正逆向設(shè)計在電動車外觀曲面造型設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘? 要：產(chǎn)品開發(fā)迭代一般采用正向工程設(shè)計，改型升級過程中根據(jù)設(shè)計需求進行二維效果圖繪制，利用三維建模結(jié)合快速成型技術(shù)制作樣品來確定設(shè)計方案，在方案調(diào)整修改過程中耗費大量時間。針對正向設(shè)計流程存在周期過長的問題，提出基于Geomagic Studio、Alias與UG軟件的正向設(shè)計與逆向建模相結(jié)合設(shè)計方法，通過電動車局部造型設(shè)計實踐對此方法進行驗證。此方法探索了針對產(chǎn)品改型設(shè)計的新途徑，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，減少了數(shù)據(jù)與實物裝配誤差的同時保證了曲面質(zhì)量，為其他工程領(lǐng)域提供了設(shè)計經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：正向設(shè)計；逆向工程；Class-A曲面；電動車設(shè)計

基金項目：本文系2022年度校級質(zhì)量工程與教學(xué)改革項目“廣東第二師范學(xué)院—花都大華村大學(xué)生社會實踐教學(xué)基地”（2022dxsjd02）；2020年廣東省高等教育教學(xué)改革項目“基于實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的藝術(shù)設(shè)計學(xué)科實驗教學(xué)研究”研究成果。

隨著工業(yè)設(shè)計與制造方式的巨大改變，傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計流程設(shè)計師通過CAD軟件表達自己的設(shè)計意圖，生產(chǎn)制造階段大多也離不開CAD制圖。在整個產(chǎn)品開發(fā)過程中，每個環(huán)節(jié)都要反復(fù)確認保證無誤才能進行下一階段的工作，每個階段都存在著不同的主觀經(jīng)驗判斷情況，如因為前期小的失誤導(dǎo)致整個流程推翻重新設(shè)計。

隨著計算機輔助設(shè)計的發(fā)展，各類正向設(shè)計軟件使用在產(chǎn)品開發(fā)中的比重越來越高，設(shè)計效率大幅度提高。正向設(shè)計軟件主要指的是通過CAD軟件表達設(shè)計師的設(shè)計意圖，然后無縫銜接到CAD類軟件進行三維建模、運動仿真、有限元分析等，最后通過CAM類軟件完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造。正向設(shè)計目前在產(chǎn)品開發(fā)中還是主流的設(shè)計程序與方法，參數(shù)化的設(shè)計方式讓產(chǎn)品后期調(diào)整變得更加方便，比如在模具設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)造型存在拔模倒拔現(xiàn)象，只需要在造型設(shè)計結(jié)構(gòu)樹中調(diào)整拔模角度參數(shù)，與之相關(guān)聯(lián)的造型特征將自動修正。然而在碰見產(chǎn)品局部改型優(yōu)化設(shè)計且曲面形態(tài)復(fù)雜的情況，正向設(shè)計不能很好地滿足需求。這時逆向設(shè)計思路應(yīng)運而生。

單一靠正向設(shè)計與逆向設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)過程中都存在弊端，在產(chǎn)品局部造型改型過程中正向設(shè)計存在方案修改導(dǎo)致周期過長的問題，而僅僅只靠逆向建模存在著曲面質(zhì)量較差、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)過大，以及模具設(shè)計分型困難等問題，逆向過程僅適合對某個零件進行復(fù)刻而不利于創(chuàng)新，因此針對復(fù)雜曲面形態(tài)的局部改型設(shè)計提出正逆向混合設(shè)計方法，提升產(chǎn)品的開發(fā)效率。

一、基本流程

正逆向設(shè)計主要分為三個階段：進行曲面在產(chǎn)品局部改型設(shè)計時，首先設(shè)計師利用二維效果圖確定造型方向，在確定基本造型后油泥師在原有產(chǎn)品上對設(shè)計圖進行還原。然后運用三維掃描儀對油泥模型進行掃描獲取點云數(shù)據(jù)（如圖1），運用Geomagic Studio對點模型進行預(yù)處理并導(dǎo)出STL格式文件，將網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)置入Zbrush等雕刻軟件中對網(wǎng)格模型進行局部調(diào)整，也可直接將STL格式文件導(dǎo)入Alias、Rhino等CAID軟件中進行正逆向建模工作[1]。得到Nurbs曲面數(shù)據(jù)后，運用NX、CATIA等CAD軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)據(jù)優(yōu)化。最終通過快速成型制作局部設(shè)計造型樣品，與上一代產(chǎn)品進行裝配驗證。

