淺析汽車造型設(shè)計(jì)中的數(shù)字化設(shè)計(jì)

摘要：在汽車工業(yè)高度發(fā)展的今天，汽車不再只是代步工具而已，而是現(xiàn)代人生活的一部分，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的審美能力和對(duì)美好事物的需求都在不斷提高，為了滿足消費(fèi)者不斷提高的需求和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，各個(gè)公司都加快了車型換代的速度。車輛平臺(tái)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的更新速度相對(duì)造型設(shè)計(jì)相對(duì)慢，所以更多的廠家把機(jī)會(huì)放在了造型設(shè)計(jì)上，對(duì)于造型設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)怎么樣能夠在最節(jié)約時(shí)間和物料成本的情況下做出更好的設(shè)計(jì)，這其中數(shù)字化設(shè)計(jì)就是重要的手段之一，特別是近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，更給數(shù)字化設(shè)計(jì)帶來(lái)了更廣闊的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：概念數(shù)字設(shè)計(jì)；汽車造型設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)流程；CAS；A級(jí)曲面

數(shù)字設(shè)計(jì)的概念是上世紀(jì)末以來(lái)設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新的設(shè)計(jì)手段，它是跨越“藝術(shù)學(xué)”和“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”兩個(gè)性質(zhì)完全不同學(xué)科，涉及到建筑、室內(nèi)裝飾、工業(yè)設(shè)計(jì)等，在汽車造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們常說(shuō)的數(shù)字設(shè)計(jì)一般是指汽車外表面的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作既CAS、A CLASS SURFACE及實(shí)時(shí)的三維渲染，所以本篇文章會(huì)針對(duì)這部分內(nèi)容做針對(duì)性的闡述。

現(xiàn)在從前期的概念草圖開(kāi)始就有了數(shù)字化參與，設(shè)計(jì)師們不需要完全在紙上表現(xiàn)自己的創(chuàng)意，而是運(yùn)用數(shù)位板或數(shù)位屏和繪圖軟件相結(jié)合，可以實(shí)時(shí)修改和擦除，而且傳統(tǒng)的紙上作畫(huà)不能隨意的放大縮小來(lái)檢查，因?yàn)楹芏嗑€性和大比例關(guān)系的研究在小篇幅的紙上是比較難以推敲的，當(dāng)然也可以借助膠帶圖來(lái)檢驗(yàn)，這雖說(shuō)效果非常好但在造型的初期這樣的大成本的投入其實(shí)可以用數(shù)字化的方法來(lái)代替，因?yàn)楝F(xiàn)在只要把畫(huà)好的電子版的效果圖借助現(xiàn)代化虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的大屏幕就可以把過(guò)程變得更簡(jiǎn)單，可以快速的實(shí)現(xiàn)1：1的效果，這樣在一次一次的評(píng)審過(guò)程中就會(huì)節(jié)約很多時(shí)間和物料，而且會(huì)使最終的設(shè)計(jì)展示效果更好。

現(xiàn)在隨著三維軟件的高速發(fā)展，特別是ALIAS、ICEM Surf等軟件的加入，使數(shù)字化設(shè)計(jì)在汽車造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中的參與度越來(lái)越高，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用并非是對(duì)傳統(tǒng)造型方式的摒棄，而是對(duì)傳統(tǒng)造型方法的繼承與發(fā)展。目前各大汽車公司都在運(yùn)用這樣的軟件，不但可以借助軟件實(shí)現(xiàn)多種型面的效果，而且有很多高效的曲面檢查工具，可以檢查高光的走勢(shì)和斑馬線的質(zhì)量，這樣可以在早期避免掉很多設(shè)計(jì)上的缺陷，比如造型特征的不合理，使設(shè)計(jì)能夠更好的表現(xiàn)在三維模型上，而且這樣也可以在早期的設(shè)計(jì)過(guò)程中盡早的導(dǎo)入工程輸入，在早期就可以發(fā)現(xiàn)潛在的工程問(wèn)題，數(shù)字模型的提前進(jìn)入不但對(duì)前期的造型設(shè)計(jì)有很大幫助而且對(duì)后面的油泥模型也是非常重要的，因?yàn)橛湍嗄Ｐ徒鉀Q大的工程問(wèn)題例如：接近角、離去角是可以的，但遇到很多小問(wèn)題或是在鈑金里面包覆起來(lái)的工程問(wèn)題就很難了，這時(shí)候在數(shù)據(jù)模型上就可以很清晰且準(zhǔn)確的檢查和解決，且概念三維模型更重要的作用是在檢驗(yàn)設(shè)計(jì)工程的可行性方面。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)膠帶圖、模型制作過(guò)程與CAS建模過(guò)程及其相似，CAS建模初期制作、調(diào)整曲線的過(guò)程與膠帶圖的調(diào)整是相同的，只是設(shè)計(jì)師面對(duì)的是計(jì)算機(jī)屏幕，而非膠帶圖板，利用CAS制表面的順序與制作油泥模型的順序也完全相同，都從大的表面入手，先作理論線，后導(dǎo)圓角，最后精修，因此熟練掌握油泥模型制作的人員在學(xué)會(huì)使用CAS軟件后同樣會(huì)制作出完美的三維CAS模型，至于用什么方式完成草圖、效果圖則可根據(jù)具體項(xiàng)目具體對(duì)待，用對(duì)的工具方法才能實(shí)現(xiàn)更好的效果，相信CAS技術(shù)與傳統(tǒng)造型方式的結(jié)合會(huì)被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師所接受。

