（光学工程专业论文）汽车造型设计中轿车设计新流程研究.pdf

丫llflfllfiifff8llfff8lffffofllff,r7fllf2,rllffl8flll 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：日期：少l i 二s 心 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 岫则鹤懒宁秒i 巧 ， 一z4互曩曩， ，j，1；量 firil，一 一 一 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 汽车现在已经成为世界各国人民生活的一部分，经历了一百多年历史的世界各 大汽车行业，在体制、规模、产量、服务等各个方面都形成了一套完整的体系，使 整个企业就像一部完备的机器，通过不断的运转来满足企业和市场的双重需要。市 场随时会对企业的运转状况提出时代所赋予的需要，企业则为了适应生存，必须根 据消费者所提出的要求来更新自己的体制，同时在竞争中寻找获得利益的空间。在 激烈的市场竞争之下，全球的汽车生产厂商都在加紧研发适应市场与自身发展的新 车型，以此获得更大的市场占有率。 由于全球各大汽车企业的汽车发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车型便 主要体现在电子设备和造型的更新上。如今全球各大汽车企业都在汽车造型方面倾 注了大量人力和财力。在社会不断发展以及科学技术不断进步的前提下，汽车造型 设计技术得到了不断的更新提高，汽车造型设计师也得到了大力的支持，这是汽车 造型飞速发展的重要原因。 数字化技术的应用为汽车造型设计注入了新的血液。特别是c a s 技术、v r 虚拟技术的综合应用更是将汽车新产品开发达到了一个前所未有的高度。数字化汽 车造型方法的进步是汽车设计的有力支持和强劲的手段。汽车设计手段不仅更加快 捷和方便，也使原来不可能的设计方法成为可能。随着计算机技术的发展，高速数 字式计算机的出现，特别是高速图形处理终端及工作站的出现，从七十年代开始， 计算机辅助技术逐步广泛应用于汽车造型设计设计领域。c a d 、c a e 、c a m 技术 的发展和实现，使复杂曲面的计算机数学模型的建立成为现实，车身设计开发手段 有了质的飞跃。现今，随着汽车造型设计技术的不断进步，大量的数字化设计技术 方法得以应用在汽车造型设计阶段，这主要包括了数字化创作技术、3 d 数字建模 及展示技术、v r 虚拟现实技术、c n c 加工与快速成型、数据管理及异地协同等。 在基于数字化的汽车造型设计流程中，快捷、方便、追求品质的特点让软件平 台的选择变的尤为重要，在每一个阶段都需要品质优秀的软件，并且能够与前后的 设计阶段有良好的衔接。基于这些特点，a u t o d e s k 公司推出了以a u t o d e s k a l i a s 软 件为核心的汽车造型软件设计平台，包括a u t o d e s ks k e t c h b o o kp r o 创意草图软件、 a u t o d e s ka l i a s 建模套件以及a u t o d e s ks h o w c a s e 实时渲染软件。设计者可以在一个 以一套软件为平台的完整流程中创建、修改和再现自己的设计，集中精力在产品造 型设计构思上，本文也将利用这些软件技术进行一个跨界轿车项目的造型设计实 践。 关键词：设计流程，虚拟技术，数字造型技术，轿车造型设计 武汉理工大学硕：上学位论文 a bs t r a c t a u t o m o t i v eh a sn o wb e c o m eap a r to fp e o p l e sl i f ea l lo v e rt h ew o r l d a f t e r h u n d r e d sy e a r sd e v e l o p m e n to ft h ew o r l d sa u t o m o b i l ei n d u s t r y , i ti sn o wh o s t i n ga c o m p l e t es y s t e mo fo r g a n i z a t i o n , e x t e n t , p r o d u c t i o na n ds e r v i c ew h i c hm a k e st h e e n t e r p r i s ea sap e r f e c tr u n n i n gm a c h i n et os a t i s f yt h en e e d so fb o t l le n t e r p r i s ea n dt h e m a r k e t s i n c et h em a r k e td e m a n d st h er e