淺析汽車造型設計中的數字化設計

摘要：在汽車工業高度發展的今天，汽車不再只是代步工具而已，而是現代人生活的一部分，隨著社會的進步，人們的審美能力和對美好事物的需求都在不斷提高，為了滿足消費者不斷提高的需求和產品的競爭力，各個公司都加快了車型換代的速度。車輛平臺系統和動力系統的更新速度相對造型設計相對慢，所以更多的廠家把機會放在了造型設計上，對于造型設計來說怎么樣能夠在最節約時間和物料成本的情況下做出更好的設計，這其中數字化設計就是重要的手段之一，特別是近年來計算機技術的飛速發展，更給數字化設計帶來了更廣闊的發展空間。

關鍵詞：概念數字設計；汽車造型設計；設計流程；CAS；A級曲面

數字設計的概念是上世紀末以來設計領域出現的一種新的設計手段，它是跨越“藝術學”和“計算機科學與技術”兩個性質完全不同學科，涉及到建筑、室內裝飾、工業設計等，在汽車造型設計的過程中我們常說的數字設計一般是指汽車外表面的數據設計工作既CAS、A CLASS SURFACE及實時的三維渲染，所以本篇文章會針對這部分內容做針對性的闡述。

現在從前期的概念草圖開始就有了數字化參與，設計師們不需要完全在紙上表現自己的創意，而是運用數位板或數位屏和繪圖軟件相結合，可以實時修改和擦除，而且傳統的紙上作畫不能隨意的放大縮小來檢查，因為很多線性和大比例關系的研究在小篇幅的紙上是比較難以推敲的，當然也可以借助膠帶圖來檢驗，這雖說效果非常好但在造型的初期這樣的大成本的投入其實可以用數字化的方法來代替，因為現在只要把畫好的電子版的效果圖借助現代化虛擬現實（VR）的大屏幕就可以把過程變得更簡單，可以快速的實現1：1的效果，這樣在一次一次的評審過程中就會節約很多時間和物料，而且會使最終的設計展示效果更好。

現在隨著三維軟件的高速發展，特別是ALIAS、ICEM Surf等軟件的加入，使數字化設計在汽車造型設計的過程中的參與度越來越高，數字化設計技術的應用并非是對傳統造型方式的摒棄，而是對傳統造型方法的繼承與發展。目前各大汽車公司都在運用這樣的軟件，不但可以借助軟件實現多種型面的效果，而且有很多高效的曲面檢查工具，可以檢查高光的走勢和斑馬線的質量，這樣可以在早期避免掉很多設計上的缺陷，比如造型特征的不合理，使設計能夠更好的表現在三維模型上，而且這樣也可以在早期的設計過程中盡早的導入工程輸入，在早期就可以發現潛在的工程問題，數字模型的提前進入不但對前期的造型設計有很大幫助而且對后面的油泥模型也是非常重要的，因為油泥模型解決大的工程問題例如：接近角、離去角是可以的，但遇到很多小問題或是在鈑金里面包覆起來的工程問題就很難了，這時候在數據模型上就可以很清晰且準確的檢查和解決，且概念三維模型更重要的作用是在檢驗設計工程的可行性方面。

在實際設計過程中，我們發現膠帶圖、模型制作過程與CAS建模過程及其相似，CAS建模初期制作、調整曲線的過程與膠帶圖的調整是相同的，只是設計師面對的是計算機屏幕，而非膠帶圖板，利用CAS制表面的順序與制作油泥模型的順序也完全相同，都從大的表面入手，先作理論線，后導圓角，最后精修，因此熟練掌握油泥模型制作的人員在學會使用CAS軟件后同樣會制作出完美的三維CAS模型，至于用什么方式完成草圖、效果圖則可根據具體項目具體對待，用對的工具方法才能實現更好的效果，相信CAS技術與傳統造型方式的結合會被越來越多的設計師所接受。

在完成了前期數字模型后，為了更好的展示設計成果，汽車設計師們還需要對曲面數據進行可視化實時渲染。從車漆的顏色，車燈的亮度，到保險杠的紋理，座椅的皮革，從車身對環境光線的反射，到不同天氣條件下的陰影，實現對3D模型的實時可視化，并可對該模型進行實時交互、改變顏色、查看幾何結構，從任意角度觀看，并進行細微調整。運用實時3D仿真軟件，在產品設計和發展階段，用戶可以進行形象化進行評判并即時決定下一步的設計。

虛擬現實技術的不斷成熟，已能部分替代實物模型制作。虛擬現實（Virtual Reality）是近年來出現的高新技術。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。虛擬現實技術是目前發展最迅速的數字技術，數字設計的前期數字模型與虛擬技術的合作參與在一定程度上節省了場地和不必要材料的浪費，在時間上也有相對的節省，而且數字上更方便實時的看到接近最終的效果，目前由于效果和成本的原因還不能廣泛推廣開來，但相信不久的將來，必能廣泛應用，到那時，全數字化設計流程就能真正有效實現了，雖然目前虛擬數字化技術在汽車外觀設計中已經起到關鍵作用，但由于在幾個環節上還待進一步提升，比如數字模型呈現的形體比例和色彩感官與實物還是會有差異。

在完成了前期CAS和VR的渲染，接下來的A級曲面的工作就顯得更加重要，汽車A級曲面是指滿足設計審美要求，曲面內部質量要求，工程布置及后續結構設計要求和模具制造工藝要求的可見車身外表面。隨著計算機技術和信息技術的飛速發展，對車身曲面數學模型的質量要求越來越高，A級曲面的質量和最終的整體產品質量是息息相關的，A級曲面和前期的CAS還是有質的區別的，A級曲面作為造型階段對工程階段的最終遞交物，反映理論狀態的造型特征和造型質量，是汽車造型階段的關鍵。隨著計算機硬件性能的不斷提高，其越來越快的運算速度為處理汽車設計大規模數據提供了硬件保障，數控機床等加工設備的運用，先進的制造工藝的運用（如激光焊接流水線）以及模具制造工藝的不斷提高都使得最終量產樣車的狀態與A級曲面的狀態越趨接近。A級曲面技術的日益成熟與完善，A級曲面質量的提高必將更好的為后續結構設計、工程分析、樣車制造、模具制造等環節提供理論依據，為縮短開發周期，加快新產品開發節奏提供強有力的保證。

現在看數字化設計是一個公認的趨勢，數字化設計由于不受費用地和資源的限制，往往對于設計方案的數量、更改的頻次都有相當的限制。而采用虛擬數字技術后，基本上不消耗資源和能量，也不產生產品，設計方案以數字數據方式存在，可以隨時修改、評測，工作量相對減低很多，因此在時間、費用的減少和方案的總類上都有明顯的優勢。因此數字技術已經大量的融入到汽車外觀設計流程中，而且這樣的融入對提高設計質量和縮短開發周期，同時更全面的表現設計師的創造性想法都起到的巨大的推動作用。這并不是說數字設計就能代替傳統的設計方法，而是在現在設計方法基礎上發揮數字設計的優勢，相信隨著計算機技術的發展，在將來數字設計肯定會得到更廣泛的應用，從而助推整個汽車工業飛速發展。