車身a級曲面設計

1、用Imageware進行車身A級曲面設計作者：武漢理工文章來源：CAD世界網(wǎng)點擊數(shù)：顧94更新時間：2006-7-2.收藏此頁本文介紹了 A級曲面的技術要求和應用在車身上的設計準則以及使用Imageware進行A級曲面設計的 幾個關鍵點。通過車身輪艙的A級曲面設計實例，證明了 Imageware在車身高品質(zhì)曲面設計中巨大的發(fā)展 潛力。近年來，在汽車制造行業(yè)中的車身設計A級曲面成為人們普遍關注的話題。A級曲面（文中簡稱A面） 一詞最初是由法國達索公司在開發(fā)CAD/CAM軟件CATIA時提出并開始應用的，是指對曲面質(zhì)量要求較高或 有特殊要求的一類曲面。早期的汽車工業(yè)對車身曲面有這樣的規(guī)定：車身外表

2、面，白車身為A面；依次往 下不重要的面為B面，如內(nèi)飾面；不可見的面為C面。但是隨著美學和舒適性的要求日益提高，汽車內(nèi)飾 件也要求達到A面的特征。因此更加合理的A級曲面定義應為：所有可見表面都要成為A面；不可見表面 為B面。一、A面的設計準則A面代表著曲面的質(zhì)量，這容易使人想到光順曲面，不過對A面的要求要比一般的光順曲面更加嚴格。 從工藝上講，A面必須符合相鄰曲面間的間隙在0.005mm以下，切率改變在0.16度以下，曲率改變在0.0 05度以下的標準，這樣才能確保曲面的環(huán)境反射不會有問題。當對曲面進行高光線評估時，顯亮的曲線應 該有一個共同的曲率特征，即等高線連續(xù)且過度均勻、逐漸的發(fā)散或收縮，

3、而不是一下子匯集消失到一點。 從美學角度的考慮，A面應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；曲面過渡時，應至少是滿足G2連續(xù)。在車身曲面創(chuàng)建中，應盡可能以整體來進行，先不考慮具體的零部件分塊，將整個車身外形曲面視為 由一組互相連續(xù)的曲面片構成的凸殼，在保證各曲面片及拼接關系滿足A面要求的情況下，再詳細考慮車 身的細節(jié)特征。按車身覆蓋面積和造型優(yōu)先級分，曲面元素可分為基礎面（如車門玻璃面、頂蓋和擋風） 和特征細節(jié)（如棱線和倒角）兩類。設計基礎面時，嚴禁采用非四邊域的形式構建。其U/V段數(shù)必須為1，如果是Bezier曲面，其階數(shù)不 能超過7；如果是B樣條曲面，

4、其階數(shù)不應超過6。構建初始，必須先確定曲面是否對稱，以及U/V是否正 交。大部分基礎面是單凸曲面，這類曲面可分為球形面（高斯曲率為正）和鞍形面（高斯曲率為負）兩種。 如果基礎面非單凸（如S形，多為過渡面），必須在構建時就加以明確。以曲線為基礎構造基礎面時，曲 線在保證高質(zhì)量的同時務必要簡潔。建模前應先確定參數(shù)化方式，以避免建立曲面時產(chǎn)生交叉節(jié)點或增加 數(shù)據(jù)量。對于特征細節(jié)，則需要求其位置、消失區(qū)域與造型設計完全一致即可。二、Imageware軟件及其特點1.Imangeware軟件介紹Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應用于汽車、航空和消費家電等領域。它的發(fā)展方向是將高 級造型技術和

5、創(chuàng)意思維推向廣義的設計、逆向工程和潮流市場，其最終結果就是使加速設計、工程和制造 的集成、速度和效率達到高水平的解決方案。允許設計者自由地憑直覺創(chuàng)建，同時能夠在3D環(huán)境下快速地 探究和評估形狀設計。在捕捉物理模型的設計意圖和快速后續(xù)應用方面（如FEA或CAE創(chuàng)建曲面，構造完 美的高質(zhì)量曲面，或是檢測幾何的質(zhì)量和精度方面），能夠滿足藝術家、設計師和工程師對自由曲面造型 的嚴格的要求。2.Imageware構建曲面的特點Imageware能夠最大程度地保證構建模型的美觀、真實和曲面的光順。通過直覺造型工具，使用者可 以利用曲線、曲面或者測量點來創(chuàng)建自由幾何。動態(tài)曲面修改工具則允許設計變更以交互的方