q u i r e m e n t sf o rt h eo p e r a t i o n so ft h ee n t e r p r i s e c o n t i n u o u s l y , t h o s ee n t e r p r i s e ss h o u l du p g r a d et h e i rs y s t e mi no r d e rt oa d a p tt h em a r k e t a sw e l la sl o o kf o rt h e i rb e n e f i t s h a v i n gaf i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n , a l lt h e m a n u f a c t u r e r sa r es t e p p i n gu pr e s e a r c ht h en e wm o d e l st om a t c ht h em a r k e ta n dt h e i r o w nn e e d s a st h et e c h n o l o g yo ft h ee n g i n ea n dc h a s s i sb e c o m em o r ea n dm o r er e f i n e d ，t h e n e wm o d e l sr e q u i r e sah i g h e rl e v e lo ft h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n ta n dm o d e lu p g r a d e s c u r r e n t l y , a l lt h ee n t e r p r i s e si nt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r yi n j e c t sal a r g ea m o u n to fh u m a n r e s o u r c e sa n df i n a n c i a lr e s o u r c e s t h a n k st ot h ei m p r o v e m e n to ft h es o c i e t ya n d t e c h n o l o g y , t h el e v e lo fa u t o m o b i l em o d e l i n gt e c h n o l o g yh a sb e e nr a i s e d a sw e l l ， m o r e o v e r , t h em o d e l i n gd e s i g n e r sa r eg e t t i n gm o r es u p p o r t s ，t h i si st h er e a s o nw h yt h e a u t o m o b i l em o d e l i n gd e v e l o p ss of a s t t h ea p p l i c a t i o no ft h ed i g i t a lt e c h n o l o g ym j e c t san e wb l o o di n t ot h ea u t o m o b i l e m o d e ld e s i g n , p a r t i c u l a r l yt h ei n t e g r a t i o no ft h ec a st e c h n o l o g ya n dv i r t u a lt e c h n o l o g y b r i n g st h en e wp r o d u c t i o n st oan e wh e i g h t t h ei m p r o v e m e n to fd i g i t a lm o d e l i n gi s c o n s i d e r e da sas 仃o n gs u p p o r to ft h ea u t o m o b i l ed e s i g n a sar e s u l t , t h em e t h o do f m o d e ld e s i g ng e t sf a s t e ra n dm o r ec o n v e n i e n t ，a n di ta l s om a k e sc e r t a i nd e s i g nm e t h o d f r o mi m p o s s i b l et op o s s i b l e t h a n k st ot h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rs