基于Pro/E典型渐消失曲面的构面方法研究

谢英星

(中山职业技术学院，广东中山528404)

0 引言

随着产品升级换代的加快，消费者对新产品的心理满足程度不仅仅局限于产品的功能，也逐步延伸到产品的外观、舒适度及便捷性能，要求设计的东西更加实用、美观、人性化。而在产品的外观造型设计过程中，经常遇到曲面之间需要进行顺滑地过渡，在曲面上产生具有高度差的不同区域曲面。渐消失面大量使用，很多时候起着画龙点睛装饰亮点作用，不仅使产品更加美观大方，而且基于人因工程的出发点，渐消失面的采用能使消费者更加舒适。

渐消失面在产品造型中能较好地体现速度感和流畅感，是使曲面增强设计感的一种常用手段，常用于产品造型的某个细节处，与内部机构配合且相呼应的地方作为外观造型装饰特征，此类曲面沿主体曲面走势延伸至某处自然消失，因此也叫消失面。

1 渐消失面的形成与分类

渐消失面是造型曲面的一端逐渐消失于一点或一短边，产品外观上的局部特征从突出逐渐变化到和其他外观融合并消失的曲面类型，如图1所示。渐消失面从其渐消失的形成和发展情况可分为2种:1)曲面由一定的高度差逐渐变化到零，并光滑过渡。2)曲面之间连续关系的变化引发的渐消失，由光滑过渡(G1相切连接，G2曲率连接)慢慢变化到G0连续过渡［1］。这种渐消失面会导致消失点的生成，消失点是曲面从G1或G2过渡开始转变为G0连续过渡产生的点，如图2所示。曲面之间存在如下关系:

图1 产品上的消失面

1)A曲面与C曲面至少相切连续；

2)B曲面与C曲面至少相切连续；

3)A曲面与B曲面位置连续。

图2 渐消失面模型

2 渐消失面的常见构建方法

虽然渐消失面在产品外观造型上的形态各异，但是分析其造型结构，常见的创建渐消失面方法有三种［2］:

1)Style曲面架构法

通过中间构架线与边界线的过渡变化，产生的渐消失面比较圆滑，效果自然，控制渐变化范围较大，常用于较大的渐消失区域。

2)边界控制架构法

在需要创建渐消失曲面的特征处，剪切出一块渐消失区域，通过边界混合曲面与原始曲面呈渐消失的状态，创建的渐变区域相比，渐变的区域更宽，可控制性更好，多用于较大区域突然变化的渐变类型。

3)渐变曲线构架法

在曲面上剪切出渐消失区域，不用创建扫描曲面，在渐消失变化较深的一侧，创建变化曲线，利用边界混合曲面创建出渐变区域，注意与原曲面相连的三处边界的控制，相连与相切创建出的效果不一样，再创建较深处的混合曲面，此种方法一般用于局部的渐消失类型。

3 典型渐消失面的建模

3.1 具有高度差的渐消失面的建模

1)曲面母体生成。先通过拉伸命令创建一个简单的曲面，在主菜单中选择“编辑”→“投影”命令，打开其操控面板。在操控面板中选择“参照”命令，在其下滑面板中更改投影类型为“投影草绘”，单击该面板中出现的“定义”按钮，打开“草绘”对话框，进入草绘模式，绘制草绘投影后得到如图3所示的投影曲线。

图3 曲面草绘投影

2)曲面修剪。在渐消失面生成的地方裁剪曲面，得到消失面外围边界线。在特征工具栏中单击“拉伸”按钮，设定为“拉伸曲面”，单击去除材料按钮，选择步骤1生成的曲面作为裁剪对象，完成的曲面裁剪操作如图4所示。

图4 曲面修剪

3)生成相交曲线。按住Ctrl键，选择步骤2的拉伸曲面和RIGHT基准平面，在主菜单中选择“编辑”→“相交”命令，建立的相交曲线如图5所示，该曲线在后面草绘曲线时将作为参照使用。

图5 生成相交曲线

5)草绘辅助曲线。在特征工具栏中单击草绘按钮，选择RIGHT基准平面作为草绘平面，绘制辅助曲线，先做出两个基准点，把做好的基准点作为参照使用。由于渐消失面往往与周围相连接的曲面呈相切连接，因此在建立辅助曲线时，不但要考虑合理的布局，还要考虑曲线自身的质量，并且两端一般需要做相切约束。要确保辅助曲线与步骤4做的相交曲线相切连接，即曲面与两边的参照显示“T”约束连接，如图6所示。

