基于三维技术的汽车造型设计研究

　　0 引言

　　随着世界的快速发展，汽车在人们生活中的地位越来越重要，汽车行业的竞争也日益激烈。汽车造型设计作为一项提升汽车竞争力的重要手段，已被各大汽车生产厂商加以重视。

　　对于现代汽车造型设计来说，计算机辅助的应用推动了其快速发展。现代计算机辅助应用于汽车造型设计方面的已开发出多种软件，像Pro/E，NX，Solidworks，CATIA等软件应用都非常广泛。

　　1 汽车造型的性质和特点

　　汽车造型设计属于多学科的交叉领域，主要涉及工程与艺术、技术与美学两大方面。汽车造型设计是对汽车进行全面的系统化的设计，要考虑汽车多方面之间的联系，首要的就是安全，其次是舒适性，最终要与实用美观性达到高度的统一。因此，汽车造型设计是一项综合的复杂的工程，它不仅对美学有很高的要求，同时对空气动力学的要求也很苛刻。

　　汽车造型设计的复杂性决定在开展这项工程时是一个繁琐细致的过程。传统的汽车造型设计流程是一种局部修形优化的方法，即先由工业设计师提出美学造型方案，再由空气动力学工程师对方案进行仿真和局部优化以确定最终外形。这个方法要花费设计者大量的时间和精力，稍有疏忽就容易出错。

　　因此，需要通过新的方法来不断改进该工程的设计方式。

　　2 基于三维技术的汽车造型设计研究

　　计算机辅助设计为汽车造型设计提供了一个新的方法，为了便于分析，本文以CATIA为例，对汽车造型设计进行研究。

　　2.1 CATIA简介

　　CATIA软件的英文全称是Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application，是目前应用广泛的一款计算机设计软件，它是由法国的达索公司所开发，它的风格独特、界面友好、功能强大，能够为汽车造型设计提供良好的服务，为广大汽车生产厂商所欢迎。采用CATIA软件能够建立车身精确的3D曲面模型，百分之百地反映出造型师的意图，使造型师设计的复杂、优美、流线型的汽车曲面得以实现。该软件在车辆的生产过程中提供了端对端的一个整体解决方案，因而广泛应用于汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造这些行业的复杂曲面造型设计中。

　　当代汽车的外观形式复杂，这对计算机辅助软件提出了较高的要求，CATIA软件拥有特殊的混合建模技术，其中包括一种树结构，这使得汽车造型设计在进行修改时显得十分方便，解决了其他软件修改不便的弊病。CATIA软件的数据平台也与其他软件有所不同，该软件的各个模块是基于同一个数据库，因此设计时各模块间的关联性比较大，便于统筹开展工作。这些特点极大地提高了汽车开发效率，所以，CATIA是目前计算机辅助设计中最为专业的软件之一。

　　2.2 CATIA曲面造型原理

　　曲面造型是三维中的高级技术，也是逆向造型的基础。无论是简单的空间曲面还是复杂的空间曲面都可以看作是无数点的集合。线源于点而展成面，是“承下启上”的造型元素;面最能表达形态的全部内容。因此在计算机辅助设计中往往由点成线，之后线再成面来辅助设计。为此，选择承上启下的线显得至关重要。在计算机辅助几何设计中，Bezier曲线、B样条曲线都被普遍认为是理想的构造自由曲线和自由曲面的曲线。其中B样条曲线应用较为广泛，图1是B样条曲面。

　　图1 B样条曲面

　　在图中我们可以看到，在一个方向上设定一些点，然后在该方向上采用相关数学方法不断的逼近，逐步形成一条曲线，这样就形成了B样条曲线，换个方向采用同样的方法也可以形成B样条曲线。在形成B样条曲线时，通过在基函数里采用节点的不均匀分割可以来适应特征顶点或型值点严重不均匀的情况。然后将B样条曲线进行直积就可求得B样条曲面。所生成的该B样条曲面就是我们所要描述的任意复杂空间曲面。其数学表达式为如下所示：

(本文不涉密)
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