汽車外飾正向CAS設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及步驟

1、 員工成長路徑專業(yè)論文（技術(shù)類） 江淮汽車股份有限公司員工成長路徑專業(yè)論文題 目 正向CAS設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及相關(guān)步驟 單 位 技術(shù)中心 姓 名 黃健昆 工 號(hào) 20060777 晉升職級(jí) 技術(shù)師 指導(dǎo)教師 徐志海 日 期 2010 年 5 月 5 日 目 錄目錄1中文摘要2英文摘要31 引言4正向CAS設(shè)計(jì)的必要性和可行性42 正向CAS設(shè)計(jì)的流程及原則52.1 正向CAS設(shè)計(jì)的流程52.1 正向CAS設(shè)計(jì)的流程52.2 正向CAS設(shè)計(jì)的原則63 正向CAS設(shè)計(jì)的應(yīng)用結(jié)論謝辭參考文獻(xiàn)指導(dǎo)教師評(píng)語附錄 摘要：在汽車造型設(shè)計(jì)中數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，相關(guān)學(xué)術(shù)文章也有不少，但是絕大多數(shù)是論述汽車逆

2、向CAS設(shè)計(jì)的工作。本文有針對(duì)性地論述汽車正向CAS設(shè)計(jì)在造型設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，闡述了汽車正向CAS設(shè)計(jì)的必要性和可行性，并試圖歸納汽車正向CAS設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和相關(guān)步驟。關(guān)鍵詞：正向CAS設(shè)計(jì) 效果圖 特征線 AliasStudio 虛擬仿真樣機(jī)Abstract: This paper firstly presents the importance of optimal design in the car industry, describes the function, composition and classification of the suspensions and analyzes

3、the form of Keywords: CAS car_style ALIAS styling1 引言正向CAS設(shè)計(jì)的必要性和可行性早期的汽車造型設(shè)計(jì)基本上是按照一種線性的設(shè)計(jì)流程來進(jìn)行的。從創(chuàng)意到物理模型、工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本都是通過手工來完成。沒有仿真設(shè)備和軟件，一直等到物理模型才能看到造型。近年來，低碳經(jīng)濟(jì)要求在制造出物理模型之前進(jìn)行虛擬仿真樣機(jī)展現(xiàn)、評(píng)審、分析；隨著三維軟件的廣泛使用，汽車設(shè)計(jì)人員已經(jīng)完全可以在制造出物理模型之前，通過三維數(shù)模對(duì)整車及零部件的造型、功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)審和模擬分析，從而使汽車的研發(fā)周期大大縮短，成本也大大降低，資源消耗也大幅降低。伴隨著這一趨勢(shì)，曲面建模

4、也在經(jīng)歷著一場(chǎng)顛覆性的革命。與以往基于油泥模型的點(diǎn)云逆向的曲面建模不同，數(shù)字化環(huán)境下正向造型設(shè)計(jì)完全不依賴于實(shí)物的點(diǎn)云，所有的操作都將在計(jì)算機(jī)中依據(jù)二維效果圖完成。目前它已經(jīng)成為造型設(shè)計(jì)流程的一個(gè)重要階段，大有將油泥模型階段取而代之的趨勢(shì)。這一階段稱作CAS階段（CAS是Computer Aid Style的縮寫），三維設(shè)計(jì)師通過對(duì)效果圖的理解以及和二維設(shè)計(jì)師的充分溝通，運(yùn)用三維軟件進(jìn)行曲面建模，在電腦的顯示器上把平面的效果圖變成有三維立體空間感的數(shù)字模型（下文統(tǒng)稱“虛擬仿真樣機(jī)”），給評(píng)審者提供近乎真實(shí)的視覺效果，給相關(guān)的決策提供依據(jù)。與油泥模型相比，CAS數(shù)字模型的制作及評(píng)審成本更低，周期

5、更短，精度更高，效果也更好。目前三維軟件的集成功能越來越強(qiáng)大，可以渲染，可以繪制效果圖，甚至可以插入圖片。比如AutoDesk公司開發(fā)的AliasStudio。這就為汽車正向造型設(shè)計(jì)提供了軟件支持。那么我們?cè)趺蠢谩安迦雸D片”這一技術(shù)來變革傳統(tǒng)的曲面建模？這種變革稱“正向CAS設(shè)計(jì)”。2 正向CAS設(shè)計(jì)的流程及原則2.1正向CAS設(shè)計(jì)的流程2.1.1研發(fā)中心造型設(shè)計(jì)流程經(jīng)過這幾年賓悅、同悅、和悅、悅悅等車型的研發(fā)，造型設(shè)計(jì)流程基本完善。圖1為研發(fā)中心正向造型設(shè)計(jì)流程。 圖1從圖中我們可以看出CAS模型階段處于物理模型階段之前。也就是說，先有虛擬仿真樣機(jī)才有物理模型。2.1.2正向CAS設(shè)計(jì)流程

