加熱油泥，一般常溫油泥在烘箱中加熱到徹底軟化需要２ｈ左右，烘箱應(yīng)具有較好的溫控能力，能保持箱內(nèi)溫度均勻并穩(wěn)定在５５~６５℃之間。烘箱有不同的尺寸規(guī)格，以適合不同的需要，一臺(tái)可用容積２５０Ｌ左右的小型油泥烘箱(圖６￣１７ａ)可以滿足１~２個(gè)小比例模型的制作、而對(duì)于制作１∶１的全尺寸模型，一般需要２個(gè)容積大于６００Ｌ的大型烘箱(圖６￣１７ｂ)，以保證持續(xù)提供軟化油泥。２)油泥回收機(jī)如圖６￣１８ａ)所示，將刮削下來(lái)干凈的油泥屑放進(jìn)油泥回收機(jī)，通過(guò)真空泵消除氣泡重新擠壓成型后再利用。此外，還可以通過(guò)改變油泥出口的形狀來(lái)獲得不同截面形狀的長(zhǎng)條油泥模型，例如密封條、防擦條等，如圖６￣１８ｂ)所示。３)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及模型平臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用于整車模型坐標(biāo)系的建立，關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量等，是保證油泥模型滿足總布置設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵和必要設(shè)備、三坐標(biāo)通常安裝在模型平臺(tái)兩側(cè)，可移動(dòng)、模型平臺(tái)用來(lái)輔助定位模型，通常為鑄鐵銑削加工而成，有較高的平面度，如圖６￣１９所示。４)模型移動(dòng)設(shè)備油泥模型的車輪大多只具有裝飾功能而非運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向功能，在工作中可利用簡(jiǎn)單的移動(dòng)式千斤頂，將車輪抬起，利用下方萬(wàn)向輪來(lái)移動(dòng)模型，如圖６￣２０ａ)所示、也可利用先進(jìn)的電動(dòng)拖車，架起模型的前輪或后輪，依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，如圖６￣２０ｂ)所示。５)機(jī)械加工設(shè)備機(jī)械加工設(shè)備(圖６￣２１)主要包括帶鋸機(jī)、線鋸機(jī)、砂輪機(jī)、砂帶機(jī)等，主要用來(lái)制作、修整模型骨架、制作、打磨工具及樣板等。二、油泥模型的基礎(chǔ)知識(shí)１.油泥模型的分類(１)按照模型尺寸不同，油泥模型可分為比例模型和全尺寸模型。比例模型(ＳｃａｌｅＭｏｄｅｌ):比效果圖的三維空間感更強(qiáng)，通常在設(shè)計(jì)初期大量制作縮小比例模型，其主要作用是造型設(shè)計(jì)構(gòu)思的延續(xù)、是全尺寸模型的前期試驗(yàn)品、也是選型的重要依據(jù)、同時(shí)也是后續(xù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)物依據(jù)，例如風(fēng)洞試驗(yàn)等，如圖６￣２２所示。全尺寸模型(ＦｕｌｌｓｉｚｅＭｏｄｅｌ):也叫全比例模型或１∶１模型。全尺寸模型能夠直觀反映設(shè)計(jì)，提高實(shí)際感、完整體現(xiàn)造型方案和細(xì)節(jié)、使設(shè)計(jì)師擺脫數(shù)字模型和比例模型在空間或尺寸上的局限所帶來(lái)的視錯(cuò)覺(jué)。其主要作用是產(chǎn)品定型、數(shù)據(jù)測(cè)量輸入、工程細(xì)節(jié)探討的依據(jù)，如圖６￣２３所示。(２)按照模型的構(gòu)造，油泥模型可以分為實(shí)心模型和透明模型。實(shí)心模型:內(nèi)部模芯為泡沫、表面為油泥的模型，通常在設(shè)計(jì)階段制作，如圖６￣２４所示。透明模型:也叫“ＳｅｅＴｈｒｏｕｇｈ”模型，指模型駕駛室被掏空，車窗采用成型透明有機(jī)玻璃板，可見(jiàn)部分內(nèi)飾，如圖６￣２５所示。２.油泥模型骨架(１)一次性使用的骨架。單臺(tái)成本較低、專車專用、輪距、軸距、離地間隙都按照總布置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、一般由方鋼管焊接或螺栓連接而成。對(duì)于小比例模型，可用木材或代木簡(jiǎn)單制作。(２)可重復(fù)使用的骨架。單臺(tái)成本較高、輪距、軸距、離地間隙通過(guò)可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)、一般由鋁合金型材或具有較大截面面積及壁厚的方鋼管制成。