翟偉良

摘 要 世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車工業(yè)密切相關(guān)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，汽車設(shè)計(jì)新技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是必然趨勢(shì)，因?yàn)樵摲椒軌蚩s短開發(fā)時(shí)間和降低開發(fā)成本。該文以?shī)W迪R8車身造型為實(shí)例，研究了以三維建模、曲面分析、模型渲染為主要步驟的計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)方法。在車身的造型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用了UG特有的NURBS自由曲線曲面造型方法，對(duì)奧迪R8勾畫出一些主要的輪廓線，在調(diào)整處理后，進(jìn)行掃掠，得到車身造型曲面，分析曲面，最后進(jìn)行渲染。本文所應(yīng)用的方法可以用于其它汽車外觀件的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 UG;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);車身設(shè)計(jì);自由曲面;曲面造型

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技術(shù)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展引起了社會(huì)生產(chǎn)模式的巨大變革。目前，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子汽車、船舶、航空、航天、輕工及建筑等領(lǐng)域，其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。車身CAD技術(shù)已經(jīng)是輻射開發(fā)過(guò)程中的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，是現(xiàn)代車身開發(fā)工程技術(shù)人員必須掌握的基本工具。由于車身CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得車身設(shè)計(jì)的平臺(tái)化戰(zhàn)略和汽車系列化變得比較容易實(shí)現(xiàn)[1][2]。

這里主要應(yīng)用正向工程的方法創(chuàng)建模型，需要的步驟為插入圖片、描點(diǎn)、追蹤曲線、創(chuàng)建曲面、曲面分析、調(diào)整曲面、轉(zhuǎn)變成實(shí)體、渲染。如果應(yīng)用逆向工程的方法，需要的步驟為收集模型、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析及處理數(shù)據(jù)、提取并編輯主要線段、創(chuàng)建曲面、調(diào)整曲面[3]。

1 模型規(guī)劃

用一個(gè)曲面完整地描述汽車外形是行不通的。汽車非常復(fù)雜的外形，必須通過(guò)一定數(shù)量的曲面構(gòu)成，將汽車表面整體的造型分成大小不等的曲面，根據(jù)不同的曲面特征用相應(yīng)的建模工具生成若干個(gè)曲面塊，通過(guò)曲面之間的連接、混合等工作組合而成。

在建模以前，首先分析將要?jiǎng)?chuàng)建的物體，確定該物體可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面構(gòu)成。模型的原點(diǎn)的確定，曲面的和完成模型的基本步驟和方法。可能應(yīng)用到的基本工具以及可能出現(xiàn)的問(wèn)題和將要應(yīng)用到的工具，進(jìn)行汽車曲面模型的創(chuàng)建一般需要的工具等。簡(jiǎn)單的歸納為如下三步[4] ：

1）在正確識(shí)圖的基礎(chǔ)上將產(chǎn)品分解成單個(gè)曲面或面組。

2）確定每個(gè)曲面的類型和生成方法，如直紋面、拔模面或掃略面等。

3）確定各曲面之間的聯(lián)接關(guān)系（如倒角、裁剪等）和聯(lián)接次序。

首先分析奧迪R8的曲面，根據(jù)它不同的曲面特征分成若干個(gè)曲面塊，用于以后建模。初步確定將引擎蓋、擋風(fēng)玻璃、翼子板、車門曲面、側(cè)窗、后尾車身等。

2 追蹤曲線

首先打開UG，新建一個(gè)文件，選擇模型，按“確定”按鈕。

新建好文件之后，先確定坐標(biāo)系，然后在菜單欄里依次選擇“視圖”-“可視化”-“光柵圖像”命令，把預(yù)先準(zhǔn)備的三張TIF格式的視圖（只能是TIF格式的圖片）分別導(dǎo)入相應(yīng)的視窗中，首先要確定三張圖片的原點(diǎn)位置，并調(diào)整成一樣的比例。

然后，先在側(cè)視圖中追蹤需要的基礎(chǔ)曲線和特征曲面，然后再根據(jù)俯視圖追蹤需要的基礎(chǔ)，再應(yīng)用相交曲線、曲線橋接等相關(guān)命令得到空間曲線（如圖1）。