6、經(jīng)過M209、重卡、N721等車型的研發(fā)，正向CAS設(shè)計(jì)流程基本完善。圖2試圖歸納技術(shù)中心正向CAS設(shè)計(jì)流程。 圖22.2正向CAS設(shè)計(jì)的原則逆向CAS模型的面要求無限擬合點(diǎn)云；同樣，正向CAS模型的造型要求無限擬合效果圖。這是總原則，實(shí)現(xiàn)這個(gè)總原則有以下三個(gè)分原則：2.2.1 CAS模型的神韻與效果圖的神韻一樣因?yàn)樾Ч麍D是設(shè)計(jì)師把想象的造型及其陰影關(guān)系繪制在平面中，或多或少跟實(shí)物有一些偏差。所以，當(dāng)遇到這種情況時(shí)，要保證CAS模型的神韻與效果圖的神韻一樣。2.2.2 CAS模型的比例無限擬合效果圖的比例在設(shè)計(jì)造型特征線、分縫線和零部件的時(shí)候，比例一致性及其重要，只有比例一致的時(shí)候才能保證CA

7、S模型的神韻與效果圖的神韻一樣。3 數(shù)字化環(huán)境下汽車正向造型設(shè)計(jì)的應(yīng)用3.1正向CAS設(shè)計(jì)的概述 正向CAS設(shè)計(jì)是沒有點(diǎn)云的情況下，根據(jù)效果圖和設(shè)計(jì)師的要求在計(jì)算機(jī)中運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件建立數(shù)字化虛擬仿真樣機(jī)的模型。如果說汽車制造是一個(gè)很多部件組合起來的很復(fù)雜很繁瑣的過程，那么CAS設(shè)計(jì)也是由很多曲面（部件）組合起來的很復(fù)雜很繁瑣的過程。下文中以我公司的一款在研產(chǎn)品的外飾前臉造型改型設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，采用目前國內(nèi)外汽車造型設(shè)計(jì)業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的AliasStudio作為平臺(tái)軟件，詳細(xì)論述汽車正向CAS設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和步驟。3.2汽車正向造型設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及其步驟3.2.1 設(shè)計(jì)輸入1、設(shè)計(jì)任務(wù)輸入根據(jù)項(xiàng)目管理

8、部的計(jì)劃要求，開展*車型正向CAS設(shè)計(jì)。2、效果圖輸入根據(jù)多輪次公司領(lǐng)導(dǎo)的評(píng)審，最終確定一款造型效果圖，有兩幅圖，分別為前45度視圖、前視圖。圖片如下： 圖3 圖43、總布置輸入必須有以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：1）、前懸長度輸入：如果是新車型開發(fā)，需要提供總長總寬、白車身總高；坐標(biāo)原點(diǎn)位置以及姿態(tài)角。2）、發(fā)動(dòng)機(jī)艙需要的最小空間輸入：提供一個(gè)“黑匣子”，該“黑匣子”包括車身所需要的尺寸。3）、關(guān)鍵斷面輸入。4）、燈具需要的最小空間輸入、脫模角以及安裝方向等。以上輸入既需要數(shù)據(jù)輸入也需要提供紙質(zhì)簽字報(bào)告。這樣才能保證這些輸入是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，避免后期不必要地重?fù)設(shè)計(jì)CAS模型。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1）、總布置必須牽頭

9、，把所有數(shù)據(jù)要求統(tǒng)一匯總后輸入造型部。2）、數(shù)據(jù)之間不能有矛盾；否則題目無解。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)艙需要的最小空間不能與前懸長度相矛盾。3）、造型部收到輸入，必須第一時(shí)間驗(yàn)證，確保題目有解；如果題目無解，立刻反饋，讓結(jié)構(gòu)工程師作出解釋和更正輸入。人員配備：結(jié)構(gòu)工程師5-6名、造型總監(jiān)1名 圖5 Y=418mm截面線 圖6 Y=705mm截面線3.2.2 確定主輔視圖 縱觀效果圖中的45度視圖與前視圖，發(fā)現(xiàn)45度視圖更全面地表達(dá)造型特征的相互關(guān)系；所以應(yīng)該以45度視圖為主，前視圖為輔。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：不要弄錯(cuò)了主輔視圖，否則本末倒置。人員配備：效果圖工程師1名、CAS工程師1名、造型總監(jiān)1名。3.2.3

