（化工过程机械专业论文）汽车车灯配光纹自动建模系统的开发.pdf

摘要 随着社会的发展和人民生活水平的提高，汽车逐渐进入人们的生活。汽车制造技术的不 发展和进步推动了作为汽车主要的照明和信号装置的汽车车灯技术的不断更新。 汽车车灯配光纹是汽车车灯中用于光线调节和配光功能的主要结构，直接影响汽车的安 性能和使用性能。利用逆向工程技术进行汽车车灯新产品的开发过程中经常遇到各种各样 配光纹，常见的有侧配光纹、柱状配光纹、三角形配光纹、鱼眼配光纹、金字塔配光纹、 角电铸纹、六角伪电铸纹和六角变形电铸纹等。传统的造型方法是手工生成每个配光纹， 由于配光纹的种类和数量众多，再加上某些配光纹必须进 f 数控编捍，因此配光纹造型和 程的工作量太大、效率太低。本文将详细介绍基于三维软制u g 环境，利用其自身的二次 发语言o p e ng r i p 开发的汽车车灯配光纹自动建模系统。 汽车车灯配光纹自动建模系统的主要任务有两大类：基础功能的二次开发、应月；功能的 次开发。基础功能的二次开发包括多曲面与平面求交及有效性判断、曲线在曲面内( 非) 匀偏置以及通用网格生成器、曲面上实体阵列；应用功能的二次开发包括九种相互独立的 田程序，三种条状配光纹自动建模程序( 侧配光纹、柱状配光纹、三角形配光纹) 、三种 角配光单元自动建模程序( 鱼眼配光纹、金字塔配光纹、四角电铸纹) 和三种异形配光单 自动建模程序( 六角伪电铸纹、六角变形电铸纹、六角梅花配光单元) 。本文将详细阐述 睁配光纹的几何结构和建模原理，编程思路和步骤，编程过程中遇到的困难以及解决这些 畦的理论基础和具体算法。 试验与应用证明，该系统极大提高了汽车车灯配光纹建模和数控编程的效率和质量，最 日度降低了手工造型所可能产生的各种缺陷和错误，保证了配光纹建模的准确性和精确 缩短了车灯产品的开发周期，产生了可观的经济效益。 关键字 u g 二次开发o p e ng r i p 汽车车灯配光纹 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n tt ot h es o c i e t ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e ss t a n d e ro fl i v i n g ，m o t o r h a se n t e rm a n yp e o p l e sl i v e ，t h ed e v e l o p m e n ta n d a d v a n c e m e n to fm o t o r sm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g yp r o m o t e st h eu p d a t i n go fm o t o rl a m p st e c h n o l o g y , n h o s em a i nf u n c t i o ni sl i g h t i n ga n d s i g n a l a s t i g m a t i s mv e i n si st h em a i nc o n s t m e t i o no fm o t o rl a m p sw h i c hu s e df o rb e a ma d j u s t t h e r ew i l lb em a n ya s t i g m a t i s mv e i n si nt h ep r o c e s so fe x p i a t i n gn e wm o t o rl a m p su s i n gr e v e r s e e n g i n e e r i n gs u c ha ss i d ea s t i g m a t i s mv e i n s 、p o l ea s t i g m a t i s mv e i n s 、t r i a n g l ea s t i g m a t i s mv e i n s 、 y u y a na s t i g m a t i s mv e i n s 、p y r a m i da s t i g m a t i s mv e i n s 、f o u r - c o m e ra s t i g m a t i s mv e i n s 、s i x c o r n e r f a k ea s t i g m a t i s mv e i n s 、s i x - c o m e rc h a n g e ds t i g m a t i s mv e i n sa n de t c t h et r a d i t i o nw a yi st o m o d e l i n ge v e r ya s t i g m a t i s mv e i n sm a n u a l l y b e c a u s eo ft h el a r g ek i n d sa n d a m o u n t so f a s t i g m a t i s mv e i n s ，a n de v e l ls o m ea s t i g m a t i s mv e i n sm u s tb en u m e r