基于UG汽车车身建模

翟伟良

摘 要 世界经济强国的经济发展无一不与汽车工业密切相关，在激烈的市场竞争情况下，汽车设计新技术得到了进一步的发展。在汽车设计领域，计算机辅助设计是必然趋势，因为该方法能够缩短开发时间和降低开发成本。该文以奥迪R8车身造型为实例，研究了以三维建模、曲面分析、模型渲染为主要步骤的计算机辅助三维设计方法。在车身的造型设计时，应用了UG特有的NURBS自由曲线曲面造型方法，对奥迪R8勾画出一些主要的轮廓线，在调整处理后，进行扫掠，得到车身造型曲面，分析曲面，最后进行渲染。本文所应用的方法可以用于其它汽车外观件的设计。

关键词 UG;计算机辅助设计;车身设计;自由曲面;曲面造型

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技术是随着信息技术的发展而发展起来的，CAD/CAM技术的应用和发展引起了社会生产模式的巨大变革。目前，CAD/CAM技术已经取代了传统的设计制造技术，广泛应用于机械、电子汽车、船舶、航空、航天、轻工及建筑等领域，其应用水平已经成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要标志。车身CAD技术已经是辐射开发过程中的基础性应用技术，是现代车身开发工程技术人员必须掌握的基本工具。由于车身CAD技术的广泛应用，使得车身设计的平台化战略和汽车系列化变得比较容易实现[1][2]。

这里主要应用正向工程的方法创建模型，需要的步骤为插入图片、描点、追踪曲线、创建曲面、曲面分析、调整曲面、转变成实体、渲染。如果应用逆向工程的方法，需要的步骤为收集模型、测量数据、分析及处理数据、提取并编辑主要线段、创建曲面、调整曲面[3]。

1 模型规划

用一个曲面完整地描述汽车外形是行不通的。汽车非常复杂的外形，必须通过一定数量的曲面构成，将汽车表面整体的造型分成大小不等的曲面，根据不同的曲面特征用相应的建模工具生成若干个曲面块，通过曲面之间的连接、混合等工作组合而成。

在建模以前，首先分析将要创建的物体，确定该物体可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面构成。模型的原点的确定，曲面的和完成模型的基本步骤和方法。可能应用到的基本工具以及可能出现的问题和将要应用到的工具，进行汽车曲面模型的创建一般需要的工具等。简单的归纳为如下三步[4] ：

1）在正确识图的基础上将产品分解成单个曲面或面组。

2）确定每个曲面的类型和生成方法，如直纹面、拔模面或扫略面等。

3）确定各曲面之间的联接关系（如倒角、裁剪等）和联接次序。

首先分析奥迪R8的曲面，根据它不同的曲面特征分成若干个曲面块，用于以后建模。初步确定将引擎盖、挡风玻璃、翼子板、车门曲面、侧窗、后尾车身等。

2 追踪曲线

首先打开UG，新建一个文件，选择模型，按“确定”按钮。

新建好文件之后，先确定坐标系，然后在菜单栏里依次选择“视图”-“可视化”-“光栅图像”命令，把预先准备的三张TIF格式的视图（只能是TIF格式的图片）分别导入相应的视窗中，首先要确定三张图片的原点位置，并调整成一样的比例。

然后，先在侧视图中追踪需要的基础曲线和特征曲面，然后再根据俯视图追踪需要的基础，再应用相交曲线、曲线桥接等相关命令得到空间曲线（如图1）。

图1 追踪曲线

3 创建车身曲面

1）创建引擎盖曲面。首先通过曲线网格得到引擎盖曲面模型。由于是应用建一半再镜像的方法得到模型，引擎盖两边都有，两边连接的地方需要平整的过渡，所以在镜像面的另一边拉伸一个曲面与引擎盖有共同边。先通过网格得到车顶边框的曲面模型。再在镜像面的另一边建立两条直线，一条是引擎盖需要定义的，另一条是车顶需要定义的。之后桥接车顶边框靠引擎盖这边的边线与直线，分别得到两条曲线。最后应用“通过曲线网格”命令得到曲面，与拉伸曲面相切连接。