10、識(shí)別造型特征及其關(guān)系需要與效果圖設(shè)計(jì)師溝通，充分識(shí)別效果圖造型特征及其關(guān)系。有以下幾點(diǎn)：1、識(shí)別效果圖的神韻：比例很協(xié)調(diào)、穩(wěn)重中有輕盈、粗放中有纖細(xì)。2、關(guān)鍵造型特征線：從A柱兩邊的線條分別延伸到引擎蓋以及翼子板上，形成凸形弧線與凹形弧線相呼應(yīng)。3、呼應(yīng)關(guān)系： 1）格柵側(cè)邊界與引擎蓋特征線幾乎平行呼應(yīng)； 2）格柵上傾斜造型特征線與格柵側(cè)邊界平行呼應(yīng)； 3）保險(xiǎn)杠傾斜特征線與引擎蓋特征線幾乎平行呼應(yīng)； 4）前大燈主體部分的邊界近似平行四邊形； 5）霧燈側(cè)面與前大燈側(cè)面幾乎平行呼應(yīng)； 6）保險(xiǎn)杠的肩膀與側(cè)面防擦條肩膀呼應(yīng)； 7）中網(wǎng)側(cè)邊界與保險(xiǎn)杠特征幾乎平行呼應(yīng)。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1、引擎蓋特征線是決

11、定全局的關(guān)鍵；2、保險(xiǎn)杠肩膀與傾斜特征形成三面交匯；3、看似平行的邊界幾乎有微弱的“V”型夾角。人員配備：效果圖工程師1名、CAS工程師2-3名、造型總監(jiān)1名。3.2.4 分工安排以及介入時(shí)間根據(jù)造型特征合理分工和確定介入的時(shí)間點(diǎn)，是提高效率的推手。分工安排如下：1、該CAS模型主工程師介入：因?yàn)橐嫔w特征線是決定全局的，而且發(fā)動(dòng)機(jī)艙的結(jié)構(gòu)硬點(diǎn)已經(jīng)布置好了，不可改變，所以引擎蓋的大面和特征線必須首先建立。并且只能一個(gè)CAS工程師承擔(dān)。2、CAS模型輔工程師介入：主工程師完成引擎蓋的大面、特征線、與保險(xiǎn)杠之間分縫線的設(shè)計(jì)后，輔工程師（1名）可以依此開展保險(xiǎn)杠CAS模型建立。3、待主工程師確定燈具

12、以及格柵的邊界后，輔工程師（2名）可以介入，分別進(jìn)行格柵以及燈具內(nèi)部的CAS模型建立。4、待中網(wǎng)邊界、霧燈邊界確定后，可以再介入1名輔工程師設(shè)計(jì)中網(wǎng)以及霧燈格柵的內(nèi)部細(xì)節(jié)。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1、引擎蓋與保險(xiǎn)杠之間的分縫線需要盡快確定。2、引擎蓋特征線是決定全局的關(guān)鍵，而前大燈的造型好壞對(duì)整個(gè)CAS造型起重要作用。人員配備：效果圖工程師1名、CAS工程師3-4名、造型總監(jiān)1名。3.2.5 大面設(shè)計(jì)及造型特征構(gòu)建大面設(shè)計(jì)的合理性會(huì)直接影響造型和后面設(shè)計(jì)的工作量。造型特征構(gòu)建的好不好會(huì)直接影響該虛擬仿真樣機(jī)造型的神韻。次序如下：1、把透視的效果圖導(dǎo)入軟件AliasStudio 2009的camera視圖

13、中。效果圖中的有效部分盡量大，這樣既保證有效部分都看見，并且造型特征最清晰。2、根據(jù)總布置的坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和總長總寬總高輸入設(shè)計(jì)一個(gè)長方體。該長方體的就確定了該車的總體大小，原則上該車的部位不能超出該長方體的面。如圖7、圖8所示。3、設(shè)置zoom,使該長方體的廣角和景深與效果圖一致。4、設(shè)置BookMarks，記錄該zoom廣角和景深。記錄與前45度視圖對(duì)齊的視角為zoom1，如圖9所示；記錄與前視圖對(duì)齊的視角為zoom2。5、構(gòu)造關(guān)鍵Nurbs曲線和關(guān)鍵Nurbs曲面。CAS的關(guān)鍵Nurbs曲線和關(guān)鍵Nurbs曲面與汽車制造過程的關(guān)鍵生產(chǎn)線和關(guān)鍵模塊相似。CAS設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)建漂亮的關(guān)鍵Nu