6、式進行探究， 并立即將設計所蘊涵的美學和工程信息可視化。實時診斷工具的使用對加工前的曲面質(zhì)量提供了全面的分 析，包括視覺上的分析和定量分析，消除了產(chǎn)生錯誤猜測的可能。這些工具可作為一種手段來識別曲面曲 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渡。三、Imageware構建A面的方法點云數(shù)據(jù)規(guī)劃Imageware能夠用高斯濾波法濾去點云數(shù)據(jù)中的噪聲，再將數(shù)據(jù)拼接成一個整體，然后對全部點云數(shù) 據(jù)進行規(guī)劃。其中點云數(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，不僅曲面的建構會變得簡單，A 面的光順性也會得到很大提高。曲率分析法是數(shù)據(jù)分塊的一種常用方法。車身

7、表面的棱線和過渡線可以通 過曲率的變化加以判定。創(chuàng)建基礎面創(chuàng)建基礎面時，應盡量將點云數(shù)據(jù)分為多個四邊形子域，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，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使其達到足夠的光順與精度。在構建過程中，如果對曲面控制點的數(shù)量與排 列不滿意，可以通過Specify Span功能來制定控制點的數(shù)量，同時可以選擇控制點的排列方式。設計人員 可以借助截面線與點云作比較，幫助引導曲面編輯，使曲面能夠擬和點云。這是一個無限逼近的過程，需 要借助Molding Option功能來實現(xiàn)動態(tài)的觀察。在調(diào)整控

8、制點時，應先調(diào)整一個方向的控制點，使其貼近 點云，之后再調(diào)整其他方向，同時打開曲面診斷工具，幫助控制曲面品質(zhì)。曲面間的過渡與拚接基礎面創(chuàng)建后，對相鄰的基礎面必須進行過渡匹配處理。曲面之間的過渡曲面應滿足給定的幾何連續(xù) 條件。連續(xù)曲面的種類可以自己設定。在兩個曲面進行拚接處理之前，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)格線應分布在同一平面內(nèi)，這樣就會使拚接后的曲面不會產(chǎn)生扭曲變形。曲面質(zhì)量檢查曲面創(chuàng)建后，進行渲染并初步檢查曲面的質(zhì)量。首先可以通過曲面曲率動態(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)性誤差值完全在設計 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。直到最終達設計師的要求。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工具，在曲面構建的任何時候都可以檢查曲面的準確性、光順性和連續(xù)性，為判斷 和修改曲面提供依據(jù)。四、車身A面設計實例應用Imagewarer完成某概念型電動車車身外形曲面的構建，經(jīng)光順優(yōu)化后使其滿足A面的標準。圖1 所示是利用掃描儀測量的車身模型的點云數(shù)據(jù)，圖2所示是基于曲率法表示的該車車身的輪廓線圖，它為 點云數(shù)據(jù)的分塊提供了很大方便。圖3所示是最終利用Imageware的構建A面的方法生成的車身外形曲面 模型。明。阜歸摘屏別的點宜敗排封Z您于士J申澆的建觸4分時?轉博3艷虬N的年存由而雅驅本例中需要注意以下幾點：在保證能夠捕捉到體現(xiàn)設計特征及風格線索的前提下，如果一些質(zhì)量不好的噪聲點影響了整體設計 質(zhì)量，應將它去除。在這個捕捉、體現(xiàn)和篩選的過程中，要通過反復使用Imageware中的診斷工具，來幫助我們從不同 角度觀看曲面反射光的反射情況。觀察整個車身不同曲面片的實際曲率變化，僅僅讓生成的曲面準確符合測量點也是遠遠不夠的，A 面的標準也必須考慮進去。五、結論在曲面造型領域中，A面的設計越來越受到關注。尤其是在汽車的車身設計中，A面憑借其高品質(zhì)的視 覺感