2）创建车顶曲面。车顶与后尾箱盖属于G1连接，创建车顶曲面前，先创建后尾箱的曲面。车顶与后尾箱应用同一条曲线追踪，创建曲面时选择相应的曲线，注意与中间那块拉伸面相切。到创建车顶曲面时，选择相应的曲线，还要注意要与后尾箱盖曲面相切（如图3）。

3）车尾曲面。由于后尾箱与车尾的停止面不一样，车尾与后尾箱盖之间需要轮廓（G0连接），所以它们之间需要分开建模。应用相同的方法，先在中间拉伸一个面，再创建车尾曲面时选择与它相切。

4）创建翼子板曲面。然后汽车翼子板的建立。先投影出翼子板的轮廓，确定翼子板的空间位置与外形。通过建立样条曲线把投影的曲线相交连接，在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形。最后应用“通过曲线网格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再进行裁剪。前翼子板也是在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形，控制曲面的曲率，应用“通过曲线网格”的命令得到。这样得到的曲面更加精确。

5）创建连接曲面。之后引擎盖、后尾箱盖与车身侧边之间的连接。由于之前已经建立好了需要网格的曲线，现在只需要添加需要辅助确定轮廓的曲线，让轮廓更加精确。最后直接通过“通过曲线网格”命令建立曲面接连各个曲面。

6）创建车门曲面。最后进行车门曲面的建立。首先通过样条曲线把需要建立的曲面的轮廓线连接起来，有些需要G1连接的，就在首尾各建一条曲线再通过“桥接曲线”命令把两条曲线连接起来。之后再逐个面的进行网格，有些小的过渡面不能进行网格的，就通过“N边曲线”命令建立曲面，连接曲面。

7）镜像裁剪曲面。最终就是镜像各个曲面，得到完整的车身曲面。镜像完之后再根据实际对车身曲面进行裁剪（如图2）（经验心得：镜像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能镜像）。

图2 镜像和裁剪之后曲面

4 对R8车身曲面进行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。对车身进行曲面分析，通过“分析”-“形状”-“面”-“反射”，反映出斑马条纹（如图3）。然后对车在不同的几个角度进行曲面分析，使能看清各个面的曲面。需要对不尽人意的曲面与曲面连接进行调整。通过不断调整及处理（曲线的调整方法：通过调整曲线的构造方法与曲线的阶次还有曲线的构造点位置;曲面的调整方法：通过调整曲面的方法与构造曲面的曲线数量等），最张得到的斑马条纹，大小适中，间隔均匀。

2）曲面半径分析及修整。

在进行完反射分析后，进行半径分析。

通过命令“分析”-“面”-“半径”，进行分析。得到颜色不同的面，查看图片，没有要修改的地方（如图4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通过命令“分析”-“面”-“曲率”，进行分析。也是得到颜色不同的面（如图5），查看图片，没有要修改的地方。

图3 反射分析

图4 半径分析 图5 曲率分析

5 结束语

本文通过计算机辅助设计软件UG在汽车车身造型设计中的应用， 创建了奥迪R8车身三维模型，并对模型进行了曲面光顺度分析。在利用UG软件进行车身设计过程前，一定要规划模型曲面，要准确的分析清楚哪几条线做轮廓线，只有轮廓线画好了，才能进行下一步的工作，轮廓线是整个车身模型的基础。轮廓线和曲面看起来很简单，但要画好，却很难，只有不断调整、不断修改才能得到理想的曲面。所以创建车身表面三维数字主模型是一项细致的工作，设计师要有足够的信心和耐心。

参考文献

[1]黄金陵.汽车车身设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]张启明，关家午.汽车CAD技术[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉枢.机械CAD技术基础[M].北京：清华大学出版社，2003.