c i e n c ea n dt h e a p p e a r a n c eo fh i g h - s p e e dd i g i t a lc o m p u t e r , e s p e c i a l l yt h eg r a p h i c st e r m i n a l ，f r o mt h e 19 7 0 s ，t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e dg r a d u a l l yi nt h ea u t o m o b i l em o d e l d e s i g nd o m a i n t h er e a l i z a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g ya sc a d ，c a ea n d c a mt u r n st h ec r e a t i o no ft h em a t h e m a t i c - c o m p u t e rb a s e dm o d e lt or e a l i t y , a l s oi td o e s ag r e a ti m p r o v e m e n to nt h eb o d yd e s i g n n o w , al a r g en u m b e ro fd i g i t a lm o d e ld e s i g n s a r eb e i n gu s e di nt h em o d e l i n gp h a s e b a s i c a l l yi n c l u d e st h ed i g i t a lc r e a t i o nt e c h n o l o g y , 3 dd i g i t a lm o d e l i n ga n dp r e s e n t i n gt e c h n o l o g y , v rv i r t u a lr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y , c n c p r o c e s s i n ga n df a s tf o r m i n gt e c h n o l o g y , d a t am a n a g e m e n ta n dd i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i o n i nt h ed i 西t a lb a s e dd e s i g np r o c e s s ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fq u i c k , c o n v e n i e n ta n da l l i g hp u r s u i to fq u a l i t ym a k et h ec h o i c e so ft h es o f t w a r ep l a t f o r mi m p o r t a n t i tr e q u i r e s 武汉理工大学硕士学位论文 t h eb e s ts o , w a r ef o re a c hp h a s ew h i c hc o u l da l s om a k et h ec o n v e r g e n c eo fb o t h p r e v i o u sa n dn e x tp h a s e b a s e do nt h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ，a u t o d e s k r e l e a s e da n a u t o m o b i l em o d e l i n gs o f t w a r et h a tu s i n ga u t o d e s ka l i a sa st h ec o r e i tc o n t a i n st h e c r e a t i v es k e t c hs o l , r a r ea u t o d e s ks k e t c h b o o kp r o ，m o d e l i n gk i ta u t o d e s ka l i a sa n d r e a lt i m es h o w c a s es o f t w a r ea u t o d e s ks h o w c a s e d e s i g n e r sa r es u p p o s e dt oc r e a t e ，e d i t a n dr e