汽車造型特征棱線的三維設計

黃太強

摘 要：造型特征棱線設計作為汽車型面設計的重要部分，它不僅決定了汽車型面的光影質(zhì)量，還對汽車整體風格和產(chǎn)品品質(zhì)有著重要影響。在汽車型面設計過程中，主要根據(jù)特征棱線的光順性，特征棱線的強弱趨勢，相鄰特征棱線間的關(guān)系三方面設計和評價造型特征棱線。

關(guān)鍵詞：特征棱線;型面設計;重要部分

1 引言

從最早的馬車型，到后來的甲殼蟲型，再在歷經(jīng)滄桑變化后到現(xiàn)在的楔型，汽車造型緊跟時代潮流，給消費者帶來一次又一次豐富多彩的視覺盛宴，而在這盛宴上最引人矚目的就是特征棱線帶來的光與影的變化。它時而強勁有力，時而優(yōu)雅柔和，時而萬千變化，時而大氣簡約，猶如一首美妙的音樂，讓人如癡如迷，陶醉其中。美妙的音樂由無數(shù)音符編排而成，那么如此豐富的汽車造型棱線又是怎樣被設計出來的呢？在汽車型面設計中，造型特征棱線的設計最重要從三方面控制：特征棱線的光順性，特征棱線的強弱趨勢，相鄰特征棱線間關(guān)系。只有同時滿足這三個控制條件，才能達到預期的造型效果，本文將從這三方面入手闡述汽車造型棱線的設計。

2 特征棱線的光順性

特征棱線的光順性，從表面上看就是造型特征棱在三維空間內(nèi)是否光滑平順，是否存在抖動或扭曲，如圖1所示即為不光順的特征棱線;從本質(zhì)上來講，就是構(gòu)成特征棱線的曲線的控制點在三視圖內(nèi)排列是否均勻，曲線曲率梳是否合理。作為運動和美的結(jié)合，汽車特征棱線的設計也變得越來越耐人尋味，越來越復雜多變，然而萬變不離其宗，所有復雜的特征都是由簡單的元素通過合適的方法組合而成。就汽車造型特征棱線而言，最簡單的用一條曲線即可表達，而復雜的則需要由多條曲線首尾連接而成。

2.1 簡單特征棱線的光順性

簡單特征棱線的光順性設計，實際上就是一條曲線的光順性設計。在設計過程中，這條光順曲線的控制點一般不超過7個，所有控制點在三視圖內(nèi)必須排列在曲線的同側(cè)，且控制點在三視圖內(nèi)的排列（以非等比縮放的形式觀察）必須均勻或均勻變化，嚴格時每條曲線的控制點必須控制在一個平面內(nèi)，如圖2所示即為光順曲線的控制點排列。曲線的形狀完全由控制點的排列控制，而因控制點排列的好壞是通過目測來判斷，但目測無法排除極其微弱的波動，因此無法確保曲線的光順性，特別是控制點較多的情況。鑒于此，我們用更加敏感的曲率梳加以輔助。在設計過程中，當分析查看完控制點后，我們通常會打開曲率梳，以非等比縮放的形式在三視圖內(nèi)觀察曲率梳的形狀，若存在圖3所示抖動曲率梳，微調(diào)曲線的控制點至如圖4所示光滑曲率梳形狀即可。這樣就完成了一條曲線的光順性設計，即簡單特征棱線的光順性設計。

2.2 復雜特征棱線的光順性

對于復雜的特征棱線，如何將此復雜特征拆分成一條條簡單的曲線，以及這一條條簡單曲線的如何連接至關(guān)重要;正確的拆分和合理的連接直接決定了復雜特征棱線的光順性。

復雜特征曲線的拆分是型面設計專業(yè)極其重要的一個基本功，大體分三步進行。首先找出曲線曲率發(fā)生突變的區(qū)域，如圖5藍色圓圈所示即為曲率突變區(qū)域;然后分別找出兩個區(qū)域內(nèi)曲率最大點的位置，如圖6三個藍色點所示即為曲率最大點;最后分別以曲率最大的點為原點，向曲線兩邊擴散尋找合適的兩個點（通常要求此兩點到相應原點的距離相等），這些點便將該復雜特征棱線拆分成5條簡單曲線，如圖7所示即為拆分完成后狀態(tài)。