二、點云數(shù)據(jù)處理

通過三維測點工具對樣品進行掃描獲取原始點云數(shù)據(jù)，將掃描的asc格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Geomagic Studio中通過手動刪除雜點，設(shè)置敏感值去除體外孤點的方式進行點處理，然后通過減少噪音命令降低掃描所產(chǎn)生的噪點，通過減少噪點操作能更好地展現(xiàn)掃描體的真實形狀，減少噪點操作后會產(chǎn)生多余的點云數(shù)據(jù)，可直接手動刪除，最后通過統(tǒng)一采樣對一些重疊部分的點云進行消除，這樣保證了形體完整性也精簡了點云數(shù)據(jù)。導(dǎo)出點云數(shù)據(jù)前可旋轉(zhuǎn)觀察數(shù)據(jù)是否存在破面等情況，遇到破面可以通過網(wǎng)格醫(yī)生工具對其進行修復(fù)再進行導(dǎo)出。

三、逆向曲面重構(gòu)方式

曲面重構(gòu)是逆向過程的關(guān)鍵，通過對網(wǎng)格模型的曲面重構(gòu)能獲得可編輯性更強的nurbs曲面模型，在逆向過程中分為兩種方式進行曲面重構(gòu)，第一種是利用網(wǎng)格模型拓撲優(yōu)化進行重拓撲快速構(gòu)建四邊面進行逆向。第二種是通過nurbs曲面進行分面與拆面技巧進行曲面逆向。

網(wǎng)格重拓撲進行逆向設(shè)計。利用重拓撲功能將mesh網(wǎng)格模型快速轉(zhuǎn)化為四邊面，重拓撲分為自動擬合與手動擬合兩種方式，自動擬合可以通過網(wǎng)格工具對閉合網(wǎng)格三角面進行自動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模型可以進行實體化編輯，手動擬合需要對網(wǎng)格模型特征通過細分（subdivision）、擠壓（extrude）等工具以polygon建模方式構(gòu)建曲面進行擬合。這兩種擬合方式各有優(yōu)缺點，由于自動擬合可以通過限定網(wǎng)格生成數(shù)量來決定擬合后的曲面與網(wǎng)格模型的貼合度，因此自動擬合這種方式適合構(gòu)建各類對曲面表面質(zhì)量要求不高且后期不需要進行正向設(shè)計修改的產(chǎn)品，比如工藝品造型形態(tài)、輕量化的支撐構(gòu)件等。手動拓撲擬合則適應(yīng)與類似片體形態(tài)且零部件較多造型特征，由于手動拓撲能夠控制曲面數(shù)量，因此手動拓撲擬合在后期修改造型方面更加靈活且曲面質(zhì)量更好。

以曲線構(gòu)建曲面進行逆向設(shè)計。在Alias軟件中使用投影工具對mesh網(wǎng)格的特征部位投影，或者使用Cross SectionEditor工具對網(wǎng)格模型進行分段投影，獲取投影線后需要對其進行精簡擬合，這一步驟是構(gòu)建高質(zhì)量曲面的關(guān)鍵，以精簡曲線為基礎(chǔ)利用混接（Blend）、放樣（Loft）、剪切（Trim）、匹配（Align）等手段構(gòu)建nurbs曲面來擬合網(wǎng)格模型，當構(gòu)建的曲面與網(wǎng)格模型之間存在較大的間隙，需要分析網(wǎng)格模型特征是否需要拆分多張曲面進行拼合，單張曲面的CV（Control Vertex）控制點數(shù)量是否滿足造型調(diào)整需求，若CV控制點數(shù)量不夠則需要根據(jù)實際要求在UV方向上增加CV點數(shù)量，再對CV點進行位置微調(diào)，從而使得曲面無線接近參考的網(wǎng)格模型，如圖2網(wǎng)格模型與曲面間隙檢測圖所示，當曲面與網(wǎng)格間隙在1mm以內(nèi)，造型區(qū)域呈現(xiàn)綠色，當間隙大于1mm則呈現(xiàn)橙紅與藍紫色。在高質(zhì)量曲面構(gòu)建過程中如果能夠貼合模型的情況下盡量減少CV點數(shù)量，這樣能保證曲面質(zhì)量且模型數(shù)據(jù)量較小。在曲面構(gòu)建完成后可以通過間隙檢測工具對曲面與mesh網(wǎng)格之間的距離具體數(shù)值進行分析測量，相比在建模過程中通過表面顏色來表示曲面是否滿足公差內(nèi)要求來說，間隙檢測更加精準（如圖3），以電動車前面板特征曲面為例，通過測量工具得到mesh與nurbs曲面之間的偏差值，并且得到偏差值表（如表1），參考位置與測量位置是網(wǎng)格與曲面監(jiān)測點的坐標值，通過坐標得出兩者相差的間隙值，這樣能快速找到曲面與網(wǎng)格之間偏差較大的具體位置進行調(diào)整。

