面向创新设计的汽车外形曲线曲面高效建模

摘要

随着人们对产品多样性要求越来越高，汽车市场竞争日益加剧，迫使企业大幅缩短汽车车身造型的开发周期、生产出更加丰富多变的车型，提升创新设计能力;另一方面，计算机辅助设计软件在车身设计中起到的作用越来越突出，集成化和数字化成为未来汽车外形设计的发展趋势。因此，如何快速实现汽车造型师的设计意图，进行数据驱动和知识驱动的汽车车身建模，以及实现三维建模的数据重用等问题亟需解决。
　　针对汽车外造型快速建模问题，本文通过分析汽车造型特征以及面向创新探索的需求，提出一种具有拓扑一致性的参数化汽车外形表示方法，包括二维三视图特征曲线表示、三维特征曲线网表示以及三维参数曲面表示等三大类、六个特征表示模板，并建立三类模板模型之间的匹配关系。通过分析车身类型与曲面生成种类，对三维特征曲线网进行模块化与光顺处理，形成高质量三维曲线网格。采用四边曲线网曲面、N-边曲面、边约束裁剪曲面三类不同曲面生成方法可自动生成汽车外形曲面模型。
　　本文研究工作主要从以下几个方面展开:
　　(1)二维造型特征线:定义较为完整的汽车二维三视图特征线，将汽车车身前、后、侧、顶四个不同方向的正视图特征线分别进行定义，分段曲线采用三次Bézier表示，实现不同车型间的统一参数化处理。通过本课题组开发的软件模块实现车身2D特征线的提取，建立2D特征线数据模型库，为后续的车身三维曲线建模与二维形状探索提供模型数据。
　　(2)三维造型特征线:通过分析车身四个视图模型之间特征线的几何投影关系，得到车身三维曲线与不同视图的二维特征线的对应关系，实现汽车车身曲线的三维建模;通过对重建后的三维车身曲线进行优化处理，建立3D车身曲线网格数据模型库，为后续的车身三维曲面建模做好数据准备，并可有效实现三维曲线模型的数据重用。
　　(3)三维车身曲面:不同的车型包含的车身部件不相同，生成的车身曲面也不相同。本文按照车门数、单侧车窗数等特征将轿车车型进行分类，建立六个模板，以此来统一管理不同的车型。定义不同曲面的生成方法，然后利用已有车身曲线网格实现车身曲面的高效建模。
　　最后，基于UG/Open API开发平台实现了本文提出的三维曲面建模方法，并进行了不同类型车型的实例验证，大量数值实例证明本文提出方法的可行性和可靠性。基于本文提出的车身曲面建模方法，生成大量高质量的车身曲面模型并建立相应的模型数据库，方便以后的数据与模型重用。