汽車曲面質量的評價方法淺析

王文雷，胡錦春，黃明山

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

汽車曲面質量的評價方法淺析

王文雷，胡錦春，黃明山

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

伴隨汽車消費市場的日漸成熟，消費者對汽車的外觀品質有了更高的追求，而獲得高質量的車身曲面是獲得高品質的汽車外觀的一個重要途徑。如果一輛汽車擁有良好連續性的高質量車身曲面，那么它在曲面的光影表現上也會非常出色，這樣會給消費者帶來高附加值的感官享受，同時也會對品牌形象的提升做出巨大的貢獻。首先介紹了汽車曲面與曲面連續性的關系，最后在Alias造型軟件的基礎上深入分析了汽車曲面質量的評價方法及應用實例，用以指導汽車曲面的造型設計工作。

汽車曲面；連續性；質量；評價方法

0 引言

作為汽車造型的重要組成部分，車身外觀曲面扮演著重要的作用，車身曲面的質量直接決定了汽車曲面所能獲得的光影質量的高低。隨著消費者審美觀的逐步提升，人們對于汽車外觀的重視程度也是越來越高，因此，具有高質量曲面的汽車，必然會更加牢固地抓住消費者的心理。因此，文中主要從汽車曲面質量的評價方法著手，淺析評價方法及應用實例，期望能夠指導后續汽車曲面的造型設計工作。

1 汽車曲面質量與連續性

車身曲面之間存在著緊密的聯系，把曲面之間的聯系稱之為連續性，它主要分為G0連續(位置連續)、G1(切線連續)、G2(曲率連續)等等。車身曲面要達到光順，必須遵循曲面光順準則：曲面的參數線達到光順；構造曲面的網格線無多余的拐點及變撓點，均達到光順；曲面與某一組等間隔且平行的平面相交截面線達到光順；曲面的高斯曲率變化均勻；二次曲面的主曲率在截點的左右曲率差的躍度和應盡量小。只有這樣的曲面才能稱為高質量的曲面，才能獲得高流暢度的曲面光影。

1.1 汽車曲面連續性概述

車身曲面連續性可以理解為相互連接的曲面之間過渡的光滑程度。在汽車A級曲面的連接中，主要包括以下5種連續性：G0——位置連續，G1——切線連續，G2——曲率連續，G3——曲率變化率連續，G4——曲率變化率的變化率連續，最常用的是前3種連續性。汽車曲面連續性與汽車曲面質量也是強相關的，不同造型階段對應的曲面數據，對曲面連續性也有不同的要求。

1.1.1 汽車曲面分類

保證產品同時滿足美觀性和工程可行性，由專業的造型設計人員設計完成的一系列三維外表面數據的總稱，包括CAS、B級曲面、A級曲面，呈逐級遞進的關系。

(1)CAS

CAS是指利用計算機輔助手段，在各種軟件中完成的初版造型外表面數據，是從二維到三維的主要過程。

(2)B級曲面

CAS與A級曲面的中間階段，通常指的是基于CAS和模型點云數據、在一定范圍和程度上解決工程問題后產生的外表面數據。在理想狀態下，B級曲面與A級曲面應非常接近，僅在表面質量及細節特征上有一定的差異。

(3)A級曲面

A級曲面是指滿足所有工程和造型要求，與量產產品型面一致的外表面數據。

1.1.2 汽車曲面連續性的種類

(1)G0連續

又叫位置連續，如圖1所示，它們只是端點重合，而連接處的切線方向和曲率均不一致。這種連續性的表面看起來會有一個很尖銳的接縫，屬于連續性中級別最低的一種。

圖1 G0連續

(2)G1連續

又叫切線連續，如圖2所示，它們不僅在連接處端點重合，而且切線方向一致。這種連續性的表面不會有尖銳的連接接縫，但是由于兩種表面在連接處曲率突變，所以在視覺效果上會有一種表面中斷的感覺。

圖2 G1連續

(3)G2連續

又叫曲率線續。如圖3所示，這種連續性的曲面沒有尖銳接縫，也沒有曲率的突變，視覺效果光滑流暢，沒有突然中斷的感覺。這通常是制作光滑表面的最低要求，也是制作A級面的最低標準。

