王文雷，胡錦春，黃明山

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

汽車曲面質(zhì)量的評價(jià)方法淺析

王文雷，胡錦春，黃明山

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

伴隨汽車消費(fèi)市場的日漸成熟，消費(fèi)者對汽車的外觀品質(zhì)有了更高的追求，而獲得高質(zhì)量的車身曲面是獲得高品質(zhì)的汽車外觀的一個(gè)重要途徑。如果一輛汽車擁有良好連續(xù)性的高質(zhì)量車身曲面，那么它在曲面的光影表現(xiàn)上也會非常出色，這樣會給消費(fèi)者帶來高附加值的感官享受，同時(shí)也會對品牌形象的提升做出巨大的貢獻(xiàn)。首先介紹了汽車曲面與曲面連續(xù)性的關(guān)系，最后在Alias造型軟件的基礎(chǔ)上深入分析了汽車曲面質(zhì)量的評價(jià)方法及應(yīng)用實(shí)例，用以指導(dǎo)汽車曲面的造型設(shè)計(jì)工作。

汽車曲面；連續(xù)性；質(zhì)量；評價(jià)方法

0 引言

作為汽車造型的重要組成部分，車身外觀曲面扮演著重要的作用，車身曲面的質(zhì)量直接決定了汽車曲面所能獲得的光影質(zhì)量的高低。隨著消費(fèi)者審美觀的逐步提升，人們對于汽車外觀的重視程度也是越來越高，因此，具有高質(zhì)量曲面的汽車，必然會更加牢固地抓住消費(fèi)者的心理。因此，文中主要從汽車曲面質(zhì)量的評價(jià)方法著手，淺析評價(jià)方法及應(yīng)用實(shí)例，期望能夠指導(dǎo)后續(xù)汽車曲面的造型設(shè)計(jì)工作。

1 汽車曲面質(zhì)量與連續(xù)性

車身曲面之間存在著緊密的聯(lián)系，把曲面之間的聯(lián)系稱之為連續(xù)性，它主要分為G0連續(xù)(位置連續(xù))、G1(切線連續(xù))、G2(曲率連續(xù))等等。車身曲面要達(dá)到光順，必須遵循曲面光順準(zhǔn)則：曲面的參數(shù)線達(dá)到光順；構(gòu)造曲面的網(wǎng)格線無多余的拐點(diǎn)及變撓點(diǎn)，均達(dá)到光順；曲面與某一組等間隔且平行的平面相交截面線達(dá)到光順；曲面的高斯曲率變化均勻；二次曲面的主曲率在截點(diǎn)的左右曲率差的躍度和應(yīng)盡量小。只有這樣的曲面才能稱為高質(zhì)量的曲面，才能獲得高流暢度的曲面光影。

1.1 汽車曲面連續(xù)性概述

車身曲面連續(xù)性可以理解為相互連接的曲面之間過渡的光滑程度。在汽車A級曲面的連接中，主要包括以下5種連續(xù)性：G0——位置連續(xù)，G1——切線連續(xù)，G2——曲率連續(xù)，G3——曲率變化率連續(xù)，G4——曲率變化率的變化率連續(xù)，最常用的是前3種連續(xù)性。汽車曲面連續(xù)性與汽車曲面質(zhì)量也是強(qiáng)相關(guān)的，不同造型階段對應(yīng)的曲面數(shù)據(jù)，對曲面連續(xù)性也有不同的要求。

1.1.1 汽車曲面分類

保證產(chǎn)品同時(shí)滿足美觀性和工程可行性，由專業(yè)的造型設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)完成的一系列三維外表面數(shù)據(jù)的總稱，包括CAS、B級曲面、A級曲面，呈逐級遞進(jìn)的關(guān)系。

(1)CAS

CAS是指利用計(jì)算機(jī)輔助手段，在各種軟件中完成的初版造型外表面數(shù)據(jù)，是從二維到三維的主要過程。

(2)B級曲面

CAS與A級曲面的中間階段，通常指的是基于CAS和模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)、在一定范圍和程度上解決工程問題后產(chǎn)生的外表面數(shù)據(jù)。在理想狀態(tài)下，B級曲面與A級曲面應(yīng)非常接近，僅在表面質(zhì)量及細(xì)節(jié)特征上有一定的差異。

(3)A級曲面

A級曲面是指滿足所有工程和造型要求，與量產(chǎn)產(chǎn)品型面一致的外表面數(shù)據(jù)。

1.1.2 汽車曲面連續(xù)性的種類

(1)G0連續(xù)