[4]兰凤崇.汽车车身计算机辅助造型设计[M].长春，吉林科技出版社，1992.endprint

摘 要 世界经济强国的经济发展无一不与汽车工业密切相关，在激烈的市场竞争情况下，汽车设计新技术得到了进一步的发展。在汽车设计领域，计算机辅助设计是必然趋势，因为该方法能够缩短开发时间和降低开发成本。该文以奥迪R8车身造型为实例，研究了以三维建模、曲面分析、模型渲染为主要步骤的计算机辅助三维设计方法。在车身的造型设计时，应用了UG特有的NURBS自由曲线曲面造型方法，对奥迪R8勾画出一些主要的轮廓线，在调整处理后，进行扫掠，得到车身造型曲面，分析曲面，最后进行渲染。本文所应用的方法可以用于其它汽车外观件的设计。

关键词 UG;计算机辅助设计;车身设计;自由曲面;曲面造型

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技术是随着信息技术的发展而发展起来的，CAD/CAM技术的应用和发展引起了社会生产模式的巨大变革。目前，CAD/CAM技术已经取代了传统的设计制造技术，广泛应用于机械、电子汽车、船舶、航空、航天、轻工及建筑等领域，其应用水平已经成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要标志。车身CAD技术已经是辐射开发过程中的基础性应用技术，是现代车身开发工程技术人员必须掌握的基本工具。由于车身CAD技术的广泛应用，使得车身设计的平台化战略和汽车系列化变得比较容易实现[1][2]。

这里主要应用正向工程的方法创建模型，需要的步骤为插入图片、描点、追踪曲线、创建曲面、曲面分析、调整曲面、转变成实体、渲染。如果应用逆向工程的方法，需要的步骤为收集模型、测量数据、分析及处理数据、提取并编辑主要线段、创建曲面、调整曲面[3]。

1 模型规划

用一个曲面完整地描述汽车外形是行不通的。汽车非常复杂的外形，必须通过一定数量的曲面构成，将汽车表面整体的造型分成大小不等的曲面，根据不同的曲面特征用相应的建模工具生成若干个曲面块，通过曲面之间的连接、混合等工作组合而成。

在建模以前，首先分析将要创建的物体，确定该物体可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面构成。模型的原点的确定，曲面的和完成模型的基本步骤和方法。可能应用到的基本工具以及可能出现的问题和将要应用到的工具，进行汽车曲面模型的创建一般需要的工具等。简单的归纳为如下三步[4] ：

1）在正确识图的基础上将产品分解成单个曲面或面组。

2）确定每个曲面的类型和生成方法，如直纹面、拔模面或扫略面等。

3）确定各曲面之间的联接关系（如倒角、裁剪等）和联接次序。

首先分析奥迪R8的曲面，根据它不同的曲面特征分成若干个曲面块，用于以后建模。初步确定将引擎盖、挡风玻璃、翼子板、车门曲面、侧窗、后尾车身等。

2 追踪曲线

首先打开UG，新建一个文件，选择模型，按“确定”按钮。

新建好文件之后，先确定坐标系，然后在菜单栏里依次选择“视图”-“可视化”-“光栅图像”命令，把预先准备的三张TIF格式的视图（只能是TIF格式的图片）分别导入相应的视窗中，首先要确定三张图片的原点位置，并调整成一样的比例。

然后，先在侧视图中追踪需要的基础曲线和特征曲面，然后再根据俯视图追踪需要的基础，再应用相交曲线、曲线桥接等相关命令得到空间曲线（如图1）。

图1 追踪曲线

3 创建车身曲面

1）创建引擎盖曲面。首先通过曲线网格得到引擎盖曲面模型。由于是应用建一半再镜像的方法得到模型，引擎盖两边都有，两边连接的地方需要平整的过渡，所以在镜像面的另一边拉伸一个曲面与引擎盖有共同边。先通过网格得到车顶边框的曲面模型。再在镜像面的另一边建立两条直线，一条是引擎盖需要定义的，另一条是车顶需要定义的。之后桥接车顶边框靠引擎盖这边的边线与直线，分别得到两条曲线。最后应用“通过曲线网格”命令得到曲面，与拉伸曲面相切连接。

