工業設計中的高質量曲面設計

蔣青谷

（桂林廣陸數字測控股份有限公司，廣西桂林 541004）

當今社會人們的消費水平日益提高，對消費品的要求也越來越高，品質好外觀時尚的商品，會更多地受到消費者的青睞。產品在市場競爭中，其功能與外觀同樣重要，某些產品其外觀可能在市場競爭中更加有競爭優勢。

1 曲面品質描述

一般意義上的產品曲面品質，是指曲面本身是否光順，曲面間的連接是否是光順。

物理定義曲面品質最高為A級曲面，A級曲面是必須滿足相鄰曲面間之間隙在0.005mm以下（大品牌汽車廠甚至要求到0.001mm），切率改變(Tangency Change)在0.16°以下，曲率改變（Curvature Change）在0.005°以下，符合這樣的標準，才能確保曲面通過高光測試。

1.1 A級曲面條件描述

（1）一般A級曲面的階次與控制點數目都不多，UV方向大概在6～8個控制點；

（2）單獨一個A級曲面，在UV方向必須都保證曲率的連續性及變化趨勢的一致性；

（3）A級曲面之間的連接，至少滿足切向曲率連續；

（4）使用多種數學檢驗方法來檢驗A級曲面，不應該出現視覺上的瑕疵。

1.2 曲面質量等級

如圖1所示。

圖1 曲面質量狀態和表現

（1）點連續（G0連續）在每個表面上生產一次獨立反射，反射線成間斷分布；

（2）切線連續（G1連續）將生產一次完整的表面反射，反射線連續但呈現折痕扭曲狀；

（3）曲率連續（G2連續）將生產橫過所有邊界的完整的和光滑的反射線；

由上可知，A級曲面必須是G2以上連接。

2 高質量曲面構建原則

產品曲面創建時，應盡可能以整體來進行，先不考慮具體的零部件的拆分，將整個產品外形曲面視為由一組互相連續的曲面片構成的殼體，在保證各曲面片的曲面質量及拼接曲面的曲面質量的情況下，再詳細考慮產品的細節特征及表現形式。由曲線為基礎構建曲面時，在保證曲線高質量的同時務必要簡潔。

3 曲面構建

先構建組成基本形體的大面，大面很難一次性準確構建到位，通常需要在后續的構建過程中進行調整，所以對構建大面的要求是快速、完整和方便后續調整，如果在某個細節上扣的太細，那么很可能在發現整體關系要調整時全部推翻以前的工作。

現以手提電腦正上方曲面為實例，予以說明（如圖2）。

3.1 a側為切線連續（G1連續）曲面的構建

（1）第一步——主體大面構建；

（2）第二步——細節曲面之曲線構建時，BC曲線在B點與AB曲線切點連續，C點為接順BC曲線曲率的自由曲率狀態；DE曲線在D點與平面P切點連續，E點為接順DE曲線曲率的自由曲率狀態；FG曲線在F點與平面P切點連續，G點為接順FG曲線曲率的自由曲率狀態。

（3）第三步——細節曲面構建時曲面P1與平面P連接關系為切線連續；曲面P2與平面P連接關系為切線連續；曲面P3與曲面P1、曲面P2、平面P連接關系為切線連續。

圖2 曲面構建方式對比和曲面質量表現對比

3.2 b側為曲率連續（G2連續）曲面的構建

（1）第一步——主體大面構建；

（2）第二步——細節曲面之曲線構建時，BC曲線在B點與AB曲線曲率連續，C點為接順BC曲線曲率的自由曲率狀態；DE曲線在D點與平面P曲率連續，E點為接順DE曲線曲率的自由曲率狀態；FG曲線在F點與平面P曲率連續，G點為接順FG曲線曲率的自由曲率狀態。

（3）第三步——細節曲面構建時，曲面P1與平面P連接關系為曲率連續；曲面P2與平面P連接關系為曲率連續；曲面P3與曲面P1、曲面P2、平面P連接關系為曲率連續。

3.3 曲面構建效果的目測區別

以上兩種效果的曲面構建，步驟完全一樣，但構建完成的曲面效果，目測可以看出有少許的區別（目測區別在于光影變化的光順程度），在高光檢測結果對比中，我們可以更清楚地看到：

（1）G1連續的斑馬紋的連接處（即曲面連接處）是扭曲或起折痕的。

（2）G2連續的斑馬紋的連接處（即曲面連接處）是光順的，間隙是均勻的。

4 曲面特征的高光表現

手提電腦正上方曲面如圖3。曲面特征的高光表現，可以直接反映出不同品質曲面給我們帶來不同的視覺感受。

圖3 a側圖片的反光光帶緩慢過渡，層次豐富，一側在最亮的地方陡然截止，另外一側就是陰暗面，形成亮麗的分割線，給我們的感覺是漂亮。

圖3 b側圖片的反光高光帶較為聚集，過渡區域狹窄、復雜，相對而言就遠不如a側圖片漂亮了。

圖3 曲面特征的高光表現

在我們看汽車展或消費電子展的時候，都會有眼前一亮的感覺，特別是在看到一些大品牌的產品時，那是因為曲面的光影效果給視覺的美好感受。高質量的曲面設計，其目的就是為了獲得這種給視覺美好感受的光影效果，光影效果表現就在于曲面。

對于同樣功能的產品，有時即使價格會貴些，許多消費者也會趨向選擇外觀時尚、漂亮的產品，這是因為愛美之心人皆有之。

5 曲面質量檢查及調整

在產品外觀曲面構建的過程中，我們不可能一次性的把曲面構建到理想的效果，所以需要不斷對曲面進行檢查和調整，特別是在全正向設計的過程中。

設計初稿通過評審后的工作流程，一般都是把設計細化和優化，把曲面調整到最佳的視覺效果。現在的3D設計軟件，一般都可以把最終的產品效果模擬出來。在曲面構建的過程中，應結合軟件的檢查分析工具，以便把曲面品質調整到最佳視覺效果。

如圖2中的實例，如果檢查結果不理想，則需要返回到第二步或第三步對曲線或曲面進行調整；當然本文的實例簡單了些，其目的是為了說明問題，再怎么復雜的外觀面，也是這樣由一系列互相連續的曲面片構成的。

6 結束語

近年來，產品外觀越來越受到消費者的關注，尤其以電子消費品和交通工具方面特別突出。隨著人們消費水平的提高，價廉物美，價廉不再是決定性的首要問題，物美越來越更為人們所青睞。

本文通過筆記本電腦外殼實例，闡述了如何通過工業設計軟件設計出高品質曲面。使工業產品在市場競爭中更具競爭力。希望通過本文給從事工業設計人員提高對高品質曲面的認識帶來幫助，共同設計出更多更好的工業設計產品。

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[3]王行凱，程惠琴.工業設計[M].南寧：廣西美術出版社，2006.