n d e rt h e i rw o r ki nac o m p l e t ep r o c e s s i n gp l a t f o r mb a s eo n ag r o u po fs o f t w a r e ，s o t h a tt h e yc o u l df o c u so nt h e i rd e s i g n s t l l i sa r t i c l ew i l lh o l dap r a c t i c eo fc r o s s o v e rc a r p r o j e c tb yu s i n gt h e s es o f t w a r e k e yw o r d s ：d e s i g np r o c e s s ，v i r t u a lr e a l i t y , d i g i t a lm o d e l i n g ，c a rd e s i g n 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 目录i v 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 国内外汽车造型设计发展现状2 1 3 汽车造型设计方法的发展趋势3 1 3 1 传统汽车造型设计方法一3 1 3 2 数字化汽车造型设计方法的发展趋势4 1 3 3 数字化汽车造型设计方法对比传统设计方法的优势4 1 4 本文研究的内容和意义。5 第二章基于数字化汽车造型设计的关键技术方法7 2 1 数字化汽车造型设计方法的特点。7 2 2 数字化汽车造型设计的关键技术方法一7 2 2 1 创意效果图数字化创作技术8 2 2 23 d 数字建模及展示技术9 2 2 3 虚拟现实技术1 l 2 2 4 快速加工技术1 3 2 2 5 数据管理及异地协同1 6 2 3 本章小结1 6 第三章基于数字化汽车造型设计方法的设计流程改进与重构1 7 3 1 汽车造型设计流程分析1 7 3 1 1 一般汽车造型设计流程主结构概述。1 7 3 1 2 传统的汽车造型设计流程分析2 0 3 2 基于数字化的汽车设计流程构建2 2 3 2 1 并行工程在汽车造型设计流程中的应用2 4 3 3 创意设计2 6 3 4 前期的c a s 数字模型设计2 9 3 5a 级数字模型设计与v r 虚拟现实3 1 3 6 本章小结3 3 第四章基于创意数模软件的数字化汽车造型设计技术平台3 5 4 1 以a u t o d e s ka l i a s 为主体的a u t o d e s k 汽车设计软件3 5 4 1 1 a u t o d c s k a l i a s 软件3 6 4 1 2 a u t o d e s ks k e t c h b o o kp r o 软件。3 7 4 1 3 a u t o d e s ks h o w c a s e 软件。3 8 4 2 由a u t o d c s k 系列软件构成的数字化汽车造型软件设计平台一4 0 4 2 1 草图设计及二维渲染一4 0 4 2 2 前期c a s 数字模型建模4 1 4 2 3 快速生成实体模型与点云扫描4 2 4 2 4a c l a s s 数字模型一4 2 4 2 5v r 虚拟模型评审4 3 武汉理工大学硕士学位论文 4 2 6 输出至工程阶段4 3 4 3 本章小结4 3 第五章利用汽车造型设计软件进行轿车的实例开发4 5 5 1 市场分析与方案策划阶段4 5 5 1 1 市场调研4 5 5 1 2 整体布置及风格特征获取4 7 5 2 概念设计阶段4 9 5 2 1 草图及效果图表现4 9 5 2 2 前期c a s 模型的建立5 0 5 3 深化完善阶段5 2 5 4 设计确定输出阶段5 6 5 5 本章小结5 6 第六章本文总结与展望5 7 6 1 总结。5 7 6 2 展望。5 7 致谢5 9 参考文献6 0 攻读硕士期间发表的论文6 2 v 武汉理工大学硕k - 学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 汽车现在已经成为世界各国人民生活的一部分，经历了一百多年历史的世界 各大汽车行业，在体制，规模，产量，服务等各个方面都形成了一套完整的体系， 使整个企业就像一部完备的机器，通过不断的运转来满足企业和市场的双重需 要。市场随时会对企业的运转状况提出时代所赋予的需要，企业则为了适应生存， 必须根据消费者所提出的要求来更新自己的体制，同时在竞争中寻找获得利益的 空间。在激烈的市场竞争之下，全球的汽车生产厂商都在加紧研发适应市场与自 身发展的新车型，以此获得更大的市场占有率。 当今社会，汽车对很多人而言不仅仅是一种交通工具，在其之上更是一种文 化，一种个性化的体现。所以，人们对汽车造型的要求也随着对汽车越来越深的 理解，更加注重汽车的造型设计。