教材应用

《机械设计与制造》Q=[+,AAU

文章编号：*AA*&BSST:,AAUDA*&AA**&A,

88888888888889

5(+*.$G’1%=;@I=>1)%\.$%7E$G<7;=5==5

计

算机应用

8889

88888888888889

C/FK/在汽车外形建模中的应用

,

徐万红*，，马世骁*，张国忠*，马瑾,

:*东北大学，沈阳**AAAB，,沈阳工业大学，沈阳**AA,BD!"#$%%&’($)’*+*,-.!/.*+$0)*102,$(#3*4#&’+5!"#$%&’(%)*+,-./0’1&21$(*-34/5667(&8’(%)*-./91%,

:*5(;<’=$><"%1?=;>1<@-0’=%@$%)**AAAB-C’1%$D

55555555555555555556

型是车型开发系统工程中最为基础的一个环节。当代汽车车身造型的显著特点之一就是利用计算机辅助几何设计，在计算机中建立三维汽车车身的模型。汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的一项综合构思，但却是决定产品命运的关键，它是车身C/IJC/.设计方法的一个主要工作，是为车身的有限元分析、工艺设计及模具制造提供基础。为了在工业设计师与工程师之间架起一座数字化桥梁，我们提出了基于三维造型软件的汽车外形三维重建理论。

现代汽车车身造型技术日趋成熟，车身造型必须充分考虑空气动力学与美学要求，不仅要使汽车外观赋予浓郁的时代感，而且要使表面光滑、美观。因此，对汽车覆盖件的曲面造型提出了更高的要求。汽车工业发展到今天，各大汽车公司为了树立自己的品牌形象，已愈来愈重视汽车造型所起的作用，造型已成为汽车产品竞争的最有力手段之一。

从工程技术角度看，根据反求对象的不同，反求设计可分为实物反求、软件反求和影像反求三类，是一种产品设计的新方法。依据产品样本、使用说明书等资料文件上的车形图片资料（而不是依据由三坐标测量机或者激光扫描仪测出的坐标云点），重构汽车外形的三维主模型，是一个创造、创新的过程，是“创新能力”以增强国家为目的。

*方案确定及设计流程

*+*造型软件简介

#来稿日期：,AAB&AB&,]

5555555555555555555555555555555555555555555556

8889

:,0’=%@$%)"%1?=;>1<@(EF=G’%(H()@-0’=%@$%)**AA,B-C’1%$D

5555555555555555555555555555555555555555555556

【摘要】介绍利用计算机辅助造型技术，从汽车产品说明书上的车身外形图片资料入手，提出了一

55555555555555555556

种车身建模的方法。利用C/FK/VWXS中的0R=<G’F;$G=;模块作为构建车身三维几何模型的基础而进行主模型重建，对车身建模和创新设计过程中涉及的关键技术进行了分析，为此提出了可行性的解决

关键词：车身；建模Y曲线Y曲面C/FK/；

【.61)2$()】!"#$%&’&()*$&+&’,"&’#-./0.1./$2&’*3#’%#2#+,"#)/1&(3&"4*$#25)11.1$)/$"&’#-./0$#3%/&-&0,)/’&/$%#4.3$*2#1)+&*$)*$&+&’,&/$%#)*$&42&’*3$114#3.(.3)$.&/+)1.167%#")./"&’#-2#8!/’$%#:#,$#3%/&-&0,3&/3#2/./0)*$&+&’,"&’#-./0)/’$%#42&3#11&(2#(&2"./0’#1.0/.1)/)-,1#’67%*1)42)3$.3)+-#1&-*$.&/.1./$2&’*3#’;<%.3%<.---),)0&&’(&*/’)$.&/&(3&/3*22#/3#)/’)*$&")$.&/&()*$&