特征曲線構(gòu)造曲面的逆向設(shè)計主要應(yīng)用在一些表面反射光順程度較高的項目，比如交通工具類、衛(wèi)浴潔具類等產(chǎn)品，相比網(wǎng)格重拓撲逆向來說特征線構(gòu)建曲面在曲面質(zhì)量控制、后期造型修改、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對接方面更有優(yōu)勢。然而，這種方式在構(gòu)建復(fù)雜曲面的過程中需要設(shè)計者有較好的曲面建模能力，碰到復(fù)雜的曲面形態(tài)時，也非?？简炘O(shè)計師對形態(tài)的觀察與控制能力。因此，在項目中如何靈活結(jié)合兩種方式是提高正逆向設(shè)計效率的關(guān)鍵，從造型曲面質(zhì)量要求上來說，對于曲面要求較高的部分會采用特征線構(gòu)建曲面方式，零件較小且表面質(zhì)量要求相對低的則采用重拓撲方式。從造型曲面復(fù)雜程度上來說，復(fù)雜形態(tài)以Mesh模型為基準，進行反復(fù)推敲造型方案的部分可以先采用重拓撲方式構(gòu)建Polygon模型，在這個基礎(chǔ)上推敲造型方案，確定最終形態(tài)后采用特征線構(gòu)造曲面方式構(gòu)建高質(zhì)量曲面。簡單形態(tài)則可以直接采用特征曲線構(gòu)造曲面方式進行正逆向設(shè)計。

四、曲面類型與質(zhì)量評價

（一）曲面類型

對產(chǎn)品造型表面要求較高的產(chǎn)品，曲面質(zhì)量非常關(guān)鍵，逆向擬合與正向建模所用到的曲面技術(shù)主要有基于Bezier曲線的曲面構(gòu)造與基于B-Spline曲線的曲面構(gòu)造以及基于T-Spline細分曲面構(gòu)造這三種形式。實際項目中可以根據(jù)三者的技術(shù)特性進行靈活運用。

1.Bezier曲線的數(shù)學(xué)表達式定義為：? ? ? ?其中為貝塞爾曲線控制點，由這些控制點確定貝塞爾曲線形態(tài)，為貝塞爾曲線基函數(shù)，是一個多項式，公式為：，其中表示貝塞爾曲線階數(shù)，表示控制點的下標，控制點個數(shù)=階數(shù)+1[2]。貝塞爾曲線作為二維圖形應(yīng)用程序的數(shù)學(xué)曲線，由一組控制點的向量來確定，給定的控制點按順序連接構(gòu)成控制多邊形，貝塞爾曲線逼近這個多邊形，進而通過調(diào)整控制點坐標來改變曲線形狀。因此Bezier曲線在描述復(fù)雜曲線時更有優(yōu)勢。

2.B-Spline曲線的數(shù)學(xué)表達式定義為：。稱為階次B樣條基函數(shù)，是繪制次數(shù)，其中可以是2到控制點個數(shù)之間的任意整數(shù)[2]?？梢钥闯鯞ezier曲線階數(shù)和次數(shù)是一樣的，而B樣條的階數(shù)則是次數(shù)加1。相比Bezier曲線B-Spline在修改局部更有優(yōu)勢，Bezier修改局部容易引起其他位置的形態(tài)變化。

