浅析汽车造型设计中的数字化设计
作者：刘士波
来源：《装饰装修天地》2017年第20期
        摘 要：时代的快速发展，使得汽车的社会需求量也大大提高，人们对于汽车产品的质量以及汽车的外观也有更高的要求。为满足社会的需要及人们的需要，汽车制造企业必须想办法提升汽车产品质量以及汽车外观的更新速度。这样，企业才能在激烈的市场竞争中具有较强的竞争力。数字化技术的诞生为汽车设计和制造的发展创造了一个有利条件，使这一切成为现实。本文详细介绍了数字化技术的概念，以及数字化技术的理论基础，分析了数字化技术在汽车外观设计中的应用。
        关键词：汽车制造；造型设计；数字化技术
        1 创意草图和效果图的数字化创作技术
        现在从前期的概念草图开始就有了数字化参与，设计师们不需要完全在纸上表现自己的创意，而是运用数位板或数位屏和绘图软件相结合，可以实时修改和擦除，而且传统的纸上作画
不能随意的放大缩小来检查，因为很多线性和大比例关系的研究在小篇幅的纸上是比较难以推敲的，当然也可以借助胶带图来检验，这虽说效果非常好但在造型的初期这样的大成本的投入其实可以用数字化的方法来代替，因为现在只要把画好的电子版的效果图借助现代化虚拟现实（VR）的大屏幕就可以把过程变得更简单，可以快速的实现1：1的效果，这样在一次一次的评审过程中就会节约很多时间和物料，而且会使最终的设计展示效果更好。
        2 3D数字建模技术
        随着三维软件的高速发展，特别是ALIAS、ICEMSurf等软件的加入，使数字化设计在汽车造型设计的过程中的参与度越来越高，数字化设计技术的应用并非是对传统造型方式的摒弃，而是对传统造型方法的继承与发展。目前各大汽车公司都在运用这样的软件，不但可以借助软件实现多种型面的效果，而且有很多高效的曲面检查工具，可以检查高光的走势和斑马线的质量，这样可以在早期避免掉很多设计上的缺陷，比如造型特征的不合理，使设计能够更好的表现在三维模型上，而且这样也可以在早期的设计过程中尽早的导入工程输入，在早期就可以发现潜在的工程问题，数字模型的提前进入不但对前期的造型设计有很大帮助而且对后面的油泥模型也是非常重要的，因为油泥模型解决大的工程问题例如：接近角、离去
角是可以的，但遇到很多小问题或是在钣金里面包覆起来的工程问题就很难了，这时候在数据模型上就可以很清晰且准确的检查和解决，且概念三维模型更重要的作用是在检验设计工程的可行性方面。在实际设计过程中，我们发现胶带图、模型制作过程与CAS建模过程及其相似，CAS建模初期制作、调整曲线的过程与胶带图的调整是相同的，只是设计师面对的是计算机屏幕，而非胶带图板，利用CAS制表面的顺序与制作油泥模型的顺序也完全相同，都从大的表面入手，先作理论线，后导圆角，最后精修，因此熟练掌握油泥模型制作的人员在学会使用CAS软件后同样会制作出完美的三维CAS模型，至于用什么方式完成草图、效果图则可根据具体项目具体对待，用对的工具方法才能实现更好的效果，相信CAS技术与传统造型方式的结合会被越来越多的设计师所接受。
        3 可视化技术
        在完成了前期数字模型后，为了更好的展示设计成果，汽车设计师们还需要对曲面数据进行可视化实时渲染。从车漆的颜，车灯的亮度，到保险杠的纹理，座椅的皮革，从车身对环境光线的反射，到不同天气条件下的阴影，实现对3D模型的实时可视化，并可对该模型进行实时交互、改变颜、查看几何结构，从任意角度观看，并进行细微调整。运用实时3D
