基于Pro/E典型漸消失曲面的構面方法研究

謝英星

(中山職業技術學院，廣東中山528404)

0 引言

隨著產品升級換代的加快，消費者對新產品的心理滿足程度不僅僅局限于產品的功能，也逐步延伸到產品的外觀、舒適度及便捷性能，要求設計的東西更加實用、美觀、人性化。而在產品的外觀造型設計過程中，經常遇到曲面之間需要進行順滑地過渡，在曲面上產生具有高度差的不同區域曲面。漸消失面大量使用，很多時候起著畫龍點睛裝飾亮點作用，不僅使產品更加美觀大方，而且基于人因工程的出發點，漸消失面的采用能使消費者更加舒適。

漸消失面在產品造型中能較好地體現速度感和流暢感，是使曲面增強設計感的一種常用手段，常用于產品造型的某個細節處，與內部機構配合且相呼應的地方作為外觀造型裝飾特征，此類曲面沿主體曲面走勢延伸至某處自然消失，因此也叫消失面。

1 漸消失面的形成與分類

漸消失面是造型曲面的一端逐漸消失于一點或一短邊，產品外觀上的局部特征從突出逐漸變化到和其他外觀融合并消失的曲面類型，如圖1所示。漸消失面從其漸消失的形成和發展情況可分為2種:1)曲面由一定的高度差逐漸變化到零，并光滑過渡。2)曲面之間連續關系的變化引發的漸消失，由光滑過渡(G1相切連接，G2曲率連接)慢慢變化到G0連續過渡［1］。這種漸消失面會導致消失點的生成，消失點是曲面從G1或G2過渡開始轉變為G0連續過渡產生的點，如圖2所示。曲面之間存在如下關系:

圖1 產品上的消失面

1)A曲面與C曲面至少相切連續；

2)B曲面與C曲面至少相切連續；

3)A曲面與B曲面位置連續。

圖2 漸消失面模型

2 漸消失面的常見構建方法

雖然漸消失面在產品外觀造型上的形態各異，但是分析其造型結構，常見的創建漸消失面方法有三種［2］:

1)Style曲面架構法

通過中間構架線與邊界線的過渡變化，產生的漸消失面比較圓滑，效果自然，控制漸變化范圍較大，常用于較大的漸消失區域。

2)邊界控制架構法

在需要創建漸消失曲面的特征處，剪切出一塊漸消失區域，通過邊界混合曲面與原始曲面呈漸消失的狀態，創建的漸變區域相比，漸變的區域更寬，可控制性更好，多用于較大區域突然變化的漸變類型。

3)漸變曲線構架法

在曲面上剪切出漸消失區域，不用創建掃描曲面，在漸消失變化較深的一側，創建變化曲線，利用邊界混合曲面創建出漸變區域，注意與原曲面相連的三處邊界的控制，相連與相切創建出的效果不一樣，再創建較深處的混合曲面，此種方法一般用于局部的漸消失類型。

3 典型漸消失面的建模

3.1 具有高度差的漸消失面的建模

1)曲面母體生成。先通過拉伸命令創建一個簡單的曲面，在主菜單中選擇“編輯”→“投影”命令，打開其操控面板。在操控面板中選擇“參照”命令，在其下滑面板中更改投影類型為“投影草繪”，單擊該面板中出現的“定義”按鈕，打開“草繪”對話框，進入草繪模式，繪制草繪投影后得到如圖3所示的投影曲線。

圖3 曲面草繪投影

2)曲面修剪。在漸消失面生成的地方裁剪曲面，得到消失面外圍邊界線。在特征工具欄中單擊“拉伸”按鈕，設定為“拉伸曲面”，單擊去除材料按鈕，選擇步驟1生成的曲面作為裁剪對象，完成的曲面裁剪操作如圖4所示。

圖4 曲面修剪

3)生成相交曲線。按住Ctrl鍵，選擇步驟2的拉伸曲面和RIGHT基準平面，在主菜單中選擇“編輯”→“相交”命令，建立的相交曲線如圖5所示，該曲線在后面草繪曲線時將作為參照使用。

圖5 生成相交曲線

5)草繪輔助曲線。在特征工具欄中單擊草繪按鈕，選擇RIGHT基準平面作為草繪平面，繪制輔助曲線，先做出兩個基準點，把做好的基準點作為參照使用。由于漸消失面往往與周圍相連接的曲面呈相切連接，因此在建立輔助曲線時，不但要考慮合理的布局，還要考慮曲線自身的質量，并且兩端一般需要做相切約束。要確保輔助曲線與步驟4做的相交曲線相切連接，即曲面與兩邊的參照顯示“T”約束連接，如圖6所示。

