汽车曲面质量的评价方法浅析

王文雷，胡锦春，黄明山

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

汽车曲面质量的评价方法浅析

王文雷，胡锦春，黄明山

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

伴随汽车消费市场的日渐成熟，消费者对汽车的外观品质有了更高的追求，而获得高质量的车身曲面是获得高品质的汽车外观的一个重要途径。如果一辆汽车拥有良好连续性的高质量车身曲面，那么它在曲面的光影表现上也会非常出色，这样会给消费者带来高附加值的感官享受，同时也会对品牌形象的提升做出巨大的贡献。首先介绍了汽车曲面与曲面连续性的关系，最后在Alias造型软件的基础上深入分析了汽车曲面质量的评价方法及应用实例，用以指导汽车曲面的造型设计工作。

汽车曲面；连续性；质量；评价方法

0 引言

作为汽车造型的重要组成部分，车身外观曲面扮演着重要的作用，车身曲面的质量直接决定了汽车曲面所能获得的光影质量的高低。随着消费者审美观的逐步提升，人们对于汽车外观的重视程度也是越来越高，因此，具有高质量曲面的汽车，必然会更加牢固地抓住消费者的心理。因此，文中主要从汽车曲面质量的评价方法着手，浅析评价方法及应用实例，期望能够指导后续汽车曲面的造型设计工作。

1 汽车曲面质量与连续性

车身曲面之间存在着紧密的联系，把曲面之间的联系称之为连续性，它主要分为G0连续(位置连续)、G1(切线连续)、G2(曲率连续)等等。车身曲面要达到光顺，必须遵循曲面光顺准则：曲面的参数线达到光顺；构造曲面的网格线无多余的拐点及变挠点，均达到光顺；曲面与某一组等间隔且平行的平面相交截面线达到光顺；曲面的高斯曲率变化均匀；二次曲面的主曲率在截点的左右曲率差的跃度和应尽量小。只有这样的曲面才能称为高质量的曲面，才能获得高流畅度的曲面光影。

1.1 汽车曲面连续性概述

车身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。在汽车A级曲面的连接中，主要包括以下5种连续性：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，最常用的是前3种连续性。汽车曲面连续性与汽车曲面质量也是强相关的，不同造型阶段对应的曲面数据，对曲面连续性也有不同的要求。

1.1.1 汽车曲面分类

保证产品同时满足美观性和工程可行性，由专业的造型设计人员设计完成的一系列三维外表面数据的总称，包括CAS、B级曲面、A级曲面，呈逐级递进的关系。

(1)CAS

CAS是指利用计算机辅助手段，在各种软件中完成的初版造型外表面数据，是从二维到三维的主要过程。

(2)B级曲面

CAS与A级曲面的中间阶段，通常指的是基于CAS和模型点云数据、在一定范围和程度上解决工程问题后产生的外表面数据。在理想状态下，B级曲面与A级曲面应非常接近，仅在表面质量及细节特征上有一定的差异。

(3)A级曲面

A级曲面是指满足所有工程和造型要求，与量产产品型面一致的外表面数据。

1.1.2 汽车曲面连续性的种类

(1)G0连续

又叫位置连续，如图1所示，它们只是端点重合，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。

图1 G0连续

(2)G1连续

又叫切线连续，如图2所示，它们不仅在连接处端点重合，而且切线方向一致。这种连续性的表面不会有尖锐的连接接缝，但是由于两种表面在连接处曲率突变，所以在视觉效果上会有一种表面中断的感觉。

图2 G1连续

(3)G2连续

又叫曲率线续。如图3所示，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。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。

图3 G2连续

(4)G3连续

又叫曲率变化率连续。如图4所示，这种连续级别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。表面有比 G2连续更流畅的视觉效果。

图4 G3连续

(5)G4连续

又叫曲率变化率的变化率连续。如图5所示，这种连续性使曲率的变化率开始缓慢，然后加快，然后再慢慢地结束，它能够提供更加平滑的连续效果。

图5 G4连续

1.2 汽车曲面连续性与曲面质量的联系

汽车曲面的表面连续性等级越高、曲面质量也就越高。一般在汽车A面中，车身曲面的连续性至少要达到G2连续性甚至更高。而且，汽车曲面之间的连续性的细微变化，也会很有趣地体现在车身所呈现出的光影中。因此，曲面连续性等级的高低，直接决定了车身曲面的光影质量；而光影质量的好坏，则成为人们判断汽车曲面连续性的重要依据，来指导更好地进行汽车曲面的造型设计，以获得造型更加丰富、曲面质量更加完美、车身光影更加流畅的汽车产品。