如何在汽车造型上取得优势，已经变成全球各 大汽车企业提升品牌地位的重要途径之一。在当今竞争激烈的汽车市场，一个独 特的、具有全球吸引力的设计已经成为品牌发展的关键。造型是汽车的外形与内 饰，是汽车评价中最直观、最负感染力的部分，一款好的造型对反映企业文化、 提高产品市场竞争力有着重要意义。优秀的设计并不只是表面装饰，它要求深刻 了解市场、技术、社会等因素，最重要的是消费者的需求。只有设计才能打动消 费者的心灵。这种影响不仅在一个国家或一个特殊的商业领域，设计的力量已经 成为一个全球性的现象。 由于全球各大汽车企业的汽车发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车型 便主要体现在电子设备和造型的更新上。如今全球各大汽车企业都在汽车造型方 面倾注了大量人力和财力。在社会不断发展以及科学技术不断进步的前提下，汽 车造型设计技术得到了不断的更新提高，汽车造型设计师也得到了大力的支持， 这是汽车造型飞速发展的重要原因。 汽车造型设计简单的说就是工业设计的一种。造型设计是新车型诞生的关键 之一。根据调查，在整车研发流程当中，4 0 的设计师和工程师是在从事与汽车 造型相关的开发。而车身作为造型的主要体现被认为是一种具有特定功能和优美 造型的艺术品。作为艺术品，汽车造型的设计综合体现了汽车形体与功能、技术 与艺术的完美结合。每一款车型当中，都注入了设计师与工程师的智慧与汗水， 而每一款汽车的造型当中，都透着不同的地域文化、蕴涵着丰富的人文精神。就 像一国的建筑体现一国的民族风情一样，汽车也是一个民族的性格载体，在汽车 武汉理工大学硕：仁学位论文 上也集中体现了一个国家的民族性格及文化背景。 汽车是现代化的工业产品，是先进的交通运输工具，同时它也是精致的艺术 品。汽车工业集中了最新的科技成果、最优秀的创意思维和最经典的传统文化， 同时也包含了全方位的造型创意构思。汽车造型设计从美学的角度上看至少应该 具备以下两个显著特征：一是产品以其外在的感性形态所呈现的形式和艺术美 感，二是产品以其内在的理性形式所呈现的技术和科技美感。此外，汽车造型设 计还必须遵循形式美感的普遍规律，其包括形态、比例、色彩等方面。而最重要 的，是汽车的比例。汽车造型设计不同于普通工业产品设计，汽车设计涉及各个 相关的工程领域，在追求美学表现的同时需要考虑各种工程因素的影响，如对汽 车结构、性能、工艺的影响。这就要求汽车造型的设计在结构上具有合理性。比 如外观造型要符合合理的空气动力学以实现低空阻、高动力性和经济性。同时还 要符合人机工程学，这又要求结构合理、视野良好、乘坐舒适、操作方便。汽车 造型的设计还应具备良好的工艺性，以体现出通用化、系列化和标准化。可以说， 汽车造型设计是工业与艺术的完美结合体l l j 。 1 2 国内外汽车造型设计发展现状 上世纪五十年代开始，汽车造型设计进入了发展的黄金时期。在工业设计的 这一概念的倡导下开始出现了诸如造型、结构、力学、工艺等轿车车身的综合课 题。这一时期轿车车身外形造型不断的推陈出新。此后，汽车造型设计得到广泛 的应用，也发展出大批的汽车造设计师和汽车造型设计技术。汽车造型设计开发 研究在这一时期建立了较为完整的框架。在轿车车身相关技术得以发展的同时， 随着计算机技术不断进步，计算机技术在车身研发中的应用已成为七十年代轿车 车身这一领域中的主题。在欧洲和美国的汽车公司车身设计中已经开始应用计算 机辅助设计技术，c a d 技术的发展，使得轿车车身制图完全告别了图板，特别 是通过计算机辅助设计，实现了汽车车身曲面的制作，代替了对模型的测量设 计师们开始尝试着通过计算机造型来替代主模型。并通过车身和载荷的数学模型 来部分取代车身样品的长时间试验，此外，与轿车车身有关的试验技术和设备也 不断完善起来。 从上世纪八十年代全球各大汽车企业进入中国以后，中国的汽车工业进入了 一个飞速发展的阶段。汽车逐渐的走入了人民的日常生活中，而人们对汽车的发 展也越来越关注，同时，国人对汽车的理解越来越高，对汽车各方面要求也越来 越高。自从汽车作为最大的国人家庭消费品之一以后，中国的各大汽车企业也注 意到了汽车造型对于他们产品的重要性。为了提高企业产品的竞争力，进入二十 2 武汉理工大学硕士学位论文 一世纪以后，各大车企欲调动用户购买汽车的积极性，它们注意到了用户已不仅 仅对汽车性能，安全等方面有更高的要求，而且对汽车的外观审美也有更高的要 求，意识到了汽车造型对提高市场占有率有着非常大的影响。因此，国内各大车 企对汽车造型设计给予了更多人力和物力的支持，中国的汽车造型设计也因此进 入了一个高度关注的重要时期。在这一重要时期，云集了各方精华、并且统筹规 划设计，逐步的提升和发展中国的汽车造型设计领域。我国的汽车造型设计领域 也朝着正规化、专业化和产业化的方向迈进。现今，绝大部分的国内汽车企业正 为之努力着，他们在学习和汲取国外先进的造型设计方法和技术的同时，尝试将 我国的传统文化融入到汽车造型的设计中去。 