A级曲面1.doc

汽车A级曲面-A级曲面设计软件比较-ICEM Surf/Alias/UG/Imageware/CATIA 在整个汽车开发的流程中，有一工程阶段称为 Class-A Engineering：重点是在确定曲面的品质可以符合A级曲面的要求。 所谓A级曲面的定义：是必须满足相邻曲面间间隙(Gap)在 0.005mm 以下（有些汽车厂甚至要求到0.001mm），切率改变 ( Tangency Change ) 在0.16度以下，曲率改变 (Curvature change) 在0.005 度以下，符合这样的标准才能确保钣金件的环境反射不会有问题。 Class-A 包括多方面评测标准，比如说反射是不是好看、顺眼等等。当然，G2可以说是一个基本要求，因为G2以上才有光顺的反射效果。但是，即使G3了，也未必是Class-A，也就是说有时虽然连续，但是面之间出现褶皱，此时就不是Class-A ，通俗一点说：Class-A 必须是G2以上连接，但G3连续的面不一定是Class-A 曲面。 汽车业也有这种简单的分类法：A面指的是车身外表面及白车身；B面指的是不重要表面，比如内饰表面等；C面指的是不可见表面。但是现在随着现代美学的发展及舒适性要求的日益提高，对汽车内饰件也提到了Class-A的要求。不同汽车厂商对于Class-A 的要求也不尽相同，GM要求比TOYOTA 、BMW等要求低一些，也就是说Gap和Angle 要求要松一些。 目前国内的A级曲面的生成软件中，比较流行的有 Alias、ICEM Surf、UG、Imageware/Surfacer、CATIA V5 等。同时每个软件有配套的数据展示软件,即虚拟现实展示软件(渲染)。 1)Alias：大多数设计公司和整车企业采用Autodesk Alias软件作为A级曲面生成工具。它主要的优点是生成曲面的速度快，在软件中可以根据造型的意图进行快速修改，进行曲面的检测和验收，还能提供很漂亮的造型展示。比如最新的配套Autodesk Showcase软件，作为专业的展示软件，功能简洁、操作简单。但是如果只是通过数据演示来进行最终A级曲面数据检测和验收，还达不到要求。Alias 数据演示给人的感觉往往造型很眩，但在软件中展示的效果与实际车辆展示效果相差太远，样件不能真实地表达汽车的造型，这是在使用中应该注意的。另外由于数学算法的局限，它的表面质量不能达到一流水平，满足不了世界上一流汽车公司对于产品表面的质量要求。 2) ICEM Surf 曲面魔术师：是大部分的日本、欧洲和美国汽车企业的主要A级曲面生成软件，有很多的优点，是目前公认的生成A级曲面最好的软件。它对于曲面的操作，自由度非常高，完全可以满足造型和结构对于复杂曲面的建模需要，它主要是通过调整控制点来满足造型曲面的需求。另外，它的展示功能也非常逼真，在ICEM Surf 里面做出来的图片与真车照片几乎没有差别，也就是说它的展示效果有非常大的可信度。它的数据质量非常高，检测手段简单准确，非常适合做A级曲面。同时与其它的工程软件接口做得非常好。由它生成的曲面转入其它的工程软件几乎不会有数据质量问题，而Alias、UG、Imageware等在这方面有很多的问题。ICEM Surf 比其他方法具有数据更简单、更低的数学阶次的特点，这使它更快，曲面之间的配合更好更光滑。结果是成形面的设计时间更短，具有高度的可行性、可制造性而不只是概念性的。ICEM Surf 是非常专业的高级曲面生成软件，缺点是没有实体和参数化调整整车曲面的功能。3) UG：是以通用汽车为代表的部分美国公司的主要A级曲面生成软件。比起Alias、ICEM Surf 软件，UG的应用更加贴近工程化，更能满足曲面结构设计的需要；另外，参数化功能是它的特色，局部参数更改可以调整造型曲面，使更改应用较为方便。4) Imageware/Surfacer：是逆向曲面生成软件，它是处理点云的高手，在逆向工程中应用非常广。它处理点云简单、定位准确、完成曲面速度较快。