Catia IMA模塊在汽車造型設計中的應用

袁鳳書

（一汽-大眾汽車有限公司 130000)

造型在汽車設計中發揮著重要作用，直接影響產品的銷售。為在激烈市場競爭中占據有利地位，汽車制造企業不斷提升產品質量及外觀的更新速度。計算機輔助造型技術的進步為汽車廠商提供了強有力的技術支持，使更靈活和多樣化的設計成為現實。

1 Catia IMA模塊在汽車造型設計中的應用

在汽車造型概念設計階段，方案多且更改頻繁，如何在規定的時間內完成多方案并做到最優，是造型部門急需解決的問題。數字模型在此過程中起著重要作用，傳統的Nurbs數字模型軟件在此階段可以完成數模構建的任務，但是需要眾多位模型師參與且工作時間長。而Catia IMA模塊能夠彌補這些不足，實現前期對汽車整體比例及形態的探討研究，極大提高工作效率。軟件后臺的基本原理就是以一個簡單形狀開始，通過旋轉、移動、縮放或細分等操作來達到設計師想要的創意，并且結合創成式設計模塊的工具條實現細節的構建。

2 Catia IMA模塊細分曲面技術

IMA模塊中的曲面細分技術可追溯到1978年，Edwin Catmull、Jim Clark、Daniel Doo和Malcom Sabin提出了將雙三次和雙二次B樣條曲面推廣到任意拓撲網格上的細分算法，這標志著細分曲面應用于曲面造型的開始。但由于當時硬件條件及細分方法理論不夠完善，發展較緩慢，直到2000年Peters提出PCCM變換，把Catmull-Clark細分曲面轉換成Nurbs曲面[1]，這樣才使得這種基于四邊形的細分方法在計算機輔助幾何中有了廣泛的應用前景（圖1）。細分方法具有拓撲任意性這一重要優點，可以有效解決曲線曲面的造型問題。其中Catmull-Clark方法具有很好的光滑性，而Doo-Sabin方法可以很好的保持一些網格轉角特征（圖2）。

3 Catia IMA模塊與Nurbs軟件建模方法對比

汽車造型設計階段中，構建三維數字模型時，常用的軟件都是以Nurbs曲面為基礎的曲面構造法。Nurbs是一種非常優秀的建模方式，能夠很好控制物體表面的曲線度。1991年國際標準組織（ISO）頒布的工業數據交換標準STEP，將Nurbs作為定義工業產品幾何形狀的唯一數學描述方法[2]。但是Nurbs曲面若想表示復雜的拓撲結構時，需要對曲面進行裁剪拼接，這種裁剪拼接計算不僅費時而且有數值誤差，另外要在曲面的接縫處保持光滑也是很困難的[3]?？傮w來講，Nurbs建模方式更適用于造型設計后期階段，能夠保持汽車外表面較高的幾何精度和連續性。而catia IMA模塊細分曲面建模更適用于汽車造型概念設計階段，其優點是強大的曲面造型能力，可以表示任意拓撲關系，修改更新速度快。但該方法表示的曲面精度和光順性不及Nurbs曲面方法，所以更適合應用在汽車造型前期設計階段。

4 結束語

綜上所述，Catia IMA模塊應用全新的建模理念，以細分曲面理論為基礎，結合創成式設計工具條，在汽車造型設計概念階段可替代Nurbs建模方式，實現方案的快速迭代更新，縮短產品研發周期。

圖1 Catmull-Clark方法具有很好的光滑性

圖2 Doo-Sabin可以保持一些網格轉角特征

[1]J Peters,G Umlauf.Gaussian and mean curvature of subdivision surfaces.TR 2000-01,CISE,University of Florida.

[2]S M Vergeest.CAD surface data exchange using STEP.Computer Aided Design,1991,20(8):269-281.

[3]DeRose T,Kass M,Truong T.Subdivision surfaces in character animation.In Computer Graphics Proceedings,Annual Conference Series,ACM SIGGRAPH,1998:85-96.