汽車造型特征棱線的三維設計

黃太強

摘 要：造型特征棱線設計作為汽車型面設計的重要部分，它不僅決定了汽車型面的光影質量，還對汽車整體風格和產品品質有著重要影響。在汽車型面設計過程中，主要根據特征棱線的光順性，特征棱線的強弱趨勢，相鄰特征棱線間的關系三方面設計和評價造型特征棱線。

關鍵詞：特征棱線;型面設計;重要部分

1 引言

從最早的馬車型，到后來的甲殼蟲型，再在歷經滄桑變化后到現(xiàn)在的楔型，汽車造型緊跟時代潮流，給消費者帶來一次又一次豐富多彩的視覺盛宴，而在這盛宴上最引人矚目的就是特征棱線帶來的光與影的變化。它時而強勁有力，時而優(yōu)雅柔和，時而萬千變化，時而大氣簡約，猶如一首美妙的音樂，讓人如癡如迷，陶醉其中。美妙的音樂由無數(shù)音符編排而成，那么如此豐富的汽車造型棱線又是怎樣被設計出來的呢？在汽車型面設計中，造型特征棱線的設計最重要從三方面控制：特征棱線的光順性，特征棱線的強弱趨勢，相鄰特征棱線間關系。只有同時滿足這三個控制條件，才能達到預期的造型效果，本文將從這三方面入手闡述汽車造型棱線的設計。

2 特征棱線的光順性

特征棱線的光順性，從表面上看就是造型特征棱在三維空間內是否光滑平順，是否存在抖動或扭曲，如圖1所示即為不光順的特征棱線;從本質上來講，就是構成特征棱線的曲線的控制點在三視圖內排列是否均勻，曲線曲率梳是否合理。作為運動和美的結合，汽車特征棱線的設計也變得越來越耐人尋味，越來越復雜多變，然而萬變不離其宗，所有復雜的特征都是由簡單的元素通過合適的方法組合而成。就汽車造型特征棱線而言，最簡單的用一條曲線即可表達，而復雜的則需要由多條曲線首尾連接而成。

2.1 簡單特征棱線的光順性

簡單特征棱線的光順性設計，實際上就是一條曲線的光順性設計。在設計過程中，這條光順曲線的控制點一般不超過7個，所有控制點在三視圖內必須排列在曲線的同側，且控制點在三視圖內的排列（以非等比縮放的形式觀察）必須均勻或均勻變化，嚴格時每條曲線的控制點必須控制在一個平面內，如圖2所示即為光順曲線的控制點排列。曲線的形狀完全由控制點的排列控制，而因控制點排列的好壞是通過目測來判斷，但目測無法排除極其微弱的波動，因此無法確保曲線的光順性，特別是控制點較多的情況。鑒于此，我們用更加敏感的曲率梳加以輔助。在設計過程中，當分析查看完控制點后，我們通常會打開曲率梳，以非等比縮放的形式在三視圖內觀察曲率梳的形狀，若存在圖3所示抖動曲率梳，微調曲線的控制點至如圖4所示光滑曲率梳形狀即可。這樣就完成了一條曲線的光順性設計，即簡單特征棱線的光順性設計。

2.2 復雜特征棱線的光順性

對于復雜的特征棱線，如何將此復雜特征拆分成一條條簡單的曲線，以及這一條條簡單曲線的如何連接至關重要;正確的拆分和合理的連接直接決定了復雜特征棱線的光順性。

復雜特征曲線的拆分是型面設計專業(yè)極其重要的一個基本功，大體分三步進行。首先找出曲線曲率發(fā)生突變的區(qū)域，如圖5藍色圓圈所示即為曲率突變區(qū)域;然后分別找出兩個區(qū)域內曲率最大點的位置，如圖6三個藍色點所示即為曲率最大點;最后分別以曲率最大的點為原點，向曲線兩邊擴散尋找合適的兩個點（通常要求此兩點到相應原點的距離相等），這些點便將該復雜特征棱線拆分成5條簡單曲線，如圖7所示即為拆分完成后狀態(tài)。

