論計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)汽車造型技術(shù)

官福玉 武寶 尹伯睿 肇恒順

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人均收入日漸增長(zhǎng)。人們?cè)诮?jīng)濟(jì)和生活質(zhì)量的雙重刺激向逐漸開(kāi)始追求生活的品質(zhì)。汽車，是人們出行的交通工具，目前隨著人們生活水平的提升而開(kāi)始得到廣泛的普及?；疽呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了多部分家庭的常規(guī)配備。汽車造型設(shè)計(jì)最初是進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)行的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和功能逐漸強(qiáng)大而得以在汽車造型設(shè)計(jì)中的使用。本篇文章首先介紹了汽車造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用的幾種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，并闡述其在汽車設(shè)計(jì)流程中的作用，最后分析計(jì)算機(jī)輔助汽車造型設(shè)計(jì)的技術(shù)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：汽車造型;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);應(yīng)用

引言

汽車產(chǎn)業(yè)近年來(lái)在強(qiáng)大的市場(chǎng)體制和用戶需求的刺激下得以快速的發(fā)展，我國(guó)的汽車制造業(yè)在技術(shù)上也逐漸發(fā)展成熟，越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)汽車產(chǎn)品得到了人們的青睞。而汽車造型設(shè)計(jì)主要是依據(jù)時(shí)代的流行趨勢(shì)和人民大眾對(duì)汽車造型的審美習(xí)慣以及藝術(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合汽車某些方面節(jié)能降耗要求而進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)的過(guò)程。汽車造型設(shè)計(jì)目前主要依靠的是計(jì)算機(jī)軟件輔助下得以實(shí)現(xiàn)的。在汽車制造成產(chǎn)的早期大多數(shù)設(shè)計(jì)多為手繪圖紙，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用因其精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)定和細(xì)致的線性繪圖功能的逐漸得到汽車造型設(shè)計(jì)的應(yīng)用。事實(shí)上，現(xiàn)階段很多設(shè)計(jì)行業(yè)都在使用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，例如建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)等等方面都在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。

一、汽車造型設(shè)計(jì)的重要性及我國(guó)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，世界汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤設(shè)計(jì)制造技術(shù)基本成熟，新車競(jìng)爭(zhēng)便主要體現(xiàn)在車身造型和電子設(shè)備的更新上。目前，在一款新車型的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，40%的設(shè)計(jì)師和工程師是在從事與車身相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作。車身與汽車電子已經(jīng)成為目前汽車整車產(chǎn)品中最活躍的因素。造型能體現(xiàn)汽車外觀特點(diǎn)，是汽車評(píng)價(jià)中最直觀、最富有感染力的部分。好的造型對(duì)提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，反映企業(yè)文化有著重要意義。對(duì)于我國(guó)目前的情況來(lái)說(shuō)，在車身造型設(shè)計(jì)方面，與國(guó)外有名的汽車制造公司和汽車設(shè)計(jì)公司存在較大的差距。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，我們所謂的設(shè)計(jì)很大程度上是在摹仿人家成熟的車型，然后做一些適當(dāng)?shù)男薷模嬲饬x上的自主開(kāi)發(fā)是鳳毛麟角。雖然國(guó)內(nèi)的獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)公司有幾十家，但是真正完全具備了包括高級(jí)轎車在內(nèi)的汽車整車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，并達(dá)到國(guó)際水平的大公司卻屈指可數(shù)。對(duì)于本土設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，合資技術(shù)中心做的比較好，原因在于國(guó)際汽車公司為其提供了全球技術(shù)資源共享和富有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)專家，使其能夠在較短的時(shí)間內(nèi)提高研發(fā)能力，并形成了核心競(jìng)爭(zhēng)力。

二、計(jì)算機(jī)軟件在造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用以及存在的問(wèn)題