7#89*241:.$0)*6*48;-.!/.;<*4#&’+5;-02=#;-02=#102,$(#

文献标识码：/

方案，为汽车外形设计的并行化和自动化打下良好的基础。

’#1.0/.1+)1#’&/$%#9:#$3%72)3#2"&’#-4.#3#1./C/FK/VWXS;<%.3%3&/1$.$*$#$%#"&’#-1&()*$&+&’,6

1*2()3#6

中图分类号：F4*,ZBUB+,

汽车车身是由复杂的轮廓不规则的三维曲面构成，车身造建模是计算机辅助造型设计的前期阶段，也是整个造型过程的重点。从产品造型构思到建模思想的形成到用计算机软件实现产品的造型是一个连贯而又非常重要的过程，造型软件是计算机辅助产品造型设计的核心，也是造型师利用计算机进行产品设计的最基本的要求，重构曲面的品质客观上取决于所选用的造型软件的功能，因此，选用一种合适的建模软件就十分重要。

C/FK/是KL.公司的一个广泛的C/IJC/.JC/MJNI.应用系统，C/FK/外形设计和风格设计解决方案对设计零件提供了广泛的集成化工具，该系统具有很强的曲面造型功能。本造型工作主要用到了C/FK/软件包的线架构与曲面设计

（#1;=E;$O=$%P07;E$G=I=>1)%）（Q;==><@H=）、自由造型和草图跟踪（0R=<G’F;$G=;）模块。采用C/FK/软件能够建立白车身精确的BI曲面模型，百分之百地反映出造型师的意图，使造型师设计的复杂、优美、流线型的汽车曲面得以实现。

*+,设计流程

对于流线型的轿车车身外形，因为不可能用整张样条曲面描述整个车身自由表面，现有的C/I软件多数采用曲面分块技术来解决

汽车车身复杂曲面的输入和编辑

图*车身造型流程框图

#辽宁省科学技术自然基金资助项目:编号：,AA,,ABWD

教材应用

!"#!

《机械设计与制造》^F]#"..5

P)#!7A>(HIF?B4F+HLI_7AIDGA>*D?F

问题，如何快速、高效、准确地构造出汽车外形的主模型，是现代设计方法的关键技术(!)。车身造型流程框图如图!所示

"车身曲面建模

图片资料是某轿车的产品样本上的外形视图，利用扫描仪得到#$%&’图形文件，再利用%()*)+(),-#.作图像处理，如图"所示。

图"某轿车的外型图片

"#!车身外形图体系的形成

利用/0120软件的自由风格草图跟踪模块，在确定车身坐标原点后，根据产品样本上的汽车跨距、整车（长、宽、高）尺寸在34视窗中引入实际车身大小外形草图图像，作为构建车身三维几何模型的基础。

"#"按曲面分块进行曲面重构

汽车车身是由复杂的轮廓不规则的三维曲面构成，用一张曲面去重构其数学模型是很难保证其模型精度的，也是不切实际的，这样构造的曲面往往会不光顺，产生大的变形。所谓曲面分块(")是为了计算机绘图的方便，依据现有参数化曲面理论和应用软件曲面造型方法，结合产品的外形情况，把汽车车身划分为多个比较简单、容易处理的曲面块，在计算机中这些曲面块根据实际的光滑性要求进行拼接和缝合，或用过渡面与其连结，最终完成汽车车身设计，实现车身的整体造型。

对轿车车身可按如下的分块原则(3)：

（!）重点考虑计算机绘制曲线、曲面的灵活造型功能，把能够一次造型成功的曲面块尽量放到一起，最大限度的减少分块数目。

（"）在曲面分块时杜绝异形曲面，即所有曲面都是定义在四边形域上。

（3）曲面分块的结果要便于/04软件的应用，即要便于数据输入，便于建立尺寸驱动的/04软件。

（5）曲面分块要与现有的/04软件的造型功能和编辑功能相适应。

根据以上的曲面分块技术可以把一个复杂轿车车身划分为几大曲面块：发动机罩、前风窗、顶盖、后风窗、后备箱盖、左侧玻璃窗、右侧玻璃窗、左侧边板、右侧边板、和尾板。

"#3曲线、

曲面要高质量地完成一个较复杂零件的造型，需要具备计算机图形学、机械制图、机制工艺等方面的知识，并对/046/07软件有一定的应用经验。具体地说，首先要了解各种曲面的构造方法，其次要认真阅读图纸，根据不同的技术要求，将曲面划分为基本曲面和过渡曲面。