在完成了前期數(shù)字模型后，為了更好的展示設(shè)計(jì)成果，汽車設(shè)計(jì)師們還需要對(duì)曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)渲染。從車漆的顏色，車燈的亮度，到保險(xiǎn)杠的紋理，座椅的皮革，從車身對(duì)環(huán)境光線的反射，到不同天氣條件下的陰影，實(shí)現(xiàn)對(duì)3D模型的實(shí)時(shí)可視化，并可對(duì)該模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、改變顏色、查看幾何結(jié)構(gòu)，從任意角度觀看，并進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。運(yùn)用實(shí)時(shí)3D仿真軟件，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和發(fā)展階段，用戶可以進(jìn)行形象化進(jìn)行評(píng)判并即時(shí)決定下一步的設(shè)計(jì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟，已能部分替代實(shí)物模型制作。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前發(fā)展最迅速的數(shù)字技術(shù)，數(shù)字設(shè)計(jì)的前期數(shù)字模型與虛擬技術(shù)的合作參與在一定程度上節(jié)省了場(chǎng)地和不必要材料的浪費(fèi)，在時(shí)間上也有相對(duì)的節(jié)省，而且數(shù)字上更方便實(shí)時(shí)的看到接近最終的效果，目前由于效果和成本的原因還不能廣泛推廣開(kāi)來(lái)，但相信不久的將來(lái)，必能廣泛應(yīng)用，到那時(shí)，全數(shù)字化設(shè)計(jì)流程就能真正有效實(shí)現(xiàn)了，雖然目前虛擬數(shù)字化技術(shù)在汽車外觀設(shè)計(jì)中已經(jīng)起到關(guān)鍵作用，但由于在幾個(gè)環(huán)節(jié)上還待進(jìn)一步提升，比如數(shù)字模型呈現(xiàn)的形體比例和色彩感官與實(shí)物還是會(huì)有差異。

在完成了前期CAS和VR的渲染，接下來(lái)的A級(jí)曲面的工作就顯得更加重要，汽車A級(jí)曲面是指滿足設(shè)計(jì)審美要求，曲面內(nèi)部質(zhì)量要求，工程布置及后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和模具制造工藝要求的可見(jiàn)車身外表面。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)車身曲面數(shù)學(xué)模型的質(zhì)量要求越來(lái)越高，A級(jí)曲面的質(zhì)量和最終的整體產(chǎn)品質(zhì)量是息息相關(guān)的，A級(jí)曲面和前期的CAS還是有質(zhì)的區(qū)別的，A級(jí)曲面作為造型階段對(duì)工程階段的最終遞交物，反映理論狀態(tài)的造型特征和造型質(zhì)量，是汽車造型階段的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提高，其越來(lái)越快的運(yùn)算速度為處理汽車設(shè)計(jì)大規(guī)模數(shù)據(jù)提供了硬件保障，數(shù)控機(jī)床等加工設(shè)備的運(yùn)用，先進(jìn)的制造工藝的運(yùn)用（如激光焊接流水線）以及模具制造工藝的不斷提高都使得最終量產(chǎn)樣車的狀態(tài)與A級(jí)曲面的狀態(tài)越趨接近。A級(jí)曲面技術(shù)的日益成熟與完善，A級(jí)曲面質(zhì)量的提高必將更好的為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程分析、樣車制造、模具制造等環(huán)節(jié)提供理論依據(jù)，為縮短開(kāi)發(fā)周期，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)節(jié)奏提供強(qiáng)有力的保證。

現(xiàn)在看數(shù)字化設(shè)計(jì)是一個(gè)公認(rèn)的趨勢(shì)，數(shù)字化設(shè)計(jì)由于不受費(fèi)用地和資源的限制，往往對(duì)于設(shè)計(jì)方案的數(shù)量、更改的頻次都有相當(dāng)?shù)南拗啤６捎锰摂M數(shù)字技術(shù)后，基本上不消耗資源和能量，也不產(chǎn)生產(chǎn)品，設(shè)計(jì)方案以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)方式存在，可以隨時(shí)修改、評(píng)測(cè)，工作量相對(duì)減低很多，因此在時(shí)間、費(fèi)用的減少和方案的總類上都有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此數(shù)字技術(shù)已經(jīng)大量的融入到汽車外觀設(shè)計(jì)流程中，而且這樣的融入對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)更全面的表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性想法都起到的巨大的推動(dòng)作用。這并不是說(shuō)數(shù)字設(shè)計(jì)就能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，而是在現(xiàn)在設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上發(fā)揮數(shù)字設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在將來(lái)數(shù)字設(shè)計(jì)肯定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，從而助推整個(gè)汽車工業(yè)飛速發(fā)展。