基于NX 二次开发的异形四棱锥车灯花纹快速建模

司海伯，苗 盈，张西祁，吴 凡，杨 燕

（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡 214121）

汽车车灯由反射镜、透镜、光源等组件构成。其中透镜和反射镜上大量分布的花纹可以对光线进行合理的分配，从而满足照明功能和信号功能。车灯花纹的种类很多，不同的车灯花纹对光线的调整也起到不同的作用。

汽车车灯花纹具有单元尺寸小、单元结构类似、单元数量多和造型精度要求高等特点。每一个配光纹单元虽然结构类似，但因无法使用阵列等快速批量建模的方法，逐一创建花纹单元是非常烦琐而耗时的，通常占据车灯建模过程中20%以上的工作量[1]。因此，提高车灯配光纹的创建效率，将大大缩短车灯开发的周期，进而降低生产成本。

NX 是一个交互式CAD/CAE/CAM 系统[2]，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。NX 在面对不同应用领域时，如汽车车灯花纹造型，若采用软件提供的常规性功能可以完成开发任务，但重复性高，自动化程度低，降低了车灯设计开发的效率[3]。NX 为用户提供良好的二次开发环境弥补了这一缺陷，使用户可以进行更加贴合需求的专用定制，使设计开发过程更加的便捷高效。王皓宇等[4]基于NX Open C++实现大批量非参数圆孔的参数化转变，能提高大约50%的工作效率。何寥等[5]利用NX OpenC++/NX Open API 技术和MFC窗体开发工具，开发出能自动对装配文件迁移和管理的插件。

1 异形四棱锥花纹建模原理

不同车灯花纹的建模方法存在差异，但大致都分为2 个步骤：划分网格和花纹形状建模。异形四棱锥花纹单元建模原理如下。

第一，求2 组曲线形成的曲线网格中所有的交点，如图1 所示。

图1 创建交点

第二，取出其中的4 个相邻交点作为一个花纹单元，利用4 个交点的坐标创建中点，并将中点投影到曲面上。

第三，将投影点先按照创建方向偏移一个花纹高度的距离，再按照花纹顶线正向和反向分别偏移半个顶线长度的距离，创建2 个顶线端点，如图2 所示。

图2 花纹创建示意图

第四，所有点创建完成后，生成1 条顶线、4 条侧棱、4 条底边。如图3 所示。

图3 花纹框架点位标注

第五，生成4 个侧面和1 个底面，并将其缝合在一起，形成一个完整的异形四棱锥花纹单元。

第六，不断重复该过程，完成所有的车灯花纹单元的建模，如图4 所示。

图4 异形四棱锥车灯花纹

2 曲线分组及排序

2.1 曲线分组

为了方便交点创建，需要将曲线进行分组。通过曲线与曲线之间的相交关系来进行分组，同一组内曲线不相交。该步骤为曲线分组模块，对应的流程图如图5所示。

图5 曲线分组流程

任意取出1 条曲线，存入曲线组一中。求曲线组一中第一条曲线和原曲线组中剩余曲线之间的距离，将距离在建模公差范围内的曲线存入曲线组二中。交替选择用2 个曲线组中的曲线，判断其与原曲线组中剩余曲线之间的距离，将符合条件的曲线存入与选用曲线相反的曲线组。直到原曲线组中所有曲线被取出，即完成分组。

2.2 曲线交点的创建及排序

创建花纹单元需要曲线网格的所有交点，所以在创建花纹单元之前，应创建所有交点，根据交点的实际位置排序并储存。在创建交点的过程中，2 条曲线实际没有相交，但系统根据2 条曲线的走向自动拟合出延长线并求出交点，所以要在创建交点的过程中同时判断点的真假性，方便创建花纹过程中对点的选用。该步骤为交点创建排序模块。

利用横向曲线和纵向曲线求交点，将求出的交点与形成这个交点的2 条曲线分别比较距离，比较出的2 个距离都在建模公差范围之内则为真点，若其中有一个距离不在公差范围之内则该点为假点。将交点以矩阵的形式进行存储，在同一条横向曲线上的交点对应矩阵的同一行。选出任意一个点求该点和所有点之间的距离，选出相距最远的点。将最远的点通过矩阵变换将其换到第一行第一列，再按照距离将第一行的点进行重新排序，同时将第一行中的所有交点所属的列进行列变化；同理，将第一列中的点及其所属行进行排序，最后得到一个和实际位置相同的交点矩阵。

3 建模程序开发

3.1 对话框设计

定制UI 对话框使用的是集成在NX 中具有可视化功能的人机交互界面定制模块Block UI Styler[6]，操作简便高效，并且定制出的UI 对话框符合用户的使用习惯，从而实现友好的人机交互[7]。设计好的异形四棱锥花纹对话框如图6 所示。该对话框共有4 个组和7个控件。