i c a lc o n t r o lp r o g r a m m e d ，t h e w o r k l o a do fm o d e l i n ga n dp r o g r a ma r et o ol a r g ea n di n e f f i c i e n t n o ww ew i l li n t r o d u c et h e a u t o - m o d e l i n gs y s t e mf o ra s t i g m a t i s mv e i n sw h i c hu n d e rt h ee n v i r o n m e n to f3 d s o f t w a r eu ga n d i t ss e c o n d a r ye x p l o i tl a n g u a g eo p e ng r i e t h ea u t o m o d e l i n gs y s t e mf o ra s t i g m a t i s mv e i n sh a st w om a i nt a s k s ：s e c o n d a r ye x p l o i t a t i o n o fb a s i cf u n c t i o n s 、s e c o n d a r ye x p l o i t a t i o no fa p p l i c a t i o n a lf u n c t i o n s s e c o n d a r ye x p l o i t a t i o no f b a s i cf u n c t i o n si n c l u d e st h ei n t e r s e c t i o no ft h em u l t i - s u r f a c e sa n dap l a n e 、c u r v e se q u a l i t yo f f s e ti 1 1 s u r f a c e sa n dm e s hg e n e r a t o r 、e n t i t i e sa r r a yi nt h es u r f a c e s ；s e c o n d a r ye x p l o i t a t i o no fa p p l i c a t i o n a l f u n c t i o n si n c l u d e sn i n ei n d e p e n d e n tp r o g r a m s ，i n c l u d i n gt h l e ca u t o - m o d e l i n gp r o g r a m sf o rs t r i p a s t i g m a t i s mv e i n s 、t h r e ea u t o m o d e l i n gp r o g r a m sf o r f o u r - c o r n e ra s t i g m a t i s mv e i nu n i t sa n d t h r e ea u t o - m o d e l i n gp r o g r a m sf o ra b n o r m a la s t i g m a t i s mv e i nu n i t s w ew i l li n t r o d u c ee v e r y p r o g r a m si nd e t a i l si n c l u d i n gg e o m e t r i cc o n s t r u c t i o n 、m o d e l i n gp r i n c i p l e 、d i f f i c u l t i e sa n dt h e t h e o r e t i cb a s i st os o l v et h ed i f f i c u l t i e s e x p e r i m e n ts h o w st h a tt h i ss y s t e mc a ng r e a t l yi m p r o v ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fm o d e l i n g a n dn cp r o g r a m m i n g ，r e d u c et h el i m i t a t i o na n dm i s t a k e no fm a n u a lm o d e l i n g ，g u a r a n t e et h e v e r a c i t ya n da c c u r a c yo fa s t i g m a t i s mv e i n s m o d e f i n g ，s h o r t e nt h ep e r i o do fe x p l o i tn e wp m d u c t s k e y sw o r d s u gs e c o n d a r ye x p l o i t a t i o n o p e ng r i p m o t o rl a m p a s t i g m a t i s mv e i n s 第1 章 引言 第1 章引日 本章摘要：简单介绍了汽车车灯发展的历史，车灯设计中的关键技术，车灯配光纹的种类与特点，逆向工 程技术及其在车灯产品开发过程中的应用，u g 四种二次开发语言及其各自的特点和应用范围，研究内容 以及章节安排。 