筆者比較贊同大量使用效果圖來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的好壞?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，因此合理的選擇軟件，能有效而迅速地制作出大量效果圖。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高效率的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件得到廣泛應(yīng)用，不僅大大提高了產(chǎn)品表現(xiàn)速度，還可以逼真地表現(xiàn)出產(chǎn)品的材料和色澤，通過(guò)變換不同的視角和不同的環(huán)境可以獲得多種表現(xiàn)方案。市場(chǎng)上現(xiàn)有的三維軟件很多，三維軟件分為 2大類：藝術(shù)類和工程類，在建筑設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，已經(jīng)開(kāi)始大量使用效果圖來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。也就是說(shuō)在工程方案尚未確定前，通過(guò)制作三維模型的渲染效果圖來(lái)表現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。在效果圖的制作中，3dsmax以其簡(jiǎn)潔的制作流程和強(qiáng)大的渲染能力成為主導(dǎo)軟件，占據(jù)了大部分市場(chǎng)。在汽車設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往可以提出很多設(shè)計(jì)方案，如果把這些方案用平面手繪圖和色彩效果圖來(lái)表示，就不夠真實(shí)，缺乏立體感;全部制成油泥模型，又會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和財(cái)力;如果用工程軟件去做，由于工程軟件的嚴(yán)謹(jǐn)性，需要大量的制作時(shí)間和精力，因此筆者建議使用藝術(shù)類軟件，比如3dsmax具有快捷性和隨意性，可以較快的生成三維數(shù)字模型并進(jìn)行照片級(jí)的渲染，甚至可以導(dǎo)出STL文件在三維打印機(jī)上直接生成實(shí)物模型。因此，在汽車的概念設(shè)計(jì)中，選擇藝術(shù)類軟件相比工程類軟件更為合適。藝術(shù)類軟件和工程類軟件都發(fā)展得比較成熟，但是兩類軟件之間缺乏溝通，因而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在著概念設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)2個(gè)階段，這種情況對(duì)于提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率是極為不利的。之所以2類軟件交流困難是因?yàn)樗囆g(shù)類軟件普遍采用多邊形網(wǎng)格算法，而工程軟件使用的是 NURBS算法，2類算法截然不同。

三、關(guān)于幾種汽車造型設(shè)計(jì)相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件

目前在設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中較為流行和常用的軟件包含了CAD設(shè)計(jì)軟件、CAID計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及CAS計(jì)算機(jī)輔助汽車造型設(shè)計(jì)軟件。CAD是較為寬泛的設(shè)計(jì)制圖軟件，其應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，包含了建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、工業(yè)零部件設(shè)計(jì)、機(jī)械制造設(shè)計(jì)等等方面，能夠滿足多領(lǐng)域的設(shè)計(jì)需求。也是使用時(shí)間較長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)輔助軟件。CAID計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件就具有了一定的專業(yè)適用領(lǐng)域，其主要是應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，算是較為新穎的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)輔助，比較著重與對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率較之CAD有了很大程度上的提升和改良，算是CAD的升級(jí)版本。而CAS計(jì)算機(jī)輔助軟件是專門用于汽車造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，其具有極高的汽車設(shè)計(jì)數(shù)字化特點(diǎn)和能夠滿足多數(shù)汽車行業(yè)的特殊要求。汽車造型設(shè)計(jì)不但需要具備極高的穩(wěn)定性考慮，還要結(jié)合一定的藝術(shù)美感和空間美學(xué)的融入。因此需要能夠滿足大眾的眼光和審美觀，還要能夠起到獨(dú)特性魅力的作用。此外還需要考慮汽車的材料屬性和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定等條件，還要包括車輛駕駛體驗(yàn)、視覺(jué)影像效果、嘉時(shí)速度等多方面的考慮。尤其是在行駛速度、行車平溫度和是否增加油耗等方面更加需要重點(diǎn)考量。而目前在汽車造型領(lǐng)域當(dāng)中較為流行的專業(yè)概念的計(jì)算機(jī)輔助工具要數(shù)-A面。其是在汽車設(shè)計(jì)采用CAS設(shè)計(jì)周后確定設(shè)計(jì)方案并根據(jù)方案數(shù)據(jù)全比例油泥模型進(jìn)行逆向建模而成的數(shù)字模型構(gòu)建輔助設(shè)計(jì)軟件。而且能夠針對(duì)一些工程的細(xì)節(jié)問(wèn)題例如分縫線、制造細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化和改善曲面質(zhì)量，使汽車造型的曲面達(dá)到或超出制造要求。