2）创建车顶曲面。车顶与后尾箱盖属于G1连接，创建车顶曲面前，先创建后尾箱的曲面。车顶与后尾箱应用同一条曲线追踪，创建曲面时选择相应的曲线，注意与中间那块拉伸面相切。到创建车顶曲面时，选择相应的曲线，还要注意要与后尾箱盖曲面相切（如图3）。

3）车尾曲面。由于后尾箱与车尾的停止面不一样，车尾与后尾箱盖之间需要轮廓（G0连接），所以它们之间需要分开建模。应用相同的方法，先在中间拉伸一个面，再创建车尾曲面时选择与它相切。

4）创建翼子板曲面。然后汽车翼子板的建立。先投影出翼子板的轮廓，确定翼子板的空间位置与外形。通过建立样条曲线把投影的曲线相交连接，在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形。最后应用“通过曲线网格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再进行裁剪。前翼子板也是在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形，控制曲面的曲率，应用“通过曲线网格”的命令得到。这样得到的曲面更加精确。

5）创建连接曲面。之后引擎盖、后尾箱盖与车身侧边之间的连接。由于之前已经建立好了需要网格的曲线，现在只需要添加需要辅助确定轮廓的曲线，让轮廓更加精确。最后直接通过“通过曲线网格”命令建立曲面接连各个曲面。

6）创建车门曲面。最后进行车门曲面的建立。首先通过样条曲线把需要建立的曲面的轮廓线连接起来，有些需要G1连接的，就在首尾各建一条曲线再通过“桥接曲线”命令把两条曲线连接起来。之后再逐个面的进行网格，有些小的过渡面不能进行网格的，就通过“N边曲线”命令建立曲面，连接曲面。

7）镜像裁剪曲面。最终就是镜像各个曲面，得到完整的车身曲面。镜像完之后再根据实际对车身曲面进行裁剪（如图2）（经验心得：镜像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能镜像）。

图2 镜像和裁剪之后曲面

4 对R8车身曲面进行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。对车身进行曲面分析，通过“分析”-“形状”-“面”-“反射”，反映出斑马条纹（如图3）。然后对车在不同的几个角度进行曲面分析，使能看清各个面的曲面。需要对不尽人意的曲面与曲面连接进行调整。通过不断调整及处理（曲线的调整方法：通过调整曲线的构造方法与曲线的阶次还有曲线的构造点位置;曲面的调整方法：通过调整曲面的方法与构造曲面的曲线数量等），最张得到的斑马条纹，大小适中，间隔均匀。

2）曲面半径分析及修整。

在进行完反射分析后，进行半径分析。

通过命令“分析”-“面”-“半径”，进行分析。得到颜色不同的面，查看图片，没有要修改的地方（如图4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通过命令“分析”-“面”-“曲率”，进行分析。也是得到颜色不同的面（如图5），查看图片，没有要修改的地方。

图3 反射分析

图4 半径分析 图5 曲率分析

5 结束语

本文通过计算机辅助设计软件UG在汽车车身造型设计中的应用， 创建了奥迪R8车身三维模型，并对模型进行了曲面光顺度分析。在利用UG软件进行车身设计过程前，一定要规划模型曲面，要准确的分析清楚哪几条线做轮廓线，只有轮廓线画好了，才能进行下一步的工作，轮廓线是整个车身模型的基础。轮廓线和曲面看起来很简单，但要画好，却很难，只有不断调整、不断修改才能得到理想的曲面。所以创建车身表面三维数字主模型是一项细致的工作，设计师要有足够的信心和耐心。

参考文献

[1]黄金陵.汽车车身设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]张启明，关家午.汽车CAD技术[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉枢.机械CAD技术基础[M].北京：清华大学出版社，2003.