图6 草绘辅助曲线

6)创建渐消失曲面。点击界面右侧的特征工具栏，或者通过“插入”→“边界混合”的方式进行，按住Ctrl键，选择箭头所指的曲线1-1、1-2作为第一方向曲线，曲线在选择时需要通过右键切换选择其中的一条曲线。在命令菜单中选择“第二方向曲线”命令，选择其余的三条曲线2-1、2-2、2-3。在曲线选择的过程中，需要进入到操控面板中的“曲线”→“细节”，对长度稍长的曲线进行“长度调整”；然后，选择操控面板中的“约束”命令，在下滑面板中更改“约束类型”为“切线”，保持默认的曲面参照，实现光滑过渡，曲面最后效果如图7所示。

图7 创建渐消失曲面

7)曲面检测。曲面的曲率分析是在曲面建立完成之后，从分析的曲率图中观察曲线是否光滑，有没有不规则的“回扣”和“尖峰”现象，从而帮助获得高品质的曲面，以达到复合产品的设计意图。通常需要对曲面进行曲面“曲率”分析和“反射”分析，以综合检查曲面的品质，通常遇到最多的问题就是曲面尖端收敛的问题。当对产品外观要求不是很高的情况下，只要不影响后面的抽壳、倒圆角等操作，一般还是可以接受的。对建立的边界混合曲线分别执行“曲率”检测和“反射”检测，其分析显示如图8所示。

图8 曲面检测

8)曲面合并与实体化。选择步骤2得到的拉伸曲面，按住CTRL键，选择刚做好的渐消失面，将生成的边界混合曲面与拉伸曲面进行曲面合并，使两个曲面显示为红色，即为选中状态，点击特征工具栏中“合并”命令，即可实现曲面的合并操作，为下一步的片体加厚做准备。选择“编辑”→“加厚”命令，对生成的曲面进行加厚形成实体。

3.2 具有“消失点”的渐消失面建模

消失点把曲面分为三个部分:A曲面，B曲面与C曲面。根据定义可知，A曲面与B曲面为G0过渡连接，B曲面与C曲面为G1光滑过渡，A曲面与C曲面为G1光滑过渡。这种类型渐消失面的共同特征是存在一段过渡曲面，一般需要先确定过渡曲面中止的位置，然后做好过渡曲面，这样操作可以避免过渡曲面影响其余部分曲面的质量。具体步骤如下:通过“边界混合”命令采用三边构面方法构建曲面C，如图9所示。

图9 曲面C的构建

为了完成A曲面的构建，用“经过点”命令或者造型曲面在消失点位置做一曲线，曲线的连接过渡质量决定生成曲面的质量。做曲面A时，通过设置“边界混合”命令操控面板中的“约束”选项，对构成曲面A的四条边界曲线进行设定，如图10所示。完成曲面A的构建之后，采用同样的方式构建曲面B，如图11所示。镜像完成的曲面至另外一侧，最后的曲面效果如图12所示。

图10 曲面A的构建

图11 曲面B的构建

图12 最后完成的曲面

3.3 其他方式处理渐消失面

在渐消失面处理过程中，使用简单的倒圆角处理是经常使用的手段。根据实际情况，通过一般的曲面工具建立曲面后，再通过曲面操作来“拼出”渐消失面的效果，或者合理地架构辅助曲线，使用可变截面扫描、环形折弯等方法来建构曲面，然后通过曲面的合并和编辑操作，完成特殊曲面的构建［3］。

4 结语

渐消失面在外形设计中运用的比例是相当大的，在产品外观加上这样的造型面，往往可以提升质感，并吸引消费者的目光。由于产品外观造型的千变万化，导致渐消失面的形态也是多种多样，对渐消失面的处理也有很多方式。渐消失面的设计过程中，灵活运用Pro/E软件的参数化设计，曲面的创建速度加快、修改方便、效率提高，实体的建模周期缩短，为后期的三维装配、动态模拟、适时进行个性化修改带来了方便。

［1］刘筱路.Pro/ENGINEER曲面造型技术详解［M］.北京:人民邮电出版社，2005.

［2］周峻辰.Pro/ENGINEER中文野火版曲面设计专家实例精讲［M］.北京:中国青年出版社，2007.

［3］韩玉龙.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0零件设计高级教程［M］.北京:科学出版社，2009.