1 1 汽车车灯设计技术 随着时代的发展，汽车逐步融入人口 的日常生活。拥有一辆汽车不仅仅代表一种交通工 具，越来越多的人将其视为生活品质、个人品位和个性的追求和象征。这一理念的转变直接 影响了汽车产品的开发和制造，世界著名汽车制造商为了迎合市场的发展趋势，在过去几年 里大大拓宽了汽车产品的种类和造型风格。 汽车技术的不断进步和发展推动了作为汽车主要的照明和信号装置的汽车车灯技术的 不断更新。 1 1 1 车灯设计的发展 1 8 8 7 年，一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时，一家民用手提灯把他引同家。1 8 9 8 年， 哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯，这样车灯就诞生了。最初的前照灯不能调光，所 以两车相遇时驾驶员有些晃眼，为了克服这个缺点，后来采用r 附加光度调节器。这种前照 灯可以在垂直方向移动，但驾驶员必须f 车搬动夹具装置。汽车前照灯发展到现在已经经历 了六个阶段。 第一代为乙炔气前照灯，那是在1 9 2 5 年前使用的灯具。 第二代为普通充气自炽灯泡前照灯，具有较高的亮度，1 9 2 5 年以后得到广泛的应用。 第三代为双光灯丝前照灯，它解决了汽车相遇时驾驶员眩目的问题。这种前照灯具有远 近两种灯丝，夜间行车时采用远光灯以保证照明，两车相遇时采用近光灯以防眩目。 由于双灯丝前照灯在由远光灯转换为近光灯时，驾驶员视见距离缩短，不得不降低车速。 为了解决这一问题，1 9 3 2 年，美国发明了第四代不对称的前照灯。它以基准轴为中心，靠 近迎面来车的一侧的近光束落地距离短并防眩目，而另- - n 远光束的落地距离长，以增加视 见距离。 箔五代为卤钨前照灯，这是目前普遍采用的前照灯。法国于1 9 6 4 年首批生产，其t 作 温度较普通向炽灯泡高，光效提高近5 0 ，寿命也相应延长。 第六代为自由面反射镜前照灯，这是近年来发展起来的一种新颖前照灯。自由曲面前照 第1 章 引言 灯用一块光滑的玻璃替代了配光镜，原来配光镜的配光功能将由反射镜承担，在反射镜上划 分了多块花纹，它的光学原理类似配光镜，每一块花纹都是由非规则的自由曲面构成，它们 的作用也是使光线左右、上下扩散或使光线偏折。自由曲面前照灯有以下特点： 符合汽车车头向流线型发展潮流，在前表面倾斜使用时，它比配光镜光损失要小； 适合于设计灯具高度较低的一体灯； 自由曲面反射镜可使h 4 灯去除近光灯丝遮光晕，提高光的利用率： 自由曲面前照灯造型新颖，设计灵活，适用于多种光源。 自由曲面形状复杂，必须采用计算机进行设计，设计时根据光斑要求自动生成曲面，并 将设计的数据转换为加工指令，然厉用加工中心或数控铣床进行加工，闻此自由曲面的设计 与加t 必须依靠一套专业的c a d c a m 系统。 前照灯又称为前大灯，它是汽车上主要的照明设备。汽车照明与信号系统除了前照灯之 外，还包括其它照明灯和信号灯： ( 1 ) 小灯 小灯又称为示宽灯、停车灯或组合灯。它通常安装在汽车前后两侧边缘的四个角上，其 主要作用是夜间行车或停车时表示汽车的轮廓，同时还用于夜间行车和两车相遇时的照明。 前小灯的的灯光通常为白色或橙色，后小灯通常为红色，功率一般为l o w 左右。 ( 2 ) 转向照明灯 所谓转向照明灯，就是在汽车转弯方向上提供附加照明，用以辅助前照灯的照明灯。此 灯与转向系统联动，但不闪烁。汽车转弯时，对应的转弯照明灯将对前照灯照射不到或亮度 不足的地方补充照明，从而提高夜间行车的安全性。 ( 3 ) 转向信号灯 转向信号灯又称为方向指示灯，简称指示灯。它通常安装在汽车的前后左右四角，其作 用是在汽车转弯时发出明暗交替的闪光信号，使前后车辆、行人、交警知其行使方向。转向 灯通常为橙色或红色，功率不得小于2 0 w 。 ( 4 ) 尾灯 尾灯是汽车后部除牌照灯之外的一切灯具的总称，又称后灯。其作用是提醒后方车辆和 行人，防止碰撞，并接受交通部门监督，保证行车安全。 ( 5 ) 雾灯 雾灯是用于雨、雾天气照明的一种照明灯。它通常采用黄色灯泡，这是因为黄色光波波 长较长，在雾中具有较强的穿透能力。 ( 6 ) 制动灯 制动灯又称制动信号灯，俗称“刹车灯”，通常安装在汽车后部。制动灯的作用是在汽 车制动停车或减速行使时向车后发出灯光信号，以警告尾随的车辆或行人。 除此之外，汽车车灯还包括倒车灯、牌照灯、仪表灯、顶灯、指示灯、工作灯等灯具。 图1 1 和图1 2 分别标明了前部照明灯雨1 后部照明灯的安装位置。 2 坚兰一一 ! ! 童 图1 1 前部照明灯 圈1 2 后部照明灯 1 1 2 车灯设计中的关键技术 灯 辞肇盯 蜉帮鬟r ) 一般情况下，任意一种汽车车灯有三部分组成：灯泡、反射镜和配光镜。下面详细介绍 汽车前照灯的结构，前照灯也由以上三部分组成。图1 3 为福特蒙迪欧前照灯。 1 、灯泡 图1 3 福特蒙迪欧前照灯 3 兰! 兰 ! ! 童 目前汽车前照灯的灯泡有三种：充气灯泡、卤钨灯泡和h i d 灯泡。 ( 1 ) 充气灯泡 充气灯泡的灯丝由钨丝制成，但由于钨丝受热后会蒸发，使用寿命将降低。因此在制造 过程中首先抽出灯泡内的空气，然后注入惰性气体，惰性气体受热后膨胀会产生较大的压力， 从而减少钨的蒸发，提高灯丝的温度，增强发光效率，延长灯泡的使用寿命。 充气灯泡的结构如图1 4 ( a ) 所示。 襄 ( a )【b ) 图1 4 充气灯泡和卤钨灯泡 1 、配光屏2 、近光灯丝3 、远光灯丝4 、近光灯丝5 、配光屏 6 、远光灯丝7 、灯壳8 、定焦盘9 、插片 ( 2 ) 卤钨灯泡 充气灯泡虽然充入了惰性气体，但由于钨丝不断蒸发，灯泡将逐渐变黑。为解决这一问 题发明了卤钨灯泡。 所谓卣钨灯泡，就是在灯泡充入的惰性气体中掺入某种卤族元素，如氟、氯、碘等。它 利用了卤钨再生循环的原理，其基本作用过程是：从灯丝蒸发的气态钨与卤族元素反应生成 挥发性的卤化钨，它扩散到灯丝附近的商温区受热分解，分解后的钨丝重新返回灯丝，被释 放的卤素继续下一次循环反应，如此周而复始循环，有效解决了灯泡的黑化现象。 卤钨灯泡的结构如图1 4 ( b ) 所示。 ( 3 ) h i d 灯泡 h _ i d 的英文全称是h i g h t i n t e n s i t yd i s c h a r g e ，目前己成为众多灯泡生产商菇同追逐 的对象。与传统灯泡不同的是， l i d 灯泡没有灯丝，它依赖高电压击穿灯内的气体介质以 产生放电电弧的形式发出灿烂的高色温光芒。h j d 绝佳的照明能力给驾驶者夜间行驶提供 更宽，。视野，其接近日光的光泽也大幅降低跑夜车时眼睛疲劳的程度。 虽然具各如此优势，但h i d 目前无法在市场上广泛推。的主要原因就是售价高昂，并 非一般人能够承受。此外这种灯泡还有“高电压”问题。h - i d 启动时需要2 3 0 0 0 伏特的电 压，一旦工作时电压又降至8 5 伏特左右，这么高的工作电压被安排在震动频繁、高温高湿、 甚至随时可能发生交通事故的汽车上，因此“人身安全”成为灯具制造商的重要课题。h i d 4 第1 章 引言 必须在灯泡破裂、电线脱落、电压异常等情况发生时，安定器内的感知电路能立刻把高压切 断，以保护车内人员安全。 不过h i d 耗电小、亮度大、寿命长等一系列优点足以让它成为未来汽车灯泡的发展潮 流，成本问题迟早会得到解决。 2 、反射镜 反射镜又称为反光镜，其作用是最大限度地将灯泡发出的光线聚合成强光束，达到照射 距离远而明亮的目的。通常情况f ，它由0 6 0 8 m m 的冷轧钢板冲压或玻璃、塑料制成， 如图1 5 所示，其内表面经精工研磨后镀铬或镀铝或镀银再抛光。 图1 , 6 配光镜 灯泡发射的光线经发射之后仍然有些分散，若没有配光镜，则不能使车前方l o o m 内的 路面各处都有良好而均匀的照明。为了弥补具有反射镜的前照灯由于光束太窄、照明范围不 5 第1 章 引言 大的缺点，通常采用配光镜。 1 1 3 车灯配光纹简介 由前所述，车灯通常由灯泡、反射镜和配光镜三部分构成，其中反射镜和配光镜的作用 是增强灯泡发射的光束的亮度和照明度。为了加强这一功能，车灯的反射镜和配光镜上通常 分稚各种各样的配光纹。 车灯配光纹的种类很多，常见的有侧配光纹、柱状配光纹、三角形配光纹、鱼眼配光纹、 金字塔配光纹、四角电铸纹、六角伪电铸纹、六角变形电铸纹、六角梅花配光纹等，如图 1 1 7 所示。 ( a ) 侧配光纹 ( c ) 鱼限配光纹 ( e ) 四角电铸纹 ( b ) 柱状配光纹 ( d ) 金字塔配光纹 ( f ) 六角伪电铸纹 6 第1 章 引言 ( 2 ) 六角变形电铸纹 图1 7 常见的配光纹 配光纹种类不同，其对于车灯的配光作用也不相同。般情况下，汽车的任意一个车灯 同时配置多种配光纹，即使是结构最为简单的侧转向信号灯也包含了几种配光纹。图1 8 为 广卅本田轿车的前照灯，这种前照灯同时包含了侧配光纹、柱状配光纹、鱼眼配光单元和a 角伪电铸纹四种配光纹。 图1 8 前照灯 1 2 逆向工程技术在车灯产品开发中的作用 作为产品设计制造的一种手段，在2 0 世纪9 0 年代初，逆向工程技术开始引起各国工业 界和学术界的高度重视，从此此后，有关逆向工程技术的研究与应用就一直受到政府、企业 和个人的关注，特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用c a d c a m 技术、先 进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为c a d c a m 领域的一个研究热点，并成为 逆向工程应用的主要内容。 “逆向工程”( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ) 也称反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精 第1 章 引言 密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的网路。 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程( 或顺 向工程) ，而产品的逆向工程是根据零件( 或原型) 生成图样，再制造产品。