因为曲面质量不高和曲面检测手段单一导致主要的汽车厂商应用较少，主要用作辅助软件。估计未来在CATIA和ICEM SURF合并的条件下，国内会迅速普及ICEM SURF在A级曲面上的应用，国内的A级曲面行业的数量和质量会有质的飞跃。5) CATIA V5：是新一代主力工程软件，在结构设计上有非常大的优势。与目前大部分汽车厂家使用的CATIA V4相比，CATIA V5 作为微机版软件，使用更加灵活，菜单使用也更加简洁方便。但是在A级曲面生成方面使用过于麻烦，并且约束条件较多，花费的时间比其它软件多几倍，其优势在图纸生成和实体方面应该是最好的。CATIA的下一代产品将要把ICEM Surf 的主要功能作为一个模块ICEM Shape Design添加进来，那时它将在高级曲面生成方面的应用会提高一大步。 A 级曲面的未来发展及在更多产品上的普及，ICEM Surf 将会起到至关重要的作用。G0-位置连续，G1-切线连续，G2-曲率连续，G3-曲率变化率连续，G4-曲率变化率的变化率连续 &NR3Eq这些术语用来描述曲面的连续性。曲面连续性可以理解为相互连接的曲面之间过渡的光滑程度。提高连续性级别可以使表面看起来更加光滑、流畅。 a( qwG0-位置连续 JAn3两组线都是位置连续，他们只是端点重合，而连接处的切线方向和曲率均不一致。这种连续性的表面看起来会有一个很尖锐的接缝，属于连续性中级别最低的一种。 6ZMM7(Vz CGyW702通常用倒角工具生成的过渡面都属于这种连续级别。因为这些工具通常使用圆周与两个表面切点间的一部分作为倒角面的轮廓线，圆的曲率是固定的，所以结果会产生一个G1连续的表面。如果想生成更高质量的过渡面，还是要自己动手。 sI.Ezuw3vlj:LG2-曲率连续 ,JjTzO两组曲线属于曲率线续。顾名思义，他们不但符和上述两种连续性的特征，而且在接点处的曲率也是相同的。如图中所示，两条曲线相交处的梳子图的刺常度和方向都是一致的（可以为0）。 D0#A|n F这种连续性的曲面没有尖锐接缝，也没有曲率的突变，视觉效果光滑流畅，没有突然中断的感觉（可以用斑马线测试）。 a7CJ8-1K这通常是制作光滑表面的最低要求。也是制作A级面的最低标准。 cHa68_LS=OsG3-曲率变化率连续 /1%32c两组曲线的连续性属于曲率变化率连续。这种连续级别不仅具有上述连续级别的特征之外，在接点处曲率的变化率也是连续的，这使得曲率的变化更加平滑。曲率的变化率可以用一个一次方程表示为一条直线。 p3-sEIwRu这种连续级别的表面有比G2更流畅的视觉效果。但是由于需要用到高阶曲线或需要更多的曲线片断所以通常只用于汽车设计。 3Ca1cLXMq?CG4-曲率变化率的变化率连续 *%MY. #两组曲线的连续级别属于曲率变化率的变化率连续。“变化率的变化率”似乎听起来比较深奥，实际上可以这样理解，它使曲率的变化率开始缓慢，然后加快，然后再慢慢的结束。这使得G4连续级别能够提供更加平滑的连续效果。 NNN&%h-6kf:XP%但是这种连续级别将比G3计算起来更复杂，所以几乎不会在小家电一类的产品设计中出现。实际上，就算出现了，我们也未必看得出来。 p88v3b6总结一下这几种连续级别。 t |aG0由于使模型产生了锐利的边缘，所以平时都极力避免，甚至想尽办法摆脱这种效果。不常用 Q.!D2RZcG1由于制作简单，成功率高，而且在某些地方及其实用，比如手机的两个面的相交处就用这种连续级别。比较常用 5Zh /D0!|G2由于视觉效果非常好，是大家追求的目标，但是这种连续级别的表面并不容易制作（VFX的这些高手们出的题目基本上就是和这种连续级别表面的制作方法拚命的），所以需要大家多多用心练习，这也是Nurbs建模中的一个难点。这种连续性的表面主要用于制作模型的主面和主要的过渡面。 -A6K!W&pG3,G4这两种连续级别通常不使用，因为他们的视觉效果和G2几乎相差无几，而且消耗更多的计算资源。这两种连续级别的优点只有在制作像汽车车体这种大面积、为了得到完美的反光效果而要求表面曲率变化非常平滑的时候才会体现出来。 