在汽車型面設計中，相鄰曲線的連接方式有4種：G0、G1、G2、G3。G0又稱點連續(xù)，單位為mm，它通常以相鄰兩點之間的距離大小來衡量搭界質量;如圖8所示G0連續(xù)圖解，此處兩點之間的距離為2mm，那么此連接點G0=2mm。G1又稱切線連續(xù)，它是指曲線相鄰端點處切線夾角的大小，單位為度;如圖9所示G1連續(xù)圖解，此處兩點切線夾角為80.134°，那么此處G1=80.134°。G2又稱曲率連續(xù)，它是指曲線相鄰端點處相切圓半徑之差與半徑之和的比值（不同軟件計算方法不同，此處以ICEM-Surf為例）;如圖10所示G2連續(xù)圖解，此處相切圓半徑之差為10，之和為30，比之為1/3，那么此處G2=0.333。G3是曲率變化率連續(xù)，通常用于對稱的特征棱線，如保險杠、引擎蓋、車頂?shù)攘慵卣髟O計中。在汽車設計過程中，為了得到光順的特征棱線，我們通常會根據企業(yè)要求，制定出相應的G0/G1/G2/G3標準，在初步完成特征棱線的設計后，通過軟件連續(xù)性檢查工具和曲率梳檢查工具進行檢查和調整，最終得到一組首尾相連，曲線和曲率梳均光順光滑的特征棱線。

3 特征棱線的強弱趨勢

特征棱線的設計直接影響著汽車的造型風格，較強的特征棱線通常代表著肌肉與力量，而較弱的特征棱線則代表著沉穩(wěn)與優(yōu)雅，由強到弱的特征棱線則給人一種運動的感覺，當然忽強忽弱的特征棱線看起來就顯得雜亂無章。

在汽車型面設計中，特征棱線的強弱由形成特征棱線的曲面的夾角決定：夾角大，特征棱線弱;夾角小，特征棱線強;曲面夾角的大小變化決定特征棱線的強弱趨勢。以ICEM-Surf軟件為例，當初步完成型面設計后，型面設計師通常會用Diagnosis Matching命令來檢查相鄰曲面之間的夾角，也就是它們的相切（Tangent）連續(xù)性。如圖11所示夾角梳，體現(xiàn)夾角大小的梳子高度一致或高低均勻變化，轉化成造型語言便是特征棱線強弱一致或強弱均勻變化，如此特征棱線的強弱趨勢便得以控制，使得造型特征棱線更具設計感。

4 相鄰特征棱線間關系

在汽車設計過程中，設計師通常會先提煉幾條主特征棱線，然后根據這幾條主特征棱線推敲與之相鄰的細節(jié)特征，從而豐富整車造型設計。

通常情況下，設計師會從前/后視圖、左/右視圖、頂視圖去推敲相鄰特征棱線，要求其距離相等呈平行關系，或這兩組相鄰特征棱線趨勢一致且距離均勻變化。若其在各個視圖中均平行，即距離相等，那么由這兩組特征棱線橋接形成的曲面光影也與棱線平行，如圖12所示平行光影;若相鄰棱線不平行，但趨勢一致，且棱線之間的距離由大（小）到小（大）均勻變化，那么由其橋接形成的曲面光影雖不平行，但趨勢與棱線一致，如圖13所示趨勢一致的光影;若相鄰特征棱線趨勢不一致，距離忽大忽小，那么由其橋接出的型面光影則無規(guī)律可循。相鄰特征線之間有了良好的關系，汽車外表面也就呈現(xiàn)出有條不紊的光影，由此而得的產品將更具設計感，更加有品質。

5 結束語

本文從造型特征棱線的光順性、強弱趨勢、相鄰特征棱線之間關系三方面闡述汽車型面設計中造型特征棱線的設計，為特征棱線的設計和評價提供了參考，希望能借此提高型面設計的效率，為汽車造型開發(fā)設計貢獻一份力量。

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