它是一种以先 进产品设备的实物、样件、软件或影像为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材 料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先 进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合。广义 的逆向工程包括形状( 几何) 逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工 程。 在汽车车灯新产品的研究开发过程中，逆向工程技术和思想越来越受到重视。车灯产品 的造型大致可分为数据测量、三维建模和结构设计三个阶段。数据测量阶段是利用三坐标测 量仪对汽车车灯的每个部件进行测量，以获取所有部件的三维坐标数据；三维建模阶段是利 用测量的三维坐标数据，通过专业的三维软件( u g 、c a t i a ) 进行车灯产品造型：结构设 计阶段是根据具体情况将车灯产品的某些结构进行设计和改进。 由于汽车车灯存在种类和数量繁多的配光纹，对这些配光纹进行测量和建模的工作量巨 大，通常占据整个产品造型工作量的2 0 甚至更多。因此能否提高这些配光纹的造型效率 将直接影响汽车车灯新产品开发周期和开发成本。 虽然车灯配光纹数量较多，但每种配光纹的建模都符合一定的规律，因此对于手工造型 的工程师而言，这是一项枯燥和重复的工作。因此，若能对某种三维软件进行菜单功能的二 次开发，实现所有配光纹建模的自动化，则将极大地提高配光纹的测量和造型效率，同时产 生可观的经济效益。 1 3u g 二次开发简介 u g 是u n i g r a p h i c s 的简称，它是通用的、功能强大的三维机械c a d c a m c a e 集成软 件。该软件能适应多种复杂的曲面造型和参数化实体造型，可以直观、准确地反映零、组件 之间的装配关系，使产品开发完全实现设计、分析、制造的无图纸生产，并可使产品设计、 工装设计和制造等工作并行开展，适用于各种产品的设计与开发，因此而。泛应用于汽车、 航空、船舶、通用机械、电器和玩具等行业。 然而，在软件的具体操作使用过程中，在不同的应用领域，如汽车覆盖件冲压模具的设 计，如果采用系统提供的完全交互式功能虽然可以完成开发设计任务，由于许多常规性的工 作未能实现自动化，同时已有的设计经验和成功事例没有集成到交互式系统中，因此具体的 产品设计和开发效率非常低。而u g 二次开发则为弥补这一缺陷，进一步提高设计效率提供 了可能。 u g 二次开发提供了两种语言模块( u g o p e n g r i p 、u g o p e n a p i ) 和两种辅助开发模 块( u g o p e nm e n u s c r i p t 、u g o p e nu i s t y l e r ) 。 第1 章 弓l 言 1 、u g o p e ng r i p u g 0 p e n g r i p 是u g 提供的二次开发语言模块，也具有外部高级开发语言的接口。g r i p 是u g 的内嵌语言，能够实现强大的图形绘制、装配、工程图的生成和一定的文件管理功能， 主要进行u g 的功能调用。 2 、u g o p e na p i u g o p e n a p i 是u g 提供的另外一个二次开发语言模块，也具有外部高级开发语言接口。 u g o p e n a p l 程序所能实现的u g 功能与u g o p e ng r i p 程序大致相同，不同的是，u g o p e n a p i 程序是用c 语言编制的，因此，它除了能够在u g 环境下对u g 进行功能调用外，还能在 程序中使用c 语言支持的全部功能，并且支特对u g o p e n g r i p 程序的调用，具有很大的灵 活性。u g o p e n a p i 提供的u g 功能全部以标准c n 言头文件( h 文件) 的形式保存在u g 安装 目录下的u g o p e n j 录中，不同的头文件包含了不同的u g 功能。如u f h 文件包含 t u g 接口， 任何u g o 口e n a p i 程序都必须包含这个头文件；u f _ u i h 文件包含了简单的对话框功能：其它 功能如三维建模、二维图绘制、图层管理、装配功能等都有相应的头文件。由干与各种c 语 言编辑环境( 女u t u r b oc 、v c 等) 都有良好的兼容性，u g o p e n a p i 程序的使用范围最为广泛。 3 、u g o p e nm e n u s c r i p t 和u g o p e nu i s t y l e r 除了上面提到的两个二次开发模块夕 ，u g o p e nm e n u s c r i p t 模块 u g o p e nu i s t y l e r , 模 块对于u g 的二次开发有重要辅助作用。 u g o p e nm e n u s e r i p 模块是g 提供的专用模块，主要用于制作用户菜单。用户菜单的生 成有两种方式，第一种是重新生成，并替换u g 标准菜单，第二种是对标准u g 菜单进行编辑， 从而生成自己的菜单。其中对标准u g 菜单进行编辑的方式手段灵活，语句简洁，可以满足 大部分的用户要求。 u g o p e n u i s t y l e l 是u g 提供的专用模块，主要用于对话框的制作，实现u g 的参数化绘 图。