3.T-Spline曲線的數(shù)學(xué)表達式定義為：

其中，表示T樣條控制頂點;表示該控制頂點對應(yīng)的權(quán)值;表示該控制頂點對應(yīng)的基函數(shù)[3]。T樣條使用B樣條基函數(shù)，T-Spline且結(jié)合了Nurbs和細分表面建模技術(shù)的特點，不僅繼承了Nurbs的優(yōu)良性質(zhì)，還極大的減少模型表面控制點數(shù)目，有利于建模效率與渲染速度的提升。

這三種技術(shù)在曲面建模過程中優(yōu)缺點如表2，在正逆向設(shè)計過程中可以根據(jù)設(shè)計要求采用不同的技術(shù)手段靈活運用提升設(shè)計效率。

（二）曲面質(zhì)量評價

曲面質(zhì)量則是影響產(chǎn)品實際外觀效果的重要因素，曲面作為構(gòu)造產(chǎn)品形態(tài)的基本元素，曲面構(gòu)造方法對曲面形態(tài)的設(shè)計以及曲面質(zhì)量的影響起到關(guān)鍵作用。在實際項目中可根據(jù)設(shè)計需求使用不同的曲面類型進行創(chuàng)建。

1.復(fù)雜曲面與B級曲面質(zhì)量評價。復(fù)雜曲面采用Bezier構(gòu)造方式創(chuàng)建速度快，對于表面形態(tài)變化豐富特征較多的Mesh網(wǎng)格，可以通過特征線投影形成多條曲線，然后采用雙軌（Sweep）、放樣（Loft）等曲面成型工具快速構(gòu)建一整張曲面，這種構(gòu)建方式對于逆向形態(tài)的曲面擬合包裹性好且精度較高，不需要考慮單Span曲面拼接之間的連續(xù)性問題，然而Bezier創(chuàng)建曲面的CV點與階數(shù)較多，不利于后期曲面調(diào)整。因此Bezier曲面往往用在一些對產(chǎn)品表面廣順反射要求不高的B級曲面以及半徑較小的倒角面造型上，比如汽車內(nèi)飾的儀表臺倒角面造型、電動車部分采用工程塑料材質(zhì)的部件造型?？梢钥闯鰧τ诒砻娣瓷湟蟛桓咔倚螒B(tài)復(fù)雜的B級曲面，曲面質(zhì)量評價主要以形態(tài)表達的準確性以及逆向貼合度為主。

2.特征曲面與A級曲面質(zhì)量評價。工業(yè)產(chǎn)品造型的外觀面通常采用B-Spline曲線構(gòu)建單Span的精簡曲面，對于外觀表面反射質(zhì)量要求較高的Class-A曲面通常采用精簡曲面進行構(gòu)建，因此在逆向擬合造型面時需要對提取的特征線使用Fit curve工具擬合精簡，然后再通過四邊成型工具（Square）、雙軌（Sweep）構(gòu)建曲面，對于特征曲面形態(tài)簡單的區(qū)域可以采用自動擬合點云工具（Srfmsh）構(gòu)建特征曲面。然而單曲面由于其曲面特性決定了復(fù)雜造型只能通過曲面拼接的方式進行構(gòu)建，因此在復(fù)雜曲面構(gòu)建過程中，需要考慮曲面的拼接方式以及曲面的銜接精度問題。

曲面的拼接方式是根據(jù)產(chǎn)品表面的形態(tài)來決定的，在使用精簡曲面構(gòu)建表面形態(tài)時需要先制作大的曲面特征，再制作小的曲面特征，同時需要觀察細微的曲面走勢變化，不同的走勢變化決定了不同的曲面銜接思路。對基礎(chǔ)造型曲面進行倒角，倒角分面1將1、2、3號曲面銜接處剪切出過度區(qū)域，直接使用橋接（Blend）工具制作倒角面，可以看出4號曲面位置反射斑馬紋過渡柔和。倒角分面2采用了先制作半徑較大的倒角然后再制作半徑較小的倒角方式，這種倒角面構(gòu)建方式可以看出倒角曲率較小，斑馬走勢通過倒角貫穿整個造型。倒角分面3則采用了比較常用的Y型倒角方式，將所有倒角區(qū)域的曲面先制作完成，然后對倒角交匯的五邊區(qū)域進行修剪達到形成四邊區(qū)域條件，再構(gòu)建四邊曲面完成制作，這種倒角分面方式可以看出在交匯處的斑馬走勢有所扭曲，由于交匯處的曲面與周邊銜接關(guān)系復(fù)雜，因此在倒角曲面走勢調(diào)整上難度相對較大（如圖4）。