14、rbs曲線和關(guān)鍵Nurbs曲面會(huì)使整個(gè)過程事半功倍，反之，會(huì)使整個(gè)過程事倍功半。見圖的Nurbs曲線的曲率。此正向CAS設(shè)計(jì)中，引擎蓋上表面和翼子板上表面是關(guān)鍵Nurbs曲面。它們的型面以及關(guān)系如圖10所示。 6、確定關(guān)鍵造型特征線。在本案例中，引擎蓋的造型特征線是關(guān)鍵。它不僅決定前格柵和前大燈的位置，而且決定保險(xiǎn)杠造型特征線的位置，保險(xiǎn)杠造型特征線又決定了前霧燈和中網(wǎng)的位置。此外，它的上端是順著A柱內(nèi)邊線過來的，另一端根據(jù)它所在前視圖的比例確定：約從側(cè)面往中間走到1/4處的位置，這過程中隨時(shí)用BookMarks回到zoom1或者zoom2，驗(yàn)證它是否都對(duì)齊，如果不能都對(duì)齊則需要權(quán)衡一下他們之

15、間哪個(gè)位置的造型更優(yōu)。這是無限擬合與權(quán)衡的過程。如圖11、圖12所示。這條關(guān)鍵造型特征線后，前格柵側(cè)邊界、前大燈內(nèi)邊界、保險(xiǎn)杠造型特征線都可以根據(jù)它的位置以及比例關(guān)系確定。7、確定高光區(qū)域和斑馬紋走勢(shì)。保證高光區(qū)域和斑馬紋走勢(shì)合理。如圖13、圖14所示。8、合理處理面的搭接。造型特征決定大面的搭接，比如：保險(xiǎn)杠三面交匯特征必須先接好傾斜面，后接肩膀面；前圍紅線倒角必須扎入傾斜面里，逐漸消失。如圖15、圖16所示。至此，大面及關(guān)鍵造型特征線設(shè)計(jì)完畢。如圖17所示。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1、根據(jù)側(cè)圍以及不變動(dòng)部分作為參考來調(diào)整zoom的廣角和景深。2、一定要運(yùn)用BookMarks，記錄該zoom廣角和景深

16、。 3、看似平行的線，一定要以不平行來制作； 4、中間的線條最好往下走一些，略呈“U”型。5、逐漸展開或者逐漸收縮的線條，要用“復(fù)制-找恰當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)點(diǎn)-旋轉(zhuǎn)”的方法制作，才能一步到位。人員配備：CAS工程師2名、效果圖工程師1名、造型總監(jiān)1名 圖7 設(shè)置長寬高范圍 圖8 圖9 圖10 關(guān)鍵曲線構(gòu)建 圖11 擬合造型特征線 圖12 zoom1視角 圖13 合理的斑馬紋走勢(shì) 圖13 不合理的斑馬紋走勢(shì) 圖143.2.6 分縫線確定大面及關(guān)鍵造型特征確定后，有難度的工作基本完成，剩下的就是零部件邊界的確定，也即分縫線的確定。根據(jù)前面的造型特征分析，結(jié)合比例關(guān)系，可以很快確定零部件的邊界，再結(jié)合zoom

17、1視角和zoom2視角微小調(diào)整，即可擬合效果圖的分縫線。重點(diǎn)主要事項(xiàng)：1、 最受關(guān)注的零部件首先確定，此案例中，前大燈大燈最受關(guān)注，格柵次之，霧燈再次之。2、相鄰的分縫線即使是平行的，也不要設(shè)計(jì)完全平行，也是有一定小夾角，以此彌補(bǔ)視角的誤差，使看起來更舒服。因?yàn)橥耆叫械木€比較死板，看起來會(huì)“彎”。人員配備：CAS工程師2名、效果圖工程師1名、結(jié)構(gòu)工程師1名、造型總監(jiān)1名。3.2.7 零部件設(shè)計(jì)各零部件分縫線確定后，零部件的外形就確定，此時(shí)可以開展零部件可見的內(nèi)部設(shè)計(jì)。此時(shí)會(huì)涉及更多的工藝工程問題，必須有工程師的參與。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1、首先把握造型與比例關(guān)系。2、其次需要體現(xiàn)與大面的參數(shù)關(guān)系。