四、現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

任何一款新型汽車的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)都極為復(fù)雜，需要考慮的因素眾多，影響因素也十分復(fù)雜。通常設(shè)計(jì)一款新型汽車首先需要進(jìn)行市場(chǎng)的車型定位，即定位消費(fèi)人群，人群消費(fèi)傾向、年齡特點(diǎn)、喜好傾向等方面的調(diào)查，然后是進(jìn)行初期的市場(chǎng)調(diào)查定位分析，分析目前流行或人們大眾偏好的風(fēng)格或車型、功能等條件。其次是進(jìn)行初期的車型草圖繪制，初步建立模型效果圖繪制，并進(jìn)行多款車型的草圖繪制以便提供篩選，在初步選定汽車造型后進(jìn)行小比例的模型制作，再根據(jù)分析和要求進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整，在經(jīng)過(guò)初期和反復(fù)的調(diào)整之后再進(jìn)行全比例的汽車模型構(gòu)建，然后根據(jù)實(shí)際的要求和修改意見(jiàn)進(jìn)行再次的反復(fù)調(diào)整和修改，并建立多方位的特征截面圖，最后設(shè)計(jì)出總的布置詳圖等。在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)未研發(fā)和普及的時(shí)代，汽車設(shè)計(jì)工作需要大量的設(shè)計(jì)人員和通過(guò)幾輪的事物模型進(jìn)行整體形態(tài)和細(xì)節(jié)部分的分析、推敲和慎重的判斷，這些汽車設(shè)計(jì)的事物模型制造周期極為漫長(zhǎng)，期間還要進(jìn)行細(xì)節(jié)部分的隨時(shí)調(diào)整，所涉及的人力和物力極為龐大。尤其是在新的市場(chǎng)需求建立之后傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程根本無(wú)法滿足市場(chǎng)要求，所有設(shè)計(jì)過(guò)程都需要重新建立，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用極大的縮減了設(shè)計(jì)成本和時(shí)間成本，其也是時(shí)代發(fā)展所帶來(lái)的益處。應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)之后的汽車造型設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)化了很多，首先是車型定位，然后是市場(chǎng)汽車元素和目標(biāo)客戶群體定位和偏好調(diào)查，其次是進(jìn)行草圖的繪制和效果圖制作，其三是在經(jīng)過(guò)效果圖篩選后進(jìn)行數(shù)字化建模方案和小比例油泥模型制作，然后經(jīng)過(guò)數(shù)字化渲染、展示、細(xì)節(jié)研究、評(píng)審和全比例模型模型的制作。在進(jìn)入后期的A面模型階段之后再進(jìn)行工程、制造的數(shù)據(jù)配合和市場(chǎng)滿足和質(zhì)保等要求的高質(zhì)量曲面設(shè)計(jì)效果調(diào)查。這一整套流程當(dāng)中最大的時(shí)間成本是模型的建造。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程相比其實(shí)物模型的建設(shè)都是在設(shè)計(jì)確定之后，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中還包含了法律法規(guī)的相關(guān)規(guī)定和實(shí)際驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)剛度試驗(yàn)，除去一些外飾件和內(nèi)飾件以及發(fā)動(dòng)機(jī)、地板等諸多零部件以外都要進(jìn)行實(shí)物模型的制作。而有了CAS計(jì)算機(jī)輔助的加入后節(jié)省了大部分的實(shí)物建模時(shí)間，通過(guò)數(shù)字建模就能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)實(shí)物模型的模擬試驗(yàn)，極大的節(jié)省了成本投入。而且也提高了設(shè)計(jì)研發(fā)汽車造型的精度和靈活性，也降低了設(shè)計(jì)時(shí)間和所涉及的人力資源消耗。

