proe曲面設(shè)計技巧

1、曲面理論基礎(chǔ)作者：倪石（地上樂園又一村）曲面是什么？也就是彎曲變化的面，它的本質(zhì)是什么？曲面由曲線交織而成，在日常生活當(dāng)中更多的是樣條曲線交織而成，大自然當(dāng)中有很多函數(shù)曲線拋物線、雙曲線、阿基米德螺線，但是在曲面造型設(shè)計中用得相對比較少，主要用到的是樣條曲線（所謂樣條曲線是指給定一組控制點而得到一條曲線,曲線的大致形狀由這些點予以控制.一般可分為插值樣條和逼近樣條兩種,插值樣條通常用于數(shù)字化繪圖或動畫的設(shè)計,逼近樣條一般用來構(gòu)造物體的表面.）如果你要熟悉一個城市的交通路線，你會怎么做呢？騎一個自行車或電動車或摩托車在大街上跑個半天或一天嗎？我的做法是先看地圖，對這個城市的交通系統(tǒng)有一個整體的認(rèn)

2、識之后再去走一走，很快你對這個城市的道路，街道的方向就了解很清楚了。我們怎么找到生活當(dāng)中的一些原形把它對應(yīng)起來呢！我們知道電流和水流有極其多相似的地方，其實曲面就好像我們常見的衣服的布料，在風(fēng)的作用下就是曲面了，同樣的，曲面和布面也有極其多相似的地方，了解這一點將能對我們構(gòu)造曲面有非常大的幫助，了解的布料的特性，它的編織特性，我們建構(gòu)曲面將變得非常簡單。曲面設(shè)計鐵律一、 簡化原則A、 以盡可能少的點來構(gòu)線，以盡可能少的線來做面（易于控制，便于修改） 對于造型中的曲線，更多的內(nèi)部點就可以產(chǎn)生更多的變化且更容易表達(dá)形狀，但內(nèi)部點越多，曲線的光滑度(質(zhì)量)越差。在滿足形狀要求的前提下，要盡量采用少的

3、內(nèi)部點來進(jìn)行造型曲線的繪制。 對于曲面來說也一樣，應(yīng)該有盡可能少的線來構(gòu)建曲面。B、以盡可能簡單的方式來建構(gòu)曲面，這樣以后修改方便.C、復(fù)制模型的模塊化，同樣的事情相同的原則來簡化處理D、以盡可能少的面來形成體（便于修改和控制、做好的文檔會有可能需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如果碎面很多的話非常容易導(dǎo)致面的丟失，移位和變形）二、 最大化原則 A 曲面的邊界面積最大化也就是鄰邊正交最大化，就是盡量做正交型的面B 裁剪區(qū)域最大化，讓曲面有最大的延展空間C 基面最大化，做大面，裁小面（可以用極限法思維：如果很大的一塊曲面上取一個很小的面，那這個面可以視為平面）D 容積最大化-充氣模型（怎么樣判斷曲面的

4、優(yōu)劣，主要看兩面相交的地方）三、 順勢原則A 按趨勢建立邊界曲線或控制曲線（有的地方不做會塌陷）B 建立符合曲面走勢的過度曲面（做融合，例如兩邊混合，曲率控制）C 裁剪曲面時留出來一部分，把基面對面的影響保留（不能是點，點對面的影響是自由的）D 帶的運用（在構(gòu)建五邊面時非常有用）四、 逼近原則A 曲線的擬合重構(gòu)（復(fù)制整合或重新構(gòu)建曲線）B 曲面的自適應(yīng)性C 不相切分型面的處理五、 轉(zhuǎn)化原則A. 非四邊面的轉(zhuǎn)化（不是所有四邊面就好，但是所有曲面都盡量轉(zhuǎn)化為四邊面來構(gòu)建）B. 曲面走勢的轉(zhuǎn)化(非常重要！)這個在急劇變化過渡的地方體現(xiàn)六、 最小化原則A 小曲面的小化，也就是盡可能做小一點B 缺陷影響