又叫位置連續(xù)，如圖1所示，它們只是端點(diǎn)重合，而連接處的切線方向和曲率均不一致。這種連續(xù)性的表面看起來會有一個(gè)很尖銳的接縫，屬于連續(xù)性中級別最低的一種。

圖1 G0連續(xù)

(2)G1連續(xù)

又叫切線連續(xù)，如圖2所示，它們不僅在連接處端點(diǎn)重合，而且切線方向一致。這種連續(xù)性的表面不會有尖銳的連接接縫，但是由于兩種表面在連接處曲率突變，所以在視覺效果上會有一種表面中斷的感覺。

圖2 G1連續(xù)

(3)G2連續(xù)

又叫曲率線續(xù)。如圖3所示，這種連續(xù)性的曲面沒有尖銳接縫，也沒有曲率的突變，視覺效果光滑流暢，沒有突然中斷的感覺。這通常是制作光滑表面的最低要求，也是制作A級面的最低標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 G2連續(xù)

(4)G3連續(xù)

又叫曲率變化率連續(xù)。如圖4所示，這種連續(xù)級別在接點(diǎn)處曲率的變化率也是連續(xù)的，這使得曲率的變化更加平滑。曲率的變化率可以用一個(gè)一次方程表示為一條直線。表面有比 G2連續(xù)更流暢的視覺效果。

圖4 G3連續(xù)

(5)G4連續(xù)

又叫曲率變化率的變化率連續(xù)。如圖5所示，這種連續(xù)性使曲率的變化率開始緩慢，然后加快，然后再慢慢地結(jié)束，它能夠提供更加平滑的連續(xù)效果。

圖5 G4連續(xù)

1.2 汽車曲面連續(xù)性與曲面質(zhì)量的聯(lián)系

汽車曲面的表面連續(xù)性等級越高、曲面質(zhì)量也就越高。一般在汽車A面中，車身曲面的連續(xù)性至少要達(dá)到G2連續(xù)性甚至更高。而且，汽車曲面之間的連續(xù)性的細(xì)微變化，也會很有趣地體現(xiàn)在車身所呈現(xiàn)出的光影中。因此，曲面連續(xù)性等級的高低，直接決定了車身曲面的光影質(zhì)量；而光影質(zhì)量的好壞，則成為人們判斷汽車曲面連續(xù)性的重要依據(jù)，來指導(dǎo)更好地進(jìn)行汽車曲面的造型設(shè)計(jì)，以獲得造型更加豐富、曲面質(zhì)量更加完美、車身光影更加流暢的汽車產(chǎn)品。

2 汽車造型曲面質(zhì)量的評價(jià)方法

汽車曲面質(zhì)量的評價(jià)方法有很多，主要分為軟件分析法和實(shí)物分析法，這里主要是以Alias軟件為基礎(chǔ)，以軟件中自帶的曲面連續(xù)性分析工具來對汽車曲面的質(zhì)量做出客觀公正的評價(jià)。而其中，主要又分為以下兩種分析方法：

2.1 斑馬線圖評價(jià)方法及其應(yīng)用實(shí)例

斑馬線圖評價(jià)方法實(shí)際上是模擬一組平行的光源照射到需要檢測的表面上所觀察到的反光效果，見圖6。可以作為一種檢測方式用于檢查一些主要的或細(xì)小的表面與相鄰面是否達(dá)到要求的連續(xù)性及曲面自身內(nèi)部的光順性。

圖6 較好的斑馬線和較差的斑馬線(一)

2.1.1 評價(jià)條件

產(chǎn)品造型外表面數(shù)據(jù)需要滿足以下幾點(diǎn)評價(jià)條件：

(1)需要滿足汽車三維曲面質(zhì)量要求；

(2)需要滿足設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。

2.1.2 評價(jià)的具體標(biāo)準(zhǔn)

斑馬線圖評價(jià)方法是一個(gè)主觀性非常強(qiáng)的評價(jià)方法；而且斑馬線圖還與設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖強(qiáng)相關(guān)，不同設(shè)計(jì)師對同一處車身曲面的不同造型風(fēng)格的思考，同樣也會導(dǎo)致斑馬線圖的差異。斑馬線圖的主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)曲面之間的斑馬線過渡應(yīng)較平順，不應(yīng)出現(xiàn)拐點(diǎn)或斑馬線錯(cuò)開的情形；