在汽車型面設計中，相鄰曲線的連接方式有4種：G0、G1、G2、G3。G0又稱點連續(xù)，單位為mm，它通常以相鄰兩點之間的距離大小來衡量搭界質(zhì)量;如圖8所示G0連續(xù)圖解，此處兩點之間的距離為2mm，那么此連接點G0=2mm。G1又稱切線連續(xù)，它是指曲線相鄰端點處切線夾角的大小，單位為度;如圖9所示G1連續(xù)圖解，此處兩點切線夾角為80.134°，那么此處G1=80.134°。G2又稱曲率連續(xù)，它是指曲線相鄰端點處相切圓半徑之差與半徑之和的比值（不同軟件計算方法不同，此處以ICEM-Surf為例）;如圖10所示G2連續(xù)圖解，此處相切圓半徑之差為10，之和為30，比之為1/3，那么此處G2=0.333。G3是曲率變化率連續(xù)，通常用于對稱的特征棱線，如保險杠、引擎蓋、車頂?shù)攘慵卣髟O計中。在汽車設計過程中，為了得到光順的特征棱線，我們通常會根據(jù)企業(yè)要求，制定出相應的G0/G1/G2/G3標準，在初步完成特征棱線的設計后，通過軟件連續(xù)性檢查工具和曲率梳檢查工具進行檢查和調(diào)整，最終得到一組首尾相連，曲線和曲率梳均光順光滑的特征棱線。

3 特征棱線的強弱趨勢

特征棱線的設計直接影響著汽車的造型風格，較強的特征棱線通常代表著肌肉與力量，而較弱的特征棱線則代表著沉穩(wěn)與優(yōu)雅，由強到弱的特征棱線則給人一種運動的感覺，當然忽強忽弱的特征棱線看起來就顯得雜亂無章。

在汽車型面設計中，特征棱線的強弱由形成特征棱線的曲面的夾角決定：夾角大，特征棱線弱;夾角小，特征棱線強;曲面夾角的大小變化決定特征棱線的強弱趨勢。以ICEM-Surf軟件為例，當初步完成型面設計后，型面設計師通常會用Diagnosis Matching命令來檢查相鄰曲面之間的夾角，也就是它們的相切（Tangent）連續(xù)性。如圖11所示夾角梳，體現(xiàn)夾角大小的梳子高度一致或高低均勻變化，轉(zhuǎn)化成造型語言便是特征棱線強弱一致或強弱均勻變化，如此特征棱線的強弱趨勢便得以控制，使得造型特征棱線更具設計感。

4 相鄰特征棱線間關(guān)系

在汽車設計過程中，設計師通常會先提煉幾條主特征棱線，然后根據(jù)這幾條主特征棱線推敲與之相鄰的細節(jié)特征，從而豐富整車造型設計。

通常情況下，設計師會從前/后視圖、左/右視圖、頂視圖去推敲相鄰特征棱線，要求其距離相等呈平行關(guān)系，或這兩組相鄰特征棱線趨勢一致且距離均勻變化。若其在各個視圖中均平行，即距離相等，那么由這兩組特征棱線橋接形成的曲面光影也與棱線平行，如圖12所示平行光影;若相鄰棱線不平行，但趨勢一致，且棱線之間的距離由大（小）到?。ù螅┚鶆蜃兓敲从善錁蚪有纬傻那婀庥半m不平行，但趨勢與棱線一致，如圖13所示趨勢一致的光影;若相鄰特征棱線趨勢不一致，距離忽大忽小，那么由其橋接出的型面光影則無規(guī)律可循。相鄰特征線之間有了良好的關(guān)系，汽車外表面也就呈現(xiàn)出有條不紊的光影，由此而得的產(chǎn)品將更具設計感，更加有品質(zhì)。

5 結(jié)束語

本文從造型特征棱線的光順性、強弱趨勢、相鄰特征棱線之間關(guān)系三方面闡述汽車型面設計中造型特征棱線的設計，為特征棱線的設計和評價提供了參考，希望能借此提高型面設計的效率，為汽車造型開發(fā)設計貢獻一份力量。

參考文獻：

[1] 陳汗青.產(chǎn)品設計[J].華中科技大學出版社，2005.

[2] 張冰.人機工程在汽車總布置設計中的應用[J].裝備制造技術(shù)，2005.

[3] 馬鐵利.車身class A曲面模型的構(gòu)造[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2005.

[4] 羅偉，孫大鵬，程鵬，程威.淺析汽車造型設計中的CAS[J].輕型汽車技術(shù)，2011.

[5] 胡錦春.汽車A面設計中的數(shù)學分析與應用[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2013.