u g o p e nu i s t y l e r 程序是在u g 境r 开发的。在u g 菜单中点击a p p l i c a t i o n u i s t y l e r 就可以 进入对话框编辑界面。使用u i s t y l e r 的编辑t 具，可以生成包含数据输入、文字输入、选择 框、按钮、图片等要素的对话框，可以实现这些要素的任意组合，完全符合u g 风格，完全 支持u g 操作。编辑完成后，生成一个c 语言源文件( + c 文件) 、一个c 语言头文件c h 文件) 、 一个u g 的对话框文件( ；d k 文件) 。其中，c 语言源文件和头文件需要与u g o p e n a p i 程序 相结合，编制成动态链接库文件( ，d l l 文件) 。在使用用户自定义的对活框时，所生成的动 态链接库文件和u g 对话框文件部必须存放在用户目录下的a p p l i c a t i o n 目录下。 1 4 本文任务 为了解决汽车车灯配光纹造型效率低下的问题，本文基于u g 环境，利用其自身的二次 开发语言o p e ng r i p ，开发了汽车车灯配光纹的自动建模系统。 本文的主要内容是根据建摸原理、编程难点、程序流程详细介绍九种配光纹自动建模程 9 生巳一一 ! 堕 序的开发过程，包括三种条状配光纹( 侧配光纹、柱状配光纹和三角形配光纹) 、三种四角 配光单元( 鱼眼配光单元、金字塔配光单元和四角电铸纹) 以及二种异形配光单元( 六角伪 电铸纹、六角变形电铸纹和六角梅花配光纹) 。 本文章节安排如f ： 第一章，引言，主要介绍汽车车灯的发展、车灯设计的关键技术、车灯配光纹的种类以 及逆向工程技术在车灯产品开发过程中的应用。 第二章，三维造型功能的二二次开发，主要介绍此自动建模系统中通用的功能，包括多曲 面与平面求交及有效性判别、曲线在曲面内( 非) 均匀偏置及通用网格生成器、曲面内实体 阵列等。 第三章，条状配光纹的快速建模，主要介绍侧配光纹、柱状配光纹和三角形配光纹的开 发过程。 第四章，四角配光单元的快速建模，主要介绍鱼眼配光单元、金字塔配光单元和四角电 铸纹的开发过程。 第五章，异形配光单元的快速建模，主要介绍六角伪电铸纹、六角变形电铸纹和六角梅 花配光单元的开发过程。 第六章，试验验证，从试验方案、试验结果和试验结论证明汽车车灯配光纹自动建模系 统的特点和优势。 第七章，总结，主要阐述本文的研究成果以及本系统应用效果，并对后续开发进行了展 望。 1 0 第2 章 维造型功能的二扶开技 第2 章三维造型功能的二次开发 本章摘要：简单介绍了u g o p 6 1 1g r i p 二敬丁_ l = 发语言的背景、特点和优势，从概念、原埋、算法和编程思 路详细阐述丁汽车车灯配光纹自动建模系统中府用最广泛、晟关键的三卟功能：多曲面与平面求交及有效 性判断、曲线在曲面内( 非) 均匀偏置驶通用啭格生成器、曲面内实体阵列。 2 1 概述 i j g o p e ng r i p 是u g 软件包中的一个重要模块，是u g s 公司提供的用丁u g 二次开发 的软件工具。g r i p 语言具备完整的语法规则、程序结构、内部函数，g r i p 程序必须经过编 译、联接，生成叫执行文件之后才能运行。利用g r i p 程序能够实现与u n i g r a p h i c s 的各种 交互操作，例如几何体的创建、文件的管理、系统参数的控制、u g 数据库的存取等。 与其它二次开发语言相比，g r i p 具备简单、易学、交互性能强的优点。g r i p 语育是面 向工程师的语言，它不需要具备专业的编程知识，但必须具备一定程度的三维建模技术基础。 通过g r i p 编程用户将专业知识与u n i g r a p h i c s 系统融合，就能更女f 地发挥u n i g r a p h i c s 软 件的功能。 但是，g r i p 语言有个缺点，它只提供r 一些简单、通用的函数，其它复杂的造型功能 只能通过这些函数来实现。这些臼用户编写的功能在g r i p 语南由称之为了程序。本章下面 的几节将详细介绍本系统开发过程中应用广泛的子程序。 2 2多曲面与平面求交及有效性判别 这是本系统最通用、虽重要的一个子程序，几乎所有主稃序以及主 擎序u j 的子程序、甚 至一级子程序都要调用此子程序。 图2 1 环形曲面与平面的交线 一般情况下单个曲面与平面相交只产生条相交曲线。但是若曲面的形状以及3 f 面的 一般情况f ，单个曲面与平面相交只产生一条相交曲线。但是若曲面的形状以及平面的 第2 章 三维造型功能的= 敞开发 第2 章三维造型功能的二次开发 本章摘要：简单介绍了u g o f 衄g r i p 二次开发语言的背景、特点和优势，从概念、原理、算法和编程思 路详细阐述了汽车车灯配光纹自动建模系统中应用最广泛、最关键的三个功能：多曲面与平面求交及有效 性判断、曲线在曲面内( 非) 均匀偏置及通用嘲格生成器、曲面内实体阵列。 2 1 概述 u g o p e ng r i p 是u g 软件包中的一个重要模块，是u g s 公司提供的用于u g 二次开发 的软件工具。g r i p 语言具备完整的语法规则、程序结构、内部函数，g r i p 程序必须经过编 译、联接，生成可执行文件之后才能运行。