[4]兰凤崇.汽车车身计算机辅助造型设计[M].长春，吉林科技出版社，1992.endprint

摘 要 世界经济强国的经济发展无一不与汽车工业密切相关，在激烈的市场竞争情况下，汽车设计新技术得到了进一步的发展。在汽车设计领域，计算机辅助设计是必然趋势，因为该方法能够缩短开发时间和降低开发成本。该文以奥迪R8车身造型为实例，研究了以三维建模、曲面分析、模型渲染为主要步骤的计算机辅助三维设计方法。在车身的造型设计时，应用了UG特有的NURBS自由曲线曲面造型方法，对奥迪R8勾画出一些主要的轮廓线，在调整处理后，进行扫掠，得到车身造型曲面，分析曲面，最后进行渲染。本文所应用的方法可以用于其它汽车外观件的设计。

关键词 UG;计算机辅助设计;车身设计;自由曲面;曲面造型

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0072-02

CAD/CAM技术是随着信息技术的发展而发展起来的，CAD/CAM技术的应用和发展引起了社会生产模式的巨大变革。目前，CAD/CAM技术已经取代了传统的设计制造技术，广泛应用于机械、电子汽车、船舶、航空、航天、轻工及建筑等领域，其应用水平已经成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要标志。车身CAD技术已经是辐射开发过程中的基础性应用技术，是现代车身开发工程技术人员必须掌握的基本工具。由于车身CAD技术的广泛应用，使得车身设计的平台化战略和汽车系列化变得比较容易实现[1][2]。

这里主要应用正向工程的方法创建模型，需要的步骤为插入图片、描点、追踪曲线、创建曲面、曲面分析、调整曲面、转变成实体、渲染。如果应用逆向工程的方法，需要的步骤为收集模型、测量数据、分析及处理数据、提取并编辑主要线段、创建曲面、调整曲面[3]。

1 模型规划

用一个曲面完整地描述汽车外形是行不通的。汽车非常复杂的外形，必须通过一定数量的曲面构成，将汽车表面整体的造型分成大小不等的曲面，根据不同的曲面特征用相应的建模工具生成若干个曲面块，通过曲面之间的连接、混合等工作组合而成。

在建模以前，首先分析将要创建的物体，确定该物体可拆解多少曲面，可采用哪些曲面工具建模，由哪些曲面构成。模型的原点的确定，曲面的和完成模型的基本步骤和方法。可能应用到的基本工具以及可能出现的问题和将要应用到的工具，进行汽车曲面模型的创建一般需要的工具等。简单的归纳为如下三步[4] ：

1）在正确识图的基础上将产品分解成单个曲面或面组。

2）确定每个曲面的类型和生成方法，如直纹面、拔模面或扫略面等。

3）确定各曲面之间的联接关系（如倒角、裁剪等）和联接次序。

首先分析奥迪R8的曲面，根据它不同的曲面特征分成若干个曲面块，用于以后建模。初步确定将引擎盖、挡风玻璃、翼子板、车门曲面、侧窗、后尾车身等。

2 追踪曲线

首先打开UG，新建一个文件，选择模型，按“确定”按钮。

新建好文件之后，先确定坐标系，然后在菜单栏里依次选择“视图”-“可视化”-“光栅图像”命令，把预先准备的三张TIF格式的视图（只能是TIF格式的图片）分别导入相应的视窗中，首先要确定三张图片的原点位置，并调整成一样的比例。

然后，先在侧视图中追踪需要的基础曲线和特征曲面，然后再根据俯视图追踪需要的基础，再应用相交曲线、曲线桥接等相关命令得到空间曲线（如图1）。

图1 追踪曲线

3 创建车身曲面

1）创建引擎盖曲面。首先通过曲线网格得到引擎盖曲面模型。由于是应用建一半再镜像的方法得到模型，引擎盖两边都有，两边连接的地方需要平整的过渡，所以在镜像面的另一边拉伸一个曲面与引擎盖有共同边。先通过网格得到车顶边框的曲面模型。再在镜像面的另一边建立两条直线，一条是引擎盖需要定义的，另一条是车顶需要定义的。之后桥接车顶边框靠引擎盖这边的边线与直线，分别得到两条曲线。最后应用“通过曲线网格”命令得到曲面，与拉伸曲面相切连接。