五、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)下的汽車產(chǎn)銷之間的關(guān)系分析

CAS主要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是數(shù)字建模以及對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)準(zhǔn)表達(dá)以及實(shí)物模型的精準(zhǔn)構(gòu)建。其在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠根據(jù)大部分的市場(chǎng)定位和客戶群體性傾向進(jìn)行設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確風(fēng)格定位，同時(shí)也能夠在功能上加以強(qiáng)化和改善。并將設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)意圖的高品質(zhì)曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的表達(dá)。在數(shù)據(jù)制作結(jié)束之后也能夠通過(guò)渲染軟件將模型制作成為具有實(shí)際效果的實(shí)時(shí)影像，再結(jié)合動(dòng)畫采取投影的形式將其直觀的展現(xiàn)在人們的面前，最大程度上將汽車造型的所有優(yōu)缺點(diǎn)展現(xiàn)給人們，以便于決策層和消費(fèi)者們進(jìn)行篩選和意見(jiàn)的提取。在工程制造方面。CAS的功能和模型數(shù)據(jù)也能夠?qū)崿F(xiàn)與其他設(shè)計(jì)研發(fā)工序的無(wú)縫對(duì)接。其所設(shè)計(jì)的模型數(shù)據(jù)都是采用的特定格式進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和發(fā)布的。并在PDM上產(chǎn)生位移的零件號(hào)和版本號(hào)，汽車制造工程部門會(huì)依據(jù)這些設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取，并結(jié)合其它的功能要求進(jìn)行性能上的試驗(yàn)，例如安全、質(zhì)保水平、電子電器功能、發(fā)動(dòng)機(jī)性能配備等多方項(xiàng)的考量與分析之后再根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行可行性分析、安全法規(guī)程度驗(yàn)證、流體力學(xué)研究和人際工程學(xué)分析等方面的考量。同樣，計(jì)算機(jī)輔助軟件在市場(chǎng)推廣方面也獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，其能夠直接將新車展現(xiàn)在消費(fèi)者面前，并全方位、立體的展示，不會(huì)受到天氣、場(chǎng)地因素的限制，其宣傳推廣成本也得到了大幅度的節(jié)省。

六、計(jì)算機(jī)輔助軟件的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

從汽車造型設(shè)計(jì)角度來(lái)講，未來(lái)設(shè)計(jì)輔助將會(huì)逐漸向智能化、更具真實(shí)感的虛擬現(xiàn)實(shí)化的方向發(fā)展，對(duì)汽車設(shè)計(jì)的概念也會(huì)逐漸更加深入的認(rèn)知，對(duì)汽車造型設(shè)計(jì)的模擬也必將會(huì)達(dá)到更高的高度。屆時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)實(shí)現(xiàn)更加自然的人機(jī)互動(dòng)交流，設(shè)計(jì)方案也將更加具備創(chuàng)新性質(zhì)。甚至實(shí)現(xiàn)高度的智能集成設(shè)計(jì)。汽車行業(yè)也必將在這一助力下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體生命周期性的設(shè)計(jì)模式，將概念設(shè)計(jì)的結(jié)果集成為更具時(shí)代特征和功能特點(diǎn)的新概念方案。

七、結(jié)束語(yǔ)

隨著專業(yè)性要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，很多計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)始逐漸向?qū)I(yè)化應(yīng)用方向發(fā)展，汽車造型軟件也不例外，其設(shè)計(jì)功能逐漸強(qiáng)大，而且所呈現(xiàn)的視覺(jué)效果也更加立體和直觀。設(shè)計(jì)也更為精密和復(fù)雜。未來(lái)計(jì)算機(jī)輔助軟件在汽車造型設(shè)計(jì)中必然會(huì)更加快捷和高質(zhì)量的運(yùn)用，且在功能上也會(huì)更加全面和強(qiáng)大。

參考文獻(xiàn)：

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