圖1 追蹤曲線

3 創(chuàng)建車身曲面

1）創(chuàng)建引擎蓋曲面。首先通過(guò)曲線網(wǎng)格得到引擎蓋曲面模型。由于是應(yīng)用建一半再鏡像的方法得到模型，引擎蓋兩邊都有，兩邊連接的地方需要平整的過(guò)渡，所以在鏡像面的另一邊拉伸一個(gè)曲面與引擎蓋有共同邊。先通過(guò)網(wǎng)格得到車頂邊框的曲面模型。再在鏡像面的另一邊建立兩條直線，一條是引擎蓋需要定義的，另一條是車頂需要定義的。之后橋接車頂邊框靠引擎蓋這邊的邊線與直線，分別得到兩條曲線。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到曲面，與拉伸曲面相切連接。

2）創(chuàng)建車頂曲面。車頂與后尾箱蓋屬于G1連接，創(chuàng)建車頂曲面前，先創(chuàng)建后尾箱的曲面。車頂與后尾箱應(yīng)用同一條曲線追蹤，創(chuàng)建曲面時(shí)選擇相應(yīng)的曲線，注意與中間那塊拉伸面相切。到創(chuàng)建車頂曲面時(shí)，選擇相應(yīng)的曲線，還要注意要與后尾箱蓋曲面相切（如圖3）。

3）車尾曲面。由于后尾箱與車尾的停止面不一樣，車尾與后尾箱蓋之間需要輪廓（G0連接），所以它們之間需要分開建模。應(yīng)用相同的方法，先在中間拉伸一個(gè)面，再創(chuàng)建車尾曲面時(shí)選擇與它相切。

4）創(chuàng)建翼子板曲面。然后汽車翼子板的建立。先投影出翼子板的輪廓，確定翼子板的空間位置與外形。通過(guò)建立樣條曲線把投影的曲線相交連接，在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再進(jìn)行裁剪。前翼子板也是在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形，控制曲面的曲率，應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”的命令得到。這樣得到的曲面更加精確。

5）創(chuàng)建連接曲面。之后引擎蓋、后尾箱蓋與車身側(cè)邊之間的連接。由于之前已經(jīng)建立好了需要網(wǎng)格的曲線，現(xiàn)在只需要添加需要輔助確定輪廓的曲線，讓輪廓更加精確。最后直接通過(guò)“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令建立曲面接連各個(gè)曲面。

6）創(chuàng)建車門曲面。最后進(jìn)行車門曲面的建立。首先通過(guò)樣條曲線把需要建立的曲面的輪廓線連接起來(lái)，有些需要G1連接的，就在首尾各建一條曲線再通過(guò)“橋接曲線”命令把兩條曲線連接起來(lái)。之后再逐個(gè)面的進(jìn)行網(wǎng)格，有些小的過(guò)渡面不能進(jìn)行網(wǎng)格的，就通過(guò)“N邊曲線”命令建立曲面，連接曲面。

7）鏡像裁剪曲面。最終就是鏡像各個(gè)曲面，得到完整的車身曲面。鏡像完之后再根據(jù)實(shí)際對(duì)車身曲面進(jìn)行裁剪（如圖2）（經(jīng)驗(yàn)心得：鏡像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能鏡像）。

圖2 鏡像和裁剪之后曲面

4 對(duì)R8車身曲面進(jìn)行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。對(duì)車身進(jìn)行曲面分析，通過(guò)“分析”-“形狀”-“面”-“反射”，反映出斑馬條紋（如圖3）。然后對(duì)車在不同的幾個(gè)角度進(jìn)行曲面分析，使能看清各個(gè)面的曲面。需要對(duì)不盡人意的曲面與曲面連接進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)不斷調(diào)整及處理（曲線的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲線的構(gòu)造方法與曲線的階次還有曲線的構(gòu)造點(diǎn)位置;曲面的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲面的方法與構(gòu)造曲面的曲線數(shù)量等），最張得到的斑馬條紋，大小適中，間隔均勻。