对车身外形草图进行初步分析，了解车身曲面的基本机理。由于曲面是在曲线的基础上生成的，生成正确的空间曲线是获得曲面边界、生成三维曲面的基础，也是造型工作中的关键，对曲面的光顺有着决定性的影响。

在两张曲面之间生成第三张过渡曲面也是车身设计中常

用的功能。由于这些过渡面的圆角较小，形状狭长，精确测量是极其困难的，在造型时不将它作为主曲面处理，不需要作出两曲面的理论交线，而是在拟合好两张主曲面后自动生成过渡面，并且保证与主曲面之间的/!连续就可以了8598:9。

对车身表面分块造型后，将各部分装配到一起，然后先进行车身各部分曲线的缝合，再进行曲面的缝合。为了使曲面间能做到/"连续，对一些区域要进行必要的细化处理使之过渡自然、流畅、美观，以达到完美的造型效果。

3外形修正及分析

在车身曲面创建过程中的各个阶段或者创建完成后，都要根据不同的对象用相应的方法进行分析检查，要随时检查所建

曲面的状况，分析检查是贯穿整个建模过程的，是保证数模质量的重要手段。

3#!/;<=&的分析

/;<=&主要分析其光顺性，特别是车身外覆盖件不仅要求曲线连续，还要求曲率的变化要连续。经过曲率分析过的曲线才能用来生成曲面。

3#"曲面分析

在构造曲面时要对曲面外形进行分析，要分析曲面的品质，检查曲面或曲线间的细缝大小与连续性，检查曲线、曲面的曲率变化情况等8-9，注意检查曲面是否光顺，是否扭曲，以便及时修改。

3#3渲染检查

车身全部曲面生成且拼接后，要对整体曲面进行评价，可以利用/0120软件进行光照效果渲染检查汽车整体造型效果，通过变换观察角度、改变光源位置、变换曲面的颜色等手段来检查曲面的拼接光顺性，再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。图像明暗度变化比较均匀，则曲面光顺性好，如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大，则曲面光顺性差。车身曲面造型完成以后，可用彩色打印机输出彩色造型效果图，也可用大屏幕投影设备在大屏幕上显示，还可以利用环境贴图和打光，将对象与环境和照明一同显示，充分表现34对象。

5结论

这里提出了一种汽车外形设计的新思想，即以工业设计效果图或有关汽车外形图片出发，采用/0120曲面造型技术进行汽车三维数模重建，为开展产品并行设计打下基础，简化了设计过程，缩短了产品开发周期。

参考文献

!2>(?)@A*ABACA#0>*DAED+F)G/024HIJFKFE),HIL*(FJF+HLI)GA>A?#/0<M1NO2P’Q$A,AIR#!SS5QTR#

"MA?UA?VW7FIX/(HAY@+HAIL#/0’4W!SSSQZR["-TY"S.#3黄天泽W黄文阵#汽车车身结构与设计#北京[机械工业出版社W!SS"W!.YZ.#

57HE?)B7$WV?AJEFB/W=H>UF?+’\#/)I*HIDH*B)GVYM,EHIFMD?GA>F%A*>(F+HI<FKF?+F&ILHIFF?HIL#/)C,D*F?Y0HJFJ4F+HLIW!SS:W"TQ-R[5T!Y5TZ#

:&>U7W@),,F@#0D*)CA*H><F>)I+*?D>*H)I)GVYM,EHIFMD?GA>F+)G0?]H*?A?B1),)E)LB1B,F#/)C,D*F?’?A,(H>+W!SS-W3.[3":Y335#-高卫民W王宏雁#;’软件在白车身/04建模中的应用#汽车研究与开发W"..!Q!R[!3Y

!T#