r|X9k|&xEbS检测工具-斑马线介绍（也叫做高光测试）： $My%7S/3斑马线实际上是模拟一组平行的光源照射到索要检测的表面上所观察到的反光效果。 A5z5e# ,uG0的斑马线在连接处毫不相关，各走各的，线和线之间不连续，通常是错开的。 RtN5G1的斑马线虽然在相接处是相连的，但是从一个表面到另一个表面就会发生很大的变形，通常会在相接的地方产生尖锐的拐角。 %5hTfG2的斑马线则是相连，且在连接处也有一个过渡，通常不会产生尖锐的拐角，也不会错位。 L%Me wU0TZG3,G4的斑马线很难和G2的区分开。 tpUKR-但是要注意，有时候显示的误差也会产生错位或者尖锐的拐角。注意鉴别哦。可以调整一下显示精度之后再看。 jq%Qc9y,d$V-2,R8sj.I9jA级面介绍： e s我们对A级曲面是这样理解的 I& DEF*wa5wkuS)ld1.轮廓曲面-通常都是A级曲面，这样的曲面通常都要求曲率连续，沿着曲面和相邻的曲面有几乎相同的曲率半径（相差0.05或更小，位置偏差0.001mm或角度相差0.016度。） !#Ub*qY1Zs#hIzt2、A级曲面用高光等高线检测时显亮的曲线-这些曲线应该有一个共同的曲率特征，等高线连续且过度均匀、逐渐的发散或收缩，而不是一下子汇集消失到一点 Op0n.$SQ UN*/3、A级曲面上的控制点也应该按一定的规律分布，一行控制点与另一行相邻的控制点的角度变化应该有一定的规律可循，这是画高质量的曲线所必需的 m&a.i BrnD%H:P4、A级曲面模型的曲面的边界线又该可以被编辑、移动以生成另外一个曲线，同时这个新生成的曲线可以重新加入曲面来控制区面。 iHBetkAuW|7)ph6、贝塞尔曲面的阶次和控制点数目一般应该是六，有时候可能会更高 j*Uz.q?t/%R.1MN7、是说关于拔模角度、对称性、间歇以及同相关曲面德关系等都要考虑。这个要求我们在造型是对相关的工程问题也要予以足够的重视。 ,O |uLvxE#68、这是专门就曲率的变化来说的，光是曲率连续是不足以做出class a的曲面的。还要求曲率的变化本身也是光顺的，实际上就是引出了G3的概念。当然并不是说class a要求G3，但是比较接近G3的品质对曲面的品质肯定是有好处的。 Rxb?SBaZ mVw5G q关于A-class surfaces，涉及曲面的类型的二个基本观点是位置和质量。 7M8oI.?C|-d2&)5位置所有消费者可见的表面按A-Surface考虑。汽车的console（副仪表台）属于A-surf，内部结构件则是B-surf。 F+/1c质量涉及曲面拓扑关系、位置、切线、曲面边界处的曲率和曲面内部的patch结构。 YNxIc V$an有一些意见认为“位置续”是C类，切线连续是B类，曲率连续是A类。而我想更加适当地定义为G0、G1和G2，对应于B样条曲线方程和它的1阶导数（相切=G1）和它2阶导数（曲率=G2）。 Q HU|aCr=yyv 3因此一个A-surf有可能是曲率不连续的，如果那是设计的意图，甚至有可能切线不连续,如果设计意图是一处折痕或锐边,（而通常注塑或冲压不能有锐边，因此A-suuf一定是切线连续(G1)的）。 qscKWYI Zh第二种思想以汽车公司和白车身制造方面的经验为基础，做出对A-surf更深刻的理解。他们按独立分类做出了同样的定义。 whi#i&=YN=Z物理定义：A-surf是那些在各自的边界上保持曲率连续的曲面。 y5Uo?,曲率连续意味着在任何曲面上的任一点中沿着边界有同样的曲率半径。 Z*,Q曲面是挺难做到这一点的 6|rcI q?n*P$切向连续仅是方向的连续而没有半径连续，比如说倒角。 B .$G)IVk4|点连续仅仅保证没有缝隙，完全接触。 =X1oB ,W7&mGUALO事实上，切连续的点连续能满足大部分基础工业（航空和航天、造船业、BIW等）。基于这些应用，通常并无曲率连续的需要。 aUF57,RjJ有