曲面銜接精度指的是符合曲面連續(xù)性要求的曲面與曲面之間縫隙值。曲面的連續(xù)性指的是曲面與曲面之間銜接的光順程度，目前對于曲面銜接處連續(xù)性檢測分別以G0，G1，G2，G3進行區(qū)分，如圖5曲面連續(xù)性檢測圖所示，G0代表曲面之間銜接為位置關(guān)系，銜接處的斑馬紋反射為折線。G1代表曲面銜接處為相切關(guān)系，雖然是圓弧面過渡，但是通過曲率梳可以看出銜接處變化急劇，表面反射斑馬順暢度一般。G2代表曲面銜接處為曲率連續(xù)，其銜接處為連續(xù)變化曲率，銜接處表面反射順暢度較好。G3代表曲率變化率連續(xù)，其銜接處曲率梳變化緩和，這種平滑的變化效果使得曲面表面斑馬反射效果非常順暢。使用Nurbs進行構(gòu)造的Class-A曲面可以看出不同的分面方式?jīng)Q定了曲面的形態(tài)，曲面之間的銜接連續(xù)性決定了曲面銜接的順暢程度，可以通過曲面的斑馬紋反射，曲率梳變化，銜接處的曲率檢測來判定Nurbs曲面質(zhì)量。從A級曲面構(gòu)建條件以上可以看出特征曲面與A級曲面的質(zhì)量評價注重產(chǎn)品的形態(tài)比例與表面的光影反射。

3.基于T-Spline的異形曲面質(zhì)量評價。T-Spline構(gòu)建的曲面結(jié)合了Subdivision細分曲面與Nurbs曲面的雙重優(yōu)勢，在碰到復(fù)雜的曲面形體構(gòu)建時，T-Spline曲面能快速地創(chuàng)建形體，再利用Nurbs曲面構(gòu)造的優(yōu)勢完善產(chǎn)品細節(jié)。雖然形態(tài)創(chuàng)建與修改比較方便，然而在工程對接以及精確尺寸方面卻難以控制。因此可以看出在正逆向曲面構(gòu)建中，對于T-Spline構(gòu)建的Nurbs曲面質(zhì)量評價，主要觀察符合造型要求的細分曲面數(shù)量，以最少的細分曲面數(shù)量保持所需的形態(tài)，同時盡可能構(gòu)建四邊細分面，避免多變面而產(chǎn)生的表面斑馬反射扭曲的情況。

五、基于Alias與UG的正逆向造型設(shè)計

形態(tài)較為復(fù)雜的產(chǎn)品在升級迭代的過程中，使用正逆向結(jié)合的方式可以提升開發(fā)效率，Alias作為一款專業(yè)的正逆向輔助設(shè)計軟件，在正向設(shè)計與逆向造型方面有著非常大的優(yōu)勢[4]。通過Geomagic Studio進行點云數(shù)據(jù)處理導(dǎo)出STL格式文件，將STL文件置入Alias后調(diào)整其坐標位置，Alias工具箱中有針對Mesh網(wǎng)格模型調(diào)整修復(fù)的工具集，可以使用分割工具對Mesh網(wǎng)格進行部件拆分，為后期逆向建模做準備。Alias在曲面逆向中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高質(zhì)量曲面構(gòu)建效率方面，其歷史記錄工具與曲面銜接匹配工具相結(jié)合，在曲面形態(tài)調(diào)整上具有非常高的效率。同時Alias也集成了正向設(shè)計所需的模塊，設(shè)計者可以直接在Mesh網(wǎng)格模型上創(chuàng)建畫布進行效果圖繪制，在確定設(shè)計方案后，采用正逆向建模結(jié)合的方式快速構(gòu)建產(chǎn)品的外觀曲面。在完成工程曲面并通過曲面質(zhì)量評估后，將曲面數(shù)據(jù)倒入到UG軟件中進行縫合并制作成實體模型，同時對曲面進行拔模分析，對不符合工程要求的曲面進行微調(diào)以保證結(jié)構(gòu)合理性，完成結(jié)構(gòu)細節(jié)后通過3D打印技術(shù)或快速成型方式制作樣品進行裝配驗證[5]。