2）曲面半徑分析及修整。

在進(jìn)行完反射分析后，進(jìn)行半徑分析。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“半徑”，進(jìn)行分析。得到顏色不同的面，查看圖片，沒有要修改的地方（如圖4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“曲率”，進(jìn)行分析。也是得到顏色不同的面（如圖5），查看圖片，沒有要修改的地方。

圖3 反射分析

圖4 半徑分析 圖5 曲率分析

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG在汽車車身造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用， 創(chuàng)建了奧迪R8車身三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行了曲面光順度分析。在利用UG軟件進(jìn)行車身設(shè)計(jì)過(guò)程前，一定要規(guī)劃模型曲面，要準(zhǔn)確的分析清楚哪幾條線做輪廓線，只有輪廓線畫好了，才能進(jìn)行下一步的工作，輪廓線是整個(gè)車身模型的基礎(chǔ)。輪廓線和曲面看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但要畫好，卻很難，只有不斷調(diào)整、不斷修改才能得到理想的曲面。所以創(chuàng)建車身表面三維數(shù)字主模型是一項(xiàng)細(xì)致的工作，設(shè)計(jì)師要有足夠的信心和耐心。

參考文獻(xiàn)

[1]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張啟明，關(guān)家午.汽車CAD技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉樞.機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4]蘭鳳崇.汽車車身計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)春，吉林科技出版社，1992.endprint

摘 要 世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車工業(yè)密切相關(guān)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，汽車設(shè)計(jì)新技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是必然趨勢(shì)，因?yàn)樵摲椒軌蚩s短開發(fā)時(shí)間和降低開發(fā)成本。該文以?shī)W迪R8車身造型為實(shí)例，研究了以三維建模、曲面分析、模型渲染為主要步驟的計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)方法。在車身的造型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用了UG特有的NURBS自由曲線曲面造型方法，對(duì)奧迪R8勾畫出一些主要的輪廓線，在調(diào)整處理后，進(jìn)行掃掠，得到車身造型曲面，分析曲面，最后進(jìn)行渲染。本文所應(yīng)用的方法可以用于其它汽車外觀件的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 UG;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);車身設(shè)計(jì);自由曲面;曲面造型

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技術(shù)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展引起了社會(huì)生產(chǎn)模式的巨大變革。目前，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子汽車、船舶、航空、航天、輕工及建筑等領(lǐng)域，其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。車身CAD技術(shù)已經(jīng)是輻射開發(fā)過(guò)程中的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，是現(xiàn)代車身開發(fā)工程技術(shù)人員必須掌握的基本工具。由于車身CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得車身設(shè)計(jì)的平臺(tái)化戰(zhàn)略和汽車系列化變得比較容易實(shí)現(xiàn)[1][2]。

這里主要應(yīng)用正向工程的方法創(chuàng)建模型，需要的步驟為插入圖片、描點(diǎn)、追蹤曲線、創(chuàng)建曲面、曲面分析、調(diào)整曲面、轉(zhuǎn)變成實(shí)體、渲染。如果應(yīng)用逆向工程的方法，需要的步驟為收集模型、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析及處理數(shù)據(jù)、提取并編輯主要線段、創(chuàng)建曲面、調(diào)整曲面[3]。

1 模型規(guī)劃

用一個(gè)曲面完整地描述汽車外形是行不通的。汽車非常復(fù)雜的外形，必須通過(guò)一定數(shù)量的曲面構(gòu)成，將汽車表面整體的造型分成大小不等的曲面，根據(jù)不同的曲面特征用相應(yīng)的建模工具生成若干個(gè)曲面塊，通過(guò)曲面之間的連接、混合等工作組合而成。

在建模以前，首先分析將要?jiǎng)?chuàng)建的物體，確定該物體可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面構(gòu)成。模型的原點(diǎn)的確定，曲面的和完成模型的基本步驟和方法?？赡軕?yīng)用到的基本工具以及可能出現(xiàn)的問(wèn)題和將要應(yīng)用到的工具，進(jìn)行汽車曲面模型的創(chuàng)建一般需要的工具等。簡(jiǎn)單的歸納為如下三步[4] ：