2）创建车顶曲面。车顶与后尾箱盖属于G1连接，创建车顶曲面前，先创建后尾箱的曲面。车顶与后尾箱应用同一条曲线追踪，创建曲面时选择相应的曲线，注意与中间那块拉伸面相切。到创建车顶曲面时，选择相应的曲线，还要注意要与后尾箱盖曲面相切（如图3）。

3）车尾曲面。由于后尾箱与车尾的停止面不一样，车尾与后尾箱盖之间需要轮廓（G0连接），所以它们之间需要分开建模。应用相同的方法，先在中间拉伸一个面，再创建车尾曲面时选择与它相切。

4）创建翼子板曲面。然后汽车翼子板的建立。先投影出翼子板的轮廓，确定翼子板的空间位置与外形。通过建立样条曲线把投影的曲线相交连接，在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形。最后应用“通过曲线网格”命令得到后翼子板曲面模型。之后再进行裁剪。前翼子板也是在主线段之间建立多几条样条曲线确定翼子板的外形，控制曲面的曲率，应用“通过曲线网格”的命令得到。这样得到的曲面更加精确。

5）创建连接曲面。之后引擎盖、后尾箱盖与车身侧边之间的连接。由于之前已经建立好了需要网格的曲线，现在只需要添加需要辅助确定轮廓的曲线，让轮廓更加精确。最后直接通过“通过曲线网格”命令建立曲面接连各个曲面。

6）创建车门曲面。最后进行车门曲面的建立。首先通过样条曲线把需要建立的曲面的轮廓线连接起来，有些需要G1连接的，就在首尾各建一条曲线再通过“桥接曲线”命令把两条曲线连接起来。之后再逐个面的进行网格，有些小的过渡面不能进行网格的，就通过“N边曲线”命令建立曲面，连接曲面。

7）镜像裁剪曲面。最终就是镜像各个曲面，得到完整的车身曲面。镜像完之后再根据实际对车身曲面进行裁剪（如图2）（经验心得：镜像之前不能剪切曲面，剪切后的曲面不能镜像）。

图2 镜像和裁剪之后曲面

4 对R8车身曲面进行分析及修整

1）曲面反射分析及修整。对车身进行曲面分析，通过“分析”-“形状”-“面”-“反射”，反映出斑马条纹（如图3）。然后对车在不同的几个角度进行曲面分析，使能看清各个面的曲面。需要对不尽人意的曲面与曲面连接进行调整。通过不断调整及处理（曲线的调整方法：通过调整曲线的构造方法与曲线的阶次还有曲线的构造点位置;曲面的调整方法：通过调整曲面的方法与构造曲面的曲线数量等），最张得到的斑马条纹，大小适中，间隔均匀。

2）曲面半径分析及修整。

在进行完反射分析后，进行半径分析。

通过命令“分析”-“面”-“半径”，进行分析。得到颜色不同的面，查看图片，没有要修改的地方（如图4）。

3）曲面曲率分析及修整。

通过命令“分析”-“面”-“曲率”，进行分析。也是得到颜色不同的面（如图5），查看图片，没有要修改的地方。

图3 反射分析

图4 半径分析 图5 曲率分析

5 结束语

本文通过计算机辅助设计软件UG在汽车车身造型设计中的应用， 创建了奥迪R8车身三维模型，并对模型进行了曲面光顺度分析。在利用UG软件进行车身设计过程前，一定要规划模型曲面，要准确的分析清楚哪几条线做轮廓线，只有轮廓线画好了，才能进行下一步的工作，轮廓线是整个车身模型的基础。轮廓线和曲面看起来很简单，但要画好，却很难，只有不断调整、不断修改才能得到理想的曲面。所以创建车身表面三维数字主模型是一项细致的工作，设计师要有足够的信心和耐心。

参考文献

[1]黄金陵.汽车车身设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]张启明，关家午.汽车CAD技术[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]童秉枢.机械CAD技术基础[M].北京：清华大学出版社，2003.

[4]兰凤崇.汽车车身计算机辅助造型设计[M].长春，吉林科技出版社，1992.endprint