圖3 G2連續

(4)G3連續

又叫曲率變化率連續。如圖4所示，這種連續級別在接點處曲率的變化率也是連續的，這使得曲率的變化更加平滑。曲率的變化率可以用一個一次方程表示為一條直線。表面有比 G2連續更流暢的視覺效果。

圖4 G3連續

(5)G4連續

又叫曲率變化率的變化率連續。如圖5所示，這種連續性使曲率的變化率開始緩慢，然后加快，然后再慢慢地結束，它能夠提供更加平滑的連續效果。

圖5 G4連續

1.2 汽車曲面連續性與曲面質量的聯系

汽車曲面的表面連續性等級越高、曲面質量也就越高。一般在汽車A面中，車身曲面的連續性至少要達到G2連續性甚至更高。而且，汽車曲面之間的連續性的細微變化，也會很有趣地體現在車身所呈現出的光影中。因此，曲面連續性等級的高低，直接決定了車身曲面的光影質量；而光影質量的好壞，則成為人們判斷汽車曲面連續性的重要依據，來指導更好地進行汽車曲面的造型設計，以獲得造型更加豐富、曲面質量更加完美、車身光影更加流暢的汽車產品。

2 汽車造型曲面質量的評價方法

汽車曲面質量的評價方法有很多，主要分為軟件分析法和實物分析法，這里主要是以Alias軟件為基礎，以軟件中自帶的曲面連續性分析工具來對汽車曲面的質量做出客觀公正的評價。而其中，主要又分為以下兩種分析方法：

2.1 斑馬線圖評價方法及其應用實例

斑馬線圖評價方法實際上是模擬一組平行的光源照射到需要檢測的表面上所觀察到的反光效果，見圖6。可以作為一種檢測方式用于檢查一些主要的或細小的表面與相鄰面是否達到要求的連續性及曲面自身內部的光順性。

圖6 較好的斑馬線和較差的斑馬線(一)

2.1.1 評價條件

產品造型外表面數據需要滿足以下幾點評價條件：

(1)需要滿足汽車三維曲面質量要求；

(2)需要滿足設計師的設計意圖。

2.1.2 評價的具體標準

斑馬線圖評價方法是一個主觀性非常強的評價方法；而且斑馬線圖還與設計師的設計意圖強相關，不同設計師對同一處車身曲面的不同造型風格的思考，同樣也會導致斑馬線圖的差異。斑馬線圖的主觀評價標準主要包括以下幾點：

(1)曲面之間的斑馬線過渡應較平順，不應出現拐點或斑馬線錯開的情形；

(2)單個曲面的斑馬線的曲率變化應較平緩，不應出現曲率變化較大的斑馬線，且不應出現波浪狀的斑馬線，如圖7所示；

圖7 較好的斑馬線和較差的斑馬線(二)

(3)單個曲面的斑馬線的粗細應較均勻，或粗細的變化較均勻，不應出現粗細變化紊亂的情形，如圖8所示。

圖8 較好的斑馬線和較差的斑馬線(三)

2.1.3 斑馬線圖評價方法的具體應用

作者選擇了兩款車型，利用斑馬線圖方法來評價兩款車型的車身主要曲面，來探究斑馬線圖和汽車光影效果之間的關系。

(1)車型1

從圖9—10中可以看出：斑馬線都是非常流暢的，沒有出現紊亂的情形，不存在斑馬線在面的連接處錯開或者出現明顯拐點的情形，粗細變化也均勻而且自然。這樣的斑馬線就是比較好的斑馬線，這樣的車身外表面所產生的汽車光影效果也是較好的。

圖9 車型1側面斑馬線圖

圖10 車型1頂面斑馬線圖

(2)車型2

從圖11—12中可以看出：曲面上的斑馬線呈現出波紋狀的特征，出現了紊亂的情形，在某些面的連接處斑馬線出現了明顯的拐點，并且有的斑馬線粗細變化也不均勻。這樣的斑馬線質量就比較差，因此這樣的車身曲面所產生的光影效果必定也會較差。