六、電動車外觀造型設(shè)計實踐

以電動車外觀造型設(shè)計為例，對于車型局部改型升級的設(shè)計需求非常普遍，這類項目對外觀造型要求較高，且設(shè)計周期短，因此非常注重產(chǎn)品的設(shè)計效率。而在交通工具類項目中靈活使用正逆向設(shè)計手段能提升設(shè)計效率。

（一）數(shù)據(jù)獲取與效果圖繪制

首先對需要進行設(shè)計升級的樣車進行掃描測點獲取點云數(shù)據(jù)，由于電動車外殼表面具有較強的反射效果，因此需要對其表面噴灑一層顯像劑，同時在車體表面均勻帖上磁貼，方便掃描定位使數(shù)據(jù)更加精準。掃描完成后將數(shù)據(jù)倒入到Geomagic Studio進行點云數(shù)據(jù)處理。獲取原始車型數(shù)據(jù)后將其置入Alias中調(diào)整坐標并進行效果圖繪制（如圖6），電動車改型升級的設(shè)計往往需要考慮部件尺寸匹配問題，由于產(chǎn)品只是局部進行造型修改，因此在設(shè)計的過程中除了與保留部件邊沿匹配之外，還需要考慮到風(fēng)格的統(tǒng)一，設(shè)計過程中需要對造型特征反復(fù)推敲，同時制作多套方案進行評選。

（二）油泥制作與數(shù)據(jù)獲取

油泥制作是電動車造型設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，對于造型復(fù)雜的曲面形態(tài)以及有一定空間體積的產(chǎn)品，使用軟件直接進行效果圖正向建模會存在較多問題。首先，效果圖作為二維圖片在曲面弧度曲率表達方面存在誤差，在軟件中對曲面形態(tài)與造型比例進行反復(fù)推敲效率較低。其次，在三維效果評審方面，1：1的油泥比例相比三維模型更加直觀，在評審的同時可以隨時調(diào)整與評價。最后，油泥制作在設(shè)計的尺寸比例以及與保留部件的匹配度方面把握得更加準確。圖7就是在保留原車底部踏板以及車架部分外，針對車體的前臉以及后包圍區(qū)域進行油泥制作，通過測點獲取油泥點云數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理。

（三）電動車外觀曲面正逆向設(shè)計

在曲面造型階段，油泥測點數(shù)據(jù)是逆向曲面造型的基礎(chǔ)，但是在實際設(shè)計過程中，逆向擬合曲面需要考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理，油泥表面質(zhì)量是否達標，造型是否需要考慮分件以及間隙面差等因素，需要結(jié)合正向設(shè)計對造型面進行調(diào)整。電動車前臉曲面造型圖通過對預(yù)處理的STL網(wǎng)格模型進行拆分部件，分別對每個部件進行逆向曲面建模，通過觀察可以看到油泥造型左右并非完全對稱，因此對油泥模型取中線進行分割，取右側(cè)油泥表面制作較為細致的部分進行虛擬鏡像，以此部分為基準進行逆向（如圖8）。

在逆向過程中對表面反射光影順暢度要求較高的外觀件，比如車體的ABS塑件、車大燈塑件等，這些部件的曲面質(zhì)量需要達到Class-A的標準，從X、Y、Z不同方向進行斑馬紋投射，根據(jù)靜態(tài)斑馬檢測來判斷曲面的曲率與造型走勢，調(diào)整好曲面斑馬形態(tài)后，再對曲面銜接處的連續(xù)性進行檢測（如圖9），檢測連續(xù)性達不到要求的位置，可以通過曲面邊界匹配工具或者曲面CV控制點位置調(diào)節(jié)來調(diào)整，以圖9的連續(xù)性檢測其中一處未達到G2連續(xù)為例，選中檢測區(qū)域的采樣集放大曲率梳顯示，同時打開采樣點檢測窗口觀察具體的連續(xù)性夾角數(shù)值（如表3），在調(diào)整檢測區(qū)域附近的控制點時觀察曲率梳與采樣數(shù)值變化，直至達到曲面質(zhì)量要求。逆向過程中發(fā)現(xiàn)油泥測點數(shù)據(jù)表面質(zhì)量欠佳的情況時，需要數(shù)字模型師根據(jù)實際情況對曲面形態(tài)進行調(diào)整，在盡可能達到油泥造型的情況下滿足高質(zhì)量曲面要求。而對于反射要求不高的零部件造型，則不需要過多的考慮曲面是否達到Class-A的標準，通常為了快速的擬合油泥造型，會較多地使用Bezier曲面構(gòu)造方式快速造型，比如電動車前面的工具箱、電池盒子和踏板部分，都采用了PP工程塑料，這類材料韌性較強且表面啞光質(zhì)感居多，因此對外殼曲面質(zhì)量要求并不高。