5、的弱化七、 優(yōu)化原則A 特殊曲面的特殊處理（漸消面，曲面倒圓，異形按鈕）B 曲面的曲線的反向優(yōu)化法（非常重要的技巧，高手的絕招）因為你不知道這個地方要不要加多一條線，或者這條線的形狀怎么樣才更好C 局部處理法八、 構(gòu)面順序原則（拆面）對于復(fù)制曲面要預(yù)估曲面形態(tài)和走勢，選擇合理的創(chuàng)建順序，基本上大面先構(gòu)建，再是小面，然后是過度面。拆面的意義：1）解決收斂的問題 2）增加曲面的可修改調(diào)整的性能 3）優(yōu)化曲面模型品質(zhì) a、改善曲面光順程度 b、改進(jìn)曲面的工程性 4）復(fù)制模型的組面需求曲面的檢驗：檢查曲面光滑度、曲率變化的連續(xù)性等項目，來確認(rèn)曲面是否符合設(shè)計要求。一般情況下，對曲面進(jìn)行渲染render

6、或shading處理，通過visibility（可見度）、transparency（透明度）、light（燈光設(shè)置）等手段，產(chǎn)生高清晰度的曲面，判斷曲面的光滑性。此外，還可以用Analysis-Surface analysis工具，對曲面的最小曲率半徑、最大曲率半徑、高斯曲率（Gauss curvature）等項目進(jìn)行檢測，從曲率圖表、彩色圖象的顏色變化，可以直觀地了解曲面的光滑性，如圖4所示。如果曲面的外觀質(zhì)量不符和設(shè)計要求，可以修改曲面的參數(shù)，以得到效果符合要求的曲面。由于Pro/E軟件的基本特征之一就是參數(shù)化，通過改變參數(shù)實現(xiàn)曲面的變化是很容易的。曲線的G0，G1，G2連續(xù)是什么意思:其

7、實就是求導(dǎo)數(shù)，看曲線變化的規(guī)律，如果變化的規(guī)律也相同就是非常相似的東西，我們會說他和他爸爸很像，到底有多像呢，什么都像。 只要兩點相交就是G0，G1是要求連接點相切，而G2則是曲率連續(xù) 也就是只要你畫的線曲率連續(xù)，構(gòu)建的模型一般就可以達(dá)到G2連續(xù)。以上是G2連續(xù)即曲率連續(xù)（所以也是需要給它更大的空間來過渡，這就是原因）以上是G1連續(xù)即相切連續(xù)A面指的是A級曲面。也就是汽車設(shè)計里面常說的CAS(Class-A-Surface)。 在汽車設(shè)計領(lǐng)域這是一個極為重要的概念也是汽車設(shè)計師和A面師的必備技能。 CAS指的是具備很高質(zhì)量的曲面，所謂曲面的質(zhì)量在視覺上的直觀表達(dá)就是非常光順、沒有褶皺和無理由的

8、不連續(xù)。 從數(shù)學(xué)上說，CAS指的是各個分面之間具備G2級連續(xù)性以及曲率半徑跳躍小于一定值的曲面。G2連續(xù)是必備的，但是曲率跳躍則是各個車廠的要求不一樣。其中GM的要求比較低，是0.05mm，豐田次之，是0.03mm，BMW和VW的要求最高，達(dá)到0.02mm。 一般汽車的曲面極為復(fù)雜，你到我的空間里面看看應(yīng)該能找到我做的一輛車的Alias線框圖，就可以看到有些大曲面絕對不是一下子成型的，而是分成了好多個小面拼湊起來，所以曲面之間的銜接極為重要，這就是連續(xù)性的要求。然而連續(xù)性要求達(dá)到之后，還有一個半徑跳躍，如果半徑跳躍過大，從斑馬紋檢測和環(huán)境反射檢測出來的結(jié)果就是S紋和褶皺，看起來很不爽。所以做A