从上世纪八十年代开始，国内的汽车造型设计发展可以分为三个阶段：一、 完全依靠引进国外汽车企业的成熟车型；二、引进或模仿国外汽车企业的成熟车 型，进行逆向设计并进行一定的修改；三、完全的自主开发设计。在国内汽车造 型设计现状中，最畸形的一点是，这三个阶段并非逐步形成，而是同时并存发展 着。所以目前在中国汽车工业中，汽车造型设计在中国还处在一个起步阶段，汽 车造型设计技术与流程还与国外各大汽车企业与汽车设计公司存在着巨大的差 距。但相信在不久的将来，国人就能拥有完全由我们完全自主的汽车造型设计体 系 2 1 。 1 3 汽车造型设计方法的发展趋势 1 3 1 传统汽车造型设计方法 传统的汽车造型设计大量应用了纯手工工序，传统的新型汽车研发周期在应 用了一定的计算机辅助设计后，仍然需要大量的时间。无论在整体框架还是具体 每一环节上，需要大量的人力及物力，设计评审环节繁琐复杂，生产制造周期长， 而应用传统汽车造型设计方法还对设计制造精度也有一定的影响，最后造成开发 产品质量较低，设计费用成本高昂。在国内汽车工业飞速发展的今天，传统造型 设计方法已经无法适应新车型的快速更新换代。 在初期创意构思阶段，应用大量的水彩、彩铅或者素描( 此处插入效果图) 等 方式绘制效果图确定初期造型方案。再进行初期的方案评审。评审通过后，按照 传统的实体模型进行直观的观察，推敲。而实体模型，在设计评审的几个阶段中， 需要不同比例，不同数量的模型。例如初期评审的1 ：4 ，1 ：5 的油泥模型和中 期评审的l ：1 油泥模型。这都需要大量的时间和大量的人力物力资源。一旦出 现一定的修改，就需要耗费更多的时间及人力物力。所以任何设计上的错误都会 3 武汉理工大学硕士学位论文 导致巨大的损失和浪费。而车窗玻璃，车身附件，大灯小灯等大多都会使用贴膜 或直接在油泥模型中手工表达出来，所以大部分的细节只能停留在效果图等二维 表达方式中，这样容易造成模型表现不够真实与直观【3 1 。 1 3 2 数字化汽车造型设计方法的发展趋势 数字化汽车造型方法的进步是汽车设计的有力支持和强劲的手段。 c a d c a e c ：a m p d m 软件的出现和使用使汽车的造型和设计进入一个新的历史 时期。汽车设计手段不仅更加快捷和方便，也使原来不可能的设计方法成为可能。 目前的数字化技术虽然在效率和速度等方面较传统方式有很大的优势，但传统模 式更接近于人的主观感受，因此具有一定的不可替代性。随着虚拟现实技术的兴 起和发展，使得人们与数字世界的交互能力有了更大的加强，对于实物的依赖将 逐渐减少，虚拟现实的设计技术模拟汽车的视觉效果以及汽车的操纵环境，大大 降低了汽车设计过程中试制的费用，同时提高了汽车的设计质量和水平。数字化 汽车造型方法主要体现在一下几个方面：( 1 ) 创意草图和效果图的数字化创作技 术；( 2 ) 3 d 数字建模技术；( 3 ) 数字模型的展示技术；( 4 ) 数模与实物模型的交 互；( 5 ) ac l a s s 曲面模型制作及模型验证；( 6 ) 数据管理及异地协同。在这几个 方面当中，主要应用到了计算机辅助技术( c a x ：c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 、 m a n u f a c t u r i n g 、e n g i n e e r i n g ) 、计算机集成制造( c i m ：c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g ) 等，这些技术的出现和实施，为实现t q c s e f p ( t - 最短开发时间 t i m e 、q 最优产品质量q u a l i t y 、c 最低廉制造成本和销售价格c o s t 、s 一最好的 技术支持和全过程服务s e r v i c e 、e 一最佳的环保效果e n v i r o n m e n t 以及f 最快速的 市场适应性f l e x i b i l i t y 来生产适销对路的p 产品p r o d u c t ) 提供了强有力的支持 与保障。 1 3 3 数字化汽车造型设计方法对比传统设计方法的优势 目前世界各大汽车制造公司开发新车型的造型设计模式，虽然手绘效果图、 胶带图和手工油泥模型等传统设计手段仍然在汽车造型研发过程中发挥着一定 的作用，但在竞争日益激烈、快速响应市场需求日显迫切的环境下，可以说是世 界各大汽车设计公司的必经之路。数字化汽车造型设计方法对比传统汽车造型方 法，有着后者无法比拟的的优势【4 j ： ( 1 ) 减少设计开发时间周期与开发成本 以往对于汽车造型的评估主要依靠于大量的手绘效果图、胶带图 和大小比例的手工油泥模型等传统设计手段，对实体模型的依赖严重， 周期和费用都比较大。