圖11 車型2側面斑馬線圖

圖12 車型2頂面斑馬線圖

總之，使用斑馬線圖的方法來檢查車身曲面的質量，這個方法是非常直接而高效的，可以在建模的過程中，隨時、直觀地感受到車身曲面的質量變化，對設計者的設計工作有很大的指導意義。但此種方法畢竟也具有很強的主觀因素，沒有一個確切的標準來判定質量效果的好與差，需要設計師的水平積累到一定的高度，才能對此做出確切的判斷。

2.2 ISO Angle評價方法及其應用實例

ISO Angle評價方法通過模擬線光源照射到曲面上所觀察到的反光效果(見圖13)，可以讓設計師直觀感受到曲面高光的光影變化，從而指導產品曲面設計，以獲取具有更好質量和光影效果的產品。

圖13 ISO Angle線圖

2.2.1 評價條件

產品造型外表面數據需要滿足以下幾點評價條件：

(1)需要滿足汽車三維曲面質量要求；

(2)需要滿足設計師的設計意圖。

2.2.2 評價的具體標準

ISO Angle評價方法是一個主觀性非常強的評價方法；而且ISO Angle圖還與設計師的設計意圖強相關，不同設計師對同一處車身曲面的不同造型風格的思考，同樣也會導致ISO Angle圖的差異。ISO Angle的主觀評價標準主要包括以下幾點：

(1)曲面之間的ISO Angle線過渡應較平順，不應出現拐點或ISO Angle線錯開的情形，如圖14所示。

圖14 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(一)

(2)單個曲面的ISO Angle線的曲面變化應較平緩，不應出現曲率變化較大的ISO Angle線，且不應出現波浪狀的ISO Angle線，如圖15所示。

圖15 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(二)

(3)單個曲面的ISO Angle線的粗細應較均勻，或粗細的變化較均勻，不應出現粗細變化紊亂的情形，如圖16所示。

圖16 較好的ISO Angle線和較差的ISO Angle線(三)

2.2.3 ISO Angle評價方法的具體應用

作者選擇了兩款車型，利用ISO Angle評價方法來評價4款車型的車身主要曲面，來探究ISO Angle評價方法和汽車光影效果之間的關系。

(1)車型1

從圖17可以看出：車身大面上白色的高光帶非常光順，粗細也非常均勻，到了兩邊輪包處，高光帶寬度開始均勻變化，但始終保持了很流暢的光順感。

圖17 車型1的ISO Angle線

(2)車型2

從圖18可以看出：車身大面兩條白色高光帶也非常流暢，粗細均勻，到了兩邊的輪包處依然呈現出流暢、規則、均勻的變化。

圖18 車型2的ISO Angle線

(3)車型3

與上述兩車型相比，從圖19中能明顯看出車型3上的高光帶存在著明顯的差距：高光帶的粗細變化較均勻，但不夠流暢，在高光帶的左右兩側有多個拐點，這樣的曲面必然會導致出現較差的車身光影。

圖19 車型3的ISO Angle線

(4)車型4

車型4的高光帶表現較好(見圖20)：高光帶粗細變化均勻，整體非常流暢，到了左右兩側輪包處的變化也較規則。

ISO Angle評價方法用于建模工作的曲面質量評價是非常直觀而有效的。曲面的高光帶流暢，粗細變化均勻、規則，那么曲面的質量肯定較好；反之，高光帶紊亂、不流暢，粗細變化不規則，那么曲面的質量必定較差。此方法的評價也帶有很強的主觀因素，需要設計師有很高的設計水平，才能在細微的差別中找出表現更好的高光帶，從而得到光影效果更加完美的高質量造型曲面。

圖20 車型4的ISO Angle線

3 結論

如今的汽車市場，外觀造型是消費者認可一款車型的第一因素。優秀的汽車外觀、優美的車身曲面，能較好地體現設計品位以及高品質感；相反就會給人很低檔的感覺，直接影響顧客的購買欲望。因此作者認為汽車車身曲面質量的評價方法值得廣大設計師進行廣泛、深入的探討。文中主要以實際工作項目為例來進行分析，希望能對設計師有所幫助。

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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，碩士，工程師，研究方向為汽車造型設計。E-mail：123358376@qq.com。