9、面要求簡單、直接、光順，一般橫縱CV不超過6個，也就是U和V都是最高D5級曲線。 做A面對技術(shù)的要求極高，沒有對計算機圖形學(xué)的一定理解和長期NURBS建模的經(jīng)驗是搞不定的，它的核心就是分面，曲面怎么分割才最容易達(dá)到效果，因為汽車?yán)锩婧芏喽疾皇菢?biāo)準(zhǔn)NURBS曲面的四邊結(jié)構(gòu)而是三邊、五邊甚至六邊，這就要求很高的分面技巧，也是Alias L3設(shè)計師的考核重點。很多大一大二信心滿滿想做汽車的童鞋，到了大四真正進(jìn)入汽車行業(yè)的屬于寥寥無幾，大多數(shù)都是被這個A級曲面建構(gòu)給嚇跑的。什么是收斂？簡單來說就是R值接近為0，也就是U網(wǎng)格和V網(wǎng)格趨向于交織于一點。收斂的影響：A，影響曲面的可延伸性。B，影響邊界條件的

10、定義。C，影響曲面的加厚 D，影響實體的抽殼。練習(xí)講評順勢練習(xí)講評1、 尋找對應(yīng)的邊（順勢1的上部分），考慮正交原則2、 基面先做，過度面后做（狹長形的）3、 反向優(yōu)化法的由來及應(yīng)用（調(diào)整原來的基面，形成順勢）4、 裁剪面之前先延伸其中一邊以保留原來面的趨勢5、 通過不同的裁剪形成不同的對應(yīng)邊，形成不同的網(wǎng)格和趨勢過渡（分散過渡趨勢）6、 觀察順勢練習(xí)2這個模型在哪里有，可以用得上。不要單為了做練習(xí)而作練習(xí)兩邊面講評1、獲得小曲面的三種方法 a.可變掃描（在造型里面也可以）。b.通過四邊面。c.通過三邊面再裁剪。2、如何獲得兩邊混，一邊必須是整面的側(cè)邊，這樣做的面不用再做小的曲面去形成四邊面以

11、使所有邊都顧及3、有劇烈變化的線條如何將其趨勢控制在很小的范圍內(nèi)變化，先做一根線逼近原來的曲線（自行車座），再將生產(chǎn)的面按走勢裁剪4. 一個面出現(xiàn)過渡不均勻，兩種方法解決問題，一種隆起一種塌陷都可以達(dá)到效果5.兩邊面的特點 A，只有一個方向具有線條且較狹長，或者另一方向有線條也只是較總體來說較短。B，三邊面是其三邊基本上都是差不多具有同等長度6.對于兩邊面，我們可以選擇先做中間再做兩頭，也可以先從兩頭做起，使中間形成一個四邊面，但是要求所有的面無收斂，也就是所有的面形成正交的網(wǎng)格，如使用可變掃描獲得7不要讓任何一塊質(zhì)量不是很好的曲面成為影響整體的基面，因為一旦這樣的基面形成，以后的影響將無法消

12、除，造成整個工作處于無意義的狀態(tài)，好像建房子地基都是斜的。牙刷的講評1， 首先考慮到拔模角度的處理，兩種解決的辦法：A，利用可變截面掃描（垂直于投影）來做輔助面，當(dāng)作邊界混合時可以用來和它相切。B，直接利用可變截面掃描（垂直于投影），注意選擇那一條線作為原點軌跡線。2， 檢測用來構(gòu)面的線是否符合角度（拔模要求），A,草繪（去參照）。B，直接用測量3， 思考：a 為什么在可變掃中的草繪中復(fù)制的線條要去掉參考，b，樣條和圓錐曲線的比較，也就是飽滿度箭頭的講評1， 這種外形看似復(fù)雜的東西（如黑桃圖標(biāo)）的處理方法，沿它的外形來切它的樣子2， 拉伸剪切時轉(zhuǎn)化為樣條能是切的地方不形成內(nèi)部邊（轉(zhuǎn)為樣條之后不

