启飞汽车

    在现代汽车的开发流程中, 区别于传统的是不需要逆向工程, 而且一切校验过程都在计算机上完成, 速度快、效率高, 这时Alias作为一款高效、快速的设计软件就能突显出自己的优势, 下面以Alias为媒介介绍一下现代汽车的开发过程。

四、基于Alias的汽车正向开发

    首先, 对所设计的产品针对市场以及所要实现的功能认真分析后进行参考图片的绘制, 或者使用现成的产品参数信息的参考图片, 导入Alias后, 即可对车身的轴距、轮距以及车身大体轮廓有一个初步的界定。然后就可以开始基于参考图片的信息绘制模型。绘制模型时, 先进行基础大面与基准面的绘制, 其他的细节以及装饰件或面可以在整体模型绘制完成后进行, 在完成车身绘制后进行内饰的设计与绘制。最后, 就是曲面连续性的检查, 检查能不能达到A面的要求。

1.参考图片的应

    汽车设计师把最初的创意用草图的形式表现出来, 最终可以根据造型师设计的概念草图, 导入Alias, 对其进行三维数模的绘制。首先进入Alias 2010, 建立Wire文档。通过鼠标点击File>Import>Canvas image…, 可分别将轿车的三视图 (Top, Left, Back) 导入三视窗, 然后调整图像, 使其在三视图上的尺寸能够一一对应。一般行业标准是在侧视图中车头朝向左边, 在进行图片大小的调节时可以先将前轮中心放在原点处然后画出轴距进行缩放。如果不是基于标准车型的改款或改进, 则可以导入设计师的概念图, 按以上方法进行调节, 完成前期的准备工作。

2.车身曲面的制作

2.1车身基础面轮廓线的制作

    当对齐好三视图后, 就以三视图为基础构建数字模型。首先从Y0线开始勾勒出汽车型体, Y0线决定了最终汽车的外型, 是绘图的关键线, 在进行概念设计或汽车造型改款时准确地绘制Y0线对车身的造型影响很大, 如图1所示。

图1 车身轮廓尺寸的绘制
 

2.2车身基础曲面与内饰以及车身细节的制作

    首先, 建立曲线模型, 然后由曲线模型再建立曲面模型, 在建立曲线模型的阶段要注意使用曲率梳对所绘制的曲线进行曲率检查, 且在满足造型要求的前提下以曲率梳上不出现尖点, 在曲线的过渡处曲率梳能平滑过渡为最佳。在建立曲面模型时, 利用先前建立的曲线分别构建车前部分、顶棚及前挡风玻璃部分和车身后部的基础曲面, 随后构建车侧围基础曲面, 包括车身肩部、前后翼子板和挡泥板曲面。车身细节与内饰可以根据设计者的设计思想进行绘制, 可以在车身基础曲面图里直接绘制也可在确定尺寸的情况下单独地新建另外一个Wire文件进行绘制。在绘制车身基础曲面的时候要注意各部分之间的相互关系, 分面的合理性对绘制效率与绘制图形能否准确表达设计者的思想有很大的影响。同时, 也要注意各分面之间的连续性要求, 在此之前的曲线建模阶段就要保证有连续关系的分面之间的曲线必须建立各种连续关系 (G0点连续、G1相切连续、G2曲率连续、G3曲率变化率连续) , 从而在车身基础曲面建立起来之后也能达到上面所述的各种连续关系。在车身建模阶段通过直接建面就能达到A Class要求, 一般使用Rail Surface、Square、Surface fillet、Freeform blend, 使用这几个工具建面最好时能达到G2曲率连续, 而如果在建面阶段无法达到曲率连续, 可以在建面后使用Align工具调整达到曲率连续, 同时也可以使Dynamic section工具按照实际情况的需要将曲面分成多段进行曲率的检查, 均以不出现尖点且在过渡处能平滑过渡为最佳状态, 从而保证能够做出满足汽车设计与生产要求的A Class面, 以便在准确表达出设计者的设计思想的同时制作出一个美观、漂亮的车身, 如图2所示。

 

图2 车身绘制效果图
 

3.轮胎的制作

    轮胎可在另一新建的Wire文件里面单独构建, 根据具体厂家提供的轮胎参数和外观图片, 也可以根据设计者自己设计产品的要求来自主地创建相应的轮胎外表面, 轮毂可以根据设计者自己的设计思想在满足行驶要求的条件下自由绘制任何形式的轮毂, 如图3所示。