三、全尺寸油泥模型的制作過(guò)程在制作全尺寸模型之前要制作多個(gè)小比例模型，圖６￣２６展示了小比例模型加工和制作的場(chǎng)景，ａ)圖展示了利用數(shù)字模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工的場(chǎng)面，ｂ)圖片展示了在模型制作初期的工作場(chǎng)景，ｃ)圖片展示了在模型制作后期設(shè)計(jì)師在模型上貼膠帶的工作場(chǎng)景。１.全尺寸膠帶圖ＣＡＤ技術(shù)應(yīng)用之前，膠帶圖是制作油泥模型的依據(jù)。膠帶圖是由設(shè)計(jì)師依據(jù)設(shè)計(jì)方案及總布置圖紙，在１∶１車身坐標(biāo)網(wǎng)格紙上使用膠帶貼出來(lái)汽車平面圖或截面圖，如圖６￣２７所示。ＣＡＤ技術(shù)廣泛應(yīng)用之后，三維ＣＡＤ數(shù)據(jù)不僅取代了全尺寸膠帶圖，而且也更容易進(jìn)行尺寸、硬點(diǎn)、截面等數(shù)據(jù)的校核，提高了模型制作前期的可行性和準(zhǔn)確度。２.骨架設(shè)計(jì)和制作依據(jù)總布置圖，設(shè)定骨架的形狀及輪距、軸距、離地間隙、骨架的其他尺寸要依據(jù)油泥的添加量和模芯泡沫的厚度來(lái)確定(ＣＡＤ技術(shù)可以使骨架設(shè)計(jì)得更加合理、準(zhǔn)確)。３.模芯制作手工制作模芯的過(guò)程很復(fù)雜，要設(shè)計(jì)每塊泡沫的尺寸、位置、再手工完成泡沫粘貼和形體修整?，F(xiàn)在大多數(shù)采用ＣＡＤ、ＣＡＭ技術(shù)，過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，首先將大塊泡沫粘接起來(lái)，保證其大小超過(guò)模型表面、然后只需將ＣＡＤ表面數(shù)據(jù)向內(nèi)等值偏置，進(jìn)行數(shù)控加工(圖６￣２８)。４.油泥涂敷參考６￣２９示意圖，油泥模型的用泥量可以根據(jù)公式６￣１計(jì)算出:(ＦＶ＋ＲＶ＋２ＳＶ)×ｄ/６８０(ｃｍ３)。油泥涂敷(圖６￣３０)的質(zhì)量直接影響模型的質(zhì)量。使用正確的涂敷方法可以使油泥牢固的粘貼在模芯上不脫落，以保證模型不會(huì)開(kāi)裂，主要有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng):(１)在涂敷油泥之前，應(yīng)清除模芯表面的泡沫顆粒和灰塵。這可以選擇在模芯表面涂刷一層蟲膠清漆，以固定模芯表面的泡沫顆粒、若使用聚苯乙烯(ＰＳ)板制作的模芯，也可以使用熱風(fēng)槍加熱烘烤模芯表面，使聚苯乙烯融化后結(jié)成硬殼，但此過(guò)程會(huì)產(chǎn)生刺激性有毒氣體，工作時(shí)要注意場(chǎng)地通風(fēng)和使用適當(dāng)?shù)暮粑Ｗo(hù)裝置。(２)第一層油泥的涂敷很重要，油泥一定要薄而均勻地敷滿整個(gè)模芯，若第一層油泥過(guò)厚，油泥冷卻后收縮力過(guò)大，容易與模芯脫離。之后的涂覆方法亦是如此，也要一層一層將油泥薄而均勻的敷滿整個(gè)模型，以保證各層油泥之間沒(méi)有間隙，避免將來(lái)模型表面凹凸不平。(３)油泥的溫度也很重要，新敷的油泥溫度應(yīng)盡量接近已涂敷油泥的溫度，否則新泥冷卻后，會(huì)形成剝離層而導(dǎo)致脫落。若涂敷工作中斷時(shí)間過(guò)久，再繼續(xù)涂敷時(shí)應(yīng)先用用熱風(fēng)槍或烤燈將模型加熱軟化。５.模型粗刮(１)手工粗刮。首先根據(jù)總布置圖和膠帶圖確定關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵截面，這些是制作模型的依據(jù)，關(guān)鍵點(diǎn)可利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在模型上標(biāo)記出來(lái)，關(guān)鍵截面可通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)連續(xù)采點(diǎn)在模型上標(biāo)記出來(lái)或制作樣板，然后快速建立模型基本形態(tài)。其順序是先制作大的基本面，再制作過(guò)渡面，這與ＣＡＤ建模的思路基本一致，手工粗刮通過(guò)制作特征線樣板來(lái)控制曲面的特征。(２)ＣＡＭ銑削加工。是以ＣＡＤ建模為前提，將ＣＡＤ表面三維數(shù)據(jù)通過(guò)ＣＡＭ編程軟件，編制銑削模型的加工程序(也叫ＮＣ程序，如圖６￣３１ａ所示)，通過(guò)數(shù)控設(shè)備將油泥模型加工出來(lái)，如圖６￣３１ｂ)所示。６.模型精刮及調(diào)整手工粗刮和ＣＡＭ加工的油泥模型都會(huì)在模型表面留下較明顯的刀痕，模型的精刮階段主要是表面質(zhì)量處理。