13、要將它的參照刪掉了）3， 如果是直線和圓弧相切，看曲率是只能看到圓弧的曲率，直線是沒有曲率的，所以我們通常的對一條邊倒圓角并不能形成G2連續(xù)，一定要重新構(gòu)面才能做到。4， 轉(zhuǎn)角的地方最好加兩條線控制，這樣不至于有的地方曲率過大有看不出來5， 相切的線條的影響不能帶到面中來，解決的方法是：A，裁剪掉之后進(jìn)行兩邊混，構(gòu)建一條線來逼近他，最后再把這條線加進(jìn)去6， 造型里也可以獲得截面線7， 局部不理想?yún)^(qū)域只需將不好的地方裁剪掉8， 曲面的自適應(yīng)性，1側(cè)邊的曲線會影響曲面的形狀、2在合并時雖然沒有完全重合不過還是能合并。9， 特別大的范圍不要用曲率，相切就可以了，畢竟曲率的影響是有限的，大的范圍的控制

14、還是依靠線條。只用曲率是會塌陷的。有例為證三邊面的講評1， 船形玩具A， 這樣的形狀底部可以切成橢圓再與外邊的線去接，這樣我們可以避免產(chǎn)生內(nèi)部控制線B， 線與線相接的方式多種多樣，我們只取我們想要的方式，如船型我們可以先形成大面，再切成想要轉(zhuǎn)變的邊C， 這里考核的是局部模型（什么是局部模型）D， 大面的形成對于我們來說非常重要E， 在尾部加控制線會有意想不到的轉(zhuǎn)變F， 與自行車座對比一下2， 變化勺形其中各種邊的對應(yīng)關(guān)系的變化（切法不同）3， 狗骨頭面（要隆起來三邊面的洗手池像兩邊凸凹對一條直邊或彎曲邊的情況可以切成一整條邊去對拿一個邊（優(yōu)先采用），另一種就是用三邊分別去對，看哪一種效果更好一

15、些，如果整條邊去對的情況不好的情況下可以嘗試用反向優(yōu)化的方法再調(diào)整一下關(guān)于洗手池面那個急劇變化的地方嘗試使他變化趨緩一些四邊面的講評幾個技巧1， 處理天圓地方的情況，先形成四邊面，再將里面的面縮小成再做一根形狀類似的線來切掉原料的面，再做一個一個四邊面相切，可以做得很漂亮。2， 倒圓角的處理，當(dāng)有倒圓角出現(xiàn)異常的時候要將其優(yōu)化一下。A,在對角線面中，先將邊倒圓角，這時候再將上邊的邊倒圓角的話會出現(xiàn)異常的抬升，那么此時可以先做一個面再實體化裁剪掉邊緣抬升的部分，這樣再倒圓角的話就會非常光順。B，前面形成的菱角倒圓，這樣下面不好做，此時可以將錢的圓角與基面形成一條交截線，再去做曲面裁剪掉多余的實體

16、3， 可以用可變截面掃描來倒圓角，這樣有碎面產(chǎn)生也不會擠到一起去，后面的T表示打相切（試一試）注意方向4， 波浪曲面（頭發(fā)效果）注意做面的先后順序，有時候做面出現(xiàn)面反向的情況是因為系統(tǒng)自動默認(rèn)的相切情況不是我們想要的相切面5， 在造型內(nèi)很輕松獲得截面線四邊面之牙刷頭單面的碎線（也就是雖然是一個整面，但是邊的線條卻是好多段）變成整線的方法：a、復(fù)制碎線成整條線。b、延伸碎面。c、用先前復(fù)制的整條線去裁剪延伸的面四邊面之花灑像這種方向和大小不一致的東西一般采用類似的處理方法，在此例中可變掃體現(xiàn)了選擇不用的原點軌跡線掃掠的效果是不一樣的。一般我們可以利用已有的邊來打相切來拉近趨勢，再合并裁剪中間的部分，這樣再用兩邊混來做曲率水龍頭構(gòu)面1、 大面的思想做小面2、 切割時要大膽，區(qū)域要盡可能大3、 當(dāng)生成的面只有其中的局部不是很好時，可以嘗試將不好的地方切掉，再用兩