1）在正確識(shí)圖的基礎(chǔ)上將產(chǎn)品分解成單個(gè)曲面或面組。

2）確定每個(gè)曲面的類型和生成方法，如直紋面、拔模面或掃略面等。

3）確定各曲面之間的聯(lián)接關(guān)系（如倒角、裁剪等）和聯(lián)接次序。

首先分析奧迪R8的曲面，根據(jù)它不同的曲面特征分成若干個(gè)曲面塊，用于以后建模。初步確定將引擎蓋、擋風(fēng)玻璃、翼子板、車門曲面、側(cè)窗、后尾車身等。

2 追蹤曲線

首先打開UG，新建一個(gè)文件，選擇模型，按“確定”按鈕。

新建好文件之后，先確定坐標(biāo)系，然后在菜單欄里依次選擇“視圖”-“可視化”-“光柵圖像”命令，把預(yù)先準(zhǔn)備的三張TIF格式的視圖（只能是TIF格式的圖片）分別導(dǎo)入相應(yīng)的視窗中，首先要確定三張圖片的原點(diǎn)位置，并調(diào)整成一樣的比例。

然后，先在側(cè)視圖中追蹤需要的基礎(chǔ)曲線和特征曲面，然后再根據(jù)俯視圖追蹤需要的基礎(chǔ)，再應(yīng)用相交曲線、曲線橋接等相關(guān)命令得到空間曲線（如圖1）。

圖1 追蹤曲線

3 創(chuàng)建車身曲面

1）創(chuàng)建引擎蓋曲面。首先通過(guò)曲線網(wǎng)格得到引擎蓋曲面模型。由于是應(yīng)用建一半再鏡像的方法得到模型，引擎蓋兩邊都有，兩邊連接的地方需要平整的過(guò)渡，所以在鏡像面的另一邊拉伸一個(gè)曲面與引擎蓋有共同邊。先通過(guò)網(wǎng)格得到車頂邊框的曲面模型。再在鏡像面的另一邊建立兩條直線，一條是引擎蓋需要定義的，另一條是車頂需要定義的。之后橋接車頂邊框靠引擎蓋這邊的邊線與直線，分別得到兩條曲線。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到曲面，與拉伸曲面相切連接。

2）創(chuàng)建車頂曲面。車頂與后尾箱蓋屬于G1連接，創(chuàng)建車頂曲面前，先創(chuàng)建后尾箱的曲面。車頂與后尾箱應(yīng)用同一條曲線追蹤，創(chuàng)建曲面時(shí)選擇相應(yīng)的曲線，注意與中間那塊拉伸面相切。到創(chuàng)建車頂曲面時(shí)，選擇相應(yīng)的曲線，還要注意要與后尾箱蓋曲面相切（如圖3）。

3）車尾曲面。由于后尾箱與車尾的停止面不一樣，車尾與后尾箱蓋之間需要輪廓（G0連接），所以它們之間需要分開建模。應(yīng)用相同的方法，先在中間拉伸一個(gè)面，再創(chuàng)建車尾曲面時(shí)選擇與它相切。

4）創(chuàng)建翼子板曲面。然后汽車翼子板的建立。先投影出翼子板的輪廓，確定翼子板的空間位置與外形。通過(guò)建立樣條曲線把投影的曲線相交連接，在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再進(jìn)行裁剪。前翼子板也是在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形，控制曲面的曲率，應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”的命令得到。這樣得到的曲面更加精確。

5）創(chuàng)建連接曲面。之后引擎蓋、后尾箱蓋與車身側(cè)邊之間的連接。由于之前已經(jīng)建立好了需要網(wǎng)格的曲線，現(xiàn)在只需要添加需要輔助確定輪廓的曲線，讓輪廓更加精確。最后直接通過(guò)“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令建立曲面接連各個(gè)曲面。

6）創(chuàng)建車門曲面。最后進(jìn)行車門曲面的建立。首先通過(guò)樣條曲線把需要建立的曲面的輪廓線連接起來(lái)，有些需要G1連接的，就在首尾各建一條曲線再通過(guò)“橋接曲線”命令把兩條曲線連接起來(lái)。之后再逐個(gè)面的進(jìn)行網(wǎng)格，有些小的過(guò)渡面不能進(jìn)行網(wǎng)格的，就通過(guò)“N邊曲線”命令建立曲面，連接曲面。