(2)單個(gè)曲面的斑馬線的曲率變化應(yīng)較平緩，不應(yīng)出現(xiàn)曲率變化較大的斑馬線，且不應(yīng)出現(xiàn)波浪狀的斑馬線，如圖7所示；

圖7 較好的斑馬線和較差的斑馬線(二)

(3)單個(gè)曲面的斑馬線的粗細(xì)應(yīng)較均勻，或粗細(xì)的變化較均勻，不應(yīng)出現(xiàn)粗細(xì)變化紊亂的情形，如圖8所示。

圖8 較好的斑馬線和較差的斑馬線(三)

2.1.3 斑馬線圖評價(jià)方法的具體應(yīng)用

作者選擇了兩款車型，利用斑馬線圖方法來評價(jià)兩款車型的車身主要曲面，來探究斑馬線圖和汽車光影效果之間的關(guān)系。

(1)車型1

從圖9—10中可以看出：斑馬線都是非常流暢的，沒有出現(xiàn)紊亂的情形，不存在斑馬線在面的連接處錯(cuò)開或者出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)的情形，粗細(xì)變化也均勻而且自然。這樣的斑馬線就是比較好的斑馬線，這樣的車身外表面所產(chǎn)生的汽車光影效果也是較好的。

圖9 車型1側(cè)面斑馬線圖

圖10 車型1頂面斑馬線圖

(2)車型2

從圖11—12中可以看出：曲面上的斑馬線呈現(xiàn)出波紋狀的特征，出現(xiàn)了紊亂的情形，在某些面的連接處斑馬線出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，并且有的斑馬線粗細(xì)變化也不均勻。這樣的斑馬線質(zhì)量就比較差，因此這樣的車身曲面所產(chǎn)生的光影效果必定也會較差。

圖11 車型2側(cè)面斑馬線圖

圖12 車型2頂面斑馬線圖

總之，使用斑馬線圖的方法來檢查車身曲面的質(zhì)量，這個(gè)方法是非常直接而高效的，可以在建模的過程中，隨時(shí)、直觀地感受到車身曲面的質(zhì)量變化，對設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)工作有很大的指導(dǎo)意義。但此種方法畢竟也具有很強(qiáng)的主觀因素，沒有一個(gè)確切的標(biāo)準(zhǔn)來判定質(zhì)量效果的好與差，需要設(shè)計(jì)師的水平積累到一定的高度，才能對此做出確切的判斷。

2.2 ISO Angle評價(jià)方法及其應(yīng)用實(shí)例

ISO Angle評價(jià)方法通過模擬線光源照射到曲面上所觀察到的反光效果(見圖13)，可以讓設(shè)計(jì)師直觀感受到曲面高光的光影變化，從而指導(dǎo)產(chǎn)品曲面設(shè)計(jì)，以獲取具有更好質(zhì)量和光影效果的產(chǎn)品。

圖13 ISO Angle線圖

2.2.1 評價(jià)條件

產(chǎn)品造型外表面數(shù)據(jù)需要滿足以下幾點(diǎn)評價(jià)條件：

(1)需要滿足汽車三維曲面質(zhì)量要求；

(2)需要滿足設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。

2.2.2 評價(jià)的具體標(biāo)準(zhǔn)

ISO Angle評價(jià)方法是一個(gè)主觀性非常強(qiáng)的評價(jià)方法；而且ISO Angle圖還與設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖強(qiáng)相關(guān)，不同設(shè)計(jì)師對同一處車身曲面的不同造型風(fēng)格的思考，同樣也會導(dǎo)致ISO Angle圖的差異。ISO Angle的主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)曲面之間的ISO Angle線過渡應(yīng)較平順，不應(yīng)出現(xiàn)拐點(diǎn)或ISO Angle線錯(cuò)開的情形，如圖14所示。

圖14 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(一)

(2)單個(gè)曲面的ISO Angle線的曲面變化應(yīng)較平緩，不應(yīng)出現(xiàn)曲率變化較大的ISO Angle線，且不應(yīng)出現(xiàn)波浪狀的ISO Angle線，如圖15所示。

圖15 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(二)

(3)單個(gè)曲面的ISO Angle線的粗細(xì)應(yīng)較均勻，或粗細(xì)的變化較均勻，不應(yīng)出現(xiàn)粗細(xì)變化紊亂的情形，如圖16所示。

圖16 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(三)