利用g r i p 程序能够实现与u n i g r a p h i c s 的各种 交互操作，例如几何体的创建、文件的管理、系统参数的控制、u g 数据库的存取等。 与其它二次开发语言相比，g r i p 具备简单、易学、交互性能强的优点。g r i p 语言是面 向工程师的语言，它不需要具备专业的编程知识，但必须具备一定程度的三维建模技术基础。 通过g r i p 编程，用户将专业知识与u n i g r a p h i c s 系统融合，就能更好地发挥u n i g r a p h i c s 软 件的功能。 但是，g r i p 语言有个缺点，它只提供了一些简单、通片j 的函数，其它复杂的造型功能 只能通过这些函数来实现。这些由用户编写的功能在g r i p 语言中称之为子程序。本章下面 的几节将详细介绍本系统开发过程中应用广泛的子程序。 2 2多曲面与平面求交及有效性判别 这是本系统最通用、最重要的一个子程序，几乎所有主程序以及主程序中的子程序、甚 至二级子程序都要调用此子程序。 ；，平面 图2 1 环形曲面与平面的交线 一般情况下，单个曲面与平面相交只产生一条相交曲线。但是若曲面的形状以及平面的 第2 章 三维造型功能的二次开发 位置比较特殊，则有可能产生两条、三条甚至更多的相交曲线，例如环形曲面与平面相交， 则将产生两条相交曲线，如图2 1 所示，当然也可能不产生任何交线。 汽车车灯的结构通常比较复杂，运行此系统时所选择曲面的数量不可能只有个曲面， 通常由几个、几十个甚至上百个曲面( 图2 2 ) 。这些曲面若与某个平面相交，则相交曲线的 情况和数量将非常复杂。有些曲面可能与平面没有交线，有些曲面与平面产生交线，但交线 的数量不能确定。生成的相交曲线可能全部首尾相连，也可能分割成多个部分，每个部分由 一条或多条交线构成，如图2 - 3 所示。因此子程序的难点在_ 二如何在所有的相交曲线中寻找 用户真正所需要的那部分相交曲线。 图2 2 车灯曲面 r 叶 图2 3 相交曲线 当然，若想找到真正需要的那部分曲线，则必须借助其它参考几何体，几倒体根据不同 情况可以选择点、曲线、曲面或者实体。程序首先通过计算寻找与参考几何体距离最近的某 条蓝线，然后自动识别与这条曲线连接的那部分曲线，最后将这部分曲线拟合成一条曲线， 此曲线即为所求的相交曲线。 曲线3 曲线 、 曲线1 曲线4 几何体 、7 卜一1 曲线5曲线6 图2 4 实例 下面通过图2 4 所示的相交曲线来说明编程的步骤。程序首先计算参考几何体与每条曲 线的距离得到与其距离最小的曲线4 ，接着提取曲线4 的起点和终点，分别以起点和终点为 参考点寻找与曲线4 相联接的曲线3 和曲线2 ，最后将曲线2 、曲线3 和曲线4 连接拟合成 一条曲线。 但是在某些情况f ，多个曲面与平面生成的相交曲线必须控制拟合之后曲线的起点和终 点，图2 4 实例中衄线拟合的顺序可为曲线2 、曲线3 和曲线4 ，也可为曲线4 、曲线3 和曲 1 2 衅 第2 章维造型功能的二次开发 线2 。为解决这一问题，此子程序的哑元还将传递另一参考点，曲线2 、曲线3 和曲线4 两 个端点中距离参考点较近的那个点作为拟合曲线的起点，这样就能有效控制那部分曲线拟台 的顺序，从而控制拟合曲线的起点和终点。 此子程序所传递的哑元：f a c e ( 曲面) ；h c e n u m ( 车灯曲面的数量) ；p l a n e ( 轨迹曲线 所在的平面) ；r e f e r e n c e e n t i t y ( 参考几何体) ；r e f e r e n c e - p o i n t ( 参考点) ：j o i n c u r v e ( 目标曲 线) 。 此子程序的编程思路如下： 1 、所有曲面f a c e ( 1 。f a c e n u m ) 与平面p l a n e 求相交曲线i n t e r c u r v e ； 2 、提取存在的相交曲线i n t e r c u r v e 形成另一曲线数组c u r v e g r o u p ，并纪录相交曲线的数 量c u r v e n u m b e r ； 3 、若交线数量c u r v e n u m b e r 等0 ，i j f l l j o i n c u r v e 为空实体：若交线数量等于1 ，则j o i n c u r v e 即为此曲线；若交线数量大于1 ，则按以下步骤生成j o i n c u r v e ： ( 1 ) 计算所有交线与参考实体r e f e r e n c e - e n t i t y 的距离，寻找与r e f e r e n c e - e n t i t y 距离最 近的交线m i n d i s - c t l l w e5 ( 2 ) 以曲线m i n d i s c u r v e 的起点为参考点，寻找所有与此曲线相连的曲线； ( 3 ) 以曲线m i n d i s ，c u r v e 的终点为参考点，寻找所有与此曲线相连的曲线； ( 4 ) 将上述两个步骤得到的曲线连同曲线m i n d i s c u l v e 形成曲线数组p i c k c u r v e ，并纪 录曲线的数量p i c k n u m b e r ； ( 5 ) 若d i c k n u m b e r 的数量等于1 ，则此曲线即为j o i n c u r v e ：若p i c k n u m b e r 的数量大于 1 ，则按以下步骤生成j o i n c u r v e ： 寻找p i c k e u r v e 那部分曲线中距离参考点r e f e r e n c e - p o i n t 距离最近端点 m i n d i s p o i n t ； 以端点m i n d i s _ p o i n t 为起点，依次排列p i c k c u r v e ( 1 p i c k n u m b e r ) 中的曲线，拟 合排列之后的曲线生成最终的目标曲线j o i n c u r v e 。 