图6 异形四棱锥花纹对话框

3.2 程序开发流程

3.2.1 获取用户输入

将选择的所有对象，记为List＜object＞。选择的与顶线走向相同的一条曲线，记为Curνe。花纹相对于曲面的创建方向和指定方向时选取的曲面上点，记为Vec和Pν。设定的花纹高度和顶线长度，记为H和L。选择的花纹类型是实体或是片体，记为bodyType。设定的建模公差，记为tolerance。

3.2.2 异形四棱锥花纹建模

1）利用UF_OBJ_ask_type_and_subtype 对List ＜object＞中的对象进行判别，将其分为List＜curνe＞（曲线组）和List＜surface＞（曲面组）。并将曲面组中的曲面利用UF_MODL_create_sew 缝合成一个曲面，记为Surface。

2）通过曲线分组模块将曲线组List＜curνe＞中的曲线分成List＜curνe1＞和List＜curνe2＞。判断Curνe在List＜curνe1＞中还是在List＜curνe2＞中，将曲线Curνe所在的集合记为横向曲线组，另一个集合记为纵向曲线组。再通过交点创建排序模块，利用横向曲线组和纵向曲线组创建出一个交点矩阵Aij。

3）首先利用UF_MODL_ask_face_parm_2 获得点Pν 在Surface上的uv坐标，再使用UF_MODL_ask_fac e_props 求出该uv坐标处的曲面法向量D1。将D1 和Vec作比对，若方向一致，创建花纹单元时获得的曲面法向量直接使用；若方向相反，则反向后再使用。

4）取交点矩阵Aij中相邻的4 个交点记为如图3所示的点1、点2、点3 和点4，且点1、点2 在Aij中的同一行；若4 个交点同为真，继续向下执行，否则重新选取。

5）利用点1、点2、点3 和点4 创建中点，记为点5；利用函数UF_CURVE_create_proj_curves 将点5 沿所在位置的曲面法向量投影到曲面Surface上，得到投影曲面特征的tag值，利用函数UF_CURVE_ask_proj_curves 获取曲面特征中生成的投影点的tag值，将投影点记为点6，利用函数UF_CURVE_ask_point_data 根据点6 的tag值找到对应坐标，求出点6 在Surface上的曲面法向量，记为SurfaceVec，并根据步骤3）判断是否需要反向。

6）将点1 和点2 中点指向点3 和点4 中点的方向定为顶线创建方向，记为topVec。

7）根据异形四棱锥花纹建模原理，先创建出2 个顶点，记为点7 和点8。利用函数UF_CURVE_create_line 创建出需要9 条边线。最后利用函数UF_MODL_create_curve_mesh 创建平面。

8）利用函数UF_MODL_create_sew 将创建的平面缝合起来，根据bodyType，生成片体或实体，完成一个花纹单元的创建。

以同样的方式完成所有花纹单元的创建。

4 应用验证与结果分析

基于上述方法，完成异形四棱锥花纹的快速建模功能。调用该功能，弹出如图6 所示的对话框。首先选择创建花纹所需要的曲线曲面，所有曲线和曲面一次框选。在网格曲线中选择一条与顶线走向相同的曲线确定顶线方向；在曲面上选择一个点，在该点处生成的箭头即为花纹相对于曲面创建的方向，箭头的方向可以通过反向改变。在参数栏中，设定好花纹的高度和顶线的长度。设置生成花纹的体类型和建模公差。最后单击对话框中的“确定”按钮，生成如图4 所示的异形四棱锥车灯花纹。

经过实际的对比发现，一个熟练的造型工程师手工创建100 个花纹单元所需要的时间大约在200 min。采用异形四棱锥车灯花纹快速建模程序，只需框选所有元素，并按照需求设定参数，即可完成所有花纹的创建，总耗时大约5 min。由此可见，该程序对异形四棱锥车灯花纹的建模效率有着显著的提高。

5 结束语

为了缩短车灯的设计开发周期，针对车灯造型过程中重复性高、耗时长、效率不高的车灯花纹手工建模步骤，利用NX10 提供的开发工具，完成了异形四棱锥车灯花纹快速建模的功能实现。使用NX 中集成的可视化人机交互界面定制模块（Block UI Styler），定制出风格统一的UI 对话框。首先开发了2 个对曲线网格的处理模块；再利用应用程序接口（NX Open API）函数，结合异形四棱锥车灯花纹的手工建模思路，实现了异形四棱锥车灯花纹的快速建模。实践证明，异形四棱锥车灯花纹快速建模系统可以提高建模效率，能有效缩短车灯的设计开发周期。