在各类项目中，由于费用和时间的限制，往往 4 武汉理工大学硕士学位论文 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。 ( 2 ) 更加有利于设计及评审 在传统的汽车造型方法的限制，评审阶段大多采用各种比例的手 工油泥模型等传统设计手段进行方案的评价，修改和确定。由于在设 计制造流程，费用与时间的限制，不可能进行多种方案的同时进行与 对比，这就决定了各阶段评审中方案的单一性，这也会造成方案及其 细节对比的不直观。在初期造型设计阶段，由于数字化造型设计手段 的介入，可以使设计师的创造性想法、方案可以更全面、更直接、更 具有延续性的表现出来，正因为这样的优势，对于现阶段的汽车造型 设计风格起到了的巨大的推动作用。 ( 3 ) 产品的设计制造品质 传统的造型设计方法，依靠人工制作的油泥模型进行逆向扫描获 得三维数据，因此获得数据后计算分析不精确，设计参数和性能并非 最佳，整体和细节质量都比较差。现阶段汽车造型设计流程中设计数 据的最终发布，都是以最高质量的a 级曲面方式发布出去。数字化汽 车造型设计方法提供了丰富的曲面质量评估工具，使得数字设计师得 以快速开发更加高质量的复杂汽车曲面模型。当方案最终确定下来以 后，就不再用油泥模型来推敲方案，而是全面进行数模的质量提高工 作效率和质量。为确保精细的调整可控，数字化的设计方法是不可替 代的，传统的汽车造型设计方法己无法满足现代新车型更加复杂和高 质量的车身曲面及附件细节。 现阶段虽然虚拟数字化技术在汽车外观设计中已经起到关键作用，但由于数 字模型呈现的形体比例和色彩感官与实物还是会有差异。所以虚拟数字模型还不 能完全替代实物模型的制作，随着技术手段的不断完善和计算机软硬件性能的不 断更新，更多的采用虚拟现实等设计手段，数字模型已经开始完全替代或最小化 实物模型了。 1 4 本文研究的内容和意义 最新的设计方法，将是高速，高质量和低成本的开发设计方法，本文在采用 数字化造型设计技术方法的前提下，结合一款轿车的设计流程，验证了数字化造 5 武汉理工大学硕士学位论文 型设计技术方法的高速、高效及高质量，本文研究的主要内容和章节安排如下： ( 1 ) 介绍了传统与数字化汽车造型设计方法的现状及发展趋势，阐述了数字 信息化汽车造型设计方法的特点和优点，分析了数字信息化汽车造型设计方法的 特点和技术手段。 ( 2 ) 具体分析并对比传统与数字化的汽车造型设计流程，得出基于数字化、 虚拟化的汽车造型设计流程方法。 ( 3 ) 结合数字化汽车造型设计流程，介绍了以a u t o d e s k a l i a s 系列软件为开发 核心的数字化汽车造型设计流程中各个环节。 ( 4 ) 结合某款轿车的造型设计项目的开发操作对a u t o d e s ka l i a s 系列软件在 汽车造型设计流程中的作用进行应用实践。 通过本文的研究，能对在汽车造型设计技术方法流程提供一定的参考，此外， 还掌握了各项汽车造型设计的方法，文中对某款轿车进行造型设计项目的开发操 作，重点阐述课数字化造型设计方法流程的特点和优势。该流程方法对用同类汽 车造型设计具有一定的指导意义。 6 武汉理t 大学硕士学位论文 第二章基于数字化汽车造型设计的关键技术方法 2 1 数字化汽车造型设计方法的特点 数字化造型设计方法是以实现产品设计为目标，是以计算机软硬件技术及数 字信息化技术为核心手段的设计方法，贯穿新车型的概念创意设计、效果图设计、 初期数字模型制作、后期三维数据制作、实体试制直至新车型研发的下一个阶段。 支持产品建模、分析、修改、优化以及自动生成设计文档的相关技术的集合。强 调计算机技术在设计流程开发中的应用，也整合了自动化、网络等现代技术。其 特点是1 5 l ： ( 1 ) 计算机数字化设计技术的大量介入，摒弃了低效率的传统造型设计方 法，提高了工作效率，节约大量时间和资源。提高了设计精度，减少工作实践的 作用 ( 2 ) 信息技术和网络技术的应用，项目中各部分产品的并行开发，使各部 门、各流程的工作人员能够互动协调，同步参与，时问和空间得到统一的合理利 用。产品的并行开发有效地提高产品开发质量、缩短开发周期、降低生产成本、 加快更新换代速度。 ( 3 ) 虚拟现实技术的应用，已经部分取代了油泥模型，与实体模型相结合 的方法，使评审效率大大提高。 ( 4 ) 对新车研发工程阶段的良好衔接。课更快速更准确的将后期三位数据 导出至结构和性能阶段的有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学 仿真验证等。 2 2 数字化汽车造型设计的关键技术方法 随着计算机技术的发展，高速数字式计算机的出现，特别是高速图形处理终 端及工作站的出现，从七十年代开始，计算机辅助技术逐步广泛应用于汽车造型 设计设计领域。c a d 、c a e 、c a m 技术的发展和实现，使复杂曲面的计算机数 学模型的建立成为现实，车身设计开发手段有了质的飞跃。