圖6 草繪輔助曲線

6)創建漸消失曲面。點擊界面右側的特征工具欄，或者通過“插入”→“邊界混合”的方式進行，按住Ctrl鍵，選擇箭頭所指的曲線1-1、1-2作為第一方向曲線，曲線在選擇時需要通過右鍵切換選擇其中的一條曲線。在命令菜單中選擇“第二方向曲線”命令，選擇其余的三條曲線2-1、2-2、2-3。在曲線選擇的過程中，需要進入到操控面板中的“曲線”→“細節”，對長度稍長的曲線進行“長度調整”；然后，選擇操控面板中的“約束”命令，在下滑面板中更改“約束類型”為“切線”，保持默認的曲面參照，實現光滑過渡，曲面最后效果如圖7所示。

圖7 創建漸消失曲面

7)曲面檢測。曲面的曲率分析是在曲面建立完成之后，從分析的曲率圖中觀察曲線是否光滑，有沒有不規則的“回扣”和“尖峰”現象，從而幫助獲得高品質的曲面，以達到復合產品的設計意圖。通常需要對曲面進行曲面“曲率”分析和“反射”分析，以綜合檢查曲面的品質，通常遇到最多的問題就是曲面尖端收斂的問題。當對產品外觀要求不是很高的情況下，只要不影響后面的抽殼、倒圓角等操作，一般還是可以接受的。對建立的邊界混合曲線分別執行“曲率”檢測和“反射”檢測，其分析顯示如圖8所示。

圖8 曲面檢測

8)曲面合并與實體化。選擇步驟2得到的拉伸曲面，按住CTRL鍵，選擇剛做好的漸消失面，將生成的邊界混合曲面與拉伸曲面進行曲面合并，使兩個曲面顯示為紅色，即為選中狀態，點擊特征工具欄中“合并”命令，即可實現曲面的合并操作，為下一步的片體加厚做準備。選擇“編輯”→“加厚”命令，對生成的曲面進行加厚形成實體。

3.2 具有“消失點”的漸消失面建模

消失點把曲面分為三個部分:A曲面，B曲面與C曲面。根據定義可知，A曲面與B曲面為G0過渡連接，B曲面與C曲面為G1光滑過渡，A曲面與C曲面為G1光滑過渡。這種類型漸消失面的共同特征是存在一段過渡曲面，一般需要先確定過渡曲面中止的位置，然后做好過渡曲面，這樣操作可以避免過渡曲面影響其余部分曲面的質量。具體步驟如下:通過“邊界混合”命令采用三邊構面方法構建曲面C，如圖9所示。

圖9 曲面C的構建

為了完成A曲面的構建，用“經過點”命令或者造型曲面在消失點位置做一曲線，曲線的連接過渡質量決定生成曲面的質量。做曲面A時，通過設置“邊界混合”命令操控面板中的“約束”選項，對構成曲面A的四條邊界曲線進行設定，如圖10所示。完成曲面A的構建之后，采用同樣的方式構建曲面B，如圖11所示。鏡像完成的曲面至另外一側，最后的曲面效果如圖12所示。

圖10 曲面A的構建

圖11 曲面B的構建

圖12 最后完成的曲面

3.3 其他方式處理漸消失面

在漸消失面處理過程中，使用簡單的倒圓角處理是經常使用的手段。根據實際情況，通過一般的曲面工具建立曲面后，再通過曲面操作來“拼出”漸消失面的效果，或者合理地架構輔助曲線，使用可變截面掃描、環形折彎等方法來建構曲面，然后通過曲面的合并和編輯操作，完成特殊曲面的構建［3］。

4 結語

漸消失面在外形設計中運用的比例是相當大的，在產品外觀加上這樣的造型面，往往可以提升質感，并吸引消費者的目光。由于產品外觀造型的千變萬化，導致漸消失面的形態也是多種多樣，對漸消失面的處理也有很多方式。漸消失面的設計過程中，靈活運用Pro/E軟件的參數化設計，曲面的創建速度加快、修改方便、效率提高，實體的建模周期縮短，為后期的三維裝配、動態模擬、適時進行個性化修改帶來了方便。

［1］劉筱路.Pro/ENGINEER曲面造型技術詳解［M］.北京:人民郵電出版社，2005.

［2］周峻辰.Pro/ENGINEER中文野火版曲面設計專家實例精講［M］.北京:中國青年出版社，2007.

［3］韓玉龍.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0零件設計高級教程［M］.北京:科學出版社，2009.