胎側字體模板從AutoCAD到CATIA的遷移

張 敏，李 華，吳東霞，程麗娜，黃明新

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎胎側文字用于說明產品的規格型號和產地等重要信息，雖然對產品性能沒有直接影響，卻直接影響產品外觀。以前，輪胎胎側字體圖設計基本在AutoCAD中完成[1-2]。由于系統字體的粗度和造型不能滿足客戶的需要，一般做法為先進行字體/符號造型設計，然后設置插入點，做成塊或直接保存。雖然受限于AutoCAD塊的功能，垂直方向對齊和扇形變形實現等功能只能通過排字軟件進行彌補，但這一方式對統一字體的管理、使用還是有利的，因而各公司日積月累，積存了大量的字體。

隨著3D設計軟件在行業內的普及，越來越多的企業轉向使用Computer Aided Three-Dimensional Interface Application（CATIA）等參數化設計軟件。然而CATIA在輪胎設計方面的研究大多集中在花紋、結構等方面[3-4]，雖然一些企業和高校對胎側字體建模也有所涉及[5-7]，但都沒有深入研究。為應對客戶對胎側設計求新求變的需求，需要開發靈活多變的自定義字體和直接將這些字體進行排列的工具。

本工作在CATIA V5R22版本下，以AutoCAD中做好的字體為基準，根據垂直方向對齊和扇形變形參數的要求自動選擇適當的曲線作為輸入參考，實現上/中/下對齊和扇形變形；在創成式曲面設計模塊下，通過獲取關鍵點坐標，并與字高進行綁定，利用參數驅動字體尺寸的變化。這樣可將AutoCAD中通過比例進行縮放的功能和通過編程實現的垂直方向對齊、扇形變形功能都整合進胎側字體模板，降低了胎側字體排列程序的復雜程度。

1 AutoCAD字體模板前處理

胎側字體可以分單線字和其他字體兩類。單線字筆劃粗度保持不變，其中心線可作為模具加工的走刀軌跡；其他字體的筆劃粗度可以自由變化。這兩類字體在造型時有明顯的區別。

一個CATIA字體模板需要有支持面、曲線和插入點作為輸入，而字體模板的基準點是字體的中心，因此首先需要在AutoCAD的字體上建立同樣基點的坐標系用于讀取控制點的坐標。一般而言，以字體幾何中心為基點建立坐標系，但標點符號等特殊字符需要按照其實際排列位置來建立坐標系，如圖1所示。

圖1 單線字和特殊符號坐標基點示意

對于單線字，只需要提取其筆劃中心線各關鍵控制點即可，但需要注意其筆劃中心線末端與筆劃末端有1/2粗度的差距；對于其他字體，則需要提取筆劃輪廓的各關鍵控制點，如圖2所示。

圖2 其他字體控制點示意

2 胎側字體模板遷移

2.1 垂直方向對齊

為實現垂直方向對齊的功能，需要對輸入的曲線根據字高進行上下平行偏移，插入點進行投影，形成輸入曲線和插入點居中的3組平行曲線和點。建立垂直方向對齊參數（上、中、下），進入知識工程模塊建立規則，選擇與垂直方向對齊參數相對應的那組曲線和點作為字體的定位曲線和插入點（見圖3，從左到右依次為上、中、下）。

圖3 垂直方向對齊示意

2.2 建立控制點

先獲取AutoCAD中控制點的坐標（X′，Y′），需要建立坐標與字高的比例關系，用于實現字體尺寸的變化。

對于單線字，有如下變換關系：

其中，X和Y分別為CATIA中字體控制點的橫坐標和縱坐標，H為CATIA中字體高度，H′為AutoCAD中字體高度，W′為AutoCAD中字體筆劃粗度，W為CATIA中字體筆劃粗度，α為筆劃角度。

對于其他字體，有如下變換關系：

在支持面上，在插入點處做定位曲線的切線，以此切線上到插入點的距離為橫坐標，到切線的距離為縱坐標，依次建立控制點。注意橫坐標和縱坐標由式（1）—（4）所得（如圖4所示）。

圖4 建立控制點示意

2.3 建立字體

根據字體筆劃需要，用直線、樣條曲線等將各控制點按順序連接起來。對于單線字，可以得到其筆劃中心線；對于其他字體，可以得到輪廓線。

對于單線字，需要進一步將筆劃中心線向兩側平行偏移W/2，并以半徑為W/2的圓作為筆劃末端的結束點，通過外插延伸、修剪等操作，最終得到字體輪廓（見圖5）。

圖5 建立字體示意

2.4 扇形變化

在垂直方向對齊步驟中建立定位曲線和插入點的基礎上，可以得到正常的矩形字體；以定位曲線上的距離為橫坐標，以到定位曲線上橫坐標點的法向距離為縱坐標，可以得到扇形變化的字體（見圖6，綠色為矩形字體，白色為扇形變化的字體）。該工作可以在建立控制點前做，并通過規則控制即可。

圖6 扇形變化示意

2.5 模板封裝

字體參數如圖7所示，其中，aW和bW分別為字體的前、后半寬，CurW為字體寬度。

圖7 字體參數示意

在知識工程模板中建立用戶特征模板，并將H、W（單線字）、垂直方向對齊（Location）、扇形變化（Fanshaped）等參數發布出來，如圖8所示。

圖8 用戶特征模板示意

3 結語

本工作探討了胎側字體模板從AutoCAD遷移到CATIA的方法。

根據垂直方向對齊和扇形變形等參數的設置，使用規則自動選擇適當的曲線和點作為輸入參考，從而實現上/中/下對齊和扇形變形；將AutoCAD中獲取的字體關鍵點坐標與字高參數進行綁定，利用參數驅動實現字體尺寸的變化；利用知識工程進行字體的封裝，使模板不可編輯，實現模板良好的保密性。

此前在AutoCAD中所做的字體模板，功能簡單，只能實現簡單的尺寸變化，而且容易被編輯更改。采用本工作方案后，原來在AutoCAD中制作的字體模板可以方便地遷移到CATIA，原有字形可以繼續使用，有利于保持既有的設計風格；甚至設計人員可以繼續使用AutoCAD進行字體設計，然后再轉入CATIA，可最大限度地兼容以往的工作習慣；同時可將原來通過字體排列程序才能實現的垂直方向對齊和扇形變形等功能在字體模板中實現，有效降低了字體排列程序的編程難度。