精刮應(yīng)按照從上到下的順序進(jìn)行，若先精刮下部表面，那么在精刮上部時(shí)會(huì)容易磕碰到下部表面，而且掉落的油泥屑也會(huì)粘在下部已經(jīng)精刮的表面上，導(dǎo)致返工，如圖６￣３２所示。７.細(xì)節(jié)制作與裝飾外飾模型表面裝飾主要是采用貼Ｄｉｎｏｃ膜或者是噴漆兩種方法。Ｄｉｎｏｃ膜是一種延展性很好的背膠薄膜。貼膜前先用無(wú)紡布輕拭掉模型上的油泥碎屑和灰塵、再按照模型尺寸裁切薄膜(裁切和貼膜時(shí)要注意膜的方向，Ｄｉｎｏｃ膜從不同方向看明暗會(huì)有些許不同)，將裁減好的膜浸入水槽中，直到背面的襯紙可以輕松的揭下、接下來(lái)用噴壺向模型表面噴水，這樣有利于貼膜時(shí)將膜和油泥之間的空氣擠出來(lái)、然后將膜貼在模型上，使用塑料刮片由內(nèi)向外將膜內(nèi)的水和氣泡擠出、最后將多余的膜沿著模型的鋒線切割掉，如圖６￣３３所示。表面噴漆是一種效果更好的裝飾方法，但工序復(fù)雜，多用于重要評(píng)審。其具體步驟是先在油泥模型表面噴一層易撕掉的水性膜、然后在膜上噴涂膩?zhàn)硬⒔?jīng)過(guò)多次打磨、再在膩?zhàn)由蠂姷灼岵⒋蚰?、最后噴涂２~３遍面漆才能達(dá)到理想的效果。如果直接在油泥模型表面噴漆，其缺點(diǎn)是油漆很難再清除，而且由于油泥表層存在許多微孔，致使在噴漆后模型表面無(wú)法達(dá)到較高質(zhì)量。內(nèi)飾模型表面裝飾也分貼膜和噴漆兩種方法。內(nèi)飾膜的使用方法與外飾膜類似，但不需要水來(lái)浸泡，由于內(nèi)飾膜較厚，延展性不及外飾膜，因此貼起來(lái)要比外飾膜困難、同時(shí)應(yīng)盡量將接縫處理在模型表面凹進(jìn)去或不顯眼的地方。內(nèi)飾噴漆有兩種方法，一種是特制的裂紋漆，需要特別的噴涂技術(shù)，來(lái)模擬皮紋效果、另一種是在模型表面刷水性乳膠漆，在漆未干時(shí)，用泡沫海綿在表面上蘸出紋理。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要依據(jù)模型的用途來(lái)確定。四、硬質(zhì)模型制作１.手工加工最基本的手工制作硬質(zhì)模型的材料是木材或者代木。靠著精湛的手工工藝制作硬質(zhì)模型，這是在油泥模型出現(xiàn)之前就已經(jīng)廣泛使用的方法。對(duì)于比較方便制作油泥模型的零件(如輪輞、門把手、后視鏡等)，可以先制作油泥模型，然后翻制石膏模型或者玻璃鋼模型。２.ＣＮＣ數(shù)控加工中心ＣＮＣ(ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ)即計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制，ＣＮＣ數(shù)控加工中心是一種帶有刀具庫(kù)、并能自動(dòng)更換刀具、能夠?qū)ぜ谝欢ǚ秶鷥?nèi)進(jìn)行多種加工操作的數(shù)控機(jī)床，如圖６￣３４所示。３.ＳＬＡ(立體光固化成型法)ＳＬＡ(ＳｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＡｐｐｅａｒａｎｃｅ)即立體光固化成型法，ＳＬＡ是最早實(shí)用化的快速成型技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹(shù)脂原料。ＳＬＡ技術(shù)成型速度較快，精度較高，但由于樹(shù)脂固化過(guò)程中產(chǎn)生收縮，必定會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開(kāi)發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢(shì)。ＳＬＡ快速成型機(jī)如圖６￣３５所示。４.ＦＤＭ(熔融沉積法)ＦＤＭ(ＦｕｓｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ)即熔融沉積法。該方法操作簡(jiǎn)單、使用方便、污染小、適合辦公室環(huán)境運(yùn)行。與ＳＬＡ系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不采用激光發(fā)生器，所以維護(hù)簡(jiǎn)單、在材料上，由于可以直接使用ＰＣ或ＡＢＳ等塑料，成型件韌性好，強(qiáng)度高，方便進(jìn)行后續(xù)工序。ＦＤＭ快速成型機(jī)如圖６￣３６所示。一、三維測(cè)量設(shè)備逆向工程中使用的高精度三維測(cè)量設(shè)備主要有以下幾種。