7）鏡像裁剪曲面。最終就是鏡像各個(gè)曲面，得到完整的車身曲面。鏡像完之后再根據(jù)實(shí)際對(duì)車身曲面進(jìn)行裁剪（如圖2）（經(jīng)驗(yàn)心得：鏡像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能鏡像）。

圖2 鏡像和裁剪之后曲面

4 對(duì)R8車身曲面進(jìn)行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。對(duì)車身進(jìn)行曲面分析，通過(guò)“分析”-“形狀”-“面”-“反射”，反映出斑馬條紋（如圖3）。然后對(duì)車在不同的幾個(gè)角度進(jìn)行曲面分析，使能看清各個(gè)面的曲面。需要對(duì)不盡人意的曲面與曲面連接進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)不斷調(diào)整及處理（曲線的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲線的構(gòu)造方法與曲線的階次還有曲線的構(gòu)造點(diǎn)位置;曲面的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲面的方法與構(gòu)造曲面的曲線數(shù)量等），最張得到的斑馬條紋，大小適中，間隔均勻。

2）曲面半徑分析及修整。

在進(jìn)行完反射分析后，進(jìn)行半徑分析。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“半徑”，進(jìn)行分析。得到顏色不同的面，查看圖片，沒有要修改的地方（如圖4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“曲率”，進(jìn)行分析。也是得到顏色不同的面（如圖5），查看圖片，沒有要修改的地方。

圖3 反射分析

圖4 半徑分析 圖5 曲率分析

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG在汽車車身造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用， 創(chuàng)建了奧迪R8車身三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行了曲面光順度分析。在利用UG軟件進(jìn)行車身設(shè)計(jì)過(guò)程前，一定要規(guī)劃模型曲面，要準(zhǔn)確的分析清楚哪幾條線做輪廓線，只有輪廓線畫好了，才能進(jìn)行下一步的工作，輪廓線是整個(gè)車身模型的基礎(chǔ)。輪廓線和曲面看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但要畫好，卻很難，只有不斷調(diào)整、不斷修改才能得到理想的曲面。所以創(chuàng)建車身表面三維數(shù)字主模型是一項(xiàng)細(xì)致的工作，設(shè)計(jì)師要有足夠的信心和耐心。

參考文獻(xiàn)

[1]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張啟明，關(guān)家午.汽車CAD技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉樞.機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4]蘭鳳崇.汽車車身計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)春，吉林科技出版社，1992.endprint

摘 要 世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車工業(yè)密切相關(guān)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，汽車設(shè)計(jì)新技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是必然趨勢(shì)，因?yàn)樵摲椒軌蚩s短開發(fā)時(shí)間和降低開發(fā)成本。該文以?shī)W迪R8車身造型為實(shí)例，研究了以三維建模、曲面分析、模型渲染為主要步驟的計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)方法。在車身的造型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用了UG特有的NURBS自由曲線曲面造型方法，對(duì)奧迪R8勾畫出一些主要的輪廓線，在調(diào)整處理后，進(jìn)行掃掠，得到車身造型曲面，分析曲面，最后進(jìn)行渲染。本文所應(yīng)用的方法可以用于其它汽車外觀件的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 UG;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);車身設(shè)計(jì);自由曲面;曲面造型

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技術(shù)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展引起了社會(huì)生產(chǎn)模式的巨大變革。目前，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子汽車、船舶、航空、航天、輕工及建筑等領(lǐng)域，其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。車身CAD技術(shù)已經(jīng)是輻射開發(fā)過(guò)程中的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，是現(xiàn)代車身開發(fā)工程技術(shù)人員必須掌握的基本工具。由于車身CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得車身設(shè)計(jì)的平臺(tái)化戰(zhàn)略和汽車系列化變得比較容易實(shí)現(xiàn)[1][2]。