在電動車前臉造型曲面設(shè)計完成后，需要對曲面數(shù)據(jù)進行評估檢測，從曲面質(zhì)量以及工程需求兩方面檢測是否達到項目要求，曲面質(zhì)量首先檢測曲面表面斑馬紋的走勢是否流暢，其次通過曲率梳檢測主曲面之間是否達到G3連續(xù)，最后檢測特征曲面以及外觀倒角面銜接處是否達到G2連續(xù)，最后檢測B面是否至少達到G1連續(xù)。工程需求主要分析零部件之間的面間隙差是否符合結(jié)構(gòu)要求，曲面拔模是否符合生產(chǎn)要求。

（四）電動車結(jié)構(gòu)設(shè)計與快速成型

制作快速成型是驗證設(shè)計合理性的重要方法，在完成曲面正逆向設(shè)計后，將曲面部分導(dǎo)出為STEP或者IGES格式文件到UG軟件中進行結(jié)構(gòu)制作，良好的曲面設(shè)計能讓結(jié)構(gòu)設(shè)計效率有較大提升，尤其是在曲面實體制作方面，Class-A曲面能大大減少抽殼、加厚等操作的失敗率。在曲面設(shè)計期間考慮到部件之間的面縫隙差也能讓零部件之間的裝配結(jié)構(gòu)制作更加方便。如圖10電動車前臉造型結(jié)構(gòu)設(shè)計與快速成型圖，在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，需要通過制作快速成型將每個零部件制作成實際樣品進行裝配驗證，快速成型環(huán)節(jié)是對整個外觀造型設(shè)計以及結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在實際裝配過程中可以發(fā)現(xiàn)部件之間是否存在干涉問題，裝配順序合理性問題，部件之間的穩(wěn)定性問題等。裝配完成后也可以對外觀曲面表面反射進行評估，檢測表面光影是否順暢。

七、結(jié)語

本文前部分探討了逆向設(shè)計的一般流程以及重構(gòu)曲面的方式，闡述了現(xiàn)有的曲面構(gòu)造技術(shù)特征與優(yōu)缺點分析，同時提出了不同的應(yīng)用場景下正逆向設(shè)計所需的曲面類型，以及正逆向設(shè)計過程中對于不同的曲面類型的質(zhì)量評價觀點。電動車外觀造型設(shè)計的實踐可以證明，對于形態(tài)復(fù)雜的產(chǎn)品造型迭代升級的設(shè)計項目，采用正向設(shè)計與逆向設(shè)計相結(jié)合的方式，在減少與裝配件的誤差同時保證了模型精度，能為設(shè)計件與保留件之間的有效裝配提供保障，同時也保證了產(chǎn)品曲面質(zhì)量，有效提升了造型設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)時間。

參考文獻：

[1]王寶中，張富明，路春光，趙震.正逆向設(shè)計在電動汽車外觀曲面造型中的應(yīng)用研究[J].機械設(shè)計與制造，2018（2）：131-134.

[2]李丹.基于逆向工程的汽車覆蓋件曲面重構(gòu)技術(shù)研究[J].機械設(shè)計，2016（8）：113-116.

[3]肖文磊，劉亞醉，Oleksandr Zavalnyi，趙罡.T-SPLINE開源內(nèi)核的三層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法原理[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2017（11）：2023-2036.

[4]王軍社.基于Alias的汽車整車A級曲面設(shè)計和品質(zhì)評價[J].汽車實用技術(shù)，2017（20）：29-33.

[5]袁曉東.基于逆向工程與3D打印技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計研究[J].機械設(shè)計，2015（10）：105-108.

作者簡介： 黃楚峰，碩士，廣東第二師范學(xué)院美術(shù)學(xué)院講師。研究方向：工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計。