第１代測(cè)量設(shè)備是逐點(diǎn)掃描，速度慢，而且是接觸式測(cè)量，精度較低，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)ＣＭＭ。第２代測(cè)量設(shè)備是逐線掃描，速度仍然較慢，但精度較高而且實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，如激光線掃描儀(圖６￣３７)。第３代測(cè)量設(shè)備是面掃描，速度非?？欤墙佑|式測(cè)量，如白光照相式掃描儀(圖６￣３８)。二、點(diǎn)云點(diǎn)云(ＰｏｉｎｔＣｌｏｕｄ)，是通過(guò)測(cè)量?jī)x器得到的模型表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)集合，如圖６￣３９所示。通常使用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所得到的點(diǎn)數(shù)量比較少，點(diǎn)與點(diǎn)的間距也比較大，叫作稀疏點(diǎn)云、而使用三維激光掃描儀或照相式掃描儀得到的點(diǎn)數(shù)量比較大并且比較密集，叫作密集點(diǎn)云。稀疏點(diǎn)云和密集點(diǎn)云均是重建表面數(shù)據(jù)的參考，即逆向造型的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)格式為?.ＡＳＣ，?.ＸＹＺ等。ＣＡＴＩＡ、Ｉｍａｇｅｗａｒｅ以及其他專門的測(cè)量軟件均可以進(jìn)行點(diǎn)云的編輯和處理，主要包括以下幾個(gè)步驟:(１)清除壞點(diǎn)。由于測(cè)量設(shè)備、測(cè)量技術(shù)以及測(cè)量環(huán)境的光線明暗等因素影響，會(huì)產(chǎn)生明顯偏離模型表面的噪點(diǎn)或壞點(diǎn)，必須刪除它們防止后續(xù)工作發(fā)生錯(cuò)誤。(２)優(yōu)化點(diǎn)云。對(duì)于密集點(diǎn)云，巨大的數(shù)據(jù)量會(huì)成為計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)、而對(duì)于較平坦的曲面，數(shù)據(jù)點(diǎn)沒(méi)有必要太多，因此可通過(guò)軟件中相應(yīng)工具濾掉不必要的點(diǎn)，可以大幅度提高建模過(guò)程中的處理速度和效率。(３)生成三角面(也叫Ｍｅｓｈ面)。在軟件中生成Ｍｅｓｈ面后，計(jì)算機(jī)就可以將掃描數(shù)據(jù)渲染顯示出來(lái)，這樣做的目的是便于后續(xù)做曲面時(shí)，更容易分析曲線的形態(tài)、方便曲面的規(guī)劃、而且生成Ｍｅｓｈ面后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可導(dǎo)入到ＣＡＭ軟件中進(jìn)行加工。(４)優(yōu)化三角面?？梢栽谲浖袑?duì)三角面進(jìn)行孔洞修補(bǔ)，優(yōu)化特征線(棱線)，光滑表面等操作，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)更加完善。(５)對(duì)正坐標(biāo)系。根據(jù)測(cè)量技術(shù)的不同，有些點(diǎn)云在掃描時(shí)就已建立在整車坐標(biāo)系下，有些則沒(méi)有。對(duì)于不在整車坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要通過(guò)點(diǎn)云上的特征(平面、圓孔或者圓球、圓柱等)來(lái)將其對(duì)正到整車坐標(biāo)系下。三、Ａ級(jí)曲面Ａ級(jí)曲面即Ｃｌａｓｓ￣Ａ，最初是由法國(guó)ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍ公司在開(kāi)發(fā)大型ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件包ＣＡＴＩＡ?xí)r提出并付諸應(yīng)用的，專指車身模型中對(duì)曲面質(zhì)量有較高要求或特殊要求的一類曲面，如外形曲面、儀表板和內(nèi)飾件的表面等。通常Ｃｌａｓｓ￣Ａ應(yīng)滿足下面幾點(diǎn):(１)曲面應(yīng)是１個(gè)ｓｐａｎ、無(wú)多余ＩＳＯ線。(２)拼接曲面之間應(yīng)是Ｇ２連續(xù)的，特殊位置可能要求Ｇ３連續(xù)(如Ｙ０線兩側(cè))。半徑小于３ｍｍ的圓倒角可以適當(dāng)放寬要求，只滿足Ｇ１連續(xù)。(３)曲面在ｕ，ｖ方向上Ｄｅｇｒｅｅ值＝３~５，Ｄｅｇｒｅｅｍａｘ＝７，有些曲面Ｄｅｇｒｅｅｍａｘ＝９。(４)曲面必須光