2.2.3 ISO Angle評價(jià)方法的具體應(yīng)用

作者選擇了兩款車型，利用ISO Angle評價(jià)方法來評價(jià)4款車型的車身主要曲面，來探究ISO Angle評價(jià)方法和汽車光影效果之間的關(guān)系。

(1)車型1

從圖17可以看出：車身大面上白色的高光帶非常光順，粗細(xì)也非常均勻，到了兩邊輪包處，高光帶寬度開始均勻變化，但始終保持了很流暢的光順感。

圖17 車型1的ISO Angle線

(2)車型2

從圖18可以看出：車身大面兩條白色高光帶也非常流暢，粗細(xì)均勻，到了兩邊的輪包處依然呈現(xiàn)出流暢、規(guī)則、均勻的變化。

圖18 車型2的ISO Angle線

(3)車型3

與上述兩車型相比，從圖19中能明顯看出車型3上的高光帶存在著明顯的差距：高光帶的粗細(xì)變化較均勻，但不夠流暢，在高光帶的左右兩側(cè)有多個(gè)拐點(diǎn)，這樣的曲面必然會導(dǎo)致出現(xiàn)較差的車身光影。

圖19 車型3的ISO Angle線

(4)車型4

車型4的高光帶表現(xiàn)較好(見圖20)：高光帶粗細(xì)變化均勻，整體非常流暢，到了左右兩側(cè)輪包處的變化也較規(guī)則。

ISO Angle評價(jià)方法用于建模工作的曲面質(zhì)量評價(jià)是非常直觀而有效的。曲面的高光帶流暢，粗細(xì)變化均勻、規(guī)則，那么曲面的質(zhì)量肯定較好；反之，高光帶紊亂、不流暢，粗細(xì)變化不規(guī)則，那么曲面的質(zhì)量必定較差。此方法的評價(jià)也帶有很強(qiáng)的主觀因素，需要設(shè)計(jì)師有很高的設(shè)計(jì)水平，才能在細(xì)微的差別中找出表現(xiàn)更好的高光帶，從而得到光影效果更加完美的高質(zhì)量造型曲面。

圖20 車型4的ISO Angle線

3 結(jié)論

如今的汽車市場，外觀造型是消費(fèi)者認(rèn)可一款車型的第一因素。優(yōu)秀的汽車外觀、優(yōu)美的車身曲面，能較好地體現(xiàn)設(shè)計(jì)品位以及高品質(zhì)感；相反就會給人很低檔的感覺，直接影響顧客的購買欲望。因此作者認(rèn)為汽車車身曲面質(zhì)量的評價(jià)方法值得廣大設(shè)計(jì)師進(jìn)行廣泛、深入的探討。文中主要以實(shí)際工作項(xiàng)目為例來進(jìn)行分析，希望能對設(shè)計(jì)師有所幫助。

[1]趙丹華.汽車造型的設(shè)計(jì)意圖和認(rèn)知解釋[D].長沙：湖南大學(xué)，2013.

[2]彭婧，王軼.基于線條提取與抽象的車身側(cè)圍形態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝飾，2013(12)：94-95. PENG J,WANG Y.The Design of Car Side Body System Based on the Lines Extraction and Abstract[J].Art & Design,2013(12)：94-95.

[3]徐萬紅，李書生，張國忠.車身曲面的廣順品質(zhì)分析與應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2005,9(2)：48. XU W H,LI S S,ZHANG G Z.Quality Analyzing and Application on Fairness of Auto Body Surface[J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique,2005,9(2)：48.

AnalysisofAutomobileSurfaceQualityEvaluationMethod

WANG Wenlei，HU Jinchun, HUANG Mingshan

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

With the maturity of automobile market, consumers have higher pursuit to the appearance quality of the automobile, and gaining high quality body surface is an important way to obtain high quality automobile appearance. If the body surface quality of an automobile with good continuity, then its lighting performance will be very good, this will give consumers a high added value senses, but also makes great contribution to the promotion of brand image.The relationship between automobile surface and surface continuity was introduced. Based on Alias modeling software, the evaluation methods and application examples of the quality of automobile surface were illustrated.It provides guide to the design of automobile surface modeling.

Automobile surface；Continuity；Quality；Quality evaluation method

U46

A

1674-1986(2017)09-086-05

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.022

2017-08-17

王文雷(1986—)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠囋煨驮O(shè)計(jì)。E-mail：123358376@qq.com。