2 汽车造型曲面质量的评价方法

汽车曲面质量的评价方法有很多，主要分为软件分析法和实物分析法，这里主要是以Alias软件为基础，以软件中自带的曲面连续性分析工具来对汽车曲面的质量做出客观公正的评价。而其中，主要又分为以下两种分析方法：

2.1 斑马线图评价方法及其应用实例

斑马线图评价方法实际上是模拟一组平行的光源照射到需要检测的表面上所观察到的反光效果，见图6。可以作为一种检测方式用于检查一些主要的或细小的表面与相邻面是否达到要求的连续性及曲面自身内部的光顺性。

图6 较好的斑马线和较差的斑马线(一)

2.1.1 评价条件

产品造型外表面数据需要满足以下几点评价条件：

(1)需要满足汽车三维曲面质量要求；

(2)需要满足设计师的设计意图。

2.1.2 评价的具体标准

斑马线图评价方法是一个主观性非常强的评价方法；而且斑马线图还与设计师的设计意图强相关，不同设计师对同一处车身曲面的不同造型风格的思考，同样也会导致斑马线图的差异。斑马线图的主观评价标准主要包括以下几点：

(1)曲面之间的斑马线过渡应较平顺，不应出现拐点或斑马线错开的情形；

(2)单个曲面的斑马线的曲率变化应较平缓，不应出现曲率变化较大的斑马线，且不应出现波浪状的斑马线，如图7所示；

图7 较好的斑马线和较差的斑马线(二)

(3)单个曲面的斑马线的粗细应较均匀，或粗细的变化较均匀，不应出现粗细变化紊乱的情形，如图8所示。

图8 较好的斑马线和较差的斑马线(三)

2.1.3 斑马线图评价方法的具体应用

作者选择了两款车型，利用斑马线图方法来评价两款车型的车身主要曲面，来探究斑马线图和汽车光影效果之间的关系。

(1)车型1

从图9—10中可以看出：斑马线都是非常流畅的，没有出现紊乱的情形，不存在斑马线在面的连接处错开或者出现明显拐点的情形，粗细变化也均匀而且自然。这样的斑马线就是比较好的斑马线，这样的车身外表面所产生的汽车光影效果也是较好的。

图9 车型1侧面斑马线图

图10 车型1顶面斑马线图

(2)车型2

从图11—12中可以看出：曲面上的斑马线呈现出波纹状的特征，出现了紊乱的情形，在某些面的连接处斑马线出现了明显的拐点，并且有的斑马线粗细变化也不均匀。这样的斑马线质量就比较差，因此这样的车身曲面所产生的光影效果必定也会较差。

图11 车型2侧面斑马线图

图12 车型2顶面斑马线图

总之，使用斑马线图的方法来检查车身曲面的质量，这个方法是非常直接而高效的，可以在建模的过程中，随时、直观地感受到车身曲面的质量变化，对设计者的设计工作有很大的指导意义。但此种方法毕竟也具有很强的主观因素，没有一个确切的标准来判定质量效果的好与差，需要设计师的水平积累到一定的高度，才能对此做出确切的判断。

2.2 ISO Angle评价方法及其应用实例

ISO Angle评价方法通过模拟线光源照射到曲面上所观察到的反光效果(见图13)，可以让设计师直观感受到曲面高光的光影变化，从而指导产品曲面设计，以获取具有更好质量和光影效果的产品。

图13 ISO Angle线图

2.2.1 评价条件

产品造型外表面数据需要满足以下几点评价条件：

(1)需要满足汽车三维曲面质量要求；

(2)需要满足设计师的设计意图。

2.2.2 评价的具体标准

ISO Angle评价方法是一个主观性非常强的评价方法；而且ISO Angle图还与设计师的设计意图强相关，不同设计师对同一处车身曲面的不同造型风格的思考，同样也会导致ISO Angle图的差异。ISO Angle的主观评价标准主要包括以下几点：