现今，随着汽车造型 设计技术的不断进步，大量的数字化设计技术方法得以应用在汽车造型设计阶 段，这主要包括了数字化创作技术、3 d 数字建模及展示技术、v r 虚拟现实技 术、c n c 加工与快速成型、数据管理及异地协同等 6 1 。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 创意效果图数字化创作技术 草图和效果图是创意设计师快速表达设计思想的主要手段，在最初的创意表 达阶段，设计师要画出多幅草图，从多个角度展示新车，并从中筛选出比较贴近 定位描述的形态。这要求创作工具使用方便、快捷，而且能随意且流畅地勾画线 条。传统的造型设计方法中多用铅笔，色粉，马克笔及喷笔等工具进行处理。现 代汽车工业中，广泛应用的数字化创意设计软件已逐步将设计师从繁重的手工劳 动中解放出来，让他们挥洒创意免受工具的束缚。今天，设计师通过数字手绘板 或手绘屏可以直接在电脑屏幕上创作草图，并快速生成电子文件。这是一种更为 绿色环保、经济快捷、可随时改进的表现方式。强大的虚拟设计工具可以快速表 达设计师的设计构思和创意。同时数字化草图效果图创意设计软件可以使草图效 果图等二维平面和初期数字模型联系起来，采用草图、建模和可视化工具优化设 计流程，从而在单一软件环境中将创意快捷转变为数字模型。 图2 1 传统创意草图与数字化创意草图技术的对比 图2 2 传统创意草图与数字化创意草图技术的效果对比 在这一技术领域可以满足这项工作的软件有很多，目前国内还有很多的设计 师在使用p h o t o s h o p 软件。p h o t o s h o p 软件在中国各行业都比较普及，特别是在 8 武汉理工大学硕七学位论文 大学工业设计教育中，从手绘草图到高质量效果图，大多使用p h o t o s h o p ，这主 要是由于工业设计基础教育中p h o t o s h o p 的应用比较普遍。但p h o t o s h o p 的特长 在于二维位图的图像处理及照片处理，在创意草图、效果图制作以及2 d 效果图 和3 d 草模的联系上并没有优势。而国际上有很多的汽车设计师使用a l i a s s t u d i o p a i n t 和i l o v e s k e t c h 等软件。相比p h o t o s h o p 而言，这些软件是针对汽车 设计师的工作习惯而专门开发的图像制作软件。它们的主要特点是全新的三维设 计系统，绘图板的界面。a u t o d e s ka l i a sp a i n t 实际上和a u t o d e s ka l i a s 的一个组 件，因此很好地实现了2 d 与3 d 的衔接，也提供了2 d 技术与3 d 技术的交融使 用。这使得设计师在2 d 阶段就能获得很好的3 d 技术的支持，如一些工程条件 和人机工程参数，可以非常方便地通过c a d 软件完成3 d 数据，使设计师能够 快速直观的创建三维草图。在保证设计师创意的同时，又大大加强了设计方案的 可行性，提高了设计师的工作效率【7 j 。 利用a u t o d e s ka l i a sp a i n t 绘制的三维草图 2 2 23 d 数字建模及展示技术 在计算机造型技术( c a s ) 应用方面，国外大汽车公司及设计公司已建立了相 当规模的成套的硬件、软件系统，运用三维c a d c a m 技术替代了“主图板、 主模型 为主的传统设计方式；c a s 技术已经逐步替代了油泥模型的制作。在 设计的初期阶段传统的制作模型方式一般是借助胶带图、卡板和高度尺等手段进 行制作小比例的油泥模型，而数字化造型方法一般是在从二维效果图导出制作完 9 武汉理工火学硕士学位论文 成一个或多个概念数模，即只制作设计的主要曲线和大面，而对细节不作深入。 主要用于初期的方案评审。而新产品项目的中后期中的大型数字模型，同样要用 到能够提供丰富的建面手段和快捷的操作方式的软件，这一领域的3 d 软件也有 很多，比如但汽车行业绝对主流的是a u t o d e s ka l i a s 。这些软件能够使设计师能 够采用各种工具对模型细部特征进行精加工，以创建便于下游使用的产品质量数 据，从而在开发流程中时刻掌控自己的设计。设计师保留对设计的所有权，并可 在流程后期进行适当变更，这样不仅可以提高设计决策的灵活性，同时避免在工 程制造环节改变或丢失设计意图峭j 。 而目前常用的展示数字模型的技术是利用cas 软件本身的硬件渲染功能对 模型进行实时渲染或者使用通过一些高端的渲染器( 如m e n t a lr a y 等) ，对数模 进行渲染。两种技术分别在设计流程中前期数字模型和中期数字模型的展示中进 行使用。实时渲染得到的图像质量不是最高，但它拥有速度快，和数模实时同步 等优点，设计师可以及时观察及判断前期的数字模型是否合理，在数字模型的设 计前期进行沟通交流与评估，是前期数字模型设计的必备手段。在重要的评审过 程中，设计师需要花费一定的