汽车造型特征棱线的三维设计

黄太强

摘 要：造型特征棱线设计作为汽车型面设计的重要部分，它不仅决定了汽车型面的光影质量，还对汽车整体风格和产品品质有着重要影响。在汽车型面设计过程中，主要根据特征棱线的光顺性，特征棱线的强弱趋势，相邻特征棱线间的关系三方面设计和评价造型特征棱线。

关键词：特征棱线;型面设计;重要部分

1 引言

从最早的马车型，到后来的甲壳虫型，再在历经沧桑变化后到现在的楔型，汽车造型紧跟时代潮流，给消费者带来一次又一次丰富多彩的视觉盛宴，而在这盛宴上最引人瞩目的就是特征棱线带来的光与影的变化。它时而强劲有力，时而优雅柔和，时而万千变化，时而大气简约，犹如一首美妙的音乐，让人如痴如迷，陶醉其中。美妙的音乐由无数音符编排而成，那么如此丰富的汽车造型棱线又是怎样被设计出来的呢？在汽车型面设计中，造型特征棱线的设计最重要从三方面控制：特征棱线的光顺性，特征棱线的强弱趋势，相邻特征棱线间关系。只有同时满足这三个控制条件，才能达到预期的造型效果，本文将从这三方面入手阐述汽车造型棱线的设计。

2 特征棱线的光顺性

特征棱线的光顺性，从表面上看就是造型特征棱在三维空间内是否光滑平顺，是否存在抖动或扭曲，如图1所示即为不光顺的特征棱线;从本质上来讲，就是构成特征棱线的曲线的控制点在三视图内排列是否均匀，曲线曲率梳是否合理。作为运动和美的结合，汽车特征棱线的设计也变得越来越耐人寻味，越来越复杂多变，然而万变不离其宗，所有复杂的特征都是由简单的元素通过合适的方法组合而成。就汽车造型特征棱线而言，最简单的用一条曲线即可表达，而复杂的则需要由多条曲线首尾连接而成。

2.1 简单特征棱线的光顺性

简单特征棱线的光顺性设计，实际上就是一条曲线的光顺性设计。在设计过程中，这条光顺曲线的控制点一般不超过7个，所有控制点在三视图内必须排列在曲线的同侧，且控制点在三视图内的排列（以非等比缩放的形式观察）必须均匀或均匀变化，严格时每条曲线的控制点必须控制在一个平面内，如图2所示即为光顺曲线的控制点排列。曲线的形状完全由控制点的排列控制，而因控制点排列的好坏是通过目测来判断，但目测无法排除极其微弱的波动，因此无法确保曲线的光顺性，特别是控制点较多的情况。鉴于此，我们用更加敏感的曲率梳加以辅助。在设计过程中，当分析查看完控制点后，我们通常会打开曲率梳，以非等比缩放的形式在三视图内观察曲率梳的形状，若存在图3所示抖动曲率梳，微调曲线的控制点至如图4所示光滑曲率梳形状即可。这样就完成了一条曲线的光顺性设计，即简单特征棱线的光顺性设计。

2.2 复杂特征棱线的光顺性

对于复杂的特征棱线，如何将此复杂特征拆分成一条条简单的曲线，以及这一条条简单曲线的如何连接至关重要;正确的拆分和合理的连接直接决定了复杂特征棱线的光顺性。

复杂特征曲线的拆分是型面设计专业极其重要的一个基本功，大体分三步进行。首先找出曲线曲率发生突变的区域，如图5蓝色圆圈所示即为曲率突变区域;然后分别找出两个区域内曲率最大点的位置，如图6三个蓝色点所示即为曲率最大点;最后分别以曲率最大的点为原点，向曲线两边扩散寻找合适的两个点（通常要求此两点到相应原点的距离相等），这些点便将该复杂特征棱线拆分成5条简单曲线，如图7所示即为拆分完成后状态。

在汽车型面设计中，相邻曲线的连接方式有4种：G0、G1、G2、G3。G0又称点连续，单位为mm，它通常以相邻两点之间的距离大小来衡量搭界质量;如图8所示G0连续图解，此处两点之间的距离为2mm，那么此连接点G0=2mm。G1又称切线连续，它是指曲线相邻端点处切线夹角的大小，单位为度;如图9所示G1连续图解，此处两点切线夹角为80.134°，那么此处G1=80.134°。G2又称曲率连续，它是指曲线相邻端点处相切圆半径之差与半径之和的比值（不同软件计算方法不同，此处以ICEM-Surf为例）;如图10所示G2连续图解，此处相切圆半径之差为10，之和为30，比之为1/3，那么此处G2=0.333。G3是曲率变化率连续，通常用于对称的特征棱线，如保险杠、引擎盖、车顶等零件特征设计中。在汽车设计过程中，为了得到光顺的特征棱线，我们通常会根据企业要求，制定出相应的G0/G1/G2/G3标准，在初步完成特征棱线的设计后，通过软件连续性检查工具和曲率梳检查工具进行检查和调整，最终得到一组首尾相连，曲线和曲率梳均光顺光滑的特征棱线。

3 特征棱线的强弱趋势

特征棱线的设计直接影响着汽车的造型风格，较强的特征棱线通常代表着肌肉与力量，而较弱的特征棱线则代表着沉稳与优雅，由强到弱的特征棱线则给人一种运动的感觉，当然忽强忽弱的特征棱线看起来就显得杂乱无章。

在汽车型面设计中，特征棱线的强弱由形成特征棱线的曲面的夹角决定：夹角大，特征棱线弱;夹角小，特征棱线强;曲面夹角的大小变化决定特征棱线的强弱趋势。以ICEM-Surf软件为例，当初步完成型面设计后，型面设计师通常会用Diagnosis Matching命令来检查相邻曲面之间的夹角，也就是它们的相切（Tangent）连续性。如图11所示夹角梳，体现夹角大小的梳子高度一致或高低均匀变化，转化成造型语言便是特征棱线强弱一致或强弱均匀变化，如此特征棱线的强弱趋势便得以控制，使得造型特征棱线更具设计感。

4 相邻特征棱线间关系

在汽车设计过程中，设计师通常会先提炼几条主特征棱线，然后根据这几条主特征棱线推敲与之相邻的细节特征，从而丰富整车造型设计。

通常情况下，设计师会从前/后视图、左/右视图、顶视图去推敲相邻特征棱线，要求其距离相等呈平行关系，或这两组相邻特征棱线趋势一致且距离均匀变化。若其在各个视图中均平行，即距离相等，那么由这两组特征棱线桥接形成的曲面光影也与棱线平行，如图12所示平行光影;若相鄰棱线不平行，但趋势一致，且棱线之间的距离由大（小）到小（大）均匀变化，那么由其桥接形成的曲面光影虽不平行，但趋势与棱线一致，如图13所示趋势一致的光影;若相邻特征棱线趋势不一致，距离忽大忽小，那么由其桥接出的型面光影则无规律可循。相邻特征线之间有了良好的关系，汽车外表面也就呈现出有条不紊的光影，由此而得的产品将更具设计感，更加有品质。

5 结束语

本文从造型特征棱线的光顺性、强弱趋势、相邻特征棱线之间关系三方面阐述汽车型面设计中造型特征棱线的设计，为特征棱线的设计和评价提供了参考，希望能借此提高型面设计的效率，为汽车造型开发设计贡献一份力量。

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