這里主要應(yīng)用正向工程的方法創(chuàng)建模型，需要的步驟為插入圖片、描點(diǎn)、追蹤曲線、創(chuàng)建曲面、曲面分析、調(diào)整曲面、轉(zhuǎn)變成實(shí)體、渲染。如果應(yīng)用逆向工程的方法，需要的步驟為收集模型、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析及處理數(shù)據(jù)、提取并編輯主要線段、創(chuàng)建曲面、調(diào)整曲面[3]。

1 模型規(guī)劃

用一個(gè)曲面完整地描述汽車外形是行不通的。汽車非常復(fù)雜的外形，必須通過(guò)一定數(shù)量的曲面構(gòu)成，將汽車表面整體的造型分成大小不等的曲面，根據(jù)不同的曲面特征用相應(yīng)的建模工具生成若干個(gè)曲面塊，通過(guò)曲面之間的連接、混合等工作組合而成。

在建模以前，首先分析將要?jiǎng)?chuàng)建的物體，確定該物體可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面構(gòu)成。模型的原點(diǎn)的確定，曲面的和完成模型的基本步驟和方法?？赡軕?yīng)用到的基本工具以及可能出現(xiàn)的問(wèn)題和將要應(yīng)用到的工具，進(jìn)行汽車曲面模型的創(chuàng)建一般需要的工具等。簡(jiǎn)單的歸納為如下三步[4] ：

1）在正確識(shí)圖的基礎(chǔ)上將產(chǎn)品分解成單個(gè)曲面或面組。

2）確定每個(gè)曲面的類型和生成方法，如直紋面、拔模面或掃略面等。

3）確定各曲面之間的聯(lián)接關(guān)系（如倒角、裁剪等）和聯(lián)接次序。

首先分析奧迪R8的曲面，根據(jù)它不同的曲面特征分成若干個(gè)曲面塊，用于以后建模。初步確定將引擎蓋、擋風(fēng)玻璃、翼子板、車門曲面、側(cè)窗、后尾車身等。

2 追蹤曲線

首先打開UG，新建一個(gè)文件，選擇模型，按“確定”按鈕。

新建好文件之后，先確定坐標(biāo)系，然后在菜單欄里依次選擇“視圖”-“可視化”-“光柵圖像”命令，把預(yù)先準(zhǔn)備的三張TIF格式的視圖（只能是TIF格式的圖片）分別導(dǎo)入相應(yīng)的視窗中，首先要確定三張圖片的原點(diǎn)位置，并調(diào)整成一樣的比例。

然后，先在側(cè)視圖中追蹤需要的基礎(chǔ)曲線和特征曲面，然后再根據(jù)俯視圖追蹤需要的基礎(chǔ)，再應(yīng)用相交曲線、曲線橋接等相關(guān)命令得到空間曲線（如圖1）。

圖1 追蹤曲線

3 創(chuàng)建車身曲面

1）創(chuàng)建引擎蓋曲面。首先通過(guò)曲線網(wǎng)格得到引擎蓋曲面模型。由于是應(yīng)用建一半再鏡像的方法得到模型，引擎蓋兩邊都有，兩邊連接的地方需要平整的過(guò)渡，所以在鏡像面的另一邊拉伸一個(gè)曲面與引擎蓋有共同邊。先通過(guò)網(wǎng)格得到車頂邊框的曲面模型。再在鏡像面的另一邊建立兩條直線，一條是引擎蓋需要定義的，另一條是車頂需要定義的。之后橋接車頂邊框靠引擎蓋這邊的邊線與直線，分別得到兩條曲線。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到曲面，與拉伸曲面相切連接。

2）創(chuàng)建車頂曲面。車頂與后尾箱蓋屬于G1連接，創(chuàng)建車頂曲面前，先創(chuàng)建后尾箱的曲面。車頂與后尾箱應(yīng)用同一條曲線追蹤，創(chuàng)建曲面時(shí)選擇相應(yīng)的曲線，注意與中間那塊拉伸面相切。到創(chuàng)建車頂曲面時(shí)，選擇相應(yīng)的曲線，還要注意要與后尾箱蓋曲面相切（如圖3）。