 

图3 轮胎绘制效果图 
 

4.曲面连续性的检查

    在完成以上的曲线建模以及曲面建模之后, 最后一步就是对之前通过各种手段与方式建立起来的模型在分面处以及有相关关系的地方进行连续性检查, 虽然在之前的建模过程中已经运用了可以达到4种连续 (点连续、相切连续、曲率连续、曲率变化率连续) 的建面工具, 但是在汽车造型设计中, 对车身曲面的要求非常高, 单块曲面的质量必须简洁、合理与平缓。曲面要尽量用阶数来描述, 同时尽量不要有多余的Span数产生, 即在完成车身绘制后要达到A Class的要求。在曲率出现较大变化或转折的地方要适当加一些CV控制点。曲面的CV和Span分布要均匀合理, 不能有明显的跳动。曲面的高光走势和曲率变化也应力求平缓。Nurbs曲面连续性包括相切连续性、曲率连续性和曲率变化率连续性等, 一般最高要求达到曲率变化率连续即可。在Alias中曲面连续性的判断分为3类, 一是数据检测;二是高光环境检测;三是工具检测。

(l) 数据检测方式

    在Alias中的检测方式是Deviation table列表, 将所检测的2块曲面的交接线上的G0~G2的相差数值列出, 如果数值小于用户所设定的连续性公差, 就可以说该交界处具有某种连续性。黄色边界所示区域的连续性数值列在了列表中, 而白色所框选的区域是边界检测采样点没有达到公差所设定范围的数值列表, 而由于采样点未达标, 反映在模型上就是所检测的曲面没有达到连续。

(2) 高光环境检测方式

    所有曲面的连续性最终都要反映到曲面映射环境高光的视觉效果上来, 而环境检测方式就是利用这个方法来判断2块曲面的连续性。Alias软件有3种基本的环境监测方式, 一是直接模拟自然光线的光反射效果;二是模拟多个水平白炽灯组投射效果的斑马线反射效果, 如图4所示;三是将曲面不连续的边界瑕疵以某种数学计算模式放大, 最后以一种色彩贴图显示出来的曲率检测方法。

(3) 工具检测方式

    在Alias中, 有专门的曲率检查工具, 它是一个可以检测出曲面连接处连续性的工具, 找到工具Surface continuity, 设置你需要检测的边界处需要满足哪种连续 (点连续、相切连续、曲率连续) , 同时在有连续性关系以及需要检查的边处点击, 达到什么样的连续一目了然, 如图5所示工具检测曲面的连续性均达到了曲率连续。
 

图4 高光斑马线曲面检查

图5 工具检查曲面连续性
 

五、A面渲染模型的展示

    在现代的汽车设计中, 渲染制作逼真的效果图已经成为了汽车设计必不可少而且越来越重要的环节, 因为通过模型的渲染可以把建立好的虚拟模型逼真地呈现出来, 给人们以更直观、更真切的感受, 因此它也成为了当前世界各大汽车公司争相使用的尖端技术。这一视觉技术的核心, 就是通过强大的软件与硬件能力, 将数字模型转换为栩栩如生的“实物”, 甚至可以制作逼真的照片, 使用户虽然面对的是数字内容, 但仿佛处于真实世界, 这样大大缩短了数字模型与真实模型间的差距, 降低了人们对实物模型的依赖。这无疑也对减少油泥模型制作、加快整个开发流程、减少开发费用及增加多方案尝试等都有着重大的价值。目前应用于这一领域的软件并不多, 在国内应用最多的是Autodesk Showcase, 图6和图7是Showcase2011渲染的汽车外形图。

 

图6 最终渲染汽车设计效果图 (侧) 

图7 最终渲染汽车设计效果图 (后) 
 

六、结束语

    利用Alias进行产品造型设计, 设计师从原来繁琐的绘图工作中摆脱出来, 使设计工作更加直观, 设计方式更加便捷, 成倍地提高了设计师的工作效率。对于现代汽车造型设计来说, 计算机已慢慢取代传统设计中的笔和纸, 成为普遍的新设计工具, 且Alias软件的建模具有很大的灵活性和高精度的特点, 将设计与工程以及艺术和科学连接起来, 这对于基于数字化汽车产品的创新和开发具有十分重要的意义。

作者：黄磊 方成 万茂林  来源：北京汽车

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