仿真软件，在产品设计和发展阶段，用户可以进行形象化进行评判并即时决定下一步的设计。虚拟现实技术的不断成熟，已能部分替代实物模型制作。虚拟现实（VirtualReality）是近年来出现的高新技术。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实技术是目前发展最迅速的数字技术，数字设计的前期数字模型与虚拟技术的合作参与在一定程度上节省了场地和不必要材料的浪费，在时间上也有相对的节省，而且数字上更方便实时的看到接近最终的效果，目前由于效果和成本的原因还不能广泛推广开来，但相信不久的将来，必能广泛应用，到那时，全数字化设计流程就能真正有效实现了，虽然目前虚拟数字化技术在汽车外观设计中已经起到关键作用，但由于在几个环节上还待进一步提升，比如数字模型呈现的形体比例和彩感官与实物还是会有差异。
        4 数模与实物模型的交互
        从实物模型转换为数字模型，采用的是3D数模扫描手段，可以是接触式探头的逐点扫描，扫描效率较低，但在偶尔只需要扫描一些特征线时还很有用。而以扫描整个面的照相式扫描则更为普及，这些扫描仪可以分小块将整个模型的表面数据扫描下来，整理后拼合成一
部整车的表面点云数据。数字设计师可以用一些专门的点云处理软件（如PolyWorks、Imageware等），生成Polygon模型或Nurbs数据可视化设计案例模型，也有很多设计师在Alias中依据点云数据直接生成Nurbs曲面。Alias中生成的曲面，也可以通过数控机床对油泥进行切削而加工出来，或用快速程序技术制作各种样件，使得数字模型物理化，更方便设计的评审和交流。
        5 AClass曲面模型制作
        在完成了前期CAS和VR的渲染，接下来的A级曲面的工作就显得更加重要，汽车A级曲面是指满足设计审美要求，曲面内部质量要求，工程布置及后续结构设计要求和模具制造工艺要求的可见车身外表面。随着计算机技术和信息技术的飞速发展，对车身曲面数学模型的质量要求越来越高，A级曲面的质量和最终的整体产品质量是息息相关的，A级曲面和前期的CAS还是有质的区别的，A级曲面作为造型阶段对工程阶段的最终递交物，反映理论状态的造型特征和造型质量，是汽车造型阶段的关键。随着计算机硬件性能的不断提高，其越来越快的运算速度为处理汽车设计大规模数据提供了硬件保障，数控机床等加工设备的运用，先进的制造工艺的运用（如激光焊接流水线）以及模具制造工艺的不断提高都使得最终量产样车的状态与A级曲面的状态越趋接近。A级曲面技术的日益成熟与完善，A级曲面质量的提高
必将更好的为后续结构设计、工程分析、样车制造、模具制造等环节提供理论依据，为缩短开发周期，加快新产品开发节奏提供强有力的保证。
        6 结语
        现在看数字化设计是一个公认的趋势，数字化设计由于不受费用地和资源的限制，往往对于设计方案的数量、更改的频次都有相当的限制。而采用虚拟数字技术后，基本上不消耗资源和能量，也不产生产品，设计方案以数字数据方式存在，可以随时修改、评测，工作量相对减低很多，因此在时间、费用的减少和方案的总类上都有明显的优势。因此数字技术已经大量的融入到汽车外观设计流程中，而且这样的融入对提高设计质量和缩短开发周期，同时更全面的表现设计师的创造性想法都起到的巨大的推动作用。这并不是说数字设计就能代替传统的设计方法，而是在现在设计方法基础上发挥数字设计的优势，相信随着计算机技术的发展，在将来数字设计肯定会得到更广泛的应用，从而助推整个汽车工业飞速发展。
        参考文献：
        [1] 谢佳志.智能四驱汽车分动器数字化设计系统开发[D].安徽农业大学，2012.
        [2] 刘畅.基于数字化设计的汽车发动机参数化平台开发[J].电脑知识与技术，2010（25）：7160～7162.

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