(1)曲面之间的ISO Angle线过渡应较平顺，不应出现拐点或ISO Angle线错开的情形，如图14所示。

图14 较好的ISO Angle线和较差的ISO Angle线(一)

(2)单个曲面的ISO Angle线的曲面变化应较平缓，不应出现曲率变化较大的ISO Angle线，且不应出现波浪状的ISO Angle线，如图15所示。

图15 较好的ISO Angle线和较差的ISO Angle线(二)

(3)单个曲面的ISO Angle线的粗细应较均匀，或粗细的变化较均匀，不应出现粗细变化紊乱的情形，如图16所示。

图16 较好的ISO Angle线和较差的ISO Angle线(三)

2.2.3 ISO Angle评价方法的具体应用

作者选择了两款车型，利用ISO Angle评价方法来评价4款车型的车身主要曲面，来探究ISO Angle评价方法和汽车光影效果之间的关系。

(1)车型1

从图17可以看出：车身大面上白色的高光带非常光顺，粗细也非常均匀，到了两边轮包处，高光带宽度开始均匀变化，但始终保持了很流畅的光顺感。

图17 车型1的ISO Angle线

(2)车型2

从图18可以看出：车身大面两条白色高光带也非常流畅，粗细均匀，到了两边的轮包处依然呈现出流畅、规则、均匀的变化。

图18 车型2的ISO Angle线

(3)车型3

与上述两车型相比，从图19中能明显看出车型3上的高光带存在着明显的差距：高光带的粗细变化较均匀，但不够流畅，在高光带的左右两侧有多个拐点，这样的曲面必然会导致出现较差的车身光影。

图19 车型3的ISO Angle线

(4)车型4

车型4的高光带表现较好(见图20)：高光带粗细变化均匀，整体非常流畅，到了左右两侧轮包处的变化也较规则。

ISO Angle评价方法用于建模工作的曲面质量评价是非常直观而有效的。曲面的高光带流畅，粗细变化均匀、规则，那么曲面的质量肯定较好；反之，高光带紊乱、不流畅，粗细变化不规则，那么曲面的质量必定较差。此方法的评价也带有很强的主观因素，需要设计师有很高的设计水平，才能在细微的差别中找出表现更好的高光带，从而得到光影效果更加完美的高质量造型曲面。

图20 车型4的ISO Angle线

3 结论

如今的汽车市场，外观造型是消费者认可一款车型的第一因素。优秀的汽车外观、优美的车身曲面，能较好地体现设计品位以及高品质感；相反就会给人很低档的感觉，直接影响顾客的购买欲望。因此作者认为汽车车身曲面质量的评价方法值得广大设计师进行广泛、深入的探讨。文中主要以实际工作项目为例来进行分析，希望能对设计师有所帮助。

[1]赵丹华.汽车造型的设计意图和认知解释[D].长沙：湖南大学，2013.

[2]彭婧，王轶.基于线条提取与抽象的车身侧围形态系统设计[J].装饰，2013(12)：94-95. PENG J,WANG Y.The Design of Car Side Body System Based on the Lines Extraction and Abstract[J].Art & Design,2013(12)：94-95.

[3]徐万红，李书生，张国忠.车身曲面的广顺品质分析与应用[J].组合机床与自动化加工技术，2005,9(2)：48. XU W H,LI S S,ZHANG G Z.Quality Analyzing and Application on Fairness of Auto Body Surface[J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique,2005,9(2)：48.

AnalysisofAutomobileSurfaceQualityEvaluationMethod

WANG Wenlei，HU Jinchun, HUANG Mingshan

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

With the maturity of automobile market, consumers have higher pursuit to the appearance quality of the automobile, and gaining high quality body surface is an important way to obtain high quality automobile appearance. If the body surface quality of an automobile with good continuity, then its lighting performance will be very good, this will give consumers a high added value senses, but also makes great contribution to the promotion of brand image.The relationship between automobile surface and surface continuity was introduced. Based on Alias modeling software, the evaluation methods and application examples of the quality of automobile surface were illustrated.It provides guide to the design of automobile surface modeling.

Automobile surface；Continuity；Quality；Quality evaluation method

U46

A

1674-1986(2017)09-086-05

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.022

2017-08-17

王文雷(1986—)，男，硕士，工程师，研究方向为汽车造型设计。E-mail：123358376@qq.com。