2 3曲线在曲面内( 非) 均匀偏置及通用网格生成器 所谓曲线在曲面内偏置，是指原始曲线上的每一点沿过该点且垂直于原始曲线的平面位 于曲面内的曲线方向上移动一定的距离生成偏置曲线。若每个点的移动距离都相同，则称为 曲线在曲面内的均匀偏置，如图2 5 ( a ) 所示，偏置距离为3 0 ；若每个点的移动距离符合 某个规律，则称为曲现在曲面内的非均匀偏置，如图2 6 ( b ) 所示，起点偏置距离为3 0 ， 终点偏置距离为5 0 。 第2 章 三维造型功能的二次开发 ( a ) 曲线均匀偏置( b ) 曲线非均匀偏置 图2 5曲线在曲面内偏置 但g r i p 语言并没有提供曲线在曲面内偏置的函数，因此只能通过现成的函数实现此功 能。基于曲线偏置的定义，此子程序可通过阻下儿个步骤来实现： ( 1 ) 在原始曲线上生成一定数量的点集； ( 2 ) 过点集中的每个点作垂直于原始曲线的平面； ( 3 ) 求每个平面与车灯曲面的相交曲线； ( 4 ) 求每个点在对应相交曲线上与此点距离等于偏置距离的点： ( 5 ) 将每个偏置点投影到曲面上生成投影点，然后将所有投影点拟合就生成了曲线， 最后将此曲线再次投影到车灯曲面上生成偏置曲线。 这5 个步骤中，第( 1 ) 、( 2 ) 和( 5 ) 步只需调用g r i p 语言中相应的函数即可实现， 第( 3 ) 步调用多曲面与平面求相交曲线这一子程序就能实现，难度最大、最为关键的是第 ( 4 ) 步。 g r i p 语言提供了一个按给定弧长裁剪曲线的函数c t r i m ，但利用此函数只能从曲线的 起点或终点进行裁剪，而原始曲线上的点通常并不位于相交曲线的起点和终点( 如图2 6 所 示) ，因此首先必须以原始曲线为边界对相交曲线进行裁剪。 图2 6 但是利用原始曲线裁剪相交曲线将产生两种结果，如图2 7 所示。这两种结果将直接导 1 4 第2 章 兰维造型功能的二次开发 致曲线在曲面上偏置的方向，最终将决定偏置曲线相对于原始曲线的位置。 幽2 8 裁剪之后的相交曲线并不能提取拟合偏置盐线的那些点，因此必须对这些交线进行二次 裁剪。程序运行时首先检测第一次裁剪之后相交曲线的长度，若跃度大于偏置距离，则调用 g r i p 语言中的c t r i m 命令对该曲线进行二次裁剪，裁剪之后曲线的长度等于偏置距离； 若长度小于偏置距离，则该曲线不进行二次裁剪。 第2 章 兰维造型功能的二次开发 图2 9 拟合偏置曲线 二次裁剪之后的相交曲线的长度等于或小于偏置距离，提取其中k 度等于偏置距离的交 线的起点或终点，这些点即为偏置曲线的拟合点，如图2 9 所示。 此子程序所传递的哑元：f a c e ( 曲面) ；f a c e n u m ( 车灯曲面的数量) ；c u r v e ( 原始曲线) ； o f f s e t d i s t a n c e ( 偏置距离) ；o f f s e t c u r v e ( 偏置曲线) ；r e f e r e n c e p o i n t ( 参考点) 。 综上所述，此子程序的编程思路如下： 1 、在原始曲线上生成数量为5 0 的点集； 2 、过点集中的每个点作垂直于原始曲线的平面； 3 、求每个平面与车灯曲面的相交曲线； 4 、引入参考点对相交曲线进行裁剪，裁剪之后的交线与参考点位于原始曲线的同一方 向； 5 、测量裁剪之后的相交曲线，若长度大于偏置距离，则对其进行二次裁剪： 6 、提取二次裁剪之后k 度等于偏置距离的相交曲线的起点或终点，这些点即为拟合点； 7 、将每个拟合点投影到曲面上生成投影点，然后将所有投影点拟合就生成了曲线，最 后将此曲线再次投影到车灯曲面上生成偏置曲线： 8 、删除或隐藏原始曲线上的点、拟合点、投影点、参考点和相交曲线，只保留原始曲 线和偏置曲线。 曲线在曲面内非均匀偏置与均匀偏置的思路基本一致，唯一区别在于第5 步。若为均匀 偏置，则二次裁剪之后的相交曲线k 度都等于偏置距离；若为非均匀偏置，则二次裁剪之后 的相交曲线的长度成等差数列，在运行此子程序之前必须输入起点偏置距离和终点偏置距 离。 此子程序的目的在于开发通用网格生成器。由于配光纹的排列通常具备一定的规律，因 此在配光纹建模之前必须首先确定每个配光纹在曲面上的具体位置，位置的确定必须通过网 格划分来实现。网格划分的原理其实就是曲线在曲面内的均匀或非均匀偏置，用户所必须选 择的数据是盐而以及两条原始曲线，如图2 1 0c a ) 所示，选择完毕之后程序运行实现每条 原始曲线沿两个方向自动偏置生成网格，如图2 1 0 ( b ) 所示。有关通用网格生成器的编程 思路及编程技巧将在第4 章鱼眼配光单元中详细介绍。 图2 1 0 划