用Imageware進行車身A級曲面設計

摘 要：本文介紹了A級曲面的技術要求和應用在車身上的設計準則以及使用Imageware進行A級曲面設計的幾個關鍵點。通過車身輪艙的A級曲面設計實例，證明了Imageware在車身高品質曲面設計中巨大的發展。

關鍵詞：A級曲面； 曲面創建； 曲面造型

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2016）02-192-001 近年來，A級曲面成為人們普遍關注的話題。A級曲面（文中簡稱A面）一詞最初是由法國達索公司在開發CAD/CAM軟件CATIA時提出并開始應用的，是指對曲面質量要求較高或有特殊要求的一類曲面。早期的汽車工業對車身曲面有這樣的規定：車身外表面，白車身為A面；依次往下不重要的面為B面，如內飾面；不可見的面為C面。但是隨著美學和舒適性的要求日益提高，汽車內飾件也要求達到A面的特征。因此更加合理的A級曲面定義應為：所有可見表面都要成為A面；不可見表面為B面。

一、A面的設計準則

A面代表著曲面的質量，這容易使人想到光順曲面，不過對A面的要求要比一般的光順曲面更加嚴格。從工藝上講，A面必須符合相鄰曲面間的間隙在0.005mm以下，切率改變在0.16度以下，曲率改變在0.005度以下的標準，這樣才能確保曲面的環境反射不會有問題。當對曲面進行高光線評估時，顯亮的曲線應該有一個共同的曲率特征，即等高線連續且過度均勻、逐漸的發散或收縮，而不是一下子匯集消失到一點。從美學角度的考慮，A面應該滿足和光順曲面相同的要求，即避免在光滑表面上出現突然的凸起、凹陷等缺陷；曲面過渡時，應至少是滿足G2連續。

在車身曲面創建中，應盡可能以整體來進行，先不考慮具體的零部件分塊，將整個車身外形曲面視為由一組互相連續的曲面片構成的凸殼，在保證各曲面片及拼接關系滿足A面要求的情況下，再詳細考慮車身的細節特征。按車身覆蓋面積和造型優先級分，曲面元素可分為基礎面（如車門玻璃面、頂蓋和擋風）和特征細節（如棱線和倒角）兩類。

二、Imageware軟件及其特點

1.Imangeware軟件介紹

Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應用于汽車、航空和消費家電等領域。它的發展方向是將高級造型技術和創意思維推向廣義的設計、逆向工程和潮流市場，其最終結果就是使加速設計、工程和制造的集成、速度和效率達到高水平的解決方案。允許設計者自由地憑直覺創建，同時能夠在3D環境下快速地探究和評估形狀設計。

2.Imageware構建曲面的特點

Imageware能夠最大程度地保證構建模型的美觀、真實和曲面的光順。通過直覺造型工具，使用者可以利用曲線、曲面或者測量點來創建自由幾何。動態曲面修改工具則允許設計變更以交互的方式進行探究，并立即將設計所蘊涵的美學和工程信息可視化。實時診斷工具的使用對加工前的曲面質量提供了全面的分析，包括視覺上的分析和定量分析，消除了產生錯誤猜測的可能。這些工具可作為一種手段來識別曲面曲率和高光效果，以發現曲面瑕疵、偏差和缺陷。高效的連接性管理工具則保證了曲面間的完美過渡。

三、Imageware構建A面的方法

1.點云數據規劃

Imageware能夠用高斯濾波法濾去點云數據中的噪聲，再將數據拼接成一個整體，然后對全部點云數據進行規劃。其中點云數據分割是規劃中的重要環節。如果數據分塊得當，不僅曲面的建構會變得簡單，A面的光順性也會得到很大提高。曲率分析法是數據分塊的一種常用方法。車身表面的棱線和過渡線可以通過曲率的變化加以判定。

2.創建基礎面

創建基礎面時，應盡量將點云數據分為多個四邊形子域，并且使每塊分得的數據盡可能大，這樣有利于曲面的重建。在擬和四邊曲線時，要選用相同的參數，以避免生成的曲面局部扭曲，質量不好。然后增加面的階次并編輯面的控制點，使其達到足夠的光順與精度。在構建過程中，如果對曲面控制點的數量與排列不滿意，可以通過Specify·Span功能來制定控制點的數量，同時可以選擇控制點的排列方式。設計人員可以借助截面線與點云作比較，幫助引導曲面編輯，使曲面能夠擬和點云。這是一個無限逼近的過程，需要借助Molding·Option功能來實現動態的觀察。在調整控制點時，應先調整一個方向的控制點，使其貼近點云，之后再調整其他方向，同時打開曲面診斷工具，幫助控制曲面品質。

3.曲面間的過渡與拼接

基礎面創建后，對相鄰的基礎面必須進行過渡匹配處理。曲面之間的過渡曲面應滿足給定的幾何連續條件。連續曲面的種類可以自己設定。在兩個曲面進行拼接處理之前，必須保證拼接的曲面階次的定位相同，而且兩曲面的特征網格線應分布在同一平面內，這樣就會使拼接后的曲面不會產生扭曲變形。

四、車身A面設計實例

應用Imagewarer完成某概念型電動車車身外形曲面的構建，經光順優化后使其滿足A面的標準。圖1所示是利用掃描儀測量的車身模型的點云數據，圖2所示是基于曲率法表示的該車車身的輪廓線圖，它為點云數據的分塊提供了很大方便。圖3所示是最終利用Imageware的構建A面的方法生成的車身外形曲面模型。

本例中需要注意以下幾點：

1.在保證能夠捕捉到體現設計特征及風格線索的前提下，如果一些質量不好的噪聲點影響了整體設計質量，應將它去除。

2.在這個捕捉、體現和篩選的過程中，要通過反復使用Imageware中的診斷工具，來幫助我們從不同角度觀看曲面反射光的反射情況。

3.觀察整個車身不同曲面片的實際曲率變化，僅僅讓生成的曲面準確符合測量點也是遠遠不夠的，A面的標準也必須考慮進去。

五、結論

在曲面造型領域中，A面的設計越來越受到關注。尤其是在汽車的車身設計中，A面憑借其高品質的視覺感受，已成為汽車產品的競爭利器。目前，Imageware的高級曲面構建功能和質量評估功能使其在汽車車身A面構建中的使用越來越多。除了汽車工業外，許許多多其他行業的廠商在其產品的設計和生產過程中，也需要生成像A面一樣的曲面。因此，Imageware在A面設計的表現，足以使設計流暢的產品外形工作變得更加輕松自如。