3）車尾曲面。由于后尾箱與車尾的停止面不一樣，車尾與后尾箱蓋之間需要輪廓（G0連接），所以它們之間需要分開建模。應(yīng)用相同的方法，先在中間拉伸一個(gè)面，再創(chuàng)建車尾曲面時(shí)選擇與它相切。

4）創(chuàng)建翼子板曲面。然后汽車翼子板的建立。先投影出翼子板的輪廓，確定翼子板的空間位置與外形。通過(guò)建立樣條曲線把投影的曲線相交連接，在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形。最后應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再進(jìn)行裁剪。前翼子板也是在主線段之間建立多幾條樣條曲線確定翼子板的外形，控制曲面的曲率，應(yīng)用“通過(guò)曲線網(wǎng)格”的命令得到。這樣得到的曲面更加精確。

5）創(chuàng)建連接曲面。之后引擎蓋、后尾箱蓋與車身側(cè)邊之間的連接。由于之前已經(jīng)建立好了需要網(wǎng)格的曲線，現(xiàn)在只需要添加需要輔助確定輪廓的曲線，讓輪廓更加精確。最后直接通過(guò)“通過(guò)曲線網(wǎng)格”命令建立曲面接連各個(gè)曲面。

6）創(chuàng)建車門曲面。最后進(jìn)行車門曲面的建立。首先通過(guò)樣條曲線把需要建立的曲面的輪廓線連接起來(lái)，有些需要G1連接的，就在首尾各建一條曲線再通過(guò)“橋接曲線”命令把兩條曲線連接起來(lái)。之后再逐個(gè)面的進(jìn)行網(wǎng)格，有些小的過(guò)渡面不能進(jìn)行網(wǎng)格的，就通過(guò)“N邊曲線”命令建立曲面，連接曲面。

7）鏡像裁剪曲面。最終就是鏡像各個(gè)曲面，得到完整的車身曲面。鏡像完之后再根據(jù)實(shí)際對(duì)車身曲面進(jìn)行裁剪（如圖2）（經(jīng)驗(yàn)心得：鏡像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能鏡像）。

圖2 鏡像和裁剪之后曲面

4 對(duì)R8車身曲面進(jìn)行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。對(duì)車身進(jìn)行曲面分析，通過(guò)“分析”-“形狀”-“面”-“反射”，反映出斑馬條紋（如圖3）。然后對(duì)車在不同的幾個(gè)角度進(jìn)行曲面分析，使能看清各個(gè)面的曲面。需要對(duì)不盡人意的曲面與曲面連接進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)不斷調(diào)整及處理（曲線的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲線的構(gòu)造方法與曲線的階次還有曲線的構(gòu)造點(diǎn)位置;曲面的調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整曲面的方法與構(gòu)造曲面的曲線數(shù)量等），最張得到的斑馬條紋，大小適中，間隔均勻。

2）曲面半徑分析及修整。

在進(jìn)行完反射分析后，進(jìn)行半徑分析。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“半徑”，進(jìn)行分析。得到顏色不同的面，查看圖片，沒有要修改的地方（如圖4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通過(guò)命令“分析”-“面”-“曲率”，進(jìn)行分析。也是得到顏色不同的面（如圖5），查看圖片，沒有要修改的地方。

圖3 反射分析

圖4 半徑分析 圖5 曲率分析

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG在汽車車身造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用， 創(chuàng)建了奧迪R8車身三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行了曲面光順度分析。在利用UG軟件進(jìn)行車身設(shè)計(jì)過(guò)程前，一定要規(guī)劃模型曲面，要準(zhǔn)確的分析清楚哪幾條線做輪廓線，只有輪廓線畫好了，才能進(jìn)行下一步的工作，輪廓線是整個(gè)車身模型的基礎(chǔ)。輪廓線和曲面看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但要畫好，卻很難，只有不斷調(diào)整、不斷修改才能得到理想的曲面。所以創(chuàng)建車身表面三維數(shù)字主模型是一項(xiàng)細(xì)致的工作，設(shè)計(jì)師要有足夠的信心和耐心。

參考文獻(xiàn)

[1]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張啟明，關(guān)家午.汽車CAD技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉樞.機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4]蘭鳳崇.汽車車身計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)春，吉林科技出版社，1992.endprint