18、3、設(shè)計(jì)前必須弄清楚三個(gè)因素：脫模方向、脫模角度以及安裝方向、安裝方式等。人員配備：CAS工程師2名、效果圖工程師1名、結(jié)構(gòu)工程師2-3名、造型總監(jiān)1名。3.2.8 細(xì)節(jié)調(diào)整此時(shí)，大功基本告成，后頭重點(diǎn)檢查：1、面的CV走勢(shì)、高光以及斑馬紋以及面與面的搭接需要無限優(yōu)化。必要時(shí)重建Nurbs曲面。2、三線交匯的轉(zhuǎn)角邊界優(yōu)化、影響造型的倒角等需要經(jīng)過多輪調(diào)整才能無限接近效果圖。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：1、引擎蓋與翼子板交匯處的斑馬紋；2、保險(xiǎn)杠肩膀與傾斜特征形成三面交匯的斑馬紋走勢(shì)；人員配備：效果圖工程師1名、渲染工程師1名、造型總監(jiān)1名。3.2.9 渲染CAS模型已經(jīng)完成，可以輸出給結(jié)構(gòu)部門做分析了。但是

19、要展示、評(píng)價(jià)，還需要渲染，但到虛擬仿真樣機(jī)的效果。渲染有以下步驟：1、恰當(dāng)分層，便于后期更新替換。2、運(yùn)用好場(chǎng)景,才能出好效果。如果現(xiàn)有的場(chǎng)景不適合，則需要編輯場(chǎng)景。3、如果需要更加逼真的效果，可以配合AutoDesk公司開發(fā)的軟件OpticoreRealier渲染（OpticoreRealier可以直接導(dǎo)入AliasStudio的.Wire格式）。重點(diǎn)注意事項(xiàng)：最好用室內(nèi)的場(chǎng)景，光線單一，造型特征線能看得很清楚；而室外場(chǎng)景的光線走得很亂，而且容易造成局部曝光過度，導(dǎo)致很多造型特征線看不見。人員配備：效果圖工程師1名、渲染工程師1名、造型總監(jiān)1名。 圖15 渲染 圖16 圖17 渲染圖_45度

20、視圖 圖18 渲染圖_前視圖 圖19 渲染圖_室外場(chǎng)景3.2.10 評(píng)審及其修改渲染完畢，經(jīng)過造型總監(jiān)的審核，可以通知公司領(lǐng)導(dǎo)來評(píng)審。投影到比車身長高尺寸都要大的屏幕上，可以體驗(yàn)到任何視角的1：1立體虛擬仿真樣機(jī)。如果虛擬仿真樣機(jī)沒有得到領(lǐng)導(dǎo)們確認(rèn)，那么根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)們的評(píng)審意見，調(diào)整數(shù)據(jù)；直至領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)。如果虛擬仿真樣機(jī)得到領(lǐng)導(dǎo)們確認(rèn)，那么進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。3.2.11 設(shè)計(jì)輸出設(shè)計(jì)輸出給兩個(gè)對(duì)象：1、總布置部。設(shè)計(jì)輸入是該部門給出的，設(shè)計(jì)輸出理所當(dāng)然是他們接受。也就是布置作業(yè)者需要改作業(yè)的原理。其實(shí)在大面設(shè)計(jì)及造型特征構(gòu)建完成后就應(yīng)該分階段輸出給總布置校核了，這樣能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更改，節(jié)約修改的時(shí)間。到虛擬仿真樣機(jī)評(píng)審階段就已經(jīng)解決所有工藝工程問題了。2、物理模型制作業(yè)務(wù)組。虛擬仿真樣機(jī)數(shù)據(jù)輸出時(shí)應(yīng)該轉(zhuǎn)換為數(shù)控加工和地盤車身軟件可以接受的數(shù)據(jù)格式（一般用公認(rèn)格式.Iges或者.stp）。 圖20 數(shù)控加工物理模型 圖21 物理模型1這樣一個(gè)汽車前臉正向CAS設(shè)計(jì)流程就結(jié)束了，整車外飾或者內(nèi)飾的正向CAS設(shè)計(jì)流程也是這樣的。以下表1試圖歸納正向CAS設(shè)計(jì)整車車身造型工藝流程與逆向CAS（傳統(tǒng)）整車車身造型工藝流程的各個(gè)階段所需時(shí)間以及消耗材料：表1 